Курсовая работа (т): Фиксация загрязнений водной поверхности дистанционными методами

Спектральные и лазерные исследования оптических свойств нефтепродуктов и их пленок на воде в области длин волн 2 - 25 мкм. Исследования спектрального отражения ряда нефтепродуктов производилось на однолучевом ИК спектрометре.

Оптическая схема спектральных измерений

Для оценки влияния толщины пленки загрязнения d были измерены относительные коэффициенты отражения воды, покрытой пленками нефти различной толщины, на длине волны 10,6 мкм. При d<1:2 мкм пленка прозрачна для излучения. При большей толщине Rотн увеличивается и становится больше, чем Rотн нефти, из-за многократных отражений в пленке. При толщине пленки порядка длины волны (=10 мкм) наблюдался максимум отражения, обусловленный интерференцией. Дальнейшее увеличение толщины пленки приводит к уменьшению ее коэффициента отражения до значения, равного коэффициенту отражения нефти, потому что при d>40 мкм пленка уже непрозрачна для падающего излучения и, следовательно, ведет себя как чистый нефтепродукт. Таким образом, наличие загрязнений существенно изменяет коэффициент отражения водной поверхности.

А) Спектральные измерения. Влияние солености, температуры и наличия пены на оптические свойства воды в ИК области спектра. Исследования показывают, что наличие растворенных солей особенно существенно влияет на оптические свойства воды в области длин волн 8-15 мкм. Присутствие солей приводит к уменьшению коэффициента отражения в зоне длин волн от 11,7 до 20 мкм и к увеличению коэффициента отражения в области длин волн от 8 до 11 мкм.

Для выяснения влияния концентраций солей на отражательные свойства морской воды был изучен спектр отражения искусственной морской воды с концентрацией солей, в три раза превосходящей среднюю концентрацию солей в Мировом океане.

Искусственная морская вода приготовлялась растворением в дистиллированной воде морской соли, предварительно очищенной от нерастворимых примесей. Увеличение концентрации солей привело к более заметному уменьшению коэффициента отражения в области длин волн 11,7 - 20 мкм и к более заметному его увеличению в области длин волн 8-11 мкм.

Б) Лазерные измерения. Отражательная способность естественной и искусственной морской воды различной концентрации исследовалась на установке с лазером. С целью выяснения степени влияния различных солей на отражательную способность морской воды были измерены относительные коэффициенты отражения растворов NaCl, MgSO4, MgCl2, KCl, CaSO4, KI различной концентрации при угле падения 20 градусов. Все эти соли содержатся в различном количестве в морской воде. С увеличением концентрации относительный коэффициент отражения всех исследованных растворов возрастает. Особенно заметно увеличение коэффициента отражения у раствора MgSO4, из-за присутствия ионов SO4. Зависимости всех остальных линейных коэффициентов близки к линейным. Вклады солей, содержащихся в морской воде, в ее отражение аддитивны.

Существенное влияние оказывает также температура. Понижение и повышение температуры приводит к уменьшению коэффициента отражения. При этом отражательная способность морской и чистой воды изменяется примерно одинаково.

Результат: наличие солей в морской воде приводит к увеличению ее коэффициента отражения на длине волны 10,6 мкм, на которой излучает углекислый лазер, не более чем на 5-7%. Измерение температуры в пределах 10-50 С также изменяет коэффициент отражения воды не более чем на 5%. В то же время наличие нефтяных загрязнений увеличивает коэффициент отражения воды в данной спектральной области на 400-600%. Таким образом, соленость и изменение температуры водной поверхности на результаты дистанционного зондирования нефтяных загрязнений методом активной лазерной локации заметного влияния оказать не могут.

Оптические свойства водной поверхности могут существенно изменяться при наличии пены, а также при наличии таких поверхностных загрязнений, как разросшиеся водоросли, плавающие перья птиц и другие объекты биологического происхождения. Было исследовано влияние пены и наличие ряски на отражательную способность воды в области длин волн от 0,5 до 15 мкм. Выполненные измерения показали, что при наличии на поверхности воды пены относительный коэффициент отражения воды уменьшается в несколько раз во всем исследованном спектральном диапазоне. Это, однако, свидетельствует лишь об уменьшении потока излучения, рассеянного пеной в направлении приемной системы, и не может служить доказательством уменьшения общего отраженного потока. Действительно, как показали гониометрические измерения, наличие на воде пены приводит к изменению характера пространственного распределения отраженной радиации.

Влияние волнения моря на эффективность дистанционного обнаружения нефтяных загрязнений. На эффективность работы индикатора существенное влияние должно оказывать волнение зондируемой водной поверхности. В качестве примера взяты результаты балтийского рейса НИС «Профессор Визе» в апреле-мае 1974 г.

Контраст в оптических свойствах нефтепродуктов и воды практически не зависит от волнения моря. Эти результаты справедливы в случае обнаружения сплошной пленки нефтепродукта на воде при оценке отклонения измерительного прибора.

загрязнение вода нефтяной дистанционный

Таким образом, испытания аппаратуры для дистанционной индикации нефтяных загрязнений активным методом убедительно показали, что эта аппаратура обладает рядом преимуществ по сравнению с применяемой в настоящее время. Она имеет малую динамическую постоянную времени срабатывания, может быть использована в любое время суток, в отсутствие и при наличии облачности, при волнении моря до 4 - 5 баллов, при различной скорости носителя . Нет также принципиальных препятствий для установки подобной аппаратуры на борту самолета, поэтому в настоящее время ведется разработка самолетного варианта лазерного обнаружителя нефтяных загрязнений, в котором будет использован более мощный лазер.

Заключение

Логика развития жизни на Земле определяет деятельность человека как главный фактор, причем биосфера может существовать без человека, но человек не может существовать без биосферы. Фактором существования биосферы является чистая вода. Сохранить гармонию человека и природы - основная задача, которая стоит перед настоящим поколением. Это требует изменения многих ранее сложившихся представлений о соизмерении человеческих ценностей. Необходимо развитие у каждого человека «экологического сознания», которое будет определять выбор вариантов технологий, строительства предприятий и использования природных ресурсов.

Защита водных ресурсов от истощения и загрязнения, и их рационального использования для нужд народного хозяйства - одна из наиболее важных проблем, требующих безотлагательного решения. Одним из основных направлений работы по охране водных ресурсов является внедрение новых технологических процессов производства, переход на замкнутые циклы водоснабжения, где очищенные сточные воды не сбрасываются, а многократно используются в технологических процессах. Замкнутые циклы промышленного водоснабжения дадут возможность полностью ликвидировать сбрасываемые сточных вод в поверхностные водоемы, а свежую воду использовать для пополнения безвозвратных потерь.
В химической промышленности намечено более широкое внедрение малоотходных и безотходных технологических процессов, дающих наибольший экологический эффект. Большое внимание уделяется повышению эффективности очистки производственных сточных вод.
Существенное влияние на повышение водооборота может оказать внедрение высокоэффективных методов очистки сточных вод, в частности физико-химических, из которых одним из наиболее эффективных является применение реагентов. Использование реагентного метода очистки производственных сточных вод не зависит от токсичности присутствующих примесей, что по сравнению со способом биохимической очистки имеет существенное значение. Более широкое внедрение этого метода как в сочетании с биохимической очисткой, так и отдельно, может в определенной степени решить ряд задач, связанных с очисткой производственных сточных вод.

Я считаю, что одна из основных задач современного образования человека - это становление экологического способа мышления. Так правительством РФ в 1991 г. была одобрена Республиканская программа по образованию в области окружающей среды. В ней определены цели и принципы организации экологического образования в области охраны окружающей среды. Важным моментом является тот факт, что приоритетность экологического образования, обязательность введения природоохранных дисциплин во всех учебных заведениях закреплены в законах «Об образовании» и «Об охране окружающей среды». Не лишним был бы переход от лозунга «Взять от природы все» к лозунгу «Природа наш дом».

Использованная литература

«Дистанционное обнаружение нефтяных загрязнений вод ИК лазером» В.В. Богородский, М.А. Кропоткин

«Оптико-физические средства исследования океана» Судостроение 1984г

«Методы и средства ГМИ» В.П. Коровин, Б.М.Тимец

«Дистанционное зондирование в метеорологии, океанологии и гидрологии» Мир 1984 г