Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Эколого-географическая оценка состояния воздушной среды Иволгино-Удинской котловины

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Текст научной работыДиссертация по географии, кандидата географических наук, Никифоров, Дмитрий Михайлович, Улан-Удэ

/ I —...../ /

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

ВОСТОЧНО-СИБИРСКИИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

УДК 577. 471 + 339. 5 на правах рукописи

НИКИФОРОВ ДМИТРИЙ МИХАЙЛОВИЧ

ЭКОЛОГО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ ИВОЛГИНО-УДИНСКОЙ котловины

11.00.11. - охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук

Научный руководитель: доктор географических наук, профессор Иметхенов А.Б.

Улан-Удэ 1999

СОДЕРЖАНИЕ СТР.

ВВЕДЕНИЕ 4

История исследований 7

ГЛАВА 1. ВЛИЯНИЕ ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЙ НА СОСТОЯНИЕ И СОСТАВ ПРИЗЕМНОГО СЛОЯ АТМОСФЕРЫ 12

1.1. Особенности рельефа

1.2. Климат. Роль котловин в формировании климата 15

1.3. Циркуляция атмосферы 20

1.4. Вероятности возникновения неблагоприятных метеорологических условий 23

1.5. Выводы по главе 1 29 ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ

АТМОСФЕРЫ 30

2.1. Закономерности формирования дымовой струи

2.2. Сезонная динамика концентраций загрязняющих веществ 34

2.3. Размещение промышленных и жилых районов г.Улан-Удэ и населенных пунктов по исследуемой территории 39

2.4. Техногенные источники загрязнения атмосферы 41

2.5. Выводы по главе 2 60 ГЛАВА 3. АНАЛИЗ И ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ 61

3.1. Определение степени опасности загрязняющих веществ

3.2. Построение ареалов предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ и расчетный метод определения ожидаемой концентрации загрязнителей

в приземном слое атмосферы 64

3.3. Территориальное распределение концентраций загрязняющих

веществ 67

3.4. Анализ комплексного загрязнения атмосферы 87

3.5. Расчет уровня загрязнения воздушной среды г.Улан-Удэ 89 3.6 Выводы по главе 3 91 ГЛАВА 4. ЭКОЛОГО-ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ ЗОНИРОВАНИЕ ИВОЛГИНО-

УДИНСКОЙ КОТЛОВИНЫ ПО СТЕПЕНИ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ 94

ГЛАВА 5. НЕГАТИВНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ НА СОСТОЯНИЕ ЗДОРОВЬЯ ЧЕЛОВЕКА 98

5.1. Связь между уровнем загрязнения воздуха и состоянием здоровья населения

5.2. Воздействие вредных веществ на здоровье человека 101

5.3. Мероприятия по оздоровлению воздушной среды и экологический

контроль состояния атмосферы 104

5.4. Вывод по главе 5 109

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 111

ЛИТЕРАТУРА 113

ПРИЛОЖЕНИЕ 121

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Возрастающая деградация окружающей природной среды в густонаселенных и промышленно освоенных районах России начинает приобретать необратимый характер. Загрязнение водной и воздушной сред, истощение почв, уничтожение растительного покрова и фауны достигло критической точки. Данная ситуация нуждается в детальном анализе и разработке оценки состояния окружающей среды, которые позволят в дальнейшем планировать допустимые нагрузки на конкретный природный комплекс без обострения в нем экологической обстановки. Оценка загрязнения атмосферного воздуха -одна из главных задач этого направления.

Проблема загрязнения атмосферы приобретает особое значение в условиях Байкальского региона с присущими для него неустойчивостью и хрупкостью всего биогеоценологи-ческого комплекса. Города, находящиеся вблизи озера Байкал, весьма негативно воздействуют на его экосистему. Выбросы в атмосферу в урбанизированных зонах становятся наиболее опасным интенсивным источником загрязнения с прямым экологическим воздействием. Достаточно сказать, что Восточная Сибирь занимает 1 место в СНГ по площади погибших лесов, оцениваемой в 14 тыс. км2 (Обзор..., 1990), а площади распространения аэровыбросов только одного Иркутско-Черемховского промышленного района составляют 2800 км2 (Анохин и др., 1991). В связи с этим возникла необходимость в эколого-географической оценке уровня загрязнения атмосферного воздуха.

Методики оценки уровня загрязнения атмосферного воздуха достаточно хорошо разработаны для Европейской части СНГ и Западной Сибири (Берлянд, 1965, 1968, 1975, 1985; Безуглая, 1971, 1980, 1991; Селегей, 1987, 1990, 1994; Ратанова, 1990 и др.). Для Забайкалья, которое отличается от вышеназванных регионов сложным рельефом и крайне неблагоприятными климатическими условиями для рассеивания техногенных выбросов в атмосфере, подобные методики не совсем приемлемы и требуют определенной корректировки. Но тем не менее, в данном направлении проводились и проводятся исследования (Трасс, 1987; Белоголовов, 1989; Кудрявцева, 1991; Снытко, 1994; Афонина, 1994 и др.).

Показать общую картину загрязнения атмосферы - задача непростая. Механизм формирования воздушных потоков, в которых происходит трансформация и перенос загрязнителей, весьма сложен, многофункционален и в настоящее время недостаточно изучен. Наиболее мощные по объему техногенные потоки дают промышленные предприятия.

Процессы, создающие негативную экологическую ситуацию в атмосфере, чрезвычайно динамичны, поэтому содержание загрязнителей в воздушном бассейне может меняться очень быстро. При определенных метеорологических условиях концентрация токсических веществ в воздухе способна в считанные минуты снижаться или повышаться в десятки раз. На локализацию вредных выбросов оказывают влияние дополнительные факторы: условия рельефа, характер городской инфраструктуры, формирование локальных тепловых полей и

т.п., суммарный учет которых затруднителен, а порой и невозможен. Вследствие этого, интерпретация такого параметра, как загрязнение, может носить неоднозначный характер и в ряде случаев необходима подтверждающая информация, получаемая либо повторными съемками, либо альтернативными методами.

Объект исследования данной работы - воздушная среда Иволгино-Удинской котловины (в пределах Иволгинской и Нижнеудинской впадин). Район исследования относится к наиболее густонаселенным и экономически развитым территориям юга Восточной Сибири. В его пределах сосредоточено около 40 % населения Республики Бурятия, большинство из которого проживает в г.Улан-Удэ - крупном промышленном центре, являющимся одним из главнейших источников загрязнения окружающей среды. Высокая концентрация промышленных производств с высокотоксичными выбросами в воздушный бассейн и рост количества автотранспортных средств, а также наличие неблагоприятных орографических и климатических условий для рассеивания примесей в атмосфере создают сложную экологическую обстановку в городе и прилегающей местности. По данным Росгидромета, г.Улан-Удэ входит в список городов с очень высоким уровнем загрязнения атмосферного воздуха с индексом загрязнения атмосферы (ИЗА) >14.

Предмет исследования - особенности и закономерности формирования техногенного загрязнения атмосферы.

Цель настоящей работы - изучение закономерностей формирования загрязнения атмосферы и эколого-географическая оценка состояния воздушной среды Иволгино-Удинской котловины.

Чтобы решить указанную проблему, нами проанализированы теоретические и экспериментальные работы ряда авторов - А.И.Воейкова, Б.П.Алисова, Н.П.Ладейщикова, Н.В.Фадеевой, К.А.Мизандронцевой, В.А.Рязанова, Э.Ю.Безуглой, М.Е.Берлянда, Т.С.Селегей, В.А.Снытко, Ю.А.Анохина, Т.Е.Афониной, Ю.А.Израэля, Н.Ф.Тищенко, А.Н. Ти-щенко, В.Ф.Белоголовова, Э.Ф.Жбанова, М.П.Ратановой, Т.А.Трифоновой, Н.В.Мищенко, Е.П.Гришиной, К.Э.Церфас и др., а для получения конкретных цифровых показателей обратились к материалам различных ведомств - Госкомстата РБ, ГФУП Бурятгеоцентра, Госкомэкологии РБ, Гидрометеоцентра РБ, Центра Госсанэпиднадзора РБ, ООО НПФ «РЭИЦ».

В соответствии с поставленной целью, в ходе исследований решаются следующие задачи:

- Выявить на региональном и локальном уровнях роль природных факторов в миграции, трансформации и выпадении загрязненных техногенных потоков.

- Определить характер и масштаб воздействия антропогенных источников загрязнения атмосферы.

- Построить карты атмосферного загрязнения.

- Установить закономерности территориального распределения загрязняющих веществ.

- Рассчитать уровень загрязнения атмосферы исследуемой территории.

- Провести эколого-географическое зонирование Иволгино-Удинской котловины по степени загрязненности воздушной среды.

- Найти связь между состоянием атмосферы и здоровьем человека.

Научная новизна данной работы заключается в том, что впервые, применительно к территории Иволгино-Удинской котловины, проведено детальное исследование состояния воздушной среды. При этом г.Улан-Удэ нами принят в качестве модельного объекта исследований при математическом моделировании загрязнения атмосферы. Исходя из этого, личный вклад автора состоит в следующем:

- Рассчитан по модельным уравнениям уровень загрязнения атмосферы г.Улан-Удэ.

- Предложено эколого-географическое зонирование исследуемой территории по степени загрязненности воздушной среды, с выявлением наиболее загрязненных ареалов.

- Проведена эколого-географическая оценка состояния атмосферы.

- Выявлена прямая связь между уровнем загрязненности атмосферного воздуха и состоянием здоровьем человека.

Практическая значимость. Материалы диссертации могут быть использованы:

- как информационный материал, который раскрывает причины регионального и локального загрязнения атмосферы, что весьма важно для любой территории;

- при подготовке проектов новых предприятий и строительстве или перепланировке жилых районов города, населенных пунктов, а также для обоснования их генеральной схемы развития;

- для оценки степени вредности промышленного производства;

- при эколого-географической оценке воздушной среды территорий с котловинным рельефом;

- при выявлении причин повышенной заболеваемости населения.

Апробация работы. Основные научные положения диссертации докладывались и обсуждались на научно-практической конференции "Проблемы природопользования Бурятии", посвященной 35-летию со дня образования ВСГТУ (Улан-Удэ, 1997), научно-практической конференции "Проблемы географии Байкальского региона", посвященной памяти известного ученого-географа Б.Р.Буянтуева (Улан-Удэ, 1997), XII научной конференции молодых географов Сибири и Дальнего Востока "Современные методы географических исследований" (Иркутск, 1997), научно-практической конференции, посвященной 75-летию образования Республики Бурятия (Улан-Удэ, 1998). По результатам выполненных исследований опубликовано 4 работы.

В настоящее время заключен договор о совместном сотрудничестве с Центром Госсанэпиднадзора РБ, с использованием материалов диссертации.

Суть диссертации раскрывается в следующих защищаемых положениях.

- Природные условия являются решающими факторами в накоплении и застое вредных веществ в приземном слое атмосферы.

- Динамичность циркуляционных процессов в атмосфере над исследуемой территорией не играет существенной роли в образовании локализованных ареалов вследствие высокого уровня загрязненности воздушной.

- Исследование показателей состояния здоровья населения выявило прямую связь с уровнем загрязненности атмосферы.

Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю - д.г.н., профессору А.Б.Иметхенову, сотрудникам кафедры "Экология и безопасность жизнедеятельности" ВСГТУ - к.с.-х.н., доценту А.А.Атутову, д.г.-м.н., профессору В.В.Балханову, сотруднику кафедры «Экономическая география» БГУ, к.г.н, доценту Ц.Д.-Ц.Гончикову, начальнику Отдела охраны атмосферного воздуха Госкомэкологии РБ В.Ю.Слугинову, начальнику Бурятского республиканского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, к.г.н. В.К.Татарникову, директору ООО НПФ "РЭИЦ" К.Г.Дремову, главному инженеру-экологу ООО НПФ "РЭИЦ" Н.В.Болдыревой за предоставленные материалы, деловые советы, консультации и дискуссии.

История исследований

Наблюдения за распространением вредных выбросов в г.Улан-Удэ были начаты в 1968 г. Забайкальским территориальным управлением по гидрометеорологии и контролю природной среды. Наблюдения проводились на четырех стационарных пунктах, расположенных в различных районах города, выбранных с учетом размещения промышленных предприятий, жилых районов с различным типом застройки и автомагистралей. Эти пункты работают и в настоящее время.

Ежемесячно Бурятским гидрометеоцентром анализируется 1400 - 1500 проб воздуха с целью определения содержания пыли, диоксида серы, оксида углерода, диоксида азота, фенола, формальдегида и бензапирена. Анализ показывает постоянно высокий уровень загрязненности воздушного бассейна.

Аэрокосмические фотосъемки существенно повышают содержательность картографической информации о загрязнении атмосферы по сравнению с наземным исследованием, обеспечивая достаточно точное отражение современного состояния природных объектов, подвергшихся arpo- или техногенным нагрузкам. По космоснимкам, как правило, достоверно дешифрируются дымовые шлейфы различного происхождения. Загрязнения выявляются по косвенным признакам: тону, цвету, границам контуров изображения объектов. Осаждаясь на почве, растительности и постройках, вредные вещества изменяют их отражательную способность, что сказывается на фотоизображении.

Любой космофотоснимок фиксирует ситуацию в определенный момент времени. Это своеобразная "застывшая динамика", а "оживить картинку" возможно методом ситуационного анализа или экологического дешифрирования. Однако, несомненно, что материалы даже одной съемки могут нести полезную информацию.

На сканерном космическом снимке, полученном с искусственного спутника Земли "Космос - 1639" в феврале 1989 г. и получившем расшифровку в научно-исследовательской работе Байкальского института рационального природопользования "Исследование влияния сельского хозяйства на природные ландшафты Забайкалья с использованием дистанционных методов" (Научный руководитель: д.г.н. А.К.Тулохонов, 1990), на светлом фоне заснеженной поверхности хорошо прослеживается темно-серая полоса, вытянутая в северовосточном направлении от юго-западной границы г.Улан-Удэ по долине р.Уда на протяжении нескольких десятков километров (рис. 1).

Рис. 1. Локализация ареалов концентрированного загрязнения приземного слоя атмосферы над территорией Иволгино-Удинской котловины (Сканерный космоснимок ИСЗ «Космос - 1939» от 27.02.89.)

Условные обозначения:

Ареалы концентрированного загрязнения приземных слоев атмосферы (смог)

Ареалы высокого уровня загрязнения приземных слоев атмосферы и выпадения загрязняющих веществ на покрытые снегом сельскохозяйственные угодья (с/х) и городские земли (гз)

Масштаб: в 1 см 2900 м

Образование этого темного контура связано, во-первых, с наличием смога (дымки) в момент съемки, о чем свидетельствует плохая просматриваемость изображения подстилающей поверхности и, во-вторых, с осаждением промышленных выбросов на покрытые

снегом территории.

Конечно, для наиболее достоверных результатов необходимо наличие системы постоянного дистанционного мониторинга. Но такие системы уникальны, дорогостоящи, а иногда и вообще неосуществимы.

Впервые в Байкальском регионе комплексное изучение аэрозолей и химического состава атмосферного загрязнения провела Центральная эколого-геохимическая партия Бу-рятгеолкома совместно с Институтом оптики атмосферы СО АН СССР (г.Томск) и Институтом химической кинетики и горения СО АН СССР (г.Новосибирск) в 1991-1992 гг. под руководством начальника партии Э.Ф.Жбанова. Аэрозольные исследования выполнены как опытно-производственные и научно-исследовательские работы в рамках проекта 1991-1994 гг.: "Многоцелевое геохимическое картирование и геоэкология России" (МГХК-1000).

С помощью самолета-лаборатории в недельный срок был обследован воздушный бассейн над территорией Бурятии и Иркутской области площадью около 230 тыс. км2. Все маршруты выполнялись на двух высотах: 400 - 600 и 900 - 1200 м. Исследование воздушного бассейна г.Улан-Удэ проводилось с помощью специально оборудованного автомобиля ГАЗ-66. Высота проб - 1,5 - 2 м. В результате съемок было отстроено более 50 карт по каждому загрязняющему веществу. Они явились исходным картографическим материалом для обобщающих карт, на которых показаны аномалии химических элементов, ионов и газов (рис. 2, 3).

Рис. 2. Загрязнение приземного слоя атмосферы г.Улан-Удэ опасными металлами (по материалам Бурятгеоцентра, 1992 г.)

Сумм а рны й покаоател ь ззгразнения

2.5 5.0 -10.0 50.0 100 255

Масштаб: в 1 см 1250 м

Проведенные работы свидетельствуют, что в атмосфере, сколько бы подвижна она ни была, выделяются постоянные очаги различных токсичных веществ, формирующиеся от

выбросов промышленных предприятий. От г.Улан-Удэ потоки загрязняющих веществ в атмосфере прослеживаются не менее чем на 10 - 20 км в северо-восточном направлении. Атмосферное загрязнение от группы промышленных центров Иркутской области тянется в восточном направлении на 100 - 300 км. Одно то, что четко конкретизировались �