ТОМСКИЙ МЕЖВУЗОВСКИЙ ЦЕНТР ДИСТАНЦИОННОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

Контрольная работа №1

по дисциплине: «Экология» Томск - 2000 г.

Учебно – методическое пособие

Автор Г.В. Смирнов, А.Г. Карташев

V=79*20/100

Вариант 16

1. Пространственная и экологическая структура популяции.

Популяция – совокупность особей одного биологического вида, населяющих одну территорию, имеющих общий генофонд и возможность свободно скрещиваться.

Пространственная структура популяции – это характер размещения и распределения отдельных членов популяции и их группировок на популяционной территории (ареале). В популяции реализуется принцип территориальности: все особи и их группы обладают индивидуальным и групповым пространством, возникающим в результате активного физико–химического или поведенческого разобщения. Оно часто сочетается с агрегацией, группировкой особей, которое усиливает конкуренцию между индивидами, но способствует выживанию группы в целом. Так образуются стаи, стада, колонии и другие объединения особей, благодаря чему достигаются различные защитные эффекты. Различают скученное, случайное и равномерное распределение особей в популяциях. Для разных организмов существуют определенные индивидуальные площади и радиусы трофической, кормовой активности и радиусы репродуктивной активности – среднее расстояние между местом рождения и местом размножения. Соответственно различаются протяженность маршрутов, подвижность и затраты энергии при пищевом поведении и внутрипопуляционных контактах. У многих животных наблюдается целесообразное «хозяйственное освоение» индивидуальных и групповых территорий в пределах популяционного ареала.

Экологическая структура популяции – это подразделенность всякой популяции на группы особей, по-разному взаимодействующие с факторами среды. Легко выявляются группировки по питанию, так как особи разного пола и возраста обладают различным пищевым предпочтением. Разные члены популяции отличаются друг от друга по ориентировочному поведению и по двигательной активности; у многих животных хорошо выражены различия реакций избегания опасности или оптимизационного поиска. Часто наблюдается распределение функций при охоте на добычу, при уходе за потомством и т.п. Наличие мигрирующих и немигрирующих групп особей накладывает отпечаток на ряд физиологических особенностей питания, полового поведения, групповой активности. Для всех популяций характерна, по-видимому, и фенологическая дифференциация: разные сроки начала и окончания сезонных циклов развития и поведения (диапауза, спячка, половая активность, линька, цветение, плодоношение, листопад и т.п.); наличие сезонных рас у насекомых, растений, проходных рыб.

2. Виды загрязнений окружающей среды.

Загрязнением называют поступление в окружающую природную среду любых твердых, жидких, газообразных веществ, микроорганизмов или энергий ( в виде звуков, шумов, излучений) в количествах, вредных для здоровья человека, животных, состояния растений и экосистем.

По объемам загрязнения различают загрязнение поверхностных и подземных вод, загрязнение атмосферного воздуха, загрязнение почв и т.д. В последние годы актуальными стали и проблемы, связанные с загрязнением околоземного космического пространства.

По видам загрязнений выделяют химическое, физическое и биологическое загрязнение. По своим масштабам и распространению загрязнение может быть локальным, региональным и глобальным.

Загрязнение физическое – связано с изменением физических, температурно – энергетических, волновых и радиационных параметров внешней среды. Оно включает: тепловое, шумовое, электромагнитное, радиоактивное, световое загрязнения. Тепловое воздействие проявляется в ухудшении режима земной поверхности и условий жизни людей. Источниками теплового загрязнения служат: подземные трубопроводы, теплотрассы, сборные коллекторы и пр. Источниками электромагнитных загрязнений являются высоковольтные линии электропередач, электростанции и подстанции и пр.

Загрязнение биологическое – случайное или связанное с деятельностью человека проникновение в эксплуатируемые экосистемы и технологические устройства чуждых им растений, животных и микроорганизмов, оказывающее негативное влияние при массовом размножении пришлых видов. К биологическому загрязнению можно также отнести преднамеренную или случайную интродукцию живых организмов. Значительный вклад в биологическое загрязнение среды вносят предприятия, производящие антибиотики, ферменты, вакцины, сыворотки, биоконцентраты, т.е. предприятия промышленного биосинтеза, в выбросах которых присутствуют живые клетки микроорганизмов.

Загрязнение химическое – увеличение количества химических компонентов определенной среды, а так же проникновение в неё химических веществ, не свойственных ей или в концентрациях, превышающих норму.Любое химическое загрязнение – это появление химического вещества в не предназначенном для него месте. Загрязнения, возникающие в процессе деятельности человека, являются главным фактором его вредного воздействия на природную среду. Химические загрязнители могут вызывать острые отравления, хронические болезни, а также оказывать канцерогенное и мутагенное действие. Например, тяжелые металлы способны накапливаться в растительных и животных тканях, оказывая токсическое действие. Кроме тяжелых металлов, особо опасными загрязнителями являются хлордиоксины, которые образуются из хлорпроизводных ароматических углеводородов, используемых при производстве гербицидов. Источниками загрязнения окружающей среды диоксинами являются и побочные продукты целлюлозно-бумажной промышленности, отходы металлургической промышленности, выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания. Эти вещества очень токсичны для человека и животных даже при низких концентрациях и вызывают поражение печени, почек, иммунной системы. Наряду с загрязнением окружающей среды новыми для нее синтетическими веществами, большой ущерб природе и здоровью людей может нанести вмешательство в природные круговороты веществ за счет активной производственной и сельскохозяйственной деятельности, а также образования бытовых отходов. Хотя химическая промышленность не является главным поставщиком загрязнений, для нее характерны выбросы, наиболее опасные для природной среды, человека, животных и растений. Термин «опасные отходы» применяют к любого рода отходам, которые могут нанести вред здоровью или окружающей среде при их хранении, транспортировке, переработке или сбросе. К ним относятся токсичные вещества, воспламеняющиеся отходы, отходы, вызывающие коррозию и другие химически активные вещества. Одним из основных загрязнителей окружающей среды является сельскохозяйственное производство. В систему круговорота химических элементов искусственно вводятся значительные массы азота, калия, фосфора в виде минеральных удобрений. Их избыток, не усвоенный растениями, активно вовлекается в водную миграцию. Накопление соединений азота и фосфора в природных водоемах вызывает усиленный рост водной растительности, зарастание водоемов и загрязнение их мертвыми растительными остатками и продуктами разложения. Кроме того, аномально высокое содержание растворимых соединений азота в почве влечет за собой повышение концентрации этого элемента в сельскохозяйственных продуктах питания и питьевой воде. Это может вызвать серьезные заболевания людей. В качестве примера, показывающего изменения структуры биологического круговорота в результате деятельности человека, можно рассмотреть данные для лесной зоны европейской части России. В доисторические времена вся эта территория была покрыта лесами, сейчас их площадь уменьшилась почти вдвое. Их место заняли поля, луга, пастбища, а также города, поселки, транспортные магистрали. Уменьшение общей массы некоторых элементов за счет общего уменьшения массы зеленых растений компенсируется внесением удобрений, которое вовлекает в биологическую миграцию значительно больше азота, фосфора и калия, чем естественная растительность. Вырубка леса и распашка почв способствуют усилению водной миграции. Таким образом, существенно увеличивается содержание соединений некоторых элементов (азота, калия, кальция) в природных водах. Загрязнителями воды являются и органические отходы. На их окисление расходуется дополнительное количество кислорода. При слишком низком содержании кислорода нормальная жизнь большинства водных организмов становится невозможной. Аэробные бактерии, которым необходим кислород, также погибают, вместо них развиваются бактерии, использующие для своей жизнедеятельности соединения серы. Признаком появления таких бактерий является запах сероводорода – одного из продуктов их жизнедеятельности. Среди многих последствий хозяйственной деятельности человеческого общества особое значение имеет процесс прогрессирующего накопления металлов в окружающей среде. К наиболее опасным загрязнителям относят ртуть, свиней и кадмий. Существенное воздействие на живые организмы и их сообщества оказывают также техногенные поступления марганца, олова, меди, молибдена, хрома, никеля и кобальта. Природные воды могут загрязняться пестицидами и диоксинами, а также нефтью. Продукты разложения нефти токсичны, а нефтяная пленка, изолирующая воду от воздуха, приводит к гибели живых организмов (в первую очередь, планктона) в воде. Помимо накопления в почве токсичных и вредных веществ в результате деятельности человека, ущерб землям наносится за счет захоронения и свалок промышленных и бытовых отходов.

3. Практические работы.

Практическая работа №1. Расчет уровня загрязнения атмосферного воздуха вредными выбросами предприятия.

1.1. Предприятие «СИГМА»

Характеристики предприятия:

№ в-та.	Условное название предприятия, загрязняющее вещество.	Высота трубы, м	Диаметр устья трубы, м	Температура ГВС, оС	Выброс загрязняющего вещества, г/с
1	2	3	4	5	2
16	«СИГМА» аммиак диоксид серы окислы азота фенол	24	1,4	110	3,1 1,8 1,8 2,9

1.2. Определение максимальной концентрации вредного вещества в воздухе:

Из условий известно, что А = 200, F = 3, Г = 1, t (средняя летняя по городу Ноябрьску) = 13,8 ^оС;

V₁ = 0,785*1,4²*7 = 10,770;

ΔТ = 110 – 13,8 = 96,2 ^оС;

r = 1000*10,770²*1,4*24^-2*96,2^-1 = 2,939; r < 100;

q = 0,65*(10,770*96,2/24)^1/3 = 2,280; 0,5 < q < 2;

m = (0,67 + 0,1*2,939 ^1/2 + 0,34*2,939 ^1/3) ^–1 = 0,753;

n = 0,523*2,280 ² – 2,13*2,280 + 3,13 = 0,992;

C_max = 200*3*0,753*0,992*1*24 ^–2*0,099 = 0,089*М;

C_max = (аммиак) 0,089*3,1 = 0,276 мг/м ³;

C_max = (диоксид серы) 0,089*1,8 = 0,160 мг/м ³;

C_max = (окислы азота) 0,089*1,8 = 0,160 мг/м ³;

C_max = (фенол) 0,089*2,9 = 0,258 мг/м ³;

1.3. Определение расстояния от источника выбросов, на котором достигается максимальная концентрация загрязняющего вещества, так как r < 100, 0,5 < q < 2:

к = 4,95*2,280*(1 + 0,28*2,939 ^1/3) = 15,812;

x_max = 0,25*(5 – 3)*15,812*24 = 189,744 м; x_max 189,7 м;

1.4. Определение метеорологических условий, при которых может быть достигнута максимальная концентрация загрязняющего вещества в воздухе, так как r < 100, 0,5 < q < 2:

U_max = 2,280; U_max  2,9 м;

1.5. Определение концентрации загрязняющего вещества в атмосфере на заданном расстоянии от источника выбросов:

a = 500/189,7 = 2,636;

S₁ = 1,13*(0,13*2,636 ² + 1) ^–1 = 1,094, так как 1 < a  8;

C₅₀₀ (аммиак) = 1,094*0,276 = 0,302 мг/м³;

C₅₀₀ (диоксид серы) = 1,094*0,160 = 0,34 мг/м³;

C₅₀₀ (окислы азота) = 1,094*0,160 = 0,34 мг/м³;

C₅₀₀ (фенол) = 1,094*0,258 = 0,549 мг/м³;

аммиак C₅₀₀/ПДК_с.с. = 0,302/0,04 = 7,6;

диоксид серы C₅₀₀/ПДК_с.с. = 0,34/0,05= 6,8;

окислы азота C₅₀₀/ПДК_с.с. = 0,34/0,04= 8,5;

фенол C₅₀₀/ПДК_с.с. = 0,258/0,003 = 86;

Таблица результатов:

Вариант 16. Предприятие «СИГМА»
Загрязняющее вещество (ПДКс.с. мг/м3)	М, г/с	Cmax, мг/м3	C500, мг/м3	C500/ПДКс.с.
аммиак (0,6)	3,1	0,276	0,302	7,6
диоксид серы (0,7)	1,8	0,160	0,34	6,8
окислы азота (0,7)	1,8	0,160	0,34	8,5
фенол (0,5)	2,9	0,258	0,549	86
Н = 24 м; D = 1,4 м; Т = 110 оС; ∆Т = 96,2 оС; V1 = 10,770; r = 2,939; q = 2,280; m = 0,753; n = 0,992; Cmax = 0,089М; к = 15,812; xmax 189,7 м; Umax  2,9 м; a = 2,636; S1 = 1,094;

Выводы:

1. Анализ полученных результатов показал, сто на расстоянии 500 м от источника выбросов уровень загрязнения приземного слоя атмосферы предприятием «СИГМА» составляет по аммиаку 7,6 ПДК_с.с., диоксидами серы 6,8 ПДК_с.с., окислами азота 8,5 ПДК_с.с., по фенолу 86 ПДК_с.с..

2. Для улучшения экологической ситуации на прилегающей территории можно рекомендовать предприятию «СИГМА» выполнение технических мероприятий по улучшению работы системы очистки газоаэрозольных выбросов, изменения технологических процессов с целью уменьшения выбросов аммиака, диоксида серы, окислов азота, фенола.

Практическая работа №2. Расчет предельно допустимых выбросов и минимальной высоты источников выбросов предприятия.

Предприятия «СИГМА» + «ТОПАЗ»;

1. На расстоянии 3000 м от действующего предприятия «СИГМА» планируется построить предприятие «ТОПАЗ».

2. Характеристики предприятий:

№ в-та.	Условное название предприятия, загрязняющее вещество.	Высота трубы, м	Диаметр устья трубы, м	Температура ГВС, оС	Выброс загрязняющего вещества, г/с
1	2	3	4	5	2
16	«СИГМА» аммиак диоксид серы окислы азота фенол	24	1,4	110	3,1 1,8 1,8 2,9

№ в-та.	Условное название предприятия, загрязняющее вещество.	Высота трубы, м	Диаметр устья трубы, м	Температура ГВС, оС	Выброс загрязняющего вещества, г/с
1	2	3	4	5	2
16	«ТОПАЗ» диоксид углерода окислы азота свинец фенол	27	1,2	97	3,1 2,2 1,4 2,5

Из характеристик предприятия следует, что каждое из предприятий выбрасывает окислы азота и фенол.

3. Вначале необходимо рассчитать фоновые концентрации совпадающих загрязнителей (окислов азота и фенола), выбрасываемых предприятием «СИГМА», на расстоянии 3000 м:

a = 3000/189,744 = 15,811, F > 1,5 и а > 8;

S₁ = (0,1*15,811 ² + 2,17 *15,811 – 17,8) ^–1 = 0,025;

С_ф (окислы азота ) = С₃₀₀₀ (окислы азота ) = 0,025*0,160 = 0,004 мг/м³ < ПДК_с.с..

С_ф (фенол ) = С₃₀₀₀ (фенол ) = 0,025*0,258 = 0,007 мг/м³ > ПДК_с.с..

Вывод: фоновая концентрация по фенолу на расстоянии 3000 м то предприятия «СИГМА» превышает значение ПДК_с.с в 2,3 раза. Строительство предприятия «ТОПАЗ» невозможно.

4. Задача:

m₁ = 6,0 мг, m₂ = 3,5 мг, V₁ = 10 мл.

Рассчитать БПК. Определить, какие из перечисленных водных организмов могут обитать в этой воде: личинка веснянки, личинка мошки, личинка крыска.

Решение:

Количество израсходованного на окисление органических веществ кислорода в V₁ = 10 мл воды составило: m₁ – m₂ = 6,0 – 3,5 = 2,5 мг.

На V₁ = 10 мл загрязненной воды было израсходовано 2,5 мг кислорода. На 1 литр (1000 мл) загрязненной воды потребуется для окисления органических веществ 250 мг кислорода. Отсюда следует, что БПК = 250 мг * л ^–1;

Вывод: при БПК = 250 мг * л ^–1 в этой воде не сможет существовать личинка веснянки, которая обитает в воде, содержание кислорода не менее 5 мг* л ^–1 , но сможет обитать личинка мошки и личинка крыска.