Application of simulation modeling for assessment of environmental safety of soils

Tetyana Bojko; Denys Skladannyy; Julia Zaporozhets; Sergii Plashykhin

doi:10.15587/2312-8372.2020.198785

Автор(и)

Tetyana Bojko Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0002-9710-8055
Denys Skladannyy Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0003-3624-5336
Julia Zaporozhets Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0001-5052-7036
Sergii Plashykhin Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0003-0039-3302

DOI:

https://doi.org/10.15587/2312-8372.2020.198785

Ключові слова:

екологічна безпека, забруднення грунтів, геофільтрація, імітаційний експеримент, ступеня очищення

Анотація

Об'єктом дослідження є екологічна безпека забруднення грунтів промисловим підприємством. Загальний процес геофільтрації розглядається як комплекс окремих фізичних і фізико-хімічних процесів. В ході дослідження розглянуті окремі складові процесу геофільтраціїта проведено обґрунтований вибір математичних моделей для їх опису. Одним із проблемних місць є оцінювання впливу типу ґрунту та відповідної цьому типу схеми геофільтрації на загальний результат фільтраційних процесів. Розглянуто класифікацію ґрунтів з точки зору процесів фільтрації, які в них відбуваються. Для різних типів ґрунтів встановлені вагові коефіцієнти впливу окремих процесів, що становлять геофільтрацію. В якості оцінки результатів геофільтрації запропоновано відношення поточної концентрації забруднювача до його фонової концентрації. Запропоновано методику визначення показників ефективності очищення, заснована на імітаційному експерименті. Розроблено алгоритм проведення імітаційного експерименту на комплексі моделей з урахуванням встановлених коефіцієнтів і проведено 10000 його реалізацій. За результатами імітаційного експерименту визначено величини, що дозволяють судити про якість геофільтрації:

– інтервальна оцінка ступеня очищення;

– висота ґрунтового шару, яка забезпечує максимально можливу ступінь очищення та ймовірності повного очищення від забруднювача під час проходження через шар ґрунту для всіх розглянутих ґрунтів.

Запропоновано розглядати ризик проникнення забруднювача в підземні води через шар ґрунту та встановлено шкалу оцінювання цього ризику на основі шкали бажаності Харрінгтона. Для всіх розглянутих типів ґрунтів оцінено ризик проникнення забруднень у випадках, коли початкова концентрація забруднювача перевищує фонову в три, п'ять і десять разів.

Завдяки цьому забезпечується можливість отримання значень показників ефективності геофільтрації в залежності від початкової концентрації забруднювача з урахуванням типу ґрунту. Ці показники рекомендується враховувати під час проектування місць розміщення потенційно небезпечних об'єктів і виробництв.

Біографії авторів

Tetyana Bojko, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра кібернетики хіміко-технологічних процесів

Denys Skladannyy, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра кібернетики хіміко-технологічних процесів

Julia Zaporozhets, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Старший викладач

Кафедра кібернетики хіміко-технологічних процесів

Sergii Plashykhin, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра кібернетики хіміко-технологічних процесів

Посилання

Abramov, I. B. (2007). Otsenka vozdeistviia na podzemnye vody promyshlenno-gorodskikh aglomeratsii. Kharkov, 285.
Lavrik, V. I. (1981). Reshenie zadachi massoperenosa vodorastvorimykh veschestv v sluchae zavisimosti koeffitsientov konvektivnoi diffuzii ot skorosti filtratsii. In-t Matematiki AN USSR, 3–24.
Khairullin, A. A. (2018). Application of the ideal soil model and tube hydraulics to study filtration processes. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 194, 062011. doi: http://doi.org/10.1088/1755-1315/194/6/062011
Ravshanov, N., Khurramov, I., Aminov, S. M. (2019). Mathematical modeling of the process of water-soline transport in soils. Journal of Physics: Conference Series, 1210, 012118. doi: http://doi.org/10.1088/1742-6596/1210/1/012118
Vlasyuk, A. P., Tsvetkova, T. P. (2015). Mathematical Simulation of the Transport of Salt in the Case of Filtration and Moisture Transfer in Saturated–Unsaturated Soils in a Moistening Regime. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 88 (5), 1062–1073. doi: http://doi.org/10.1007/s10891-015-1285-4
Boiko, T. V., Zaporozhets, Iu. A. (2015). Modeling of mass transfer of pollutants in the soil. Technology Audit and Production Reserves, 1 (3 (21)), 8–11. doi: http://doi.org/10.15587/2312-8372.2015.37648
Szymański, K., Sidełko, R., Janowska, B., Siebielska, I., Walendzik, B. (2017). Modelowanie parametrów migracji zanieczyszczeńchemicznych w podłożu gruntowym składowisk odpadów komunalnych. RocznikOchrona Środowiska, 19, 651–667.
Mustafayev, Z. S., Kozykeeva, A. T., Abdeshev, K. B. (2013). Mathematical modeling of salt leaching of saline soils. World Applied Sciences Journal, 27 (2), 191–200.
Bohaienko, V. A., Bulavatskiy, V. M. (2019). Computer Simulation Based on Non-local Model of the Dynamics of Convective Diffusion of Soluble Substances in the Underground Filtration Flow under Mass Exchange Conditions. Journal of Automation and Information Sciences, 51 (5), 16–29. doi: http://doi.org/10.1615/jautomatinfscien.v51.i5.20
Kryshtopa, S., Melnyk, V., Dolishnii, B., Korohodskyi, V., Prunko, I., Kryshtopa, L. et. al. (2019). Improvement of the model of forecasting heavy metals of exhaust gases of motor vehicles in the soil. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (10 (100)), 44–51. doi: http://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.175892
Flury, M., Flühler, H., Jury, W. A., Leuenberger, J. (1994). Susceptibility of soils to preferential flow of water: A field study. Water Resources Research, 30 (7), 1945–1954. doi: http://doi.org/10.1029/94wr00871
Šimůnek, J., Jarvis, N. J., van Genuchten, M. T., Gärdenäs, A. (2003). Review and comparison of models for describing non-equilibrium and preferential flow and transport in the vadose zone. Journal of Hydrology, 272 (1-4), 14–35. doi: http://doi.org/10.1016/s0022-1694(02)00252-4
Shein, E. V., Guber, A. K., Kukharuk, N. S. (1995). Perenos vody i veschestv po makroporam v dernovo-podzolistoipochve. Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriia 17: Pochvovedenie, 2, 22–32.
Shein, E. V., Marchenko, K. A. (2001). Vzaimosviaz putei dvizheniia vlagi i prostranstvennogo raspredeleniia plotnosti pochvy Vladimirskogo opolia. Pochvovedenie, 7, 823–833.
Khramchenkov, M. G. (2003). Elementy fiziko-khimicheskoi mekhaniki prirodnykh poristykh sred. Kazan: Izdatelstvo Kazanskogo matematicheskogo obschestva, 178.
Environmental Indices: Systems Analysis Approach. Vol. 1 (1999). Hardcover, 655.
Zaporozhets, J. A. (2016), Influence of filtration on groundwater quality. Fifth International Scientific and Practical Conference. Kyiv, 203–206.