International scientific e-journal

ΛΌГOΣ. ONLINE

9 (May, 2020)

e-ISSN: 2663-4139
КВ №20521-13361Р

ENGINEERING AND IT

UDC 004.942

EOI 10.11232/2663-4139.09.30

КОМП’ЮТЕРНЕ МОДЕЛЮВАННЯ В ЕКОЛОГІЇ

ТОЛКАЧОВА Вероніка Олексіївна

здобувач вищої освіти ІV курсу факультету інформатики

Національний педагогічний університет імені М.П. Драгоманова

 

УКРАЇНА


Анотація. Використання комп’ютерного моделювання в екології для розрахунків шкоди людської діяльності на довкілля. З’ясувати наскільки шкідливо впливає громадський транспорт на екологію. Здійснити розрахунок  викидів забруднюючих речовин та парникових газів у повітря від транспортних засобів. Імітаційне комп’ютерне моделювання може змінити сам характер досліджень i допомогти науковцям як у збиранні даних, так і в інтерпретації отриманих результатів.

Ключові слова: комп’ютерне моделювання; екологія; транспорт; шкідливі викиди; імітаційна модель.

Моделювання є одним з основних методів дослідження сучасної екології. Під моделюванням розуміють створення екологічних моделей за допомогою комп’ютерних програм.

На сьогодні відчувається досить велика потреба в розвитку комп’ютерного моделювання. Комп’ютерне моделювання може бути корисне, якщо на самому початку, перед тим, як виберемо першу планову пробу, визначимо мінімальний збір інформацій, який будe необхідний для створення цієї чи іншої моделі. Саме на основі таким чином зібраної бази даних спершу потрібно створити пробну модель і тільки після цього, якщо оцінимо її як сенсовну, почати нагромаджувати нові дані (бо нагромадження даних є досить коштовним і трудомістким).

Імітаційне комп’ютерне моделювання можe змінити сам характер досліджень i допомогти науковцям як у збиранні даних, так і в інтерпретації отриманих результатів.

Метою публікації є показ можливостей застосування імітаційних комп’ютерних моделей до прогнозування динаміки екологічних і ландшафтних систем у різних сценаріях антропогенного впливу.

Комп’ютерне моделювання – це процес перенесення істотних властивостей з оригінального об’єкта, яким може бути, наприклад, сільський ландшафт у горах або на рівнині, до іншого об’єкта, названого комп’ютерною моделлю. Добір істотних властивостей залежить від цілі моделювання, від технічних можливостей, а також від рівня знань про функціонування оригіналу.

За допомогою комп’ютерного моделювання можна швидко спрогнозувати можливі зміни в різних сценаріях та ризикових ситуаціях.

Побачивши на моделі наслідки того чи іншого сценарію, можна вибрати менш небезпечний і більш корисний для досліджуваної системи.

Головним плюсом моделювання при створенні та виборі сценарію господарювання є те, що за допомогою моделей можна досить швидко прогнозувати наслідки спрямованих дій на багато років, й навіть століть.

Другим плюсом комп'ютерного моделювання, не менш важливим від отримання швидких відповідей, є брак негативних або навіть катастрофічних наслідків експериментування на навколишньому середовищі.

 

Розрахунок  викидів забруднюючих речовин та парникових газів у повітря від транспортних засобів

 

Розрахунки обсягів викидів забруднюючих речовин у повітря від транспорту здійснювалися за трьома окремими методиками, які дозволяли встановлювати шкідливі викиди у повітря від автомобільного, залізничного, авіаційного та водного транспорту по 6 хімічних речовинах (оксиди вуглецю та азоту, вуглеводні, діоксид сірки, леткі органічні сполуки, сажа). [2]

В основу цих розрахунків були покладені статистичні дані щодо споживання палива двигунами внутрішнього згоряння автотранспорту юридичних і фізичних осіб.

Методика встановлює порядок проведення розрахунків обсягів надходження у повітря забруднюючих речовин та парникових газів, до яких, зокрема, належать:  оксид вуглецю, аміак, метан, оксид азоту, сажа, діоксид азоту, діоксид сірки, вуглекислий газ, неметанові леткі органічні сполуки.

Державне статистичне спостереження за викидами забруднюючих речовин та парникових газів у повітря  від пересувних джерел (транспортних засобів) здійснюється з метою отримання повної та достовірної статистичної інформації про забруднення атмосфери.

Основним завданням проведення цього спостереження є визначення (шляхом розрахунків за встановленою методикою) обсягів викидів забруднюючих речовин та парникових газів у повітря від використання пересувних транспортних засобів (автомобілів, автобусів), які перебувають у власності юридичних та фізичних осіб.

Базовою інформацією для розрахунку викидів забруднюючих речовин та парникових газів є статистична інформація щодо обсягів використання пересувними транспортними засобами палива (бензину автомобільного, газойлів (дизельного палива), стисненого і скрапленого природного газу), передбачена державними статистичними спостереженнями, та питомі викиди забруднюючих речовин і парникових газів в атмосферу від споживання однієї тонни палива, рекомендовані Міністерством охорони навколишнього природного середовища.

 

Розрахунок обсягів споживання палива транспортними засобами населення у  населених пунктах

 

Вхідними даними для проведення розрахунків обсягів викидів забруднюючих речовин та парникових газів у повітря від транспортних засобів  населення є:

  • кількість транспортних засобів, які знаходяться у приватній власності населення у містах, селищах міського типу та сільській місцевості (за місцем їхньої реєстрації);  

  • середньорічне споживання палива одним транспортним засобом;

  • чисельність населення у регіоні, населеному пункті;

  • питомі викиди забруднюючих речовин та парникових газів.

Річні обсяги використання палива (бензин автомобільний, газойлі (дизельне паливо), стиснений і скраплений газ для автомобілів) на потреби транспортних засобів, що перебувають (зареєстровані) у приватній власності населення, у розрізі населених пунктів розраховуються на підставі даних про середньорічне споживання палива одним транспортним засобом (Пi1тз) у регіоні та кількості транспортних засобів у приватній власності населення, у розрізі населених пунктів (Ктз,нп)  за формулою (1):

де:

Пінп – річне споживання і-го виду палива (бензину автомобільного, газойлів (дизельного палива), стисненого і скрапленого природного газу) транспортними засобами у приватній власності населення, у населеному пункті;

Ктз,нп  – кількість транспортних засобів у приватній власності населення у населеному пункті;

Пі1тз – середньорічне споживання і-го виду палива (бензину автомобільного, газойлів (дизельного палива), стисненого і скрапленого природного газу) одним транспортним засобом у приватній власності  населення.

 

За цією формулою в програмному середовищі обчислюємо річне споживання кожного виду палива (бензину автомобільного, газойлів (дизельного палива), стисненого і скрапленого природного газу) транспортними засобами у приватній власності населення, у місті Київ (рис.1).

Рис 1. Річне споживання кожного виду палива

 

Розрахунок викидів забруднюючих речовин та парникових газів у повітря від використання окремих видів палива  транспортними засобами  населення у населених пунктах

 

Розрахунок викидів забруднюючих речовин та парникових газів у повітря від використання окремих видів палива  у населених пунктах  здійснюється за
формулою (2):

де:

Віj –  обсяги викидів j-ї забруднюючої речовини та парникового газу: оксиду вуглецю, аміаку, метану, оксиду азоту, сажі, діоксиду азоту, діоксиду сірки, свинцю, неметанових летких органічних сполук, бенз(а)пірену від використання і-го виду палива;

Пінп – річне споживання і-го виду палива (бензину автомобільного, газойлів (дизельного палива), стисненого і скрапленого природного газу) на потреби транспортних засобів у приватній власності населення, у населеному пункті;

Кjі – усереднений питомий викид j-ї забруднюючої речовини та парникового газу для транспортних засобів населення від споживання і-го виду палива;

Кjітс    коефіцієнти впливу  технічного стану автотранспорту на викиди j-ї забруднюючої речовини від використання і-го виду палива.

 

Знаючи:

  • питомі викиди забруднюючих речовин і парникових газів [1];

  • коефіцієнти  технічного стану транспортних засобів [1];

  • річне споживання кожного виду палива (бензину автомобільного, газойлів (дизельного палива), стисненого і скрапленого природного газу) транспортними засобами у приватній власності населення, у населеному пункті.

Ми вираховуємо обсяги викидів забруднюючої речовини та парникового газу: оксиду вуглецю, аміаку, метану, оксиду азоту, сажі, діоксиду азоту, діоксиду сірки, неметанових летких органічних сполук, бенз(а)пірену від використання різного  виду палива в середі розробки проекту (рис. 2).

Рис 2. Обсяги викидів забруднюючої речовини та парникового газу

 

Після цього знаходимо  якими речовинами найбільше забруднює кожне паливо (рис. 3)

Рис 3. Обсяги викидів забруднюючої речовини та парникового газу

 

З цих даних  можна зрозуміти, що бензин найбільше забруднює повітря при використані.

 

Розрахунок  викидів забруднюючих речовин та парникових газів у повітря від громадського транспорту

 

Громадський транспорт дуже зручний, як засіб пересування масової кількості людей. Його використовують для перевезення людей по місту або в якості туристів. Однак не варто випускати з уваги те, що такий транспортний засіб може бути не тільки корисним, а й шкідливим для всього нашого оточення.

Цей транспорт є універсальним засобом пересування пасажирів. Він став одним з необхідних транспортних засобів в кожному місті і за містом. Вартість квитка на автобус досить невелика, саме тому більшості населення простіше використовувати його, ніж витрачати на бензин в рази більше.

Не варто забувати того, що громадський транспорт приносить не тільки користь населенню, а й значну шкоду. Зокрема через вихлопні гази, що випускаються транспортним засобом, забруднюючи повітря, яким дихають самі люди і дихати таким повітрям небезпечно. Також вихлопні гази забруднюють всю навколишнє середовище: повітря, воду, рослини. А від великого скупчення автобусів повітря забруднюється набагато швидше, і дихати ним вже практично неможливо.

Вхідними даними для проведення розрахунків обсягів викидів забруднюючих речовин та парникових газів у повітря від громадського транспорту:

  • витрати палива на пробіг і транспортну роботу транспорту;

  • питомі викиди забруднюючих речовин та парникових газів з одиниці використаного палива та коефіцієнти технічного стану транспорту.

Для роботи транспорту використовується бензин, газойлі (дизельне паливо), зріджений нафтовий газ, стиснений природний газ.

Розрахунок обсягів витраченого палива m-суб’єктом господарської діяльності за групами автотранспорту у вагових одиницях здійснюється за формулою (3):

де:

Мікm –  маса витраченого і-го виду  палива к-ю групою автотранспорту m-го суб’єкта  господарської   діяльності (т);

Qікm  –  кількість витраченого і-го виду палива

Кі  –  коефіцієнти переведення у вагові одиниці і-го виду палива (кг/л, кг/ м3).

 

За цією формулою в програмному середовищі обчислюємо масу витраченого кожного виду  палива громадським транспортом  (рис. 4).

Рис 4. Витрати палива на пробіг і транспорту роботу громадського транспорту

 

Розрахунок викидів забруднюючих речовин та парникових газів у повітря (крім свинцю) від використання  палива автотранспортом юридичних осіб здійснюється за формулою (4):

де:

Вjiкm – обсяги викидів j-ї забруднюючої речовини  від спожитого палива  і-го виду  к-ю групою автотранспорту m-го суб’єкта господарської діяльності;

Мікm – обсяги спожитого палива і-го виду к-ю групою автотран-спорту m-го суб’єкта господарської діяльності;

Кпвjік – питомі викиди j-ї забруднюючої речовини   від використання палива і-го виду к-ю групою автотранспорту суб’єктів господарської діяльності;   

Ктсjiк – коефіцієнт впливу технічного стану на питомі викиди j-ї забруднюючої речовини від використання і-го виду палива к-ю групою автотранспорту.

 

Знаючи:

  • обсяги спожитого палива кожного виду палива k-ю групою автотранспорту m-го суб’єкта господарської діяльності коефіцієнти  технічного стану транспортних засобів (рис. 4) ;

  • питомі викиди  забруднюючої речовини   від використання палива  виду k-ю групою транспорту суб’єктів господарської діяльності [1];

  • коефіцієнт впливу технічного стану на питомі викиди j-ї забруднюючої речовини від використання і-го виду палива к-ю групою автотранспорту [1].

Ми вираховуємо обсяги викидів різної забруднюючої речовини  від спожитого палива  транспорту  (рис. 5).

Рис 5. Обсяги викидів різної забруднюючої речовини  від спожитого палива  транспорту

 

Після цього знаходимо якими речовинами найбільше забруднює кожне паливо (рис. 6)

Рис 6. Речовини забруднення

 

За цими даними можна побудувати діаграму, з якої можна дізнатися яке паливо більш небезпечне для довкілля (рис. 7).

Рис 7. Діаграма

 

На основі отриманих результатів можна зробити висновки, що вплив автомобільного транспорту в забрудненні навколишнього середовища і негативному впливі на населення ще більш істотний, ніж прийнято вважати.

Відпрацьовані гази двигунів автомобілів містять висококонцентровані токсичні компоненти, що є основними забруднювачами атмосфери. Час, протягом якого шкідливі речовини природним образом зберігаються в атмосфері, оцінюється від десяти діб до піврок

Комп'ютерне моделювання дає нам змогу зрозуміти на скільки ми своєю житедіяльністю шкодимо навколишньому середовищу. Воно допомагає нам вираховувати вплив нашого життя на екологію і обрати найоптимальніший вибір в тій чи іншій діяльності.


REFERENCES:

 

  • Методика розрахунку викидів забруднюючих речовин та парникових газів у повітря від транспортних засобів. (2008). Вилучено з https://ukrstat.org/uk/metod_polog/metod_doc/2008/452

  • Статистичні дані по галузі автомобільного транспорту. (2020). Вилучено з https://mtu.gov.ua/content/statistichni-dani-po-galuzi-avtomobilnogo-transportu.html

  • Норми витрат палива. (2012). Вилучено з http://ww.putew.inrb.by/articledet.html?akod=6

  • Автотранспорт і навколишне середовище. (2020). Вилучено з https://www.zoda.gov.ua/news


COMPUTER MODELING IN ECOLOGY

TOLKACHOVA V.,
Student of the Faculty of Informatics
The National Pedagogical Dragomanov University
UKRAINE

Abstarct.
Using computer simulations in ecology to calculate the harm of human activities to the environment. Find out how harmful public transport is to the environment. Calculate emissions of pollutants and greenhouse gases into the air from vehicles. Simulation computer modeling can change the nature of research and help scientists both in collecting data and in interpreting the results.


Keywords: computer simulation; ecology; transport; harmful emissions; simulation model.

© Толкачова В.О., 2020

© Tolkachova V., 2020

 

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

PUBLISHED : 31.05.2020