ПРИМЕНЕНИЕ НЕЧЕТКО-МНОЖЕСТВЕННОГО ПОДХОДА ДЛЯ ОЦЕНКИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО РИСКА ЭКСПЛУАТАЦИИ ШЛАМООТВАЛА ТЭЦ Текст научной статьи по специальности «Математика»

x 10

Траектории СП и КТ

0 2 4 6

8 10 12 14 16 18

X метры

x 10

Рисунок 2. Траектории СП и КТ На рисунке 3 представлены точки траектории при максимальном сближения СП и КТ.

Траектории СП и КТ

1.01 1.015 1.02 1.025 1.03 1.035 1.04 1.045 1.05 1.055 X метры x 105

Рисунок 3. Точки максимального сближения СП и КТ

На рисунке 4 показана перегрузка СП в момент маневра при сближении с КТ.

Перегрузка СП

x 10

4.8

7

6

4.75

5

4

3

4.7

2

4

250

200

150

100

50

5 10

t, секунды

Рисунок 4. Перегрузка СП в момент маневра при сближении с КТ

Литература

1. Моделирование и оценка эффективности боевых действий РВСН. Под ред. В.Д. Ролдугина - М.: ВА РВСН, 2005. - 575с.

2. Кузнецов О.П., Лычагов С.А., Нестеров Е.П. Ракетное оружие на основе аэробаллистической концепции. - Серпухов: МО РФ, 2010. - 181с.

0

0

15

ПРИМЕНЕНИЕ НЕЧЕТКО-МНОЖЕСТВЕННОГО ПОДХОДА ДЛЯ ОЦЕНКИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО РИСКА ЭКСПЛУАТАЦИИ ШЛАМООТВАЛА ТЭЦ

Стулова Наталья Вячеславовна

Аспирант, Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет, г. Волгоград

THE APPLICATION OF FUZZY-SET APPROACH IN ECOLOGICAL RISK ASSESSMENT OF THE CHP SLUDGE POOL OPERATION Stulova Natalya, Postgraduate student, Volgograd state University of architecture and construction, Volgograd АННОТАЦИЯ

Рассмотрена схема оценки риска загрязнения окружающей среды промышленным предприятием на примере теплоэлектроцентрали. Представлен порядок формализации исходной качественной информации при использовании аппарата теории нечетких множеств. Определены потенциальные угрозы экологической безопасности от эксплуатации шламоотвала ТЭЦ. Нечеткий логический вывод производится по методу Мамдани.

ABSTRACT

The scheme of environmental pollution risk assessment of the industrial enterprise on the example of thermal power station is considered. The procedure of formalization quality information using fuzzy sets is considered. Potential threats to environmental security from the operation of sludge pool are identified. Fuzzy inference is made on the Mamdani algorithm. Ключевые слова: риск, нечеткий вывод, шламоотвал. Keywords: risk; fuzzy conclusion, sludge pool.

В современном мире актуальным становится анализ и прогноз отрицательных, часто катастрофических, изменений качества окружающей среды из-за природных и антропогенных воздействий. При этом существует необходимость, как количественной оценки вероятности возникновения явлений, ухудшающих качество окружающей среды, так и количественной оценки возможных ущербов от их проявления.

Для реализации стратегии экологической безопасности развития территорий необходима система взаимосвязанных процедур, позволяющая решать задачи классификации угроз, выявления и оценки рисков.

В законе «Об охране окружающей среды» от 10.01.2002 № 7-ФЗ экологический риск понимается как вероятность наступления события, имеющего неблагоприятные последствия для природной среды и вызванного негативным воздействием хозяйственной и иной деятельности, чрезвычайными ситуациями природного и техногенного характера.

Степень риска рассчитывается как средневзвешенное значение, посредством суммирования величин ущерба в стоимостном выражении, умноженных на вероятность их получения. То есть, степень риска зависит от используемого закона распределения ущерба, и представляет собой величину математического ожидания ущерба:

R = Yn Pi Xi

(1) где

Р1 — вероятность наступления события, которое повлечет за собой ущерб;

XI — величина ущерба в стоимостном выражении; R — количественная мера риска, выражаемая в тех же показателях, что и ущерб;

п — число возможных вариантов ущербов, которые могут проявляться при наступлении неблагоприятного события.

Одними из основных загрязнителей окружающе среды являются крупные ТЭЦ, которые формируют шла-моотвалы. Их воздействие на окружающую среду связано с фильтрационными потерями в почву и грунтовые воды, потери суспензий при транспортировке в шламонакопи-тели, отчуждение и загрязнение значительных земельных участков, трансформация природного ландшафта. Шламонакопитель предназначен [1]:

- для сбора шлама и сточных вод после очистки за-мазученных и замасленных стоков из нефтеловушки, флотаторов, после промывок механических и угольных фильтров очистных сооружений, при текущих и капитальных ремонтах оборудования очистных сооружений;

- для приема ила с иловых площадок канализационных очистных сооружений;

- для сбора шлама и сточных вод при проведении текущих и капитальных ремонтов оборудования канализационных очистных сооружений (перегнива-телей, осветлителей, вторичных отстойников, контактного резервуара).

Опишем лингвистическими переменными потенциальные угрозы экологической безопасности от эксплуатации шламоотвала ТЭЦ: угроза загрязнения поверхностного слоя почвы вблизи шламоотвала свинцом, цинком, никелем, медью, кадмием, мышьяком, ртутью (РЬ, Zn, Си, Cd, As, Hg) Т1; загрязнение подотвальных грунтовых вод токсичными соединениями вследствие фильтрационных особенностей почвы Т2.

В рамках угрозы Т1 объектом исследования явился почвенный покров, приуроченный к шламоотвалу.

Для оценки степени загрязнения почв используются [2]:

- коэффициент концентрации загрязняющих веществ в почве

Ю=а / СПДК (2)

где

С - средняя концентрация загрязняющего вещества в почве, мг/кт;

СПДК - предельно допустимая концентрация загрязняющих веществ в почве в соответствии с ГН 2.1.7.2041-06;

- суммарный показатель химического загрязнения почв тяжелыми металлами, предложенный Сан-ПиН 4266-87 «Методические указания по оценке степени опасности загрязнения почвы химическими веществами»:

Z = К1+К2+....+Кп - (п-1), (3)

где

п - количество учитываемых тяжелых металлов,

К - коэффициент концентрации загрязняющих веществ в

почве.

Приведем коэффициенты концентрации тяжелых металлов и мышьяка в почвах, выявленные в результате взятия проб с территории шламоотвала ТЭЦ: при взятии проб на глубине 0-20 см - коэффициент концентрации никеля 5,179; меди 4,667; свинца 1,057; мышьяка 0,693; цинка 0,508; кадмия 0,443; ртути 0,009. Таким образом, превышение ПДК зафиксировано у никеля, меди и свинца.

Суммарный показатель химического загрязнения почв для верхнего горизонта почвы составляет 6,556.

По шкале опасности загрязнения почв по суммарному показателю загрязнения, приведенной в СанПиН 4266-87 «Методические указания по оценке степени опасности загрязнения почвы химическими веществами», величина суммарного показателя менее 16 характеризуется как допустимое загрязнение почв. Таким образом,

степень загрязнения почвенного покрова вблизи шламо-отвала, согласно СанПиН 2.1.7.1287-03 (с изменениями на 25.04.07), по состоянию на 2014 год допустимая.

Для оценки степени риска экологической безопасности городской среды целесообразно применение аппарата нечетких множеств. Так, нечеткий подход использовался при оценке экологической безопасности города от воздействия автотранспорта [3, 4]. Для оценки степени риска экологической безопасности от эксплуатации шла-моотвала ТЭЦ также целесообразно применение аппарата нечетких множеств.

В качестве входных переменных для оценки угрозы загрязнения поверхностного слоя почвы вблизи шламоот-вала свинцом, цинком, никелем, медью, кадмием, мышьяком, ртутью (РЬ, Zn, Си, Cd, As, Hg) по суммарному показателю рассматриваются терм-множество Р (вероятность возникновения ущерба) = {Низкая, Средняя, Высокая}, терм-множество X (величина ущерба) = {Низкая, Умеренная, Высокая, Очень высокая}. Интегральная оценка ожидаемого ущерба (риска) описывается лингвистической переменной R (риск) с термами: «Незначительный», «Приемлемый», «Высокий», «Очень высокий» [5].

Нечеткий логический вывод для оценки экологических рисков включает в себя следующие основные этапы. При заполнении базы правил выполняется формализация эмпирических данных о предмете исследования в виде нечетких продукционных правил. На этапе фаззификации для всех входных переменных строятся соответствующие функции принадлежности. Затем, после фаззификации находится степень истинности условий по каждому из правил и определяется степень истинности каждого из подзаключений. Полученные функции принадлежности объединяются по всем правилам, и выполняется дефаззи-фикация: находится количественное значение для выходной переменной.

Для предприятий топливно-энергетического комплекса целесообразно применение нечеткого логического вывода по алгоритму Мамдани, так как данный логический вывод осуществляется по нечеткой базе знаний, в которой все значения входных и выходных переменных заданы нечеткими множествами. Посредством дефаззи-фикации определяется четкое значение выходной переменной. Нечеткой базой знаний называется совокупность нечетких правил <Если-то>, задающих взаимосвязь между входами и выходами исследуемого объекта.

«Нечеткая база знаний алгоритма Мамдани записывается в виде следующих продукционных правил: ЕСЛИ (х1 = а1, ]1) И (х2 = а2, ]1) И...И (хп= ап, ]1) с весомwj1, ИЛИ (х1 = а1, ]2) И (х2 = а2, ]2) И...И (хп= ап, ]2) с весом wj2,

ИЛИ (х1 = а1, к]) И (х2 = а2, к]) И...И (хп= ап, к]) с весом wkj,

ТО у = ]

где

xi - численные значения входных переменных, i = 1, "п; а]р - значения нечеткого терма в строке риз соответствующего терм-множества ф = 1, ~dj - заключение]-го правила,] = 1, "т; wjl— вес предпосылки в правиле ], I = 1,"^, принимающий значение из отрезка [0, 1];

количество предпосылок в правиле с номером ];

m - количество термов-значений выходной переменной У»[6].

Экспертные знания в области оценки риска деятельности ТЭЦ можно формализовать в виде системы нечетких продукционных правил. Например:

ЕСЛИ [Вероятность реализации угрозы - Низкая] И [Величина ущерба - Низкая] ТО [Риск - Незначительный];

ЕСЛИ [Вероятность реализации угрозы - Средняя] И [Величина ущерба - Умеренная] ТО [Риск - Умеренный]; и т.д [5].

Результат логического вывода по продукционным правилам находится агрегированием нечетких множеств, которое рассматривается как объединение нечетких множеств, полученных в результате нечеткого вывода.

Для принятия решения об экологическом риске необходимо рассчитать четкое значение выхода у (дефаз-зификация), соответствующее входному вектору X*:

JJ=i

И у

С** Уу

jj=i

Hj

Cr*)

У = - ' ■ (4)

Вычислив дефаззификацию нечеткого множества~y методом центра тяжести, получаем количественное значение интегрального показателя риска.

Литература

1. Методические рекомендации по разработке проекта нормативов предельного размещения отходов для теплоэлектростанций, теплоэлектроцентралей, промышленных и отопительных котельных / Электронный ресурс / Режим доступа: http://base1.gostedu.ru/46/46618/

2. СанПиН 4266-87 «Методические указания по оценке степени опасности загрязнения почвы химическими веществами» / Электронный ресурс / Режим доступа: http://files.stroyinf.ru/Data2/17 4293852/4293852444.htm

3. Санжапов Б. Х., Стулова Н. В. Оценка экологического риска загрязнения окружающей среды от эксплуатации шламоотвала ТЭЦ // Интернет-вестник ВолгГАСУ. Сер.: Строительная информатика. 2014. Вып. 12(36). Ст. 5. Режим доступа: http:/ /www.vestnik.vgasu.ru/

4. Стулова Н. В. Применение аппарата нечетких множеств для анализа экологического риска загрязнения городской среды // Евразийский Союз Ученых (ЕСУ). Технические науки. № 4. 2014. С. 114-116.

5. Санжапов Б. Х., Стулова Н. В. Модель поддержки принятия решений в задаче анализаэкологиче-ского риска загрязнения городской среды объектами топливно-энергетического комплекса // Интернет-вестник ВолгГАСУ. Сер.: Строительная информатика. 2014. Вып. 11(32). Ст. 1. Режим доступа: http://vestnik.vgasu.ru/attachments/SanzhapovStulo va.pdf

6. Штовба С. Д. Введение в теорию нечетких множеств и нечеткую логику [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://matlab.exponenta.ru/fuzzylogic /book1/index.php