Тугелбаева Г.Т., Жакманова Ш., Смаилова Л.Ж., Сералина Н.Т.

Казахский государственный женский педагогический институт, г.Алматы

Оценка потенциала загрязнения атмосферы с учетом метеоусловия региона

Рассмотрены существующие оценки потенциала загрязнения атмосферного воздуха, приведены рекомендуемые аналитические оценки определения различных составляющих потенциала загрязнения атмосферы с учетом действующих показателей метеоусловия местности.

Метрологические и рельефные условия местности при формировании экологического состояния местности выступают не только как определяющие факторы воздействии, но и эти воздействия функционируют в тесной взаимосвязи почти со всеми компонентами загрязнения атмосферы. В связи с этим анализ и оценка присущих им влияниям: тенденций и других особенностей проведены с привлечением результатов, полученных в этой сфере научных исследований.

По результатам анализа данных и статистической обработки наблюдение тенденций и закономерности, присущие различным типам городов, отличающихся по численности населения и площадным размерам, нами сведены к отдельным выводам:

• для всех примесей (серный газ, окись углерода и двуокись азота) отмечается увеличение среднего значения концентраций с ростом численности населения, причем, для концентраций окиси углерода и двуокиси азота этот рост выражен более четко. Так, в крупнейших городах концентрации сернистого газа увеличены по сравнению с малыми городами на 20%, окиси углерода - на 50% и двуокиси азота почти в 2 раза;

• рост средних концентраций двуокиси азота и окиси углерода в основном происходит в результате увеличения выбросов от автомобилей. Объем выбросов пропорционален численности населения;

• выводы о том, что основным источником загрязнения воздуха окисью углерода и двуокисью азота являются выхлопные газы автотранспорта, позволяют предложить связи между средними концентрациями этих примесей;

• данные об изменчивости указывают на довольно большой разброс в пределах типа средних значений концентраций сернистого газа и меньший для окиси углерода и двуокиси азота. Следовательно, полученные выводы о росте уровня с увеличением численности населения статистически более обеспечены для концентраций окиси углерода и двуокиси азота, чем для сернистого газа.

Как вытекает из выводов, численная плотность населения города является одним из основных факторов воздействия, определяющих и способствующих росту уровня загрязнения атмосферного воздуха города при общих условиях его функционирования.

Кроме того, выявлен ряд тенденций, связанных с площадными размерами городов:

• для крупных городов значительных размеров повторяемость низких значений концентраций несколько меньше, а высоких - больше, чем для городов с населением менее 100 тысяч человек. Эта зависимость уровня загрязнения от размера городов подтверждается также данными о средних максимальных концентрациях;

• изменчивость средних концентраций всех примесей в городах типов 1-5 меньше, чем соответствующая изменчивость средних максимальных концентраций, что следует из анализа значении коэффициентов вариации;

• в крупнейших городах страны доля высоких источников существенно больше. Поскольку опасные условия загрязнения для низких и высоких источников различаются, то соответственно средний уровень загрязнения в крупнейших городах будет меньше, чем возможный уровень загрязнения, создаваемый одними низкими источниками того же количества выбросов;

• окись углерода в крупных и небольших городах в основном выбрасывается низким источником (выхлопные газы автотранспорта), поэтому рост средних концентраций этой примеси почти пропорционален росту средних максимальных. Источниками сернистого газа и двуокиси азота являются как низкие, так и высокие выбросы, поэтому увеличение средних концентраций с ростом городов замедляется;

• влияние промышленных источников более всего сказывается на формировании уровня загрязнения воздуха сернистым газом: средние концентрации в городах с предприятиями цветной металлургии, черной металлургии и нефтеперерабатывающей промышленности выше среднего значения; средние максимальные концентрации в городах с предприятиями цветной металлургии почти вдвое больше средней максимальной концентрации в городах типа 6, а в городах с другими отраслями промышленности - на 40-50%;

• средние максимальные концентрации окиси углерода в городах с нефтеперерабатывающей промышленностью и цветной металлургией на 20-30% выше, чем среднее, а средние максимальные концентрации двуокиси азота в городах в любой отраслью промышленности на 30-50% выше. Здесь следует учесть, почти все города с черной и цветной металлургией относятся к городам типа 1,2, и 3, т.е. с населением менее 500 тысяч жителей.

Важное значение имеет климатическая информация о потенциале загрязнения атмосферы (ПЗА). Под ПЗА следует понимать сочетание метеорологических факторов, обусловливающих уровень возможного загрязнения атмосферы. Значение ПЗА дается в численном виде через показатель возможного уровня загрязнения воздуха (в условных единицах), создаваемого под влиянием метеорологических условий при фиксированных параметров выбросов в заданном географическом районе. Этот показатель представляется как отношение средних уровней концентрации примеси при заданных выбросах в конкретном ( q ) и условным ( q₀ ) районах

(1)

По фактическим значениям показателя ПЗА по различным городам ранее были установлены ряд тенденций изменения примесей в зависимости от метеорологических характеристик, из которых представляются существенными следующие:

• при приземных инверсиях концентрация примеси в среднем на 10-60% выше, чем при отсутствии их;

• при слабом ветре (0-1 м/с) концентрация примеси оказалась выше на 30-80%, чем при других скоростях ветра; при застоях воздуха наблюдается повышение концентрации примеси на 50-80% по сравнению со случаями отсутствия инверсий или при сильных ветрах;

• туманы, особенно большой интенсивности и продолжительности вызывают опасное загрязнение воздуха;

• уровень концентрации примеси q превышается при приземных инверсиях, слабых ветрах, застоях, туманах; при застоях и туманах этот уровень будет превышен более чем на 50%;

• за счет высокой повторяемости застойных условий в большом слое атмосферы и мощных температурных инверсий при одинаковых параметрах выбросов уровень загрязнения атмосферы в городах такой зоны может быть в 2 раза выше, чем общее среднее.

В силу постоянного экологического воздействия на окружающую среду, одним из значимых факторов является рельефная специфичность местоположения города. Как известно, в пониженных формах рельефа чаще застаивается воздух и здесь создаются значительные концентрации вредных веществ, что также приводит к усилению опасности загрязнения в этих местах. Под влиянием неровностей рельефа местности изменяется характер движения и турбулентный режим воздушных потоков, что вызывает существенное изменение распределения концентрации от источников. Преобладающая часть исследований по этой проблеме относятся к сравнительно однородной местности, а влияние рельефа изучено значительно меньше. В условиях города Алматы, где рельефная особенность является одним из весомых факторов, влияющих на уровень загрязнения окружающей среды, исследования, направленные на решение этой проблемной задачи почти отсутствуют. В проектных экологических работах в основном ограничиваются простейшими (механическими) поправками к высоте источника за счет неровностей подстилающей поверхности. Под подстилающей поверхностью в условиях передвижных источников - автотранспорта следует понимать рельефную земную поверхность, по которой пролегают автомагистрали и улицы по городу.

Из анализа существующих способов оценки влияния рельефных факторов воздействия на атмосферу вытекает, что этот фактор оказывает существенное влияние на поле концентрации вредных веществ. Во многих работах для практических ссылок используется функция f(h),приближенно описывающая зависимость концентраций загрязняющих веществ от высоты источника (h), в некотором смысле логически подтверждающая характер таковых зависимостей.

Для условия густонаселенных городов с рельефными отличиями, рекомендуется использовать обобщенный показатель геометрической оценки влияния рельефного фактора воздействия на атмосферу. Обобщенный структурный параметр, комплексно учитывающий метрологические, стратификационные и рельефные факторы воздействия, способствующие накоплению (повышению) уровня загрязнения окружающей среды выбросами может быть аналитически оценена по формуле:

(2)

Удельная величина коэффициента учета рельефа местности, приходящаяся на 1 км. протяженности местности (у_к) принимается по расчетным и экспериментально подтвержденным данным. Протяженность, представляющая амплитудную длину уклоненной поверхности по местности (L_j) определяется по топографическому плану. Исходная величина уклона горного склона (подножия гор) земной поверхности по данной местности (i) определяется как соотношение фактического значения относительной высоты () к протяженности (L_j) рассматриваемого участка земной поверхности по данной местности с помощью . Понижающий, безразмерный коэффициент учета уровня миграции загрязняющих веществ в воздухе К_М определяется с учетом стратификационных факторов (K_L). Значение этого коэффициента рассчитывается по результатам мониторинга.

Как видно из вышеизложенного, обобщенный показатель-параметр комплексно учитывает основные микрометеорологические, рельефно-высотные, климатическо-стратификационные факторы во взаимосочетании. Значение этого параметра колеблется в пределах от минимума до единицы и бывает различным для разной зоны экосистемы «Алматы» в зависимости от уровня загрязнения, учитываемых вышерассмотренными исходными величинами. При этом чем, выше размещен источник по наветренному склону, тем меньше максимальные концентрации. Наоборот, максимальные концентрации тем больше, чем ближе расположен на плато источник к подветренному склону.

Рассмотрены различные аспекты зависимости уровня загрязнения

атмосферного воздуха от скорости и направления ветра, температурной стратификации атмосферы, температуры воздуха в момент выброса осадков. Отмечена важность оценки влияния опасных скоростей ветра на характер рассеивания выбросов вредных веществ в атмосферный воздух.

В интенсивном загрязнении атмосферы большую роль играют

неблагоприятные-опасные скорости ветра и условия расположения источника загрязнения:

а) опасная скорость ветра, при которой не происходит рассеивания загрязняющих веществ от организованных выбросов, и возникают максимальные приземные концентрации загрязняющих веществ (ЗВ). Такая скорость определяется только параметрами источника выброса (труба, аэрационный фонарь, свечи и т.д.) и газовоздушной смеси.

б) опасные направления ветра, Т.е. направление от источника выброса на жилой массив; если несколько источников, то опасным будет направление, при котором происходит наложение факелов выбросов наиболее мощных источников загрязнения или наибольшего количества этих факелов;

в) опасное устойчивое состояние атмосферы, при котором температура воздуха на каждые 100 м. высоты падает меньше, чем на 1⁰С, т.е. рассеивание грязного воздуха вверх ограничивается, так как он охлаждается быстрее, и потому более теплый, легкий чистый воздух не отпускается вниз и не перемешивается с ним (существует также безразличное и неустойчивое состояние атмосферы, последнее является благоприятным для рассеивания выбросов загрязняющих веществ). Визуально факел выброса ЗВ непрерывный, без разрывов, перемешивается параллельно земле. Вообще выделяют три типичных состояния атмосферы: безразличное, неустойчивое, и устойчивое. При безразличном состоянии атмосферы характеризуется снижением температуры воздуха каждые 100 м. высота на 1⁰С. Для рассеивания ЗВ безразличное состояние атмосферы не самое худшее, но и особо благоприятным не является. При неустойчивом состоянии атмосферы вещества рассеиваются наиболее активном. Температура каждые 100 м. высоты снижается больше чем на 1⁰С. Факел выброса имеет конусообразную форму и стремительно поднимается вверх. При рассеивании ЗВ в атмосфере большую роль играет процесс стратификации (перемешивания), поэтому в расчетах рассеивания учитывается коэффициент стратификации А в зависимости от места расположения источника загрязнения. Так, для Казахстана А=200.

г) температурная инверсия - состояние атмосферы, при котором температура воздуха в приземном слое не уменьшается, а возрастает с высотой.

д) осадки - дождь, снег играют как положительную (очищается воздух), так и отрицательную роль (ЗВ возвращаются из приземного слоя атмосферного воздуха с осадками, загрязняя почву).

е) высокая температура воздуха - протекающих в воздухе и может быть метеоусловий.

Таким образом, максимальная приземная концентрация ЗВ в приземном слое атмосферы возникает при опасной скорости ветра, устойчивом состоянии атмосферы и максимальной температуре воздуха в момент выброса пылегазовой смеси в атмосферу.

Регистрационная карточка

1. Тугелбаева Г.Т., к.х.н., доцент кафедры физики

2. Жакманова Ш.С., магистрант

3. Смаилова Л.Ж., магистрант

4. Сералина Н.Т., студентка 4 курса Казахстанско - Британского технического университета, факультет информационных технологий

Секция: Охрана труда

Адрес: Республика Казахстан, г. Алматы, ул. Айтеке би 99, Казахский

государственный женский педагогический институт

zhenpi@mail.online.kz