География и геология/2.Продопользование и экологический  мониторинг

Жакатаева Б.Т.

Карагандинский государственный университет им. Е.А.Букетова, Казахстан

Факторы и условия загрязнения воздушного бассейна Центрального Казахстана

                    

         Центральный Казахстан является одним из ведущих индустриальных регионов республики, представляющий собой территориально-производственный комплекс с развитой тяжелой промышленностью. Это угледобывающие, металлургические и химико-машиностроительные отрасли республики и имеют международное значение. Все важнейшие отрасли тяжелой промышленности связаны, прежде всего, с добычей коксующегося угля, обработкой руд цветных, черных и редких металлов и необходимых для металлургии, вспомогательных видов сырья. В основе территориально-промышленного  комплекса лежат три промышленных узла – Караганда-Темиртауский, Балхашский и Жезказганский.  Здесь функционирует промышленность, специализирующаяся на производстве энергоемкой и материалоемкой продукции черной и цветной металлургии, добыче угля и руд ряда ценных полезных ископаемых. Так же представлены предприятия машиностроения, химической промышленности, производства строительных материалов, легкой, пищевой и других отраслей. Границы  Центрально- Казахстанского экономического района являются и границами Карагандинской области. В состав наиболее развитого Караганда-Темиртауского промышленного узла входят также города Абай, Сарань, Шахтинск и ряд поселков городского типа. Этот промышленный узел связан единым технологическим потоком: угольные шахты – углеобогатительные фабрики – коксохимический завод – доменный, сталелитейный и прокатные цехи металлургического комбината г. Темиртау.  Балхашский и Жезказганский  промышленные узлы выросли на основе развития полного производственного цикла цветной металлургии, главным образом, медной промышленности. В каждом их них функционируют горно-металлургические комбинаты (БГМК и Жезказганцветмет), куда входят рудники и карьеры открытых разработок, обогатительные фабрики и медеплавильные заводы. В обоих узлах представлены все стадии производства меди, вплоть до рафинирования и выпуска медного проката. Имеются также предприятия, производящие предметы народного потребления.

            Центральный Казахстан находится на наиболее возвышенной части Казахского мелкосопочника – Сарыарка, которая представляет собой своеобразную, весьма неоднородную в геолого-геоморфологическом отношении природную страну. Абсолютные высоты мелкосопочника колеблются в среднем в пределах 400-1000м. Рельеф осложнен мелкосопочными возвышениями и межсопочными понижениями, речными долинами, сухими руслами водотоков с бессточными впадинами, озерными котловинами. Западная часть рассматриваемой территории более равнинная, представленная в виде  сглаженного мелкосопочника, восточная часть более возвышенная с абсолютной высотой 1565м. Горы средних высот расположены по территории  хаотично и в виде островных  возвышений. Условия рельефа Центрального Казахстана обуславливают свободную циркуляцию воздушных потоков, не способствуя для создания застойных условий для атмосферных загрязнений. 

   Анализ синоптико-метеорологических условий загрязнения воздушного бассейна Центрального Казахстана показывает, что наиболее полная и объективная оценка ситуации осложнена вследствие их большой изменчивости и не четкой выраженности, а так же относительно не длительного ряда наблюдений за загрязнением атмосферы, сочетающиеся с интервалами перерывов наблюдений. Тем не менее, даже по имеющимся данным можно выявить наиболее устойчивые тенденции. Климат Центрального Казахстана континентальный и крайне засушливый. Среднегодовая температура воздуха колеблется от  +2,40 на севере области и до +6,7 0 на юге.  Средняя температура января колеблется от -17,90С на севере и севере-востоке региона, до -14,40С  - в южной части региона. Средняя температура июля колеблется от  +18,50С до +20,40С. На фоне солнечной радиации, возрастающей к югу области, увеличивается повторяемость антициклональных ситуаций, усиливающие континентальность климата, уменьшающие количество осадков. В северной и восточной  части области в среднем выпадают 300 – 350 мм осадков в год, в южной – 100 – 150 мм. в год, наибольшая часть которых (более 70%) приходится на теплый период [1]. Атмосферные осадки, так же как и ветер, относятся к факторам самоочищения атмосферы. Отмечено некоторое снижение концентрации атмосферных примесей после выпадения осадков, в холодный период более чем в 1,5-2 раза, в теплый  период  в  2- 2,3 раза [2]. Однако, осадки становятся источниками загрязнения почвы и водоемов.  Кроме того, относительно небольшое количество дней с осадками в области, существенно не влияют на общее уменьшение концентрации атмосферного загрязнения. Одним из основных метеорологических факторов, влияющих на концентрацию и распространение атмосферного загрязнения, является ветровой режим.  Условия рельефа, как было указано выше, обуславливают  формированию активного ветрового режима в сочетании с синоптическими условиями. Обширность территории Центрального Казахстана и сложный рельеф обуславливают значительные различия в скорости и направлении ветра. Средняя годовая скорость ветра в северных районах  4,5 – 5 м/с, в южных 3,5–4,5м/с. При рассмотрении влияния основных метеорологических величин на уровень загрязнения атмосферы,  замечено, что существенную роль оказывают режимы общей циркуляции атмосферы, а вместе с ним - режим ветра, солнечная радиация, температурный режим, влажность воздуха и осадки. Циркуляционные условия атмосферы г.Караганды формируются под влиянием циклонической деятельности, динамика которых обусловлена западным переносом. На территорию области поступают трансформированные три типа воздушных масс, как арктические, полярные и тропические. Все они имеют свои особенности формирования уровня загрязнения атмосферы. При циклонической погоде формируется пасмурная, часто с ветрами и осадками, погода. Это способствует рассеиванию, вымыванию вредных веществ из атмосферы, соответственно, уменьшению концентрации атмосферного загрязнения. В холодный период существенную роль оказывает западный отрог азиатского антициклона. Среднесуточная температура в января при этом составляет  -12,70 С, скорость ветра 2,5 м/с, относительная влажность воздуха  87% (для станции Караганда) [3].  При подобных метеоусловиях не редко наблюдаются приподнятые инверсии. Инверсии формируются в результате выхолаживания земной поверхности, при слиянии теплых и холодных фронтов, т.е на фронтах окклюзии.  Вероятность их повтора в холодный период составляет 18%. Инверсии образуют своеобразный ”потолок”, препятствующий подъему и рассеиванию относительно нагретых выбросов из производственных источников. Приземные инверсии чаще образуются в ночные часы, поэтому ночью отмечается увеличение концентрации примеси  в 0,5- 0,7 раз. Днем же происходит их рассеивание. Наиболее мощные инверсии образуются при антициклональной погоде в зимний период в сочетании с сильными ночными выхолаживаниями. Мощность таких инверсии по данным аэрологических наблюдений составляют от 200 до 400 м, а высота расположения колеблется в большинсвте случаев от 500 до 1200 м. При слабых  ветрах выбросы низких и неорганизованных выбросов имеют тенденцию к скапливанию в приземном слое.  При значительных ветрах  (7-10 м/с) и отсутствии инверсий в приземном слое, примеси рассеиваются и мало достигают  поверхности земли.  При сильных ветрах со скоростью  12-15 м/с и более - наблюдается перенос примесей на значительные расстояния от источников.

Фоновое загрязнение в основном обуславливают природные факторы, а так же трансграничные переносы атмосферных загрязнений с территорий прилегающих государств. Уменьшение годовых сумм осадков в последние годы и связанное с этим, падение уровня грунтовых вод, а так же увеличение вырубки деревьев в населенных  пунктах, увеличение степных и лесных пожаров – все это приводит к иссушению территории. Процесс  аридизации территории увеличивает вероятность возникновения пыльных бурь, перенос поверхностного слоя почвы на большие расстояния, что соответственно, увеличивает запыленность атмосферы. По данным экологов Казахстана, границы природных зон республики смещены на север примерно на 200-300 км за последнее столетие. Таким образом, фоновое загрязнение территории представлено в осносном частицами почвы, пыли, весной и летом – пыльцой растений.

Таблица 1

Количество атмосферных выбросов в промышленных городах

Центрального Казахстана в динамике лет

 

Выбросы в атмосферу

(тыс.тонн/ год)

1998

 

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

Караганда

65,3

59,0

63,1

66,5

65,0

54,2

51,6

48,6

47,2

47,4

Темиртау

305,9

345,0

350,0

343,0

350,0

348,3

348,4

329,7

301,9

336,9

Жезказган

140,0

141,7

145,0

141,1

145,0

137,9

147,3

144,5

136,5

127,5

Балхаш

376,8

403,6

449,4

510,5

512,1

718,7

780,8

763,9

689

620,7

Всего по области:

1009,8

1049,5

1108,5

1142,3

1200

1373,7

1465,2

1415,4

1303,6

1265,9

 

          В Карагандинской области существенным источником загрязнения атмосферы является топливно-энергетический комплекс (ТЭК) – сложная межотраслевая система добычи и производства топлива и энергии, их транспортировки, распределения и использования. Весомая доля электроэнергии республики, в т.ч. и Центрального Казахстана, вырабатывается тепловыми станциями, работающими   на карагандинских и экибастузских углях. Значительная доля атмосферного загрязнения региона (85%)  приходится на предприятия обрабатывающей промышленности. В среднем ежегодно это составляет от 1000 до 1400 тыс. тонн атмосферных выбросов за рассматриваемый период. Причем на выбросы металлургической промышленности приходится  98% из  общего атмосферного загрязнения области. Анализ изменения объема атмосферных загрязнений области в динамике лет показывает, что до 1997 года наблюдается тенденция к снижению примерно на   13-16 %  ежегодно, начиная с 1991 г., что связано с уменьшением общего объема производств в СНГ и в республике.  Начиная с 1998 года, идет устойчивый рост атмосферного загрязнения  на  3-4 %  ежегодно (рис.1) [4]. Но начиная с 2005 года идет заметное снижение (на 80-100 тыс.тонн) атмосферного загрязнения. Известно, что наиболее загрязненными промышленными центрами являются  г.Балхаш, на долю которого приходится  43 %  общего  атмосферного загрязнения области, затем следует г.Темиртау -  29 %.  Доля атмосферного загрязнения городов Жезказгана  и Караганды составляют 16 % и 7 %  соответственно [5]. В 2007 году предприятиями области было выброшено в атмосферу 1 млн.266 тыс. тонн вредных веществ.

На 425 предприятиях, имеющих выбросы атмосферных загрязнений, зарегистрировано 6897 стационарных источников, в т.ч. 4819 (70%) являются организованными, их них оборудовано очистными сооружениями 29,6 % источников [6].  Уменьшение общих выбросов по области начиная с 2005 года связано с более эффективными мерами по обезвреживанию загрязняющих веществ. Например, в 2007 году уловлено и обезврежено 5659,3 тыс.тонн вредных веществ, или 81,7 % от общего количества отходящих веществ. Удельный вес загрязняющих вевществ, выброшенных в атмосферу без очистки, в общем объеме веществ, отходящих от всех источников загрязнения составляет 13,8 % [6].

  Анализ вклада в антропогенное атмосферное загрязнение области  отдельных предприятий в среднем за год показывает, что весомую долю  40% - занимает корпорация «Казахмыс», 27 %  выбросов приходятся на Балхашский горно-металлургический комбинат, 18 % - на  «Арселлор Миттал Стил» [4]. Жезказганцветмет выбрасывает  около 8 % атмосферных загрязнений. В Балхаше около половины выбросов (44 %) поступает в атмосферу без очистки. Этот показатель год от года уменьшается. По данным облстатуправления, в среднем за 2004 год выбросы вредных веществ на одного жителя г.Балхаша составлял 12 тонн, а в 2007 г. – 8,4 тонны, в г.Темиртау – и в 2004 г. и в 2007 г. этот показатель равен 2 тоннам [6]. Устойчивый рост общего объема выбросов в воздушный бассейн региона связан с увеличением объемов промышленного производства объектов отраслей металлургии, теплоэнергетики, а уменьшение с 2006 г. – с увеличением количества и эффективности очистных сооружений.

 Состав атмосферного загрязнения региона представлен распространенными вредными веществами, как пыль, сернистый ангидрид, сероводород, окислы углерода, окислы азота, аммиак, фенол и другие.

       Выводы:

1.     К природным факторам атмосферного загрязнения  Центрального Казахстана относятся синоптико-метеорологические условия, обуславливающие как увеличение (застойные условия для воздушных масс) так и уменьшение атмосферного загрязнения (ветер, осадки).

2.     К антропогенным факторам атмосферного загрязнения  Центрального Казахстана относятся   предприятия обрабатывающей промышленности и теплоэнергетики, которые относятся к самым экологический «грязным» производствам во всем мире.

3.     По Центральному Казахстану наблюдается устойчивый рост количества атмосферных выбросов примерно от 1 млн. тонн до 1,4 млн. тонн с 1998 г. по 2004 г., а с 2005 года - уменьшение выбросов до 1, 27 млн. тонн.

4.     Наибольее загрязненным городом региона является Балхаш – 620,7 тыс.тонн было выброшено в 2007 году, из них 43,5 % выбросов попадает в атмосферу пока без очистки.

5.     Наиболее распространенными вредными антропогенными веществами в атмосферном воздухе региона являются пыль, сернистый ангидрид, сероводород, окислы углерода, окислы азота, аммиак, фенол и другие.

6.     В целом, природные условия самоочищения атмосферы Центрального Казахстана обуславливают рассеивание и уменьшение концентрации атмосферного загрязнения.

Литература:

1.                 Агроклиматические ресурсы Карагандинской области Казахской ССР.Л., Гидрометиздат.-1991.

2.                 Жакатаева Б.Т. Синоптические условия загрязнения атмосферы в Карагандинской области. // Вестник КарГУ.- № 1, Сер. Биология, медицина, география.- 2004.

3.                 Жакатаева Б.Т. Антропогенные составляющие атмосферного загрязнения в Центральном Казахстане.// Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 80-летию Е.А.Букетова, 23-24 марта. Том 3. Караганды.- 2005.

4.                 О состоянии охраны атмосферного воздуха в Карагандинской области в 2007 году. Серия 16. Управление статистики Карагандинской области. Караганда, 2008.

5.                 Экологическая обстановка в Карагандинской области. Данные облстатуправления. // Индустриальная Караганда.-2004, 4 ноября; 2005, 7 июня.

6.                 Данные государственного гидрометеоархива по загрязнению атмосферного воздуха г.Караганды за 1998-2007 годы.