Имитационная игра «Озеро»

Министерство  высшего и профессионального  образования

Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

Самарский Государственный  Технический университет

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лабораторная  работа по экологии

Имитационная игра «Озеро»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                             

 

 

 

 

                                                     г. Самара 

                                                         2012

Цель работы

Овладение практическими приёмами и методами контроля по эксплуатации экосистемы «Озеро».

Приобретение умений и навыков  использования технических средств  при оптимальном планировании нескольких взаимосвязанных параметров управления.

Описание  элементов системы

Для успешного управления экологической системой «Озеро» нужно усвоить закономерности, лежащие в основе водного баланса, превращений и деструкции веществ, насыщения воды кислородом, влияния метеоусловий на экологические процессы.

Компьютерная программа  моделирует естественные процессы, протекающие  в системе, включающей в себя:

– водоём 200·300 м. Водоем разбит на три зоны одинаковой площади 200·100 м – промышленную, среднюю и культурную (со средними глубинами 5 м, 10 м и 5 м соответственно). Нормальным считается уровень воды в озере от 9,8 до 10,2 м;

– прибрежные предприятия. Завод, фабрика, база используют воду озера для своих технологических процессов, загрязняя её органикой и неорганикой. Объём забираемой воды равен объёму сбрасываемой. Концентрации органики и неорганики в сбрасываемой воде могут меняться через каждую декаду. Ботанический сад только забирает воду из озера;

– станции  ежедневного взятия проб воды. Две из них стационарные – в промышленной и средней зонах, одна передвижная для взятия проб воды при необходимости в культурной зоне;

– гидрометеослужбу. Она осуществляет краткосрочный метеопрогноз (до 10 дней): температуры воздуха и воды, осадков, давления и силы ветра.  Данные  об  изменениях  погодных  условий  заложены  в  игру и остаются одними и теми же, поэтому все игроки оказываются в равных условиях, диктуемых внешней обстановкой;

– службу управления качеством  воды, которая осуществляет подкачку чистой воды в промышленную зону (Р), сброс воды из культурной зоны (S), искусственную аэрацию вод (А₁, А₂);

– финансирующий  орган. Для управления озером на два месяца выделяется 300 условных рублей. Эти деньги расходуются на перекачку воды из расчёта 0,5 усл. руб. за каждые 1000 куб. м и на искусственную аэрацию из расчета 0,25 усл. рублей за повышение концентрации кислорода в одной зоне на 1 мг/л.

Природоохранные мероприятия

Подкачка (Р, м³/сут.) и сброс воды (S, м³/сут.)

Подкачка и сброс  воды создают в озере течение  из промышленной зоны через среднюю в культурную зону. В результате чего в водоеме происходят процессы разбавления, перемешивания и уменьшения концентраций загрязнителей.

Концентрация органики растёт за счёт сброса сточных вод предприятиями, а убывает за счёт деструкции и разложения. Кроме того, концентрация органики изменяется вследствие перетока воды из одних зон в другие. Однако следует иметь в виду, что чем выше концентрация кислорода в воде, тем сильнее идёт разложение органики с образованием неорганических веществ, значит, увеличивается концентрация неорганики.

Концентрацию неорганики можно  понизить только проточностью воды.

Следует учесть, что станции перекачки воды переводятся автоматически на режим подъёма уровня (Р = 5000 м³/сут.,  S = 0 м³/сут.) или его снижение (Р = 0 м³/сут., S = 5000 м³/сут.), если уровень воды выходит за пределы допустимых норм.

 

Искусственная аэрация

Растворенный в воде кислород как расходуется, так и  пополняется ввиду нескольких причин. Пополняется кислородом вода за счёт естественной и искусственной аэрации, а также за счет дождевой воды и подкачиваемой чистой воды.

Расход кислорода обусловлен разложением органики и водообменом с предприятиями. Забирая воду, обогащенную кислородом, и сбрасывая воду без кислорода, предприятие уменьшает концентрацию кислорода в воде.

Следует, однако, иметь в виду, что сколь бы интенсивной ни была искусственная аэрация, она не может дать концентрацию кислорода выше предельного насыщения (эта величина зависит от температуры воздуха и атмосферного давления).

Значит концентрацию кислорода в промышленной зоне можно повышать за счёт подкачки чистой воды, тогда как в средней и культурной зонах это следует делать за счёт аэрации, причём аэрация в средней зоне должна быть выше, чем в культурной.

 

Ход работы

         Игровой цикл состоит из последовательности обращений к режимам меню в таком порядке: «СОСТОЯНИЕ – ПРОГНОЗ – УПРАВЛЕНИЕ – РАБОТА».

Наша задача состоит  в том, чтобы в течение первого  месяца (июня) вывести озеро из запущенного  состояния до уровня ПДК во всех зонах по каждому из трёх ингредиентов (органика, неорганика, кислород), а  затем в течение второго месяца (июля) поддерживать качество воды в озере на уровне этих ПДК.

В начале каждого игрового цикла  с помощью раздела меню «СОСТОЯНИЕ»  следует проанализировать текущие  концентрации кислорода, органики, неорганики в каждой зоне, уровень воды в озере, оставшуюся денежную сумму для расхода на перекачку воды и аэрацию.

Затем необходимо оценить прогноз  погоды и прогноз деятельности предприятий (раздел меню «ПРОГНОЗ»).

На основании проведенного анализа  необходимо выбрать параметры управления: подкачку воды Р, сброс воды S, аэрацию А₁ и А₂, а также Т – количество суток очередного цикла (раздел меню «УПРАВЛЕНИЕ»).

В течение июня штрафные баллы не начисляются. В течение июля начисляются штрафные баллы по одному за каждый день, если не было обеспечено качество воды в любой зоне.

Термины и определения

Гидросфера – водная оболочка Земли, которая включает Мировой океан, воды суши (реки, озёра, ледники), подземные воды.

Загрязнение – привнесение в окружающую среду или возникновение в ней новых, обычно нехарактерных, физико-химических, биологических веществ, агентов, оказывающих вредное воздействие на природные экосистемы и на человека.

Лимитирующий фактор – экологический фактор (свет, температура, почва, биогенные вещества), который при определенном наборе условий окружающей среды ограничивает какие-либо проявления жизнедеятельности организмов.

Прогнозирование экологическое – научное предвидение возможного состояния природных экосистем и окружающей среды, определяемого естественными процессами и антропогенными факторами.

Предельно допустимый cброс (ПДС) – максимально допустимая масса  загрязняющего  вещества  в  окружающей  среде, определяемая в соответствии с установленным режимом в данном месте в единицу времени с целью обеспечения норм качества среды в контрольном пункте.

Устойчивость экосистемы – способность экосистемы и её отдельных частей противостоять колебаниям внешних факторов и сохранять свою структуру и функциональные особенности.