КП Мониторинг / Ларина / Курсовой проект Мониторинг / МУ МОНІТОРИНГ НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА КП

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ДОНБАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

ДО КУРСОВОГО ПРОЕКТУ З ДИСЦИПЛІНИ

,, МОНІТОРИНГ НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА”

( розділ ,,атмосфера”)

( для студентів спеціальності 6.07.0800 ,,Екологія”)

З а т в е р д ж е н о

.на засіданні кафедри

,, Екологія та безпека життєдіяльності”

Протокол № від

Алчевськ - ДонДТУ –200__

Методичні вказівки до курсового проекту ,,Моніторинг довкілля”розділ ,,атмосфера” (для студентів спеціальності 6.07.0800 ,,Екологія”. Склав: С.І. Лигіна . – Алчевськ: Донату, 2007. -

Містять загальні положення, постановку задачі, методику розрахунку динаміки забруднення атмосферного повітря. Наведені розрахунки дають змогу кваліфіковано аналізувати зміни стану забруднення атмосферного повітря та прогнозу ситуації.

Складач : С.І. Лигіна, ст..викладач

Рецензент

2

1. ВСТУП

Основною метою застосування методів аналізу динаміки явищ є простеження змін середньорічних концентрацій забруднюючих речовин у заданому районі за певний період часу.

Мета курсового проекту полягає у визначенні впливу забруднюючих речовин в атмосферному повітрі заданого району на перспективу.

2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧІ.

На основі заданих концентрацій забруднюючих речовин за певний період часу визначити:

1. Змінювання середньорічних концентрацій забруднюючих речовин у атмосферному повітрі міста у заданому районі.

.а) Визначити – абсолютний приріст,

• показник наочності,

• згладжування динамічного ряду шляхом групової та ,,скользящей” середньої.

.б) Метод вирівняння за способом найменших квадратів.

3. СТРУКТУРА РОЗРАХУНКОВО – ПОЯСНЮВАЛЬНОЇ ЗАПИСКИ ТА ЗМІСТ ГРАФІЧНОЇ ЧАСТИНИ.

1. Титульний лист.

2. Реферат.

3. Зміст.

4. Вступ.

5. Постановка задачі.

6. Завдання для розрахунку.

7. Розрахунок змін середньорічних концентрацій забруднюючих речовин у атмосферному повітрі заданого району міста.

8. Висновки.

9. Перелік літературних посилань.

10. Додаток: таблиці, графіки.

3

4.ВИХІДНІ ДАНІ ДЛЯ РОЗРАХУНКУ. РОЗРАХУНОК ПРОГНОЗУВАННЯ ДИНАМІКИ ЗАБРУДНЕННЯ АТМОСФЕРНОГО ПОВІТРЯ У ЗАДАНОМУ РАЙОНІ МІСТА.

Наступний приклад демонструє методику розрахунку прогнозування динаміки забруднення атмосферного повітря.

Для подальших розрахунків представлені вихідні дані у таблиці 1 (а,б).

Методи аналізу .

При вивченні динаміки явищ використовують динамічні ряди.

Динамічний ряд – це ряд розташованих у хронологічному порядку ( через певні однакові проміжки часу) якісно однорідних статистичних величин, які характеризують змінювання явища, яке вивчається, у часі. Динамічний ряд може бути збудований із абсолютних чисел, інтенсивних показників, відносних і середніх величин. Числа, які складають динамічний ряд, називають рівнями, або членами ряду.

Для характеристики динаміки явищ необхідно провести аналіз динамічного ряду, тобто вичислити такі показники:

• рівень ряду;

• абсолютний приріст;

• темп приросту;

• темп росту.

Окрім цього, у деяких випадках для виявлення основної тенденції явища (зменшення чи збільшення) необхідно обчислити:

• показник наочності;

• згладжування динамічного ряду шляхом гуртової середньої;

• згладжування динамічного ряду по методу ,,скользящей” середньої;

• метод вирівняння по способу найменших квадратів.

.

Проведемо розрахунки вище описаних показників на прикладі аналізу динамічного ряду, складеного із середньорічних концентрацій завислих речовин у атмосферному повітрі заданого району міста за період 1999 – 2006 роки (табл..1). Середньорічні показники одержані шляхом складання середньомісячних концентрацій з поділенням одержаної суми на 12 – число місяців на рік і округлення до четвертого знаку після коми.

4

Таблиця 1.

Змінювання середньорічних концентрацій завислих речовин у атмосферному повітрі міста ( у заданому районі пункта спостережень) )

Роки	Серед.річна Концентрація (рівень ряду мг/м3	Абсолютний приріст	Темп приросту %	Темп росту %
1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006	0,6575 0,6042 0,4017 0,4076 0,2575 0,2164 0,2583 0,2396	- - 0,0533 - 0,2025 + 0,0059 - 0,1501 - 0,0411 + 0,0419 + 0,0187	- - 1,8 - 33,5 + 1,5 - 36,8 - 16,0 +19,4 - 7,2	- 91,9 66,5 101,5 63,2 84,0 119,4 92,8

Рівень ряду – величина явища, яке вивчається, досягнута за певний період ( або до певного моменту часу).

У нашому конкретному випадку – це дані про середньорічні концентрації завислих речовин у атмосферному повітрі (див. табл. 1 графа 2).

Абсолютний приріст - (швидкість ряду ) – різниця між послідуючого та попереднього членами ряду. Приріст показує збільшення, або зменшення рівня за певний інтервал часу.

Абсолютні змінювання рівнів ряду розраховують шляхом віднімання з кожного наступного рівня – попереднього. Так, у 1999 році середньорічна концентрація завислих речовин складала 0,6575 мг/м³, а у 2000р. – 0,6042 мг/м³. Таким чином змінювання складає 0,0533мг/м³ в бік зменшення (у гр.3 проставляється мінус 0,0533). У подальшому аналогічно порівнюють усі наступні роки (див.табл.. 1).

Темп приросту – це відношення абсолютного приросту, або швидкості ряду до попереднього члену ряду, який приймається за 100%.

Розраховують темп приросту, складаючи пропорцію : якщо концентрацію завислих речовин за 1999 рік прийняти за 100%, то минуле змінювання (абсолютний приріст) буде складати певний відсоток, який розраховується таким чином:

0,6575 - 100%

0,6042 - х Х = 0,5333 х 100/0,6575 = 8,1%

5

Середня концентрація завислих речовин у атмосферному повітрі знизилась у 2000році по зрівнянні з 1999 роком на 8,1% (табл.1)

Темп росту - відношення кожного наступного члену ряду до попереднього, прийнятому за 100%.

Для обчислення темпу росту кожний рівень наступного ряду порівнюють з попереднім.

Для 2000 р.: 0,6575 - 100%

0,6042 - Х Х = 0,6042 х 100/ 0,6575= 91,9%

Середня концентрація завислих речовин у 2000 році становила 91,9% по зрівнянню з концентрацієй у 1999р, яка була прийнята за 100% (табл..1).

Показник наочності – приведення рядів до однієї основи. Цей показник більш яскраво і наочно демонструє тенденцію в змінюванні (зниженню, або збільшенню) рівнів динамічного ряду.

Для обчислення показника рівня одного року (1999) приймається за 100% і далі визначають , який відсоток складає рівень кожного наступного року по зрівнюванні з цим роком.

У 2000р.: 0,6575 - 100%

0,6042 Х Х = 0,6042х100/ 0,6575 = 91,9%

У 2001р.: 0,6575 - 100%

0,4017 - Х Х = 0,4017 х 100/ 0,6575 = 61,1%

Результати розрахунків наведені у таблиці 1а (продовження табл..1)

Згладжування динамічного ряду шляхом групової середньої – це укрупнення відрізків часу і розрахунок для них середньої величини, яка характеризує у середньому укрупнений період. Цим згладжуються випадкові коливання і більш чітко визначається характер динаміки явища ( зменшення чи збільшення).

Таблиця 1а.

Змінювання середньорічної концентрації завислих речовин у атмосферному повітрі міста (у заданому районі пункта спостережень).

6

Роки	Середньорічна .концентрація .у мг/м3 (рівень ряду)	Показник .наочності	Згладжування динамічного .ряду по методу
			.групової середньої	,,скользящей” середній
1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006	0,6575 0,6042 0,4017 0,4076 0,2575 0,2164 0,2533 0,2396	100 91,9 61,1 62,0 89,2 32,9 39,3 36,4	0,6308 0,4046 0,2370 0,2490	- 0,5545 0,4712 0,3556 0,2938 0,2441 0,2381 -

Таким чином , наприклад, підсумовувати дані за два роки з наступним відніманням середніх за цей інтервал часу концентрацій шкідливих речовин у атмосферному повітрі. Середньорічна концентрація завислих речовин у 1999 р. – 0,6575 мг/м³, а у 2000р – 0,6042 мг/м³. Проводимо розрахунки:

0,6575 + 0,6042 = 1,2617 / 2 роки = 0,6308 мг/м³

Середня за період 1999 – 2000 р.р. концентрація 0,6308 мг/м³. Аналогічно проводяться розрахунки даних і за наступні роки. Одержані дані наведені у табл..1а.

Згладжування динамічного ряду по методу ,,скользящей” середній - послідовне складання показників за декілька років з розрахунками середній з них. При цьому кожний рівень ряду замінюється середній з даного рівня і сусідніх з ним.

Частіше за все складають послідовно три члену ряду, однак можна використовувати 5, 7 і більш.

Так, наприклад, ,,скользящая” середня з трьох членів ряду обчислена:

Для 2000р. : 0,6575+0,6042+0,4017 / 3 = 0,5545;

Для 2001р. : 0,6042+0,4017+0,4076 /3 = 0,4712 і т.д.

Результати наведені у табл. 1а.

При підсумку виявлена основна тенденція зменшення рівня забруднення атмосферного повітря завислими речовинами за період 1999 – 2006 роки.

Метод вирівняння по способу найменших квадратів – вирівняння по лінії, найбільш відповідной істиному характеру динаміки вивчає мого явища, при наявності основної тенденції до зниженню, або росту частоти явища. Цей метод заснований на математичному законі, згідно якого при прямолінійній тенденції через ряд емпирічних точок можливо провести тільки одну пряму лінію, яка відповідає вимогам: сума квадратів відхилень фактичних даних від вирівняних повинна бути найменшою. Порівняння для визначення вирівняних рівнів (тобто порівняння прямої лінії):

Ух = А⁰ + А₁Х ;

.де А⁰ - обчислений початковий, або вихідний рівень;

А₁ - швидкість змінювання ряду (тобто приріст, або зниження показників);

Х - час.

Розглядають характер змінювання початкового рівня ряду (А⁰) при рівномірному у середньому змінюванні (А₁). Для одержання нових рівнів (теоретичного) динамічного ряду необхідно визначити А⁰ та А₁ по формулам :

А⁰ = у / п ; А₁ = ху / х² ;

.де п - число членів ряду;

х - час (в умовних одиницях);

у - фактичні рівні ряду.

Для вирівняння динамічного ряду по способу найменших квадратів складають спеціальну таблицю (див. .таб.1б).

Таблиця 1б.

Змінювання середньорічної концентрації завислих речовин у атмосферному повітрі міста (у заданому районі пункта спостережень).

Роки	Серед.річна Концентрація (випадки) мг/м3	Умовний .час,х	.ху	. х2	Вирівняні .ух
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006	0,6042 0,4017 0,4076 0,2575 0,2164 0,2583 0,2396	- 3 - 2 - 1 0 + 1 + 2 + 3	- 1,8126 - 0,8034 - 0,4076 0 + 0,2164 + 0,5166 + 0,7188	9 4 1 0 1 4 9	0,5091 0,4530 0,3969 0,3408 0,2847 0,2286 0,1725
.у = 0,3408 .х=0 .ху = - 1,5718

8

Розрахунок проводиться таким чином :

1. За начало відліку приймають середній період часу – 2003 рік. Час виражається в умовних одиницях від середини відліку, де х = 0.

2. Проводиться обчислення постійної величини рівняння шляхом складання усіх даних другої графи (середньорічна концентрація) і поділенням одержаної суми на число членів ряду - тобто періодів часу (у нашому випадку – років);

А⁰ = Σ с.річ.конц. / Σ років = 2,3853 / 7 = 0,3408

3. Одержують добуток кожного ряду у на ряд х.

Для 2000р.: 0,6042 · (-3) = - 1,8126 і т.п.

4. Ряд х уводять в квадрат і у графі 5 виставляють дані за усі періоди часу.

5. Розраховують другу постійну величину А₁. Для цього суму усіх добутків ху поділяють на суму добутків х² :

А₁ = - 1,5718 / 28 = - 0,0561 ;

6. Далі одержують вирівняні дані : А⁰ + А₁ х;

За 2000р :у₁ = 0,3408+(0,0561)(-3)= 0,5091 ;

2001р.:у₂=0,3408+(-0,0561) (-2) = 0,4530 ;

2002р.:у₃ = 0,3408+ (0,0561) (-1)= 0,3960 ;

2003р.:у₄= 0,3408 + (0,0561) 0 = 0,3408;

2004р.:у₅= 0,3408 + (0,0561) 1 = 0,2847;

2005р.: у₆= 0,3408+ (0,0561) 2 = 0,2286;

2006р.: у₇= 0,3408= (0,0561) 3 = 0,1725.

При зрівнянні вирівняних рівнів у динаміці за період 2000-2006р.р. виявлена читка закономірність зниження рівня забруднення атмосферного повітря міста у заданому районі завислими речовинами.

Метод вирівняння по способу найменших квадратів може бути використаний для прогнозування явищ (екстраполяція) у тому випадку, коли є впевненість у стійкості наявних тенденцій.

Практично, продовжуючи час х, можна розрахувати дані для будь-якого наступного року, у близькому майбутньому при збереженні існуючих у минулому тенденцій і умов.

Так прогнозований середньорічний рівень забруднення атмосферного повітря завислими речовинами у місті у заданому районі може становити:

.у 2007 р.: У₈ = 0,3408 + (-0,0561) ^. 4 = 0,1164 (мг/м³).

Гранично-допустима середньо-добова концентрація (ГДК с.д. ) завислих речовин у атмосферному повітрі населених міст становить 0,15

мг/м³. Таким чином, можна очікувати , що у 2007 році у атмосферному повітрі міста у заданому районі при збереженні наявних тенденцій,

.середньорічний вміст завислих речовин буде доведено до установленої норми.

Якщо під впливом яких-небудь факторів тенденція явищ суттєво змінюється, то за допомогою описаного вище методу можна зафіксувати це змінювання і дати характеристику його (збільшення, або зменшення).

Для забезпечення наочності можна скласти графік, де на осі абсцис (х) відкласти періоди часу (роки), а на осі ординат (у) дані про середньорічні рівні забруднення атмосферного повітря завислими речовинами (у мг/м³).

Для побудови графіка за кожний рік відкладають:

1. відомості про фактичні середньорічні концентрації завислих речовин у атмосферному повітрі;

2. результати обробки вище вказаних відомостей по методу сковзкій середньої;

3. такі самі відомості, які вирівняні по методу найменших квадратів ( з прогнозуванням на наступні роки).

Усі дані , які відкладені за ряд років, з’єднуються з утворенням 3-х ліній ( відповідних трьом способам статистичних розрахунків). Четверта лінія позначає рівень ГДК с.д. = 0,15 мг/м³ для завислих речовин у атмосферному повітрі населених міст (рис.1).

Рис.1

10

Середньорічні концентрації завислих речовин у атмосферному повітрі міста у заданому районі:

1 - фактичні концентрації, 2 – сковзка середня ,

3. - дані, вирівнянні по способу найменших квадратів,

4. – ГДК с.д.

Аналізуючи графік можна зробити можна зробити висновки:

.а) середньорічні фактичні концентрації завислих речовин у атмосферному повітрі міста у заданому районі за період 1999-2006 р.р. знижуються нестійко, т.я. у 2002 і 2005 роках цей процес припинявся і навіть мав зворотну тенденцію (крива 1);

.б) загальна ж тенденція характеризується зменшенням (крива 2

забруднення повітря завислими речовинами за період часу(сковзка середня), який вивчається;

.в) при збереженні тенденції темпу 2000 – 2006 р.р. могло б очікуватись зниження концентрацій завислих речовин у повітрі нижче ГДК с.д. (лінія 3 перетинає рівень ГДКс.д. у 2007 році). Однак, з аналізу кривих 1 і 2 за період 2003 – 2006 р.р. можна зробити висновок про різке порушення існуючого раніш темпу скорочення рівня забруднення повітря завислими речовинами. А на основі цього зробити реальне прогнозування , що досягнення ГДКс.д. по завислим речовинам в атмосферному повітрі у заданому районі міста відкладаються на наступні роки.

Таким чином, застосування динамічних методів статистики при обробці результатів лабораторних досліджень атмосферного повітря дає можливість визначити основну тенденцію змінювання рівнів забруднення атмосферного повітря шкідливими речовинами і скласти прогноз ситуації на перспективу.

11

5. ВАРІАНТИ ЗАВДАНЬ ДО КУРСОВОГО ПРОЕКТУ.

Назва курсових проектів	Варіанти
Прогнозування динаміки забруднення атмосферного повітря у заданому районі міста:
- завислими речовинами	1, 2, 3
- діоксидом сірки	1, 2, 3
- діоксидом азоту	1, 2, 3, 4
- оксидом вуглецю	1, 2, 3, 4
- сірководнем	1, 2
- фенолом	1, 2
- формальдегідом	1

В а р і а н т и
Шкідливі речовини роки	1	2	3	4
Завислі речовини 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 прогноз 2007	0,6417 0,7416 0,5417 0,5833 0,4167 0,3397 0,3026 0,2651	0,6083 0,6917 0,5250 0,5250 0,4333 0,2990 0,2876 0,3011	0,8000 0,7250 0,5583 0,6083 0,3583 0,2792 0,3754 0,4294
Діоксид сірки 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 прогноз 2007	0,2550 0,2150 0,0840 0,0717 0,0636 0,0613 0,0607	0,2500 0,2233 0,0800 0,0783 0,0670 0,0793 0,0633	0,2175 0,2033 0,0063 0,0558 0,0492 0,0460 0,0554	0,1209 0,1063 0,0450 0,0672 0,0665 0,0711 0,0564
Діоксид азоту 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 прогноз 2007	0,0967 0,1050 0,1108 0,0775 0,1058 0,0981 0,0959 0,1152	0,1107 0,1167 0,1200 0,0733 0,1133 0,1067 0,1239 0,1333	0,0792 0,1075 0,0933 0,0633 0,0775 0,0690 0,0500 0,0621	0,1007 0,1086 0,0882 0,0843 0,0987 0,0879 0,0798 0,0763
Оксид вуглецю 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 прогноз 2007	3,9167 4,2500 4,4167 3,6667 4,0048 4,5409 4,2467	2,6667 3,7500 3,6667 3,3333 3,4315 3,5531 3,5826	3,4167 4,5000 4,0000 2,8333 2,8776 3,3168 3,3986	3,4117 3,7667 4,3500 3,3000 3,2250 3,2167 4,0500 прогноз 2007-08