Кременчуцький державний політехнічний університет icon

Кременчуцький державний політехнічний університет




Скачати 188.28 Kb.
НазваКременчуцький державний політехнічний університет
Дата28.07.2012
Розмір188.28 Kb.
ТипДокументи

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

КРЕМЕНЧУЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ


ІМЕНІ МИХАЙЛА ОСТРОГРАДСЬКОГО





МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
ЩОДО САМОСТІЙНої РОБоТи
З НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ
Моделювання і прогнозування стану довкілля

ДЛЯ СТУДЕНТІВ ДЕННОЇ ТА ЗАОЧНОЇ ФОРМ НАВЧАННЯ ЗА НАПРЯМОМ ПІДГОТОВКИ 6.040106 – „ЕКОЛОГІЯ, ОХОРОНА НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА ТА ЗБАЛАНСОВАНЕ ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ”


КРЕМЕНЧУК 2008
Методичні вказівки щодо самостійної роботи з навчальної дисципліни “Моделювання і прогнозування стану довкілля” для студентів денної та заочної форм навчання за напрямом підготовки 6.040106 – „Екологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування”



Укладач старш. викл. І.П. Дейна

Рецензент к.т.н., доц. В.С. Бахарєв

Кафедра екології


Затверджено методичною радою КДПУ імені Михайла Остроградського
Протокол № від 2008 р.

Заступник голови методичної ради_________________доц. С.А. Сергієнко


ЗМІСТ


Вступ..........................................................................................................................4

1 Теми та погодинний розклад лекцій і самостійної роботи з навчальної дисципліни.........................................................................................................7

2 Перелік тем і питань для самостійного опрацювання........................................9

3 Питання до модульного контролю.......................................................................13

Список літератури.....................................................................................................17


ВСТУП


Моделювання і прогнозування стану довкілля як навчальна дисципліна, що є нормативною в галузевому Державному стандарті вищої освіти за напрямом підготовки 6.040106 – „Екологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування”, забезпечує формування цілісних (системних) екологічних знань і вмінь описувати динаміку екологічних систем в умовах антропогенного впливу.

Засвоєння цієї дисципліни озброює студента необхідними теоретичними знаннями щодо принципів моделювання та прогнозування стану навколишнього середовища, видів моделей, основних їхніх характеристик та галузей застосування, умінням самостійно вибирати методи та засоби моделювання, виконувати необхідні розрахунки чи прогнози та оцінювати їх реалістичність. Отримані знання можуть бути корисними у практичній діяльності спеціаліста-еколога, зокрема при проведенні екологічної експертизи й оцінюванні антропогенного впливу на навколишнє середовище, а також при прогнозуванні економічного розвитку реґіонів з урахуванням екологічних антропогенних навантажень.

Завдання дисципліни «моделювання і прогнозування стану довкілля» – навчити студентів основам використання методів математичного моделювання під час дослідження процесів антропогенного впливу на навколишнє природне середовище та здійснення різних функцій екологічного управління, зокрема:

- у циклі процесу екологічного моніторинґу довкілля – на етапі розробки стратегії та програми моніторинґу та на етапі обробки даних;

- при оцінюванні впливу різних факторів антропогенного навантаження на довкілля (фактичного або прогнозного), прогнозуванні стану компонентів навколишнього середовища під впливом природних та антропогенних факторів; у тому числі при виконанні процедури оцінювання впливу на навколишнє середовище – ОВНС;

- під час розробки та оцінювання ефективності природоохоронних заходів.

Ефективне засвоєння дисципліни ґрунтується на знанні понятійно-термінологічного апарату, основи якого закладено, зокрема, у таких дисциплінах, як “Вища математика”, “Фізика”, “Хімія”, “Біологія”, “Загальна гідрологія”, “Метеорологія і кліматологія”, “Картографічні методи в екології”, “Загальна екологія (та неоекологія) ”. Отримані знання використовуються при вивченні таких дисциплін, як “Моніторинґ довкілля” та ін.

Метою вивчення дисципліни “Моделювання і прогнозування стану довкілля ” є формування у студентів теоретичних знань та практичних навичок у галузі:

1) статистичного моделювання процесів у навколишньому природному середовищі (реґресійні моделі та моделі часових рядків);

2) імітаційного моделювання процесів антропогенного впливу на елементи довкілля;

3) використання стохастичних методів прогнозування забруднення довкілля під впливом антропогенних факторів;

4) розробки і використання імітаційних моделей для розв’язання типових задач природоохоронної діяльності.

Загальний обсяг навчальної дисципліни – 162 години – поділяється на аудиторну та самостійну складові навчального процесу. На сьогодні у КДПУ імені Михайла Остроградського співвідношення часу, що відводиться на реалізацію вищевказаних складових (для денної форми навчання), поділяється таким чином: 40 % – аудиторні заняття, 60 % – самостійна робота студентів. Відповідно до такого розподілу, на самостійну роботу з дисципліни “Моделювання і прогнозування стану довкілля” навчальною робочою програмою відведено: 106 годин для денної форми, 138 годин для студентів заочної форми навчання.

На сучасному етапі розвитку вищої освіти в Україні саме самостійна робота є основною ланкою набуття студентами ґрунтовних теоретичних знань та базових практичних умінь з дисципліни.

Метою та завданням самостійної роботи студентів з дисципліни “Моделювання і прогнозування стану довкілля” є оволодіння навчальним матеріалом в обсязі, передбаченому навчальною робочою програмою дисципліни, у час, вільний від обов’язкових аудиторних занять.

Самостійна робота з дисципліни “Моделювання і прогнозування стану довкілля” за видами реалізується у такий спосіб: самостійне опрацювання лекційного матеріалу, підготовка до практичних і лабораторних занять та захист звіту, а також виконання курсової роботи.

Самостійне опрацювання лекційного матеріалу забезпечене підручниками і навчальними посібниками (перелік яких наведено у списку літератури), а також навчальними і науковими періодичними виданнями: “Екологічна безпека”, “Екологія і ресурси”, “Вісник КДПУ імені Михайла Остроградського”, “Світ довкілля”, “Захист довкілля від техногенного впливу”, “Екологічний вісник” та ін.

У даних методичних вказівках викладено обсяг теоретичного матеріалу з дисципліни ““Моделювання і прогнозування стану довкілля” за темами для самостійного опрацювання, питаннями, що їх розкривають та посилань на літературні джерела, що забезпечують самопідготовку.

Питання, які входять до першого і другого модулів для студентів денної форми навчання, є основою підготовки до підсумкового контролю (іспиту) для студентів денної та заочної форм навчання

Самостійна робота студентів реалізується у бібліотеці університету, комп’ютерному класі кафедри екології за графіком, а також – удома з використанням ресурсів електронної бібліотеки кафедри екології.

^ 1 ТЕМИ ТА ПОГОДИННИЙ РОЗКЛАД ЛЕКЦІЙ І

САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ З НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ





пор.



Т е м а

Денна форма навчання

Заочна форма навчання

Кільк.

год.

(лекц.)

Кільк.

год.

СРС

Кільк.

год.

(лекц.)

Кільк.

год.

СРС

1

2

3

4

5

6

^ Модуль 1 Понятійний апарат та загальні принципи моделювання і прогнозування стану довкілля

3

4

1,5

7

1

Вступ до моделювання і прогнозування стану довкілля (базовий понятійно-термінологічний апарат)

1



0,5



2

* Використання математичного моделювання у галузі охорони навколишнього середовища

2

4

1

7

МОДУЛЬ 2 Статистичні методи моделювання і прогнозування стану довкілля (реґресійні моделі, моделі часової та просторової динаміки)

9

20

2,5

26

3

*Вступ до теорії ймовірностей і математичної статистики. Реґресійна модель

3

8

1

10

4

*Аналіз і моделювання часових рядів. Прогнозування на основі реґресійної моделі та моделі часового ряду

3

6

1

8

5

*Моделювання просторової динаміки (вступ до геостатистики)

3

6

1,5

8

МОДУЛЬ 3 Моделювання і прогнозування наслідків антропогенного впливу на довкілля

9

16

2,5

23

6

*Моделювання антропогенного впливу на поверхневі об’єкти (AQATOX, WASP) і підземну гідросферу (PMWIN)

3

6

1,5

8




1

2

3

4

5

6

7

*Моделювання процесів переносу забруднюючих речовин в атмосферному повітрі

3

6

1,5

8

8

*Моделювання міграції радіонуклідів

2

4

1

7

МОДУЛЬ 4. Вступ до математичних моделей популяційної екології

4

8

1,5

10

9

*Математичні моделі динаміки популяції в екосистемі

4

8

1,5

10

МОДУЛЬ 5. Моделювання і прогнозування як метод наукового передбачення стану довкілля

4

8

1,5

10

10

*Моделювання і прогнозування глобальних біосферних процесів

4

8

1,5

10

Разом з навчальної дисципліни

28

56

12

76


* – теми лекційного матеріалу, винесені на самостійне опрацювання;





^ 2 ПЕРЕЛІК ТЕМ І ПИТАНЬ ДЛЯ САМОСТІЙНОГО ОПРАЦЮВАННЯ


Питання до тем лекційного матеріалу, що виносяться на самостійне опрацювання, є однаковими для студентів денної та заочної форм навчання.


^ Тема № 2 Використання математичного моделювання у галузі охорони навколишнього середовища

  1. Верифікація моделі.

  2. Моделювання як етап прогнозування.

Питання для самоперевірки

1. Яким чином проводять верифікацію моделей?

2. Надайте характеристику основних методів верифікації моделей.

3 У чому полягає одна із основних задач екологічного моделювання?

Література: [1, с.18-28, 191-199; 2, с. 16-36; 4, с.9-15; 9, с. 283-298].

Тема № 3 Вступ до теорії ймовірностей і математичної статистики. Реґресійна модель

  1. Джерела непевності під час моделювання процесів у НПС (навколишньому природному середовищі).

  2. Дисперсія.

Питання для самоперевірки

1. Перелічіть і охарактеризуйте основні джерела непевності під час моделювання процесів у НПС.

2. Що називають дисперсією випадкової величини Х?

3. Дискретна випадкова величина має закон розподілу, заданий рядом:

х

1

2

3

4

Р(х)

0,4

0,3

0,2

0,1

Знайти дисперсію D(х) та середньоквадратичне відхилення випадкової величини.

4. Яким чином може бути виражена дисперсія через параметри закону розподілу?

Література: [1, с. 37-72; 3, с. 81-87; 12, с. 91-93].

Тема № 4 Аналіз і моделювання часових рядів. Прогнозування на основі реґресійної моделі та моделі часового ряду

1. Стаціонарні випадкові процеси.

2. Оцінка параметрів. Апроксимація, інтерполяція та екстраполяція часових рядів.

3. Стаціонарні й нестаціонарні часові ряди.

Питання для самоперевірки

1. Які процеси, що протікають у навколишньому середовищі, можна віднести до стаціонарних випадкових процесів? Охарактеризуйте їх.

2. Надайте характеристику способів інтерполяції числових рядів.

3. Надайте характеристику способів апроксимації числових рядів.

4. Надайте характеристику способів екстраполяції числових рядів

Література: [1, с. 90-95; 12, с. 499-506].


Тема № 5 Моделювання просторової динаміки (вступ до геостатистики).

1. Типові моделі варіограми (лінійна, гаусова, де Війса).

Питання для самоперевірки

1. Охарактеризуйте лінійну модель варіограми.

2. Охарактеризуйте гаусову модель варіограми.

3. Охарактеризуйте модель де Війса варіограми.

Література: [3, с. 93-128; 12, с. 444-446; 5, с. 113-153].


Тема № 6 Моделювання антропогенного впливу на поверхневі об’єкти (AQATOX, WASP) і підземну гідросферу (PMWIN)

1. Концептуальна модель внутрішніх водоністих процесів.

2. Рівняння балансу і балансу моментів для простих гідродинамічних моделей.

3. Двовимірна і трихвимірна модель динаміки підземних вод.

Питання для самоперевірки

1. Наведіть основні характеристики концептуальної моделі внутрішніх водоністих процесів.

2. Запишіть рівняння балансу і балансу моментів для простої гідродинамічної моделі.

3. Надайте характеристику основних складових рівняння балансу і балансу моментів для простих гідродинамічних моделей.

4. Перелічіть і наведіть характеристику двовимірних моделей динаміки підземних вод.

5. Перелічіть і наведіть характеристику трихвимірних моделей динаміки підземних вод.
^

Література: [2, с. 88-92; 6, с. 68-91; 10, с. 141-144].




Тема № 7 Моделювання процесів переносу забруднюючих речовин в атмосферному повітрі

1. Масова та турбулентна дифузія в атмосфері.

2. Моделі хімічних процесів в атмосфері.

Питання для самоперевірки

1. Яке рівняння застосовують для моделювання переносу забруднюючих речовин у атмосфері?

2. Що таке масова і що таке турбулентна дифузія? Які відмінності між ними?

3. Для чого потрібно спрощувати рівняння переносу забруднюючих речовин в атмосфері?

4. Перелічіть і наведіть характеристику моделі хімічних процесів в атмосфері.
^

Література: [1, с. 179-184; 6, с. 97-101; 7, с. 40-5; 10, с. 153-172].


Тема № 8 Моделювання міграції радіонуклідів

1. Модель міґрації радіонуклідів у водному середовищі.

2. Модель міґрації радіонуклідів у ґрунтах.

3. Моделювання міґрації радіонуклідів по харчових ланцюгах.

Питання для самоперевірки

1. Які рівняння застосовують для моделювання міграції радіонуклідів у водному середовищі, ґрунтах і харчових ланцюгах?

2. Які особливості надходження і міґрації радіонуклідів у водному середовищі, ґрунтах і харчових ланцюгах?
^

Література: [1, с. 179-190; 6, с. 113-135].



Тема № 9 Математичні моделі динаміки популяції в екосистемі

1. Моделювання відносинах «хижак - жертва» (модель Лоткі-Вольтерра).

2. Модель відносин «хижак-хижак» і «продуцент-продуцент».

3. Модель ізольованої популяції.

Питання для самоперевірки

1. Як врахувати конкуренцію в моделях динаміки популяції з різними видами розмноження?

2. Які основні принципи побудови моделі Лоткі-Вольтерра?

3. Перелічіть основні числові характеристики динаміки популяції.

4. На чому базується принцип побудови моделі динаміки популяції з дискретним розмноженням?

5. Чи існує зв'язок між параметрами моделі з дискретним і неперервним розмноженням?

6. Що таке криві виживання і від чого залежить їх вид?
^

Література: [1, с. 104-137; 9, с. 211-240].


Тема № 10 Моделювання і прогнозування глобальних біосферних процесів

1. Моделі Римського клубу: модель Форрестера.

Питання для самоперевірки

1. Який головний висновок об’єднує різні моделі розвитку глобальної соціоекосистеми?

2. Як впливає розподіл ресурсів по регіонах планети на вияви глобальної кризи?

3. Ґрунтуючись на моделі Форрестера поясніть, що потрібно робити для запобігання глобальній кризі соціоекосистеми?
^

Література: [1, с. 169-172; 9, с. 294-298].



3 ПИТАННЯ ДО МОДУЛЬНОГО КОНТРОЛЮ*


Модуль 1

  1. Основні поняття і терміни, які використовують під час вивчення навчальної дисципліни «моделювання і прогнозування стану довкілля».

  2. Предмет, мета, завдання, методи досліджень навчальної дисципліни і зв'язок з іншими навчальними дисциплінами.

  3. Класифікація моделей.

  4. Основні етапи розробки та використання моделі.

  5. Верифікація моделі.

  6. Поняття прогноз.

  7. Моделювання як етап прогнозування.

  8. Етапи розробки імітаційної моделі.




  1. Основні визначення теорії ймовірностей і математичної статистики.

  2. Імовірностний характер даних про навколишнє природне середовище (НПС).

  3. Джерела непевності під час моделювання процесів у НПС.

  4. Міри положення: середнє арифметичне, властивості середнього арифметичного; мода; медіана і квінтлі.

  5. Варіаційний розкид.

  6. Дисперсія.

  7. Задачі аналізу числових рядів.

  1. Тренд.

  2. Сезонні варіації.

  3. Стаціонарні випадкові процеси.

  4. Тест Манна-Кендала для оцінювання наявності тренда в часовому ряді.

  5. Модель Бокса-Дженкінса (АRMA/ARIMA).

  6. Оцінка параметрів.

  7. Апроксимація, інтерполяція та екстраполяція часових рядів.

  8. Експоненціальне згладжування часових рядів.

  9. Стаціонарні й нестаціонарні часові ряди.

  10. Задачі та підходи геостатистики.

  11. Значення масштабу дослідження варіабельності просторових показників.

  12. Типові моделі варіограми (лінійна, гаусова, де Війса).

  13. Анізотропія.

  14. Використання геостатичних моделей просторової варіації у задачах охорони навколишнього природного середовища.



Модуль 2

  1. Типові проблеми охорони поверхневих вод, які вимагають застосування імітаційного моделювання: евтрофікація, важкі метали, СОЗ.

  2. Концептуальна модель внутрішніх водоймних процесів.

  3. Використання процесів динаміки якості поверхневих вод під час обробки результатів моніторінґу, оптимізації програм моніторінґу та визначенні екологічних нормативів антропогенного навантаження на водні об’єкти.

  4. Рівняння балансу і балансу моментів для простих гідродинамічних моделей.

  5. Моделювання процесів динаміки водної маси.

  6. Особливості моделювання процесів формування якості води річок і водостоків, озер і водосховищ.

  7. Двовимірна і трихвимірна модель динаміки підземних вод.

  1. Методи моделювання процесів забруднення підземних вод.

  2. Концептуальна модель розповсюдження забруднюючих речовин в атмосферному повітрі.

  3. Процеси конвекції та адвекції в атмосфері.

  4. Масова та турбулентна дифузія в атмосфері.

  5. Модель гравітаційного осідання часток.

  6. Модель вологого видалення часток із атмосфери.

  7. Моделі хімічних процесів в атмосфері.

  8. Концептуальна модель міґрації радіонуклідів в екосистемах.

  9. Модель міґрації радіонуклідів у водному середовищі.

  10. Модель міґрації радіонуклідів у ґрунтах.

  11. Моделювання міґрації радіонуклідів по харчових ланцюгах.

  12. Рівновага в екологічній системі.

  13. Моделювання ізольованої популяції.

  14. Модель, популяції обмеженої зовнішніми ресурсами.

  15. Моделювання відносин «хижак - жертва» (модель Лоткі-Вольтерра).

  16. Модель внутрішньо видової конкуренції. Модель відносин «хижак-хижак» і «продуцент-продуцент».

  17. Модель системи трьох трофічних рівнів.

  18. Модель ізольованої популяції.

  1. Модель популяції, що підлягає промислу.

  2. Сучасні моделі кругообігу елементів у системі атмосфера-рослинність-ґрунти -океан.

  3. Моделі Римського клубу: модель Форрестера.

  4. Концепція сталого розвитку.

  5. Моделювання в процесі оцінювання стратегій розвитку.

* – сукупність вищенаведених питань є основою підготовки до підсумкового контролю (іспиту) для студентів денної та заочної форм навчання.

^ СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ


1. Богобоящий В.В., Курбанов К.Р., Палій П.Б., Шмандій В.М., Принципи моделювання та прогнозування в екології. – К.: Центр навчальної літератури, 2004. – 216 с.

2. Быков А.А. Моделирование природоохранной деятельности: Уч. пособие. – Москва: Изд-во НУМЦ Госкомэкологии России, 1998 – 364 c.

3. Андронов А.М., Копытов Е.А., Гринглаз Л.Я. Теория вероятностей и математическая статистика: Учебник для вузов. – СПб: Питер, 2004. – 461с.

4. Лаврик В.І. Методи математичного моделювання в екології. – Київ: Фітоцентр, 1998 – 131 c.

5. Михайлик Ю.Б. Математические основы повышения точности прогнозирования количественных характеристик процессов (в технике, экономике, экологии, социологии, бизнесе). – Москва: Научтехлитиздат, 2000 –178 c.

6. Смит Дж. Модели в экологии. – Москва: Мир, 1976 – 298 c.

7. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем. Искусство и наука. - М.: Мир. 1978 – 232 c.

8. Базыкин А. Д. Математическая биофизика взаимодействующих популяций – М.: Наука, 1985 – 197c.

9. Ляшенко І.М., Коробова М.В., Столяр А.М. Основи математичного моделювання економічних, екологічних та соціальних процесів: Навч. пос. – Тернопіль: Навчальна книга–Богдан, 2006. – 304 с.

10. Добровольський В.В. Основи теорії екологічних систем: Навч. пос. – К.: ВД «Професіонал», 2005. – 272 с.

11. Боровков А.А. Теория вероятностей: Учеб. пособ. – М.: Наука, 1986. – 432 с.

12. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. – 13-е изд., исправленное. – М.: Наука, 1986.–544 с.
Методичні вказівки щодо самостійної роботи з навчальної дисципліни “Моделювання і прогнозування стану довкілля” для студентів денної та заочної форм навчання за напрямом підготовки 6.040106 – „Екологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування”



Укладач старш. викл. І.П. Дейна

Відповідальний за випуск зав. кафедри екології В.М. Шмандій


Підп. до др._______________. Формат 60х84 1/16. Папір тип. Друк ризографія.

Ум. друк. арк.________. Наклад 10 прим. Зам. № _____________. Безкоштовно.


Видавничий відділ КДПУ імені Михайла Остроградського

39600, м. Кременчук, вул. Першотравнева, 20


Схожі:

Кременчуцький державний політехнічний університет iconКременчуцький державний політехнічний університет

Кременчуцький державний політехнічний університет iconКременчуцький державний політехнічний університет

Кременчуцький державний політехнічний університет iconКременчуцький державний політехнічний університет

Кременчуцький державний політехнічний університет iconКременчуцький державний політехнічний університет

Кременчуцький державний політехнічний університет iconКременчуцький державний політехнічний університет імені михайла остроградського

Кременчуцький державний політехнічний університет iconКременчуцький державний політехнічний університет імені Михайла Остроградського

Кременчуцький державний політехнічний університет iconКременчуцький державний політехнічний університет імені михайла остроградського

Кременчуцький державний політехнічний університет iconМіністерство освіти та науки України Кременчуцький державний політехнічний університет

Кременчуцький державний політехнічний університет iconМіністерство освіти та науки України Кременчуцький державний політехнічний університет

Кременчуцький державний політехнічний університет iconМетодичні вказівки
Міністерство освіти І науки україни кременчуцький державний політехнічний університет
Кременчуцький державний політехнічний університет iconМетодичні вказівки
Міністерство освіти I науки україни кременчуцький державний політехнічний університет
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи