2 Лабораторная работа № 2. «озеро»

Лабораторная работа предусматривает управление естественной экосистемой «Озеро», на берегах которого расположены предприятия, осуществляющие антропогенное воздействие на данную экологическую систему (сброс в водоем сточных вод и водозабор). Задача обучаемого (студента) – осуществлять контрольно-диспетчерскую деятельность до конца игры и при разумной экономии средств сохранять нормальный водный баланс у водоема.

2.1 Цели работы

Закрепление, углубление и расширение знаний студентов в области экономного использования природных ресурсов в процессе управления естественными и искусственными экосистемами.

Овладение практическими приёмами и современными методами контроля по эксплуатации экосистемы «Озеро» и анализу циклических закономерностей существования экосистем.

Приобретение умений и навыков использования технических средств при оптимальном планировании нескольких взаимосвязанных параметров управления в условиях ограничения суммарной стоимости расходов.

2.2 Предмет и содержание работы

2.2.1 Теоретическая часть: Природопользование [4, С. 222-225]. Искусственные и естественные экосистемы [4, C. 83-98]. Круговороты веществ и энергий в природе, понятие о цикличности. Водопотребление [1, C. 307-326]. Антропогенное воздействие на гидросферу [4, C. 239-244]. Нормирование качества окружающей среды [7, C. 33-38]. Система экологического мониторинга [1, C. 513-519]. Прогрессивные методы очистки сточных вод [1, C. 307-315]. Моделирование экосистем [3, C. 235-240; 5, C. 356-364].

2.2.2 Входные данные экологической системы «Озеро»

Компьютерная программа «Озеро» моделирует естественные процессы, происходящие в системе, включающей в себя:

- водоём;

- прибрежные предприятия;

- станции ежедневного взятия проб воды;

- гидрометеослужбу;

- службу управления качеством воды;

- финансирующий орган.

Обучаемый в игре выполняет функции диспетчера по управлению экологической системой «Озеро».

Для успешного управления обучаемый должен усвоить закономерности, лежащие в основе водного баланса, превращений и деструкции веществ, насыщения воды кислородом, влияния метеоусловий на экологические процессы.

2.2.3 Описание элементов системы

Водоём 200х300 м разбит на три зоны одинаковой площади 200х100 м – промышленную, среднюю и культурную (со средними глубинами 5 м, 10 м и 5 м соответственно). Нормальным считается уровень воды в озере от 9,8 до 10,2 м.

Прибрежные предприятия. Среди них некоторые – завод, фабрика, база – используют воду озера для своих технологических процессов, загрязняя её органикой и неорганикой. Объём забираемой воды равен объёму сбрасываемой. Концентрации органики и неорганики в сбрасываемой воде могут меняться через каждую декаду. Ботанический сад только забирает воду из озера.

Данные о деятельности предприятий заложены в программу, моделирующую экосистему. Эти данные обучаемый при желании может получить во время игры. Они выводятся на экран по частям, в соответствии с рассматриваемой в конкретный момент игры декадой. Ниже приводится полная таблица с указанными данными, заложенная в программе (таблица 2.1).

Таблица 2.1 – Данные о деятельности предприятий по декадам

Месяц	Декада	Объем загрязненной сбрасываемой воды
		Завод	Фабрика	База	Б.Сад
		неорг., (мг/л)/ орг., (мг/л)/ вода, (м3)	неорг., (мг/л)/ орг., (мг/л)/ вода, (м3)	неорг., (мг/л)/ орг., (мг/л)/ вода, (м3)	вода, м3
Июнь	1 – 10	1200/2000/200	700/1500/250	1000/2000/300	1000
	11 – 20	1200/2000/200	350/1500/250	1000/2000/300	-
	21 – 30	1200/2000/200	350/1500/250	1000/1000/300	400
Июль	1 – 10	1500/2000/200	350/1500/250	1000/1000/300	60
	11 – 20	1200/2000/200	350/1500/400	1000/1000/400	300
	21 – 30	1200/2000/200	350/1500/250	1000/2000/300	500

В игре установлен предел допустимых концентраций (ПДК) в мг/л по кислороду, органике и неорганике для каждой зоны. Ниже приводится таблица, где приведены ПДК тех же показателей, причем ПДК по кислороду определяет нижнюю границу, ПДК по органике и неорганике – верхнюю (таблица 2.2).

Таблица 2.2 – Предельно допустимые концентрации загрязнителей в контролируемых зонах, мг/л

	Промышленная зона	Средняя зона	Культурная зона
Кислород	2	4	6
Органика	60	40	25
Неорганика	350	300	220

Станции ежедневного взятия проб воды. Две из них стационарные – в промышленной и средней зоне, одна передвижная для взятия проб воды при необходимости в культурной зоне.

Гидрометеослужба осуществляет краткосрочный метеопрогноз (до 10 дней): температуры воздуха и воды, осадков, давления и силы ветра. Данные об изменениях погодных условий заложены в игру и остаются одними и теми же, поэтому все игроки оказываются в равных условиях, диктуемых внешней обстановкой.

Служба управления качеством воды осуществляет подкачку чистой воды в промышленную зону, сброс воды из культурной зоны, искусственную аэрацию вод. Интенсивность аэрации задается величинами А1 и А2 мг/л – на сколько можно поднять аэрацию воды без учета других факторов поступления и расходования воздуха. Следует, однако, иметь в виду, что искусственная аэрация, сколь бы сильной она ни была, не может дать концентрацию кислорода выше предельного насыщения (эта величина зависит от температуры воздуха и атмосферного давления).

В части водного баланса обучаемому следует учесть, что станции перекачки воды переводятся автоматически на режим подъёма уровня (Р=5000, S=0) или его снижение (Р=0, S=5000) на одни сутки, если уровень воды выходит за пределы допустимых норм. Чтобы управлять уровнем воды, следует учитывать баланс воды:

B = Wg – Wu – Wc + (P - S),

где Wg и P – приход воды в озеро за счёт дождей и перекачки;

Wu, Wc, S – расход за счёт испарения, забора воды ботаническим садом и сброса.

Финансирующий орган. Для управления озером на два месяца выделяется 300 рублей. Эти деньги расходуются на перекачку воды из расчёта 50 коп. за каждую 1000 куб. м и на искусственную аэрацию из расчета 25 коп. за повышение концентрации кислорода в одной зоне на 1 мг/л.

В игре денежные расходы не выведены на первый план, однако отсутствие их учета будет со стороны обучаемого большой ошибкой. Как только выделенная сумма будет израсходована, в оставшиеся дни экологическая система будет развиваться без управления со стороны обучаемого. А такое развитие очень быстро приводит к ухудшению качества воды.

Таким образом, разумная экономия при благоприятных условиях, свободный расход в условиях неблагоприятных и ориентир на среднесуточный расход 5 руб. позволяют обучаемому сохранить свою роль диспетчера до конца срока игры.