47. Оптимальное пп как необходимый компонент устойчивого развития

Оптимизация природопользования — это научно-техническое решение экологических проблем, обеспечивающее выход из экологически кризисных ситуаций и нормализацию взаимодействия общества и природы.

Оптимизация природопользования включает ряд мероприятий по рациональному использованию природных ресурсов, это:

— развитие ресурсосберегающих и других экологических технологий,

— научное обоснование хозяйственных проектов, в том числе их экологическую экспертизу, прогноз и мониторинг окружающей среды,

— целенаправленное регулирование структуры геосистем и собственно охрана (консервация) части из них.

Критерий оптимальности – это необходимое условие для выбора оптимального решения. Критерий оптимальности в матстатистике называют целевой функцией. Различают однокритериальные задачи оптимизации и многокритериальные.

Методы решения задач оптимизации :

1. Графический

2. В Excel с помощью пакета «Поиск решений»

51. Глобальные модели Форрестера и Мидоуза.

Дж. Расчет проводился на базе Форрестер и Д. Мидоуз заложили основы современного глобального моделирования. В их моделях «МИР-1», «МИР-2» и «МИР-3» расчет проводился на базе учета взаимосвязи и тенденции развития 5-ти главных елементов:

- народонаселение;

- капитал;

- ресурсы;

- загрязнение окружающей среды;

- производство продовольствия.

В этих моделях преследовалась цель проследить развитие основных тенденций в глобальной социоэкосистеме на ближайшие 100 лет, входящие в неизменности характера социально-экономического развития.

Вывод был такой: вследствие противоречия между ограниченностью ресурсов и производства продовольствия, с другой стороны, в середине XXIвека возможен глобальный кризис:

- катастрофическое загрязнение окружающей среды;

- резкий рост смертности населения;

- истощение природных ресурсов

- упадок производства.

Предлагаемые меры противодействия – концепция «глобального равновесия»:

- остановить увеличение численности населения;

- ограничить производство, подняв его до простого воспроизведения;

- основной капитал направить в сферу услуг и сельское хозяйство;

- сократить потребление ресурсов в 8 раз.

Главный эффект моделей «МИР» заключался в осуществлении ощутимого удара по необоснованному оптимизму по поводу будущего развития человечества. Их недостатки – это ограниченные, утопические представления о возможности сознательного управления миром и пренебрежение неравномерностью развития геополитических регионов.

51. Проект "Стратегия выживания" Месаровича - Пестеля.

В ответ на критику моделей «МИР-1» - «МИР-3» в 1974г. По инициативе опять таки Римского клуба было создано несколько новых моделей, из которых более полной является модель Месаровича (США) и Пестеля (Франция), цель которой – экономический прогноз на 1975-2025 гг.

Название проекта – «Стратегия выживания». Структура модели учла большую часть факторов; мир был разделен на 10 взаимодействующих регионов (учтено взаимодействие типа экспорт/импорт и эмиграция/иммиграция). Модель содержала такие субмодели:

- экономика;

- энергетика;

- население.

Исходя из своей модели, ее авторы делают такой вывод: миру угрожает не столько глобальная, сколько серия региональных катастроф, которые начнутся намного раньше, чем у модели Форрестера и Медоуза (т.е. задолго до 2050г.), а также углубление разрыва между уровнями жизни в регионах.

На этой основе они рекомендуют концепцию «органического роста», т.е. гармонического развития мира как целого.

Как и предыдущие, рекомендации Месаровича-Пестеля тоже имеют утопический характер.

51. Модель молекулярной диффузии в атмосфере.

Рассеивание веществ в атмосфере и водной среде при отсутствии перемешивания фаз вследствие действия ветра, водных течений и т.п. происходит за счет явления молекулярной диффузии.

Молекулярная диффузия – это самопроизвольный процесс переноса веществ вследствие хаотического движения атомов, молекул, ионов, коллоидных частиц в газах, жидкостях и твердых веществах в направлении уменьшения концентрации.

Количественно молекулярная диффузия описывается первым (1) и вторым (2) законами Фика:

dn = D*S*(dC/dx)*dt (1)

dC/dt = D*(d²C/dx²) (2)

где n – количество диффузанта (вещества, которое диффузирует); S – площадь перереза, перпендикулярного к вектору потока вещества; t – время; С – концентрация диффузанта; D – коэффициент диффузии; x – координата в направлении диффузии.

Энштейн и Смолуховский показали, что в коллоидных растворах среднее смещение частиц (Δх) можно найти из выражения:

Δх = (3)

Где t – промежуток времени, за которое произошло смещение загрязнения на среднее расстояние Δх в заданной среде.

Точные расчета переноса загрязнителей от точки выброса можно перевести, решив уравнение (2). Однако это уравнение не имеет общего решения, а может быть решено только при определенных граничных условиях.

Если источник выбросов загрязнителя действует постоянно, концентрация загрязнителя в выбросах стала и равна С₀, а концентрация С в начальный момент в какой-либо точке, кроме точки выброса, равна нулю, то тогда граничные и начальные условия имеют такой вид:

1. С = 0 при t = 0;

2. С = С₀ = const при х = 0 и не зависит от времени.

Решение уравнения при таких граничных условиях имеет вид:

С = С₀ [1-(2/)]

Где выражение, которое стоит в скобках – это трансцендентная функция Крампа, или дополнительная функция погрешностей. Значение функции Крампа зависимо от значения аргумента определяются при помощи компьютера или специальных таблиц.

51. Модель турбулентного переноса загрязнителя в атмосфере.

Неравномерное нагревание атмосферы вызывает ее внутреннее движение: теплый и влажный воздух, который легче холодного и сухого, поднимается вверх, а на его место находит холодный воздух.

Вертикально направленные потоки неравномерно нагретой атмосферы называются конвекцией воздуха.

Горизонтально направленные потоки называются адвекцией. Различают адвекцией тепла (поток более теплого воздуха) и адвекцией холода (поток более холодного воздуха, чем тот, который вытесняется).

Конвекция и адвекция вместе вызывают циркуляцию атмосферы.

Вследствие вращения Земли меридианально направленное движение атмосферы вызывает появление гигантских вихрей – циклонов и антициклонов. Однако завихрения в атмосфере возникают не только по этой причине, но и в следствие внутреннего трения – вязкости воздуха. Чем выше скорость движения воздуха, тем выше интенсивность вихрей (так возникают смерчи, торнадо). Такое вихревое движение называется турбулентным.

Турбулентность вызывает интенсивное перемешивание воздуха, поэтому, если воздух сдержит загрязняющие вещества, то они тоже перемешиваются. Это явление называют турбулентной диффузией. Вследствие турбулентной диффузии загрязнение переносится не только по ветру, но и в сторону от направления ветра (это можно легко наблюдать на примере расширения дымового следа с трубы).

Смена концентрации С загрязнения с координатой и временемt описывается уравнением турбулентной диффузии:

dC/dt + v_x*dC/dx + v_y*dC/dy + v_z*dC/dz = d/dx*(k_x*dC/dx) + d/dy*(k_y*dC/dy) + d/dz*(k_z*dC/dz) + L_c * (x,y,z,t);

Тут – локальная скорость воздушных потоков;=+, где– средняя скорость, т.е. скорость ветра, а- скорость турбулентных пульсаций;k_i – коэффициент турбулентной диффузии (в изотопном случае k_x = k_y = k_z = k); L_c – функция источников и стоков.

Для решения уравнения турбулентной диффузии и расчета С (,t) прибегают к ряду упрощений. В частности, ось ОХ направляют вдоль ветра; ось ОУ – горизонтально; OZ – вертикально. Коэффициенты k_i считают одинаковыми (изотопная турбулентная диффузия).

Для непрерывного стационарного выброса с точечного источника возлагают dc/dt = 0, а функцию источников и стоков берут в виде:

L_c = L₊δ() –L_-

Считая, что стоки разделены равномерно по поверхности. Тут δ(r) – δ-функция Дирака. Для оси ОХ возлагают v_x ≡ V (т.е. считают, что u_x ˂˂ V).