Моделирование и прогнозирование питьевой воды в Луганской области

     Как известно, повышенная доза нитратов в организме ведет и к смерти, меньшие дозы вызывают притеснение, депрессию, раздраженность.

     Нитраты сами по себе не вступают в реакцию с другими азотсодержащими компонентами, которые образуют канцерогены. Превращение нитратов в нитриты возможно в не замороженных продуктах, в ротовой полости, в желудке или в мочевом пузыре.

     Таким образом, одной из самых острых проблем нынешнего времени есть контроль за качеством продуктов питания, особенно плодоовощной продукции, а также  улучшение торговли и повышение санитарной культуры обслуживания на рынках и за состоянием в продуктах нитросоединений.

     Количество нитратов в воде может колебаться  от 1 мг/л. до 100 мг/л. В большинстве стран мира для профилактики метгемоглобинемии введенные ПДК (40-45мг/л) на содержимое нитратов в воде. Нитраты попадают в питьевую воду из много численных источников и, в первую очередь, из почвы сельскохозяйственный угодий, которые удобряются азотными удобрениями. Нитраты, превращаясь в нитриты и попадая в желудок, взаимодействуют с аминами и образуют канцерогенные нитрозамины. В некоторых исследованиях было выявлено повышение риска рака желудка среди населения, которое потребляло воду с высоким содержанием нитратов.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4. Прогнозирование состояния элементов  окружающей среды. Оценка надежности и достоверности  разработанной модели.

    Загрязнение питьевой воды может нести определяющий канцерогенный риск. В этой связи, необходимой профилактической мерой является мониторинг химического состава питьевой воды и мероприятия по ее очистке. Несмотря на канцерогенный риск, связанный с хлорированием воды, альтернативы этому методу пока что нет.

       Для построения простой модели линейной регрессии связи годов (с 2001 по 2006гг.) и содержания нитратов (мг/л) в питьевой воде Луганской области используется система двух нормальных уравнений:

an+bΣx=Σy

aΣx+bΣx²=Σyx

       Для решения этой системы используется таблица с расчетами показателей. [9]

База данных для водозабора                                                  таблица№1

 

an+bΣx=Σy

aΣx+bΣx²=Σyx

6a+21b=178                      :6

21a+91b=621.1                 :21

a+3,5b=29,7

a+4,3b+29,6

Вычитываем из 2 –го 1 - е

a+4,3b=29,6

a+3,5b=29,7

     0,8b= - 0,1

b= - 0,1:0,8= -0,125

b= - 0,125

a=29,7 – 3,5*( - 0,125)=29,7 - ( - 0,44)=30,14

получаем уравнение  вида: Уср=а+Bx

Построим графическую  модель

Уср=30,14+( - 0,125)х

Рис. №1

         Зависимость между переменными величинами нередко выражается уравнением параболы второго порядка:

y=a+bx+cx²

где a,b,c – параметры параболы второго порядка. Для решения параметров уравнения используют следующею систему нормальных уравнений:

an+bΣx+cΣx²=Σy

aΣx+bΣx²+cΣx³=Σxy

aΣx²+bΣx³+cΣx⁴=Σyx²

таблица №2

 

an+bΣx+cΣx²=Σy

aΣx+bΣx²+cΣx³=Σxy

aΣx²+bΣx³+cΣx⁴=Σyx²

6a+21b+91c=178                    :6

21a+91b+441c=621,1            :21

91a+441b+2275c=2686,9      :91

a+3,5b+15,17c=29,67

a+4,33b+21c=29,58

a+4,85b+25c=29,53

Вычитаем 1 –  е уравнение из 2 – го, а 2 – е из 3 – го и получаем систему:

a+4,33b+21c=29,58

a+3,5b+15,17c=29,67

    0,83b+5,83c= - 0,09

a+4,85b+25c=29,53

a+4,33b+21c=29,58

     0,52b+4c= - 0,05

0,83b+5,83c= - 0,09      :0,83

0,52b+4c= - 0,05            :0,52

b+7,02c= - 0,11

b+7,69c= - 0,1

Вычитываем 1 –  е из 2 - го

b+7,02c= - 0,11

b+7,69c= - 0,1

• 0,67c= - 0,01

c= - 0,01: - 0,67

c=0,02

а=30,14

b= - 0,125

c= 0,02

y=30,14 – 0,125x+0,02x²

Строем графическую  модель (рис. №2)

Используется  функция y=a+b*Lg(x)

Исправленная  общая дисперсия=4,666667Е – 02

Исправленная остаточная дисперсия=4,573378Е – 03

Стандартное отклонение (остаточное)=6,762675Е – 02

Коэффициент детерминации=(92,16%)

Корреляционное отношение=0,959996

Критерий Фишера F=10,20398

(Fкр(5%)=7,03; Fкр(1%)=19,60)

Функция удовлетворяет  критерий адекватности Фишера для 5% уровня значимости. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5. Оптимизационная модель приятия решений  для предотвращения экологических бедствий и катастроф.

     Особое  значение имеет решение экологических  проблем, для больших городов да и всех угольных городов. Загрязнение свыше допустимых норм атмосфера, вода, почва, огромные пространства заняты отвалами промышленных отходов. Однако в условиях кризисного состояния экономики, ограниченности финансовых средств предприятий успешная реализация в сжатые сроки данного направления промышленного развития маловероятна.[8]

     По  нашим расчетам оптимизация условий  водной среды включается система  алгоритмов, которые определяют содержание нитратов в питьевой воде, химический состав воды, которую употребляют  жителе нашего города.

     Лимитные  показатели порогов токсичности  химических ингредиентов в питьевой воде по нашей модели установили, что  функция удовлетворяет критерию адекватности Фишера для 5% - го уровня значимости, таким образом приведенная мной модель может использоваться  на практике.

     Для оценки тесноты связи между данными  базы по водозабору используется корреляционное отношение, которое в нашем случае приравнивается к 0,96, а это значит что связь сильная.

     Методы стимулирования качества и очищения воды:

– песочно-гравийные  фильтры;  
 
– отстойники;  
 
– хлорирование; 
 
– смешивание воды городских и загородных ресурсов питьевой воды.  
 
         К сожалению, из-за того, собственно питьевая вода в Луганске изначально строгая в городе допустимо отклонение от нормы. Когда вода после очищения коммунальными службами и соответствует установленным нормативам, то в последствии прохождения по водопроводной сети мегаполиса она получает вторичное засорение и поступает в жилплощади жителей мегаполиса в непригодном для употребления облике.  
 

2. Приемы  решения ошибки с  водой в Луганске

      
        На данный момент в Луганске имеется в наличии несколько способов решения ошибки питьевой воды:  
 
- подача питьевой воды из подземных вод и в одно и тоже время капитальный восстановление водоводов;  
 
- применение подвозной воды;  
 
- применение домашних систем очищения воды.  
 
        Более предпочтительным на наш взгляд считается установка домашних систем очищения воды, ориентированных на очистку питьевой воды от лишней минерализации, жесткости, удаление хлорорганических соединений. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Выводы

1. Несбалансированная за минеральным составом и загрязнена нитратами питьевая вода децентрализованных источников в сельской местности выступает как фактор риска возникновения онкологической патологии среди сельского населения, особенно по новообразованиям органов пищеварения, мочеполовой системы и крови.

2. Загрязнение почвы сельскохозяйственных полей ядохимикатами и нитратами на фактически существующем уровне достоверно также влияет на показатели онкологической заболеваемости сельского населения.

3. По химическому составу питьевая вода в Луганске имеет большое число карбонатов. Это обуславливает высокую минерализацию воды до 1400 мг/дм куб. Питьевая вода в Луганске с самого начала имеет отклонения по жесткости, сухому остатку, железу, прозрачности и сульфатам.

4. Лимитные показатели порогов токсичности химических ингредиентов в питьевой воде по нашей модели установили, что функция удовлетворяет критерию адекватности Фишера для 5% - го уровня значимости, таким образом приведенная мной модель может использоваться  на практике.

5. Для уменьшения содержания нитратов в питьевой воде необходимо дополнительно использовать санитарные меры защиты, фильтры – идеальное решение чтобы максимально защитить себя от попадания в организм лишней минерализации, жесткости, хлорорганических соединений, а также нитритов и нитратов, которые пагубно влияют на здоровье человека. 
 
 
 
 
 
 
 

    Список  использованной литературы

1. Джигирей В.С. Екологія та охорона навколишнього середовища. Навчальний посібник. Київ, -  2000.
2. Запольський А.К. Водопостачання, водовідведення та якість воді. К.: Вища шк., 2005.
3. "Экономический факультет". Тема 4: Факторы производства в мировом хозяйстве. Ресурсный потенциал современной цивилизации. [Электронный адрес]: http://books.efaculty.kiev.ua/mek/2/g4/6.html
4. Ковальчук П. И. Моделирование и прогнозирование состояния окружающей среды. Киев, - 2003.
5. Лаврик В. И. Методы математического моделирования в экологии. – Киев, - 2006.
6. Мамченко В. "Водоохранные законы неоднозначны". Противоречия в водном законодательстве. [Электронный адрес]: http://sobitie.com.ua/2006/03/16/vodooxrannye-zakony-neodnoznachny/
7. Попов О.І., Коробчанський В.О. Еколого-гігієнічні аспекти оцінки та прогнозування стану  здоров’я населення у зв’язку з забрудненням навколишнього середовища. Довкілля та здоров’я, 1999.
8. Попытченко Л. М. Курс лекций по дисциплине «Моделирование и прогнозирование состояния окружающей среды» для студентов по специальности «Экология и охрана окружающей среды». Луганск, - 2007.
9. Попытченко Л. М. Курсовой проект по моделированию и прогнозированию состояния окружающей среды для студентов по специальности «Экология и охрана окружающей среды» Методическое указание. Луганск, ЛНАУ – 2007.
10. Сердюк А.М. Навколишнє середовище та здоров’я населення України. Довкілля та здоров’я, Киев, - 1998.