СПОСОБ ОПОЗНАНИЯ ИСТОЧНИКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ Российский патент 1998 года по МПК G01N30/86 

Изобретение относится к способам опознания источника загрязнения окружающей среды и может быть использовано при решении экологических проблем и проблем контроля за состоянием окружающей среды.

Известен способ опознания источника загрязнения окружающей среды по авт. св. N 1797345, кл. G 01 N, заключающийся в отборе и анализе проб воды и/или почвы вблизи источника загрязнения и удаленном от источника загрязнения месте, определении относительной концентрации и сравнении набора компонентов, интенсификации и опознании источника загрязнения посредством сравнения n-мерных векторов.

Недостатком известного способа является сложность опознания распределенного в пространстве источника, подверженного сложным превращениям, с точки зрения непрерывного перераспределения загрязняющих веществ в результате трансформации, миграции и т.д. В этом случае сама природная среда (при определенных условиях) может выступать в качестве источника загрязнения.

Настоящее изобретение повышает точность и достоверность опознания распределенного в пространстве источника загрязнения.

Сущность изобретения заключается в следующем: изучаемое пространство Т предварительно разграничивают на множество t_i однородных областей, характеризующихся стабильным поведением в них комплекса анализируемых показателей, определяют комбинацию n наиболее информативных признаков для каждой экологической зоны t_i, при этом вероятность перекрытия анализируемых проб доверительной областью n-мерного вектора t_i-й экологической зоны адекватно отражает близость анализируемых проб и источников загрязнения, приуроченных к t_i-й экологической зоне. При этом границу между t_i-областями на каждый момент времени определяют из условия достижения максимального значения функционала
,
превышающего χ2q,n

, где: m исходный набор наблюдений, дихотомически разделяемый на две части m₁ и m₂; j 1, 2, n набор изучаемых признаков, t 1, 2, m-точки наблюдения; x_tj наблюдение однородных областей, характеризующихся стабильным поведением в них комплекса n анализируемых показателей, определяют комбинацию n*j наиболее неинформативных признаков для каждой экологической зоны t_i и методом интервального оценивания определяют вероятность перекрытия анализируемых проб доверительной областью n*j-мерного вектора t_i-й экологической зоны, а в качестве анализируемых показателей используют те их них, величины которых в контрольной пробе превышают санитарно-гигиенические и/или экологические нормативы, установленные для данной местности и среды, из которой отобрана данная проба.

При этом вероятность перекрытия анализируемых проб доверительной областью n*j

-мерного вектора t_i-й экологической зоны адекватно отражает близость анализируемых проб и источников загрязнения, приуроченных к t_i-й экологической зоне.

Способ опознания источника загрязнения окружающей среды заключается также в том, что границу между t_i- областями на каждый момент времени определяют из условия достижения максимального значения функционала
,
превышающего χ2q,n

, где: m исходный набор наблюдений, дихотомически разделяемый на две части m₁ и m₂; j 1, 2, n набор изучаемых признаков, t= 1, 2, m точки наблюдения; x_tj- наблюдение в t-й точке для j-го признака; χ2q,n квантиль распределения Пирсона, соответствующая уровню значимости q и n степеням свободы.

Способ опознания источника загрязнения окружающей среды осуществляется следующим образом. На изучаемой территории в контрольной точке отбирают пробу воды и/или почвы, определяют относительную концентрацию компонентов (химических и взвешенных веществ, гумуса и т.д.) и сравнивают их содержание с санитарно-гигиеническими и/ или экологическими нормативами, установленными для данной местности и среды, из которой отобрана данная проба. Из числа компонентов, содержание которых превышает данные нормативы, формируют комплекс анализируемых показателей n. По их совокупности изучаемое пространство Т разграничивают на множество t_i однородных областей, характеризующихся стабильным поведением в них анализируемого комплекса. При этом пользуются параметрическими, ранговыми и др. критериями, в т.ч. Вэлча, Вилкоксона, Родионова и др. Затем определяют комбинацию n*j

наиболее неинформативных признаков для каждой экологической зоны t_i и методом интервального оценивания определяют вероятность перекрытия анализируемых (контрольных) проб доверительной областью n*j-мерного вектора t_i-й экологической зоны. При высокой вероятности данного события принимают решение о близости анализируемых проб и источников загрязнения, приуроченных к t_i-й экологической зоне.

Границу между t_i-областями на каждый момент времени определяют из условия достижения максимального значения функционала
,
превышающего χ2q,n

, где: m исходный набор наблюдений, дихотомически разделяемый на две части m₁ и m₂; j 1, 2, n набор изучаемых признаков, t 1, 2, m-точки наблюдения; x_tj наблюдение в t-й точке для j-го признака; χ2q,n квантиль распределения Пирсона, соответствующая уровню значимости q и n степеням свободы.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. На изучаемой территории из колодца отобрана проба воды и проанализирована на содержание в ней загрязняющих веществ методом ИСП-спектроскопии. По 12 компонентам отмечены аномальные значения. С целью опознания источника загрязнения по 8 румбам от данного колодца отобраны дополнительно 68 проб иллювия с последующим их анализом на те же компоненты (табл. 1, пп. 1 68) методом ИСП-спектроскопии. Разграничение 68 проб по совокупности признаков с помощью статистических критериев однородности (например Д.А.Родионова) позволило выделить 6 групп (табл.2).

Далее, поиск наиболее информативной комбинации признаков для каждой экологической зоны с интервальным оцениванием позволил опознать три источника загрязнения:
область территории, объединяющая пробы 1, 2, 9, 11, 12, 19, 26 и 68, является площадным источником загрязнения, приуроченным к зоне развития рудного тела по признакам 2, 3, 6, 12. Факторы загрязнения обусловлены изменившимися значениями pH вследствие выпадения кислотных дождей;
область территории, объединяющая пробы 33, 34, 35, 37, 38, 39, 40, 58 и 59, является площадным источником загрязнения, приуроченным к зоне орошения по признакам 1, 7, 8, 10, 11. Факторы загрязнения обусловлены применением для орошения сточных вод животноводческих ферм;
область территории, объединяющая пробы 4, 6, 7, 8, 13, 15, 16, 17, 23, 24 и 25, является площадным источником загрязнения, приуроченным к зоне усиленного применения пестицидов по признакам 4, 5, 9.

Пример 2. На участке реки в пределах санитарно-защитной зоны отобрана контрольная проба. В ней выявлено 5 показателей, по которым обнаружено превышение ПДК для водоемов рыбохозяйственного назначения. На прилегающей к реке территории, с целью опознания источников загрязнения реки, проведен отбор проб из отложений терригенного девона (пп. 1 10, табл. З) карбонатного девона (пп. 11 20, табл. З); турнейских отложений (пп. 21 -30, табл. З); бобриковско-тульских отложений (пп. 31 40, табл. З); окско-серпуховских, верей-башкирских, каширско-гжельских (пп. 41 50, табл. З); нижнепермских (пп. 51 60, табл. З) и верхнепермских (пп. 61 70, табл. З) отложений.

Результаты разграничения представлены в табл. 4.

Из табл. 4 следует, что в объеме геологической среды выделяются три экологические зоны, охватывающие различные возрастные группы отложений (фиг. 1).

Поиск наиболее информативной комбинации признаков для каждой экологической зоны с интервальным оцениванием позволил опознать два источника загрязнения: области Т[2] и Т[1] по признакам 1, 2 и 3, 4, 5 соответственно. Факторы загрязнения обусловлены наличием восходящей разгрузки минерализованных вод терригенного девона и нижнепермских отложений. Таким образом, предлагаемый способ позволяет опознавать распределенные по площади и в объеме источники загрязнения без привязки к конкретным техногенным объектам. Применение данного способа позволит повысить эффективность контроля и управления качеством окружающей среды.

Использование: способ предназначен для опознания источника загрязнения окружающей среды. Сущность изобретения: способ включает отбор и анализ проб воды и/или почвы, определение относительной концентрации компонентов и сравнение их содержания с санитарно-гигиеническими и экологическими нормативами. Изучаемое пространство разграничивают на множество однородных областей по совокупности показателей, значение которых превышает хотя бы один из используемых нормативов, определяют комбинацию наиболее неинформативных признаков для каждой экологической зоны и вероятность перекрытия анализируемых проб доверительной областью n-мерного вектора выбранной экологической зоны, адекватно отражающей близость анализируемых проб и источника загрязнения. 1 з.п.ф-лы, 1 ил., 4 табл.

1. Способ опознания источника загрязнения окружающей среды, заключающийся в отборе и анализе проб воды и/или почвы, определении относительной концентрации и сравнении набора компонентов, идентификации и опознании источника загрязнения посредством сравнения n-мерных векторов, отличающийся тем, что изучаемое пространство T разграничивают на множество t_i однородных областей, характеризующихся стабильным поведением в них комплекса n анализируемых показателей, определяют комбинацию n*j

наиболее неинформативных признаков для каждой экологической зоны t_i и методом интервального оценивания определяют вероятность перекрытия анализируемых проб доверительной областью n*j -мерного вектора t_i-й экологической зоны, а в качестве анализируемых показателей используют те из них, величины которых в контрольной пробе превышают санитарно-гигиенические и/или экологические нормативы, установленные для данной местности и среды, из которой отобрана данная проба. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что границу между t_i-областями на каждый момент времени определяют из условия достижения максимального значения функционала

превышающего χ2q,n ,
где m исходный набор наблюдений, дихотомически разделяемый на две части m₁ и m₂;
j 1, 2
n набор изучаемых признаков;
t 1, 2,
m точки наблюдения;
наблюдение в t-й точке для j-го признака;
χ2q,n - квантиль распределения Пирсона, соответствующая уровню значимости q- и n-степеням свободы.