<<
>>

2.2. Обоснование требований и разработка предложений по техническому облику и структуре принципиально нового средства автоматизированного оперативного экологического контроля - СПК. Базовый состав СПК.

Разработанная и сформулированная концепция автоматизированного оперативного экологического контроля водных объектов на основе мобильных носителей позволила впервые обосновать требования и разработать научно-обоснованные предложения по техническому облику и структуре принципиально нового средства автоматизированного оперативного экологического контроля - СПК.

Как отмечалось выше, важным достоинством СПК является возможность определять характеристики состава и свойств воды одновременно на разных горизонтах. Технически это обеспечивается одновременным использованием носового погружного устройства, с помощью которого проводятся измерения в приповерхностном слое на глубине 0-2 м, и буксируемой линии, обеспечивающей измерения на глубинных горизонтах. Важным параметром СПК является длина буксируемой линии, определяющая максимальную глубину, на которой могут проводится измерения на ходу судна.

Глубины, на которых следовало бы проводить измерения, определяются, в первую очередь, способом внесения ЗВ в акваторию, свойствами этих веществ и плотностной стратификацией акватории. В подавляющем большинстве случаев загрязнения вносятся с поверхности суши или с водосбросами на небольших глубинах. Это делает обязательным проведение измерений в приповерхностном слое. Попадая в водоем, нефтепродукты концентрируются вблизи поверхности, ЗВ, связанные с твердыми частицами, опускаются в придонные горизонты, растворенные в воде ЗВ переносятся вместе с частицами воды. Диффузия в вертикальной плоскости в водоемах затруднена вследствие устойчивой стратификации, которая, как правило, имеет место в водоемах. Проникновение растворенных загрязняющих веществ из верхних слоев воды в нижние ограничивается

скачком плотности.

В Балтийском, Черном, Каспийском и других морях шельфовой зоны

, глубина залегания скачка плотности, как правило, колеблется в пределах 10-

30 м.

В связи с этим на СПК, предназначенных для работы в шельфовых зонах, длина буксируемой линии в 50 м оказывается вполне достаточной. Такая длина буксируемой линии обеспечивает работу и в большинстве внутренних водоемов, где глубины редко превышают 30 м. По соображениям безопасности плавания проведение измерений с помощью буксируемой линии на ходу судна на придонных горизонтах внутренних водоемов не всегда представляется возможным. В связи с этим в составе z СПК предусматривается устройство придонного водозабора,

обеспечивающее измерения на придонном горизонте в режиме

позиционирования.

Важное значение при проведении работ с помощью СПК имеет правильный выбор скорости движения судна. Естественно, что с повышением скорости увеличивается производительность комплекса, увеличивается площадь (или протяженность) обследуемой за единицу времени акватории. Однако при этом надо учитывать инерционность измерительных каналов и влияние скорости движения судна на погрешность

β и нижний порог чувствительности проводимых измерений.

Изложенные соображения были реализованы при создании судовых природоохранных комплексов (СПК) типа "Акватория" и "Гвоздь-К" [109, 110], предназначенных для установки на специализированные или переоборудованные суда контрольно-инспекционных гражданских ведомств и экологических служб ВМФ. СПК спроектирован как открытая система в модульном исполнении, которая в зависимости от конкретного региона и круга решаемых задач, характеристики водного объекта, а также типа судна, на котором устанавливается комплекс, может иметь тот или иной состав на

⅛ основе приведенного ниже базового состава, а также обеспечивает

возможность включения в состав комплекса дополнительных приборов и средств, необходимых для решения конкретной задачи.

СПК типа "Акватория” и "Гвоздь-К" в режиме движения, кроме измерения основных гидрофизикохимических параметров и концентрации ЗВ в водной среде, должны обеспечивать лоцирование водной поверхности и ультразвуковое зондирование толщи воды, а в режиме позиционирования — отбор проб донных отложений, телевизионное обследование участков дна, подводных сооружений и береговых склонов.

Перечень задач, стоящих перед органами, ответственными за экологическую безопасность окружающей среды, а также сформулированные выше основополагающие исходные принципы, обеспечивающие практический потенциал и эффективность предложенных новых средств оперативного экологического контроля - судовых природоохранных комплексов, накладывают жесткие требования к составу СПК, выбору методов и средств измерения, обработки и представления результатов измерения.

Принцип мобильности направлен на повышение производительности контрольно-инспекционных действий, что в свою очередь, должно обеспечить возможность оперативного экологического контроля акваторий большой протяженности и площади. Для реализации этого принципа должны быть выбраны или разработаны средства измерения (СИ), способные функционировать либо за бортом судна в набегающем потоке, либо на борту судна в проточном режиме, обеспечивая анализ в реальном масштабе времени непрерывно подаваемых на борт проб воды.

В первом случае СИ должны опускаться за борт и транспортироваться на погружаемых устройствах в приповерхностном слое воды для контроля экологического состояния верхнего слоя (глубина 0 — 2 м) и в глубинных слоях (как правило, контроль глубин до 50 м оказывается достаточным с точки зрения интересов природоохранных органов и характеристик контролируемых объектов).

СИ должны быть малоинерционными и обеспечивать отсутствие или минимизацию запаздывания в выдаче информации об измерении

контролируемых показателей качества воды, надежно функционировать в набегающем потоке на скоростях до 12 узлов (диапазон скоростей большинства судов, имеющихся в распоряжении природоохранных органов МПР РФ и экологических служб ВС РФ) и в указанном диапазоне глубин. При этом следует принимать во внимание главный недостаток таких средств - отсутствие возможности проверки правильности показаний датчиков в процессе выполнения измерений. Поэтому основным критерием выбора погружных датчиков, обеспечивающих измерение показателей качества воды in situ, для включения в состав средств измерения СПК, является надежность их функционирования в автономном режиме.

Таким же требованиям по надежности в заданных условиях должны удовлетворять и средства транспортировки СИ - погружаемые устройства для контроля приповерхностного слоя, которые должны обеспечить транспортировку СИ в невозмущенной собственным движением судна- носителя зоне, то есть перед носовой оконечностью судна (носовое устройство), и заглубляемые буксируемые линии (ЗБЛ) для контроля глубинных слоев. Кроме того, конструкция ЗБЛ и ее оконечной части - углубителя, на котором располагаются СИ, должны обеспечивать не только передачу электрического сигнала от СИ и непрерывную подачу проб воды на t* борт судна с указанной глубины, но и стабильность глубины (горизонта

буксировки) в указанных диапазонах глубин и скоростей.

Во втором случае при размещении СИ на борту судна к ним также предъявляется ряд технических требований.

Бортовые СИ должны осуществлять анализ проб воды по ходу движения судна. Для реализации преимущества мобильного носителя - возможности проведения измерений по ходу движения судна, получение результатов измерений должно быть максимально приближено к реальному

« масштабу времени. При этом измерения должны проводиться по широкому

кругу контролируемых показателей и удовлетворять требованиям по диапазонам измерений, пороговым чувствительностям и погрешностям

измерений, которые задаются соответствующими нормативными природоохранными документами.

Принцип многогоризонтности направлен на выполнение измерений в толще воды с целью получения по ходу движения судна объективной картины распределения гидрофизикохимических показателей и концентрации ЗВ по глубине. Для реализации этого принципа требуется обеспечить возможность варьирования заглубления носового погружного устройства и ЗЕЛ, а также включить в состав комплекса дистанционные средства, в частности, канал ультразвукового зондирования толщи воды и оптический локатор водной поверхности. Канал ультразвукового зондирования должен выявлять в толще воды слои с инородными включениями, что дает основания изменить глубину буксировки ЗЕЛ и более детально с помощью установленных на ЗЕЛ контактных датчиков анализировать выбранный слой.

Таким образом, сформированная на основе носового погружаемого устройства и ЗЕЛ многогоризонтная система позволит по ходу движения судна в реальном масштабе времени получить картину распределения контролируемых показателей по глубине.

Принцип непрерывности направлен на использование преимущества мобильного носителя - возможности получения информации синхронно с движением судна. Для реализации этого принципа, кроме включения в состав комплекса забортных датчиков непрерывного действия, должна быть разработана система непрерывной подачи проб воды на борт судна.

Для этой цели носовое погружное устройство и ЗЕЛ с углубителем должны быть оснащены специальным автоматизированным пробоотборником - системой непрерывного пробоотбора (СНП).

СНП должна обеспечивать идентичность состава отобранной пробы составу воды контролируемого объекта, т.е. не вносить искажений в результаты измерений, что в свою очередь требует выбора соответствующих

конструкционных материалов, разработки специальной системы фильтрации и т.д.

Многоканальный (многопараметрический) режим измерений обусловлен нормативными требованиями к объему экологического контроля, международными требованиями к перечням ЗВ, обязательно определяемым в поверхностных водах, а также региональными требованиями и особенностями контролируемого водного объекта. При этом перечень показателей, контролируемых С ПК на этапе экспрессных измерений, должен исходить из достигнутых возможностей современной приборно­методической базы и принципа наибольшей универсальности с целью возможности расширения номенклатуры регистрируемых показателей. С учетом приведенных в таблице 11 требований по номенклатуре регистрируемых показателей, при двухгоризонтной схеме построении СПК должно одновременно регистрироваться до 50 параметров.

Принципы анализа, обработки и выдачи в реальном масштабе времени больших массивов многопараметрической экологической информации непосредственно на борту судна с процессе выполнения им природоохранных задач, а также необходимость управления аппаратурой комплекса, контроля работоспособности комплекса и его составных частей, требуют разработки многоуровневой вычислительной структуры.

ПЭВМ, входящие в состав комплекса, должны быть объединены в локальную вычислительную сеть. В этом случае обеспечивается совместное использование технических и программных средств, рабочие места операторов перестают быть изолированными, каждому из них доступна информация всего комплекса. В итоге, выполнение этого требования позволит повысить эффективность решения природоохранных задач.

Для сбора, систематизации, анализа и хранения информации, формирования баз данных, последующего отображения полученной информации на электронных картах, СПК должен быть обеспечен географической информационной системой эколога (ГИС эколога).

Использование ГИС позволит контролировать тенденцию изменения экологической ситуации в регионе, прогнозировать ее развитие, своевременно предоставлять в удобной для использования форме информацию для принятия управляющих решений по поддержанию благоприятной экологической обстановки.

Двухступенчатый режим экологического контроля означает, что, несмотря на несомненные достоинства предложенных методов и средств автоматизированного оперативного экологического контроля, традиционные методы контроля, связанные с отбором проб и их последующими лабораторными анализами, не потеряли своей актуальности. Практика использования СПК в различных регионах страны показала, что в сочетании с оперативными методами эффективность использования традиционных методов многократно повышается, благодаря тому, что пробы можно отбирать не "вслепую", а целенаправленно в соответствии с показаниями оперативных методов. В большинстве случаев области с повышенным уровнем загрязнения по показателям, определяемым оперативными методами, имели повышенный уровень загрязнения и по существенно большему перечню показателей, определяемых при лабораторном анализе отобранных в этих областях проб. В связи с этим важным является вопрос об оптимальном ограничении перечня показателей, которые необходимо контролировать при проведении экологического мониторинга и контроля водных объектов оперативными методами. Этот вопрос решается применительно к конкретным особенностям региона использования судна, оснащенного природоохранным комплексом.

Многолетние исследования, включавшие макетирование отдельных составных частей и природоохранных комплексов в целом, широкомасштабные натурные испытания, обеспечившие в том числе и решение разнообразных природоохранных задач в различных регионах страны, опыт использования судов-носителей различных типов - от малых катеров водоизмещением менее 10 т до судов значительного водоизмещения

(100 т и более), позволили определить базовый состав судовых природоохранных комплексов, который должен обеспечивать решение практически всех задач, стоящих перед военными и гражданскими природоохранными органами,

В базовый состав СПК должны входить следующие основные средства измерения и устройства:

1. Средства измерения и контроля, включающие:

погружные измерители основных гидрофизикохимических показателей (ГФХП);

- аппаратуру контроля радиационной обстановки;

средства экспрессного гидрохимического анализа для автоматизированных измерений концентрации загрязняющих веществ в проточном режиме на борту судна.

2. Специализированный комплекс средств, обеспечивающий заглубление и буксировку измерителей ГФХП и других параметров, непрерывный пробоотбор с различных глубин при движении и стоянке судна и доставку проб к средствам экспрессного гидрохимического анализа.

3. Дистанционные средства контроля, включающие:

- аппаратуру дистанционного оптического лоцирования водной поверхности для обнаружения пленок нефти и нефтепродуктов и комплект приборов для отбора проб с поверхности воды и измерения их толщины;

- аппаратуру ультразвукового зондирования толщи воды для обнаружения в ней инородных включений и определения рельефа дна и характера донных отложений.

4. Средства визуального наблюдения - телеуправляемый подводный аппарат, оснащенный видеосистемой для передачи цветного изображения на борт судна, или автономная подводная видеосистема.

5. Средства анализа и представления информации, включающие:

- центральную вычислительную систему (ЦВС) для сбора, обработки, документирования и хранения экологической информации;

- геоинформационную систему эколога.

6. Стандартные устройства для отбора проб и стандартные аналитические приборы для детального анализа отобранных по показаниям оперативных средств контроля проб воды, донных отложений, атмосферного воздуха и почв, требующего предварительной пробоподготовки.

Применительно к конкретному региону, объему и характеру решаемых задач и типу носителя выбирается конкретный состав аппаратных средств, тем самым реализуется модульный принцип построения комплекса и его "открытость*' для наращивания дополнительной аппаратуры, в том числе из состава имеющейся в распоряжении территориальных экологических служб и природоохранных органов.

Сформулированные технические требования к СПК, его базовый состав и условия эксплуатации определяют и основные технические требования к судам-носителям природоохранных комплексов, их тактико­техническим характеристикам, навигационному, связному оборудованию, требованиям по , обитаемости, т.е. условиям размещения и работы обслуживающего персонала.

Основные требования, которым должны удовлетворять суда, оснащенные СПК, следующие. Эти суда должны обладать хорошей мореходностью и маневренностью, особенно когда судно движется малым ходом или находится в дрейфе. Дело в том, что 50-80% времени инспекционного рейса природоохранное судно эксплуатируется на малых ходах с использованием заглубляемых и буксируемых устройств, обеспечивающих работу погружаемых измерителей ГФХП и непрерывный пробоотбор с различных глубин, либо выполняет так называемые станции, т.е. с борта судна проводятся работы с опускаемой аппаратурой в дрейфе или на якорной стоянке (режим "позиционирования").

На природоохранных судах должны быть необходимые площади для

, лабораторных помещений, к которым подводятся электрические,

С*

гидравлические и вентиляционные трассы. В помещениях в зависимости от той или иной комплектации СПК (с учетом модульного принципа построения комплекса и его "открытости" для наращивания дополнительной аппаратурой) предусматривается размещение приборных стоек, вычислительной техники, вытяжных шкафов и других устройств.

Не менее важно на природоохранных судах предусмотреть достаточно просторные открытые части верхней палубы для размещения необходимого

£ количества лебедок, спуско-подъемных устройств для работы с кабельными,

тросовыми и гидравлическими системами относительно большой протяженности.

Природоохранные суда должны быть оборудованы совершенными средствами связи, современными радионавигационными системами, включая спутниковую навигацию, т.к. от точности определения местоположения судна в большой степени зависит достоверность и ценность получаемой информации.

С точки зрения конструкции судна большой интерес вызывают суда типа катамаран, имеющие значительную площадь верхней палубы. Подсчитано [104], что при одной и той же площади верхней палубы катамаран имеет примерно на 50% меньше водоизмещение и на 30% меньшую мощность энергетической установки (при равной скорости), чем однокорпусное судно. Двухкорпусное судно имеет также такие качества, как хорошая остойчивость и маневренность. Возможность снижения водоизмещения судна позволяет уменьшить его осадку и, следовательно, обеспечить обследование мелководных прибрежных участков, которые, например, для района Санкт-Петербурга составляют более 50% площади

⅛ контролируемой акватории. В полной мере представленные выше

результаты расчетов по площади палубы относятся и к площадям внутренних помещений судна.

Приведенные соображения позволили отдать предпочтение судну типа катамаран при проектировании первых отечественных специализированных природоохранных судов [27, 28] рис. ЗП, 4П (см. Приложение), В отдельных помещениях этих судов размещаются вычислительный центр, гидрохимическая лаборатория, а на морском катамаране [28] и информационный центр, оснащенный средствами визуализации экологической информации. Площадь палубы позволяет разместить и обслуживать заглубляемые и буксируемые устройства, опускное оборудование, пробоотборники и т.д.

Неспециализированные суда, т.е. изначально спроектированные и построенные для других целей, после переоборудования по специальным проектам также обеспечивают решение природоохранных задач. В настоящее время накоплен значительный опыт переоборудования и оснащения таких судов (см. табл. 1 .П).

<< | >>
Источник: Гуральник Дмитрии Леонтьевич. Создание и Внедрение В практику экологического контроля и мониторинга судовых природоохранных комплексов [Электронный ресурс]: Дис. ... д-ра техн. наук : 03.00.16, 05.11.13 .-М.: РГБ, 2005. 2005

Скачать оригинал источника

Еще по теме 2.2. Обоснование требований и разработка предложений по техническому облику и структуре принципиально нового средства автоматизированного оперативного экологического контроля - СПК. Базовый состав СПК.:

  1. 10.1. ЗАДАЧИ, ЦЕЛИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ СНАБЖЕНИЯ МЕДИЦИНСКИМ ИМУЩЕСТВОМ
  2. СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ СИТУАЦИИ С ТУБЕРКУЛЕЗОМ И ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ЭПИДЕМИИ В СФО
  3. Оглавление
  4. ВВЕДЕНИЕ
  5. ГЛАВА 1. Систематизация источников и состава поступлений загрязняющих веществ (ЗВ) в акватории. Анализ существующих методов экологического контроля. Цели и задачи работы. Обоснование приоритетного переченя контролируемых ПАРАМЕТРОВ И ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАБОТ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ спк.
  6. 1.1. Источники, объемы, состав поступлений ЗВ в акватории от береговых объектов.
  7. 1.3. Требования нормативных документов по контролю качества вод.
  8. ВЫВОДЫ.
  9. 2.1. Концепция (методология) оперативного контроля экологического состояния водных объектов на основе судовых природоохранных комплексов (СПК).
  10. 2.2. Обоснование требований и разработка предложений по техническому облику и структуре принципиально нового средства автоматизированного оперативного экологического контроля - СПК. Базовый состав СПК.
  11. 2.3.2. Система контроля радиационной обстановки.
  12. Средства визуального наблюдения.
  13. 2.9.2. Стандартные аналитические приборы.
  14. ВЫВОДЫ.
  15. 4.2.2. Контроль за воздействием на природную среду при проведении испытаний и отработке новой техники.
  16. 4.2.3. Экологический мониторинг водных гаваней Кронштадта, Ломоносова и Севастополя.
  17. 4.6. Практическая значимость создания и внедрения в практику экологического контроля и мониторинга судовых природоохранных комплексов
  18. ВЫВОДЫ
  19. ЛИТЕРАТУРА
  20. Введение
- Акушерство и гинекология - Анатомия - Андрология - Биология - Болезни уха, горла и носа - Валеология - Ветеринария - Внутренние болезни - Военно-полевая медицина - Восстановительная медицина - Гастроэнтерология и гепатология - Гематология - Геронтология, гериатрия - Гигиена и санэпидконтроль - Дерматология - Диетология - Здравоохранение - Иммунология и аллергология - Интенсивная терапия, анестезиология и реанимация - Инфекционные заболевания - Информационные технологии в медицине - История медицины - Кардиология - Клинические методы диагностики - Кожные и венерические болезни - Комплементарная медицина - Лучевая диагностика, лучевая терапия - Маммология - Медицина катастроф - Медицинская паразитология - Медицинская этика - Медицинские приборы - Медицинское право - Наследственные болезни - Неврология и нейрохирургия - Нефрология - Онкология - Организация системы здравоохранения - Оториноларингология - Офтальмология - Патофизиология - Педиатрия - Приборы медицинского назначения - Психиатрия - Психология - Пульмонология - Стоматология - Судебная медицина - Токсикология - Травматология - Фармакология и фармацевтика - Физиология - Фтизиатрия - Хирургия - Эмбриология и гистология - Эпидемиология -