Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Формирование дымных смогов в промышленных районах Восточной Сибири

ВАК РФ 11.00.09, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Формирование дымных смогов в промышленных районах Восточной Сибири"

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М. В. ЛОМОНОСОВА

Географический факультет

на правах рукописи

ФОРМИРОВАНИЕ ДЫМНЫХ СМОГОВ В ПРОМЫШЛЕННЫХ РАЙОНАХ ВОСТОЧНОЙ СИБИРИ

11.00.09. - метеорология, климатология, агрометеорология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Москва, 1996

Работа выполнена на кафедре метеорологии и климатологии Географического факультета Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова и в Сибирском Энергетическом институте Сибирского отделения РАН

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук,

профессор Белов П.Н.

Официальные оппоненты:

доктор географических наук, в.н.с. Евсеев A.B.

кандидат географических наук Громов С.А.

Ведущая организация: Институт географии Сибирского отделения РАН

Защита состоится "28" М&рТа 1996 года в часов на заседании диссертационного совета (Д.053.05.30) в Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова по адресу : 119899, Москва, ГСП-З, Ленинские горы, МГУ, географический факультет, 18 этаж, ауд. 1801.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке географического факультета МГУ на 21 этаже.

Автореферат разослан °[>с^|ус^А996 года Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат географических наук С.Ф.Алексеева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Сложная экологическая обстановка в большинстве регионов страны обусловила необходимость изучения и оценки негативных последствий антропогенных воздействий с целью их предотвращения или уменьшения ущерба. До сих пор считается, что Восточная Сибирь является относительно благополучным регионом, т.к. большая часть ее территории еще не подверглась промышленному освоению. Экологическая напряженность отмечается только в южных районах Красноярского края и Иркутской области. Однако, климатические и географические особености этого региона - удаленность от морей и океанов, большая повторяемость антициклонов в холодную половину года, низкие температуры и малое количество осадков в зимнее время - существенно снижают способности атмосферы к самоочищению. Величина качественных показателей, характеризующих скорость рассеивания примесей в атмосферу для Восточной Сибири в 2-3 раза меньше, чем на Европейской территории страны и в Западной Сибири. Неблагоприятные ситуации характерны здесь для холодной половины года. В это время мощные инверсии температуры в сочетании со слабыми скоростями ветра способствуют формированию высоких уровней загрязнения в городах и промышленных центрах. В ясные ночи радиационное выхолаживание подстилающей поверхности приводит к резкому понижению температуры и возникновению радиационных туманов, а также туманов от сгорания топлива, связанных с поступлением в атмосферу влаги антропогенного происхождения. При туманах происходит дальнейшее снижение скорости рассеивания выбросов, образуются новые более токсичные вещества, и , при больших концентрациях загрязняющих веществ,

формируются дымные (сульфатные) смоги. С наличием смогов связывают экологически особо опасные ситуации, сопровождающиеся ростом заболеваемости и даже смертности населения.

В южной части региона почти все крупные города и промышленные центры включены в список наиболее загрязненнных городов страны. При крайне неблагоприятных условиях рассеивания, здесь функционирует большое число предприятий химической, нефте-химической, горно-металлургической, целлюлозно-бумажной и других "грязных" отраслей промышленности. Для всех отраслей промышленности характерны некачественная переработка исходного сырья, низкий технологический уровень и устаревшее оборудование.

С одной стороны, неоднократно отмечено, что в условиях растущего антропогенного воздействия на природу должны быть научно определены режимы рационального расходования экологического резерва биосферы.

С другой стороны, вплоть до настоящего времени в Восточной Сибири ведется проектирование и строительство новых промышленных объектов (например, тепловых электростанций (ТЭС)). Следовательно, необходимы современные методики для научно обоснованного прогноза воздействия их на окружающую среду. Оценка экологической эффективности требуется также -при переходе на другие виды сырья и топлива, -реконструкции предприятий,

-проведении природоохранных мероприятий и в ряде других случаев. Применительно к воздушному бассейну Восточной Сибири основу для рационального природопользования составляет количественный учет как существующих полей загрязнения в

региональном масштабе, так и природных способностей атмосферы к самооочищению.

Целью работы является исследование роли отдельных природных и антропогенных факторов в формировании высоких уровней вагрявнения и особо опасных ситуаций в Восточной Сибири с использованием методов математического моделирования. Разработка принципов оптимального иаменения антропогенной нагрузки на воздушный бассейн региона.

Основные вадачи исследования:

- моделирование регионального и локального переноса примесей от конкретного объекта (город, ТЭС) с использованием только общедоступной климатической информации;

- установление роли выбросов водяного пара при изменении режима туманов и исследование уязвимости территории с точки зрения формирования туманов искусственного происхождения;

- имитация комплексного воздействия модельного объекта (крупной ТЭС) на атмосферу в различных частях региона.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработана математическая модель дальнего переноса примесей, впервые позволяющая учитывать взаимное влияние конкретных промышленных объектов в регионе;

- впервые разработаны принципы и создано программное обеспечение для комплексной оценки воздействия крупного объекта на воздушный бассейн как в локальном, так и в региональном масштабе с учетом изменений микроклимата;

- впервые расчетным путем получены карты зон повышенного загрязнения территории и интенсивности туманообразования в зависимости от поступления пара антропогенного происхождения.

На защиту выносятся следующие положения:

и

- региональная модель переноса примесей, рааработанная специально для оценки влияния отдельного крупного объекта в регионе и использующая информацию, доступную любому потребителю;

- исследование процессов туманообразования н городах Восточной Сибири и вывод о превалирующей роли в них притока водяного пара антропогенного происхождения;

- методика и программа расчета критического притока водяного пара;

- карты зон повышенного загрязнения территории и интенсивности искусственного туманообразования;

- принципы и программное обеспечение для комплексной оценки негативного влияния крупного промышленного объекта на воздушный бассейн.

Практическая ценность работы. Полученные результаты, разработанные модели и методы могут быть использованы при выборе пунктов размещения крупных, промышленных объектов и оценке эффективности природоохранных мероприятий в Восточной Сибири и других регионах страны. Описанные методики и программы применялись при выполнении следующих работ: "Оценка экологического эффекта перевода ТЭЦ Иркутскэнерго на газ."; "Анализ стратегий развития энергетики Российской Федерации с учетом безопасности и экологии".

Апробация работы. Результаты работы докладывались на: XXIII, XXIV, XXV конференциях научной молодежи Сибирского Энергетического Института (Иркутск, 1992, 1994, 1995 гг).

Публикации. По теме диссертации опубликовано в печатных работ.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Основная часть

содержит 144 страницы, 23 рисунка, 20 таблиц. Список литературы состоит из 93 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, излагаются цели и задачи работы.

В первой главе приведен анализ условий, ведущих к формированию высоких уровней загрязнения, и методов их оценки. Поскольку в качестве основного в данной работе выбран метод математического моделирования, далее представлено общее состояние проблемы математического моделирования переноса примесей в локальном и региональном масштабе. Расчет поля концентраций обычно производится на основании решения полуэмпирического уравнения турбулентной диффузии:

сЗя 3W.ii 3 3 з „

- = —-а— + Ц-ДЗ + — к— + Е, (1)

си о г о г а г

где в - концентрация примеси в г/мэ, t - время, к и кг коэффициенты турбулентности по вертикали и горизонтали, \Уа -собственная вертикальная скорость примеси, х,у,г пространственные координаты в декартовой системе координат, Е -скорость преобразования примеси, причем

Е = Р + К - V? - Р , (2)

где Г - скорость поступления примеси, считающаяся известной, \У - скорость выведения примеси из атмосферы с осадками, ИиР - скорости образования и исчезновения примеси за счет химических реакций. Начальные и граничные условия задаются в виде:

при 1 = 0, з = з0(х,у,г); при ъ -> со, э -> 0, к 0; (3)

при у аз, х -» оо, Б 0.

Решение общей задачи переноса примесей на близкие ( до 100 км ) и дальние ( до 1000 км) расстояния производится различным образом. В первом случае обычно используется стационарное приближение и ось X направляется вдоль вектора ветра, т.к. на площади порядка 100 км2 и до высоты около 1 км его можно считать постоянным.

Методы расчета переноса примесей на дальние расстояния можно разделить на два основных класса. Один ив них основан на так называемом Лагранжевом подходе, когда в начале производится расчет пространственной траектории движущегося объема, а затем оценивается изменение концентраций внутри него.

Эйлеров подход сводится к интегрированию уравнения (1) во всех точках сетки с помощью шагов по времени.

Поскольку автором была поставлена задача разработки достаточно простых методик, которые использовали бы только стандартные данные, для описания локальных процессов переноса было выбрано аналитическое решение уравнения (1), полученное М.Е.Берляндом. Ив этих же соображений при разработке региональной модели используется Лагранжев подход.

Кроме того, по литературным данным проведен подробный анализ факторов, влияющих на изменение режима туманов в городах. Увеличение повторяемости туманов в холодное время года в Сибири может быть связано с двумя группами факторов: во-первых, при изменении количества, размеров и химического состава аэрозолей изменяются условия конденсации водяного пара; во-вторых, из-за низких зимних температур естественное

влагосодержание воздуха очень мало, и техногенные выбросы пара начинают играть существенную роль в процессах туманообразования. До сих пор окончательно не установлено, может ли изменение характеристик ядер конденсации в городах вызывать формирование туманов при относительной влажности менее 100 %, и если "да" , то каков механизм этого процесса. Что касается второй группы факторов, очевидно, что туман возникает, если удельный приток техногенного водяного пара окажется больше недостатка насыщения.

Во второй главе представлена модель дальнего переноса примеси. Для построения численного решения используется метод расщепления по физическим процессам, и на каждом малом интервале времени длиной 8 I рассматривается схема, состоящая из трех этапов: перенос примесей по траекториям, турбулентная диффузия и локальные преобразования примесей . Описанный подход позволяет существенным образом менять аппроксимации, используемые на отдельных этапах, не затрагивая структуру модели в целом.

Подробно описывается выбор аппроксимирующих функций для различных блоков модели. Для учета вертикальной и горизонтальной диффузии в движущемся объеме используются аналитические зависимости, полученные на основе Гауссовой и градиентной моделей струи. Так распределение легкой примеси по вертикали описывается функцией Т (г,к) , в которую в виде параметров входят высота выброса примеси (Н) и скорость сухого осаждения

Изменение площади порции за малый промежуток <51 аппроксимировалось двумя способами. Если координаты центра порции в момент времени Ц - хп и у , а ее линейные размеры

г

вдоль декартовых осей - Хди Уп, то при использовании первого способа принималось, что для 1п+1 ( где <54 = 1п+1 — 1п = 1ч) ,

Хп+1 = Хп + 0.4УП; Уп+1 = Уп + 0.411п , (4)

где Чп и Уп - проекции вектора горизонтальной скорости ветра на оси ОХ и ОУ.

Когда применялся второй способ, Хп считался равным длине

траектории (Гп) за промежуток времени 8 1П, а

¥п = (0.4гп+0.4^)7 2. (5)

Коэффициент 0.4 получен на основании эмпирических данных о соотношении между шириной и длиной дымовой струи.

Функция сухого осаждения получена путем интегрирования Ч1 (г,I) по всей высоте рассматриваемого слоя. Влажное выведение

и трансформация примеси описываются линейными дифференциальными уравнениями первого порядка, решениями которых являются простейшие экспоненциальные зависимости.

Таким образом, изменение общего количества примеси в движущемся объеме определяется соотношением:

Ш-4М-Ш. (6)

где М - интенсивность поступления примеси от источника, - функция "сухого" выведения, ^¡^ - функция влажного выведения, - функция трансформации примеси.

Для исследования особенностей распространения примесей в масштабах региона была проведена серия расчетов, в которых определялись характеристики переноса окислов серы от источников в Восточной Сибири. Для объективного анализа поля ветра

использовались как оперативные данные аэрологических станций Иркутской области и Бурятии за 1987 год, так и информация архива на магнитных лентах "Набор климатических характеристик пограничного слоя атмосферы над СССР" ВНИИГМИ-МЦД. Для каждого региона размером 10 град, широты * 10 град.долготы, включающего 100 ячеек сетки, выполнялся расчет характеристик поля ветра в узлах сетки по 8 ближайшим аэрологическим

А А

станциям. Составляющие скорости ветра и и V в каждой точке А сетки были получены как средневзвешенное векторов и V}, где 1=1, п ,т .е .:

иА = 2 • и^ (7)

1=1 1=1

Здесь 1=1,п -веса отдельных станций по отношению к

точке А, определяемые соотношением:

= _ (8)

и нормированные так, что 2 = 1 , где - модуль

1=1

расстояния от точки А до ¡-ой аэрологической станции. Используются данные измерений на уровне 860 мб, т.к. в ряде пунктов средние многолетние величины давления на поверхности земли колеблются от 960-960 мб зимой до 930-950 мб летом, что связано с общим подъемом территории над уровнем моря. Таким образом, использование данных зондирования на уровне 926 мб представляется нецелесообразным.

Для перехода от географических координат к линейным использована модель эллипсоида Красовского.

Оценка взаимного влияния различных пунктов региона выполняется с помощью оригинальной методики. Проверяется как

близко от каждого города проходят траектории движения порций примеси от всех других источников. Для каждого отрезка траектории находится уравнение прямой, к которой он принадлежит в линейных координатах :

X у -х у У„~Ь Ь = -; к = ^- , (9)

х _ х, X

2 1 2

где (X ,у) и (Х2,уг) - координаты концов отрезка (начало отсчета - левый нижний угол каждого квадрата 10 град, широты на 10 град, долготы), а затем рассчитывается расстояние от точки до прямой:

(10)

л/йк1

где (Хо,уо) - координаты города. Если 8 оказывается меньше

некоторой величины Л, причем

х.-с^х^х^с!; у1-с^уо ¿у2 + с, где д, с и «1

определяются размерами порции и города, считается, что факел оказывает негативное влияние на город.

Поскольку климатические данные не позволяют оценивать временные изменения поля ветра, были проведены две серии расчетов для 44 случаев. В цервой серии расчет концентраций производился с использованием данных одного срока аэрологического зондирования, а во второй - двух и более сроков. Расхождение между средними по серии концентрациями составило

з

0.093 мкг/м , а среднеквадратическая ошибка при нахождении

каждого из этих средних - 0.838 мкг/м3, т.е. почти на порядок больше. Расхождения между средними за сезон, полученными в

одной и той же серии, составляют более 1 мкг/м3 . Таким образом, влияние временной изменчивости поля ветра на интервале 9-12

часов оказывается существенно меньше сезонных колебаний, что позволяет использовать климатические данные.

Одной иа особенностей данной модели является возможность непосредственного учета высоты источника и технологических параметров выбросов.

Для расчета локального поля загрязнений в данной работе предлагается использовать модель, основанную на аналитическом решении уравнения переноса примесей, которое было получено Берляндом. В модели используются некоторые оригинальные разработки, позволяющие рассчитывать среднегодовое поле концентраций и выпадений, с учетом совместной повторяемости различных градаций скорости и направления ветра, а также градаций скорости ветра и значений коэффициента турбулентности.

В третьей главе рассматриваются географическое положение и климатические характеристики Восточной Сибири, определяющие повторяемость условий, способствующих накоплению вредных примесей в атмосфере. Далее приводится обоснование предлагаемой методики оценки роста повторяемости туманов при увеличении антропогенной нагрузки в различных точках региона.

По данным климатических справочников был проведен анализ изменения режима туманов в городах различных регионов страны. Результаты представлены в таблице 1. В летние месяцы в городах происходит незначительное уменьшение повторяемости туманов по сравнению с сельской местностью, а в зимние в Сибири повторяемость туманов в промышленных центрах увеличивается в 2-3 раза. На Европейской Территории России этого не отмечается, что согласуется с литературными данными. Таким образом, в Восточной Сибири наблюдаются изменения микроклимата при такой величине антропогенного воздействия, которое еще не оказывает заметного влияния в других частях страны.

С учетом известных соотношений, связывающих между собой различные характеристики влажности и температуру, создана методика для расчета критической величины удельного антропогенного притока влаги (Да). Если относительная влажность воздуха в зимние месяцы составляет 75-85 %, как это характерно для большинства станций Восточной Сибири, то при температуре

-30 С, да составляет 0.09-0.1Б г/м3 . В этих условиях поступление влаги, например, от ТЭС иногда существенно превышет Да. Это обстоятельство можно рассматривать как причину образования искусственных туманов.

Таблица 1

Индексы изменения повторяемости туманов в городах (К = Р,0/Р,) различных регионов (Р10 - средняя повторяемость туманов в пунктах с населением свыше 10

тыс. чел., Р, - аналогичная характеристика для всех остальных метеостанций _региона)_

№ выпуска Справочника Названия регионов Число станций N = Рю/Р,

зима лето

3 Ленинградская, Новгородская, Псковская обл. 46 . 1.1 1.0

8 Центральное Нечерноземье (Московская, Тульская обл. и т.д.) 90 1.3 1.0

9 Урал 47 1.5 0.7

20 и 17 Западная Сибирь 67 2.0 0.7

21 Красноярский край 91 2.5 0.5

22 Иркутская обл. 83 3.1 0.8

23 Бурятия, Читинская обл. 87 2.7 0.7

24 Якутия 76 2.2 1.2

Следовательно, показатель Аа, рассчитанный при заданной температуре Т , можно использовать как характеристику вероятности увеличения повторяемости туманов при возрастании антропогенной нагрузки в смысле производственного выброса водяного пара. Если в каждой интересующей нас точке выбирать такое значение температуры, ниже которого лежит 10% случаев, физический смысл предлагаемого показателя Да(Т) будет заключаться в том, что такой удельный приток водяного пара увеличивает повторяемость туманов на 10% и, следовательно, возрастает вероятность формирования дымных смогов.

На основании описанного алгоритма была создана программа и проведены расчеты для 400 метеорологических станций на территории Сибири с использованием данных климатических справочников. По результатам построена карта, позволяющая судить о сравнительной уязвимости различных частей региона к выбросам водяного пара с точки зрения устойчивости микроклимата (рис. 1).

В этой же главе представлен анализ загрязнения атмосферы региона действующими источниками в различные сезоны года .

С использованием предложенной модели был выполнен ряд расчетов распространения 802 в Восточной Сибири. При проведении серии расчетов по реальным аэрологическим данным было обнаружено, что в Приангарье наиболее часто негативное влияние оказывают Черемхово на Усолье-Сибирское (21% случаев) и Ангарск на Иркутск (14% случаев). В течении года, считая все случаи взаимного влияния, наихудшая ситуация складывается в феврале, когда совмещение факелов различных населенных пунктов происходит в 80% случаев (рис. 2), а наилучшая - в июле, когда ни в одном из рассматриваемых случаев ни одного наложения не было. Весной и осенью негативное влияние городов друг на друга

... ¡os _ " 1

. Перенос за грязнящих веществ в Кркутско-^эремювском района. 1 - траектории воздушных шк,ъ(<рс$Раму, 2 - иммтация эволюции струй iijuwck

Рис. X. . J

отмечается в 25-27% случаев. Факелы от городов Черемхово, Усолье-Сибирское, Ангарск и Иркутск достигают оа. Байкал, и при неблагоприятных условиях (слабое развитие турбулентного перемешивания, скорость ветра в слое 3-4 м/с) их суммарная

ц

концентрация может достигать 20 мкг/м (0.4 ПДК).

По приближенным оценкам, общая протяженность зоны повышенного загрязнения, включающей города Черемхово, Усолье-Сибирское, Иркутск, Ангарск, Шелехов, Байкальск, Селенгинск, Улан-Удэ, Петровск Забайкальский, достигает в зимнее время 640 км, а ширина - 250-300 км, средняя концентрация в02 у

поверхности земли - до 10 мкг/м' . Подобная же зона формируется выбросами промышленных центров Назарово, Ачинск, Красноярск и Калек, а выбросы окислов серы в г.Норильске, которые составляли более 10% всего поступления этого вещества в атмосферу на территории бывшего СССР, оказывают влияние на зону протяженностью до 900 км. Конфигурация и размеры зон повышенного загрязнения, определенных с помощью модели, в общем совпадают с аналогичными показателями, полученными в результате снегомерных съемок и оценки площадей пораженных лесных массивов ( рис. 3 ).

Сопоставляя полученные результаты и районирование выполненное другими авторами, можно сделать следующие выводы:

- северная часть региона, атмосфера которой обладает наилучшими рассеивающими способностями , где в настоящее время загрязнен лишь район г.Норильска (правда, весьма обширный), крайне уязвима с точки зрения изменения микроклимата, т.к. в холодную половину года для нее характерна большая повторяемость низких температур. Кроме того, из общих

соображений очевидно, что в этой зоне крайне низки самоочшцающие способности других сред и весьма некомфортны условия проживания людей;

- центральная часть территории характеризуется низкими или крайне низкими рассеивающими способностями и очень низкими температурами холодного периода, так что для этого района верны все соображения, приведенные по поводу северных территорий;

- южная часть территории уже сильно загрязнена и рассеивающие способности атмосферы в этой части региона, по-видимому, наихудшие, особенно в Забайкалье, хотя повторяемость низких температур здесь существенно меньше.

Характерно, что районирование по потенциалу загрязнения атмосферы (ПЗА), выполненное в ГТО, и районирование по потенциалу рассеивания атмосферы (ПРА) (Зал.-Сиб. НИГМИ), дают существенно различные результаты для центральной и южной частей Восточной Сибири. Следовательно, районирование рассматриваемой территории с учетом различных природных особенностей атмосферы, связанных со скоростью процессов самоочищения, позволяет охарактеризовать картину в целом, но не дает возможности выделить определенный наилучший район. Поэтому для исследования реальных процессов необходимо рассмотрение конкретных объектов.

В четвертой главе на примере крупного источника выбросов (современная ТЭС) выполняется комплексное исследование его воздействия на воздушный бассейн.

В настоящее время при проведении экологических экспертиз технологи пользуются утвержденной методикой, которая позволяет оценивать лишь локальное воздействие при одной из возможных неблагоприятных ситуаций. Однако, во многих случаях необходима методика комплексной оценки влияния крупного

промышленного объекта на воздушный бассейн с учетом его воздействия в масштабе региона и влияния на микроклимат. Так при переводе крупных объектов теплоэнергетики с угля на газ прекращается выброс ими окислов серы и существенно уменьшается объем выбросов твердых частиц, но при этом увеличивается выброс пара, который, конечно, не является токсичным'веществом, но может оказать влияние на микроклимат прилегающей территории.

При решении поставленной задачи в качестве модельного источника выбросов рассматривается современная крупная ТЭС (высота выброса - 180м, диаметр устья - 9м, скорость выхода газов

о

- 25 м/сек, Тг- 110 С, интенсивность выброса окислов серы - 1833 г/с), что обусловлено повсеместной распространенностью предприятий тепло-электроэнергетики, а также тем, что в настоящее время в различных частях страны производится их строительство и реконструкция. Решающим доводом при выборе модельного источника является то обстоятельство, что вклад объектов энергетики в загрязнение городов составляет в среднем по стране около 25% (валовой выброс), причем предприятия Минэнерго выбрасывают около 40% окислов серы и около 60% окислов азота.

Поскольку процент улавливания твердых веществ очистными сооружениями на современных крупных объектах довольно высок (93-95% и в перспективе до 99%), а легкие газообразные примеси распространяются, практически, идентично, большая часть показателей получена при расчетах распространения окислов серы. Однако, используемые методики при некоторой доработке позволяют оценивать распространение всех основных

загрязняющих веществ.

Рассчитывались среднегодовые локальные поля загрязнения , формируемые модельным источником в случае его расположения на юге Иркутской области, на севере Красноярского края и в Забайкалье. Расчеты и анализ выполнены как для легкой (802),

так и для тяжелой примеси (зола), причем предполагалось, что на перспективном очистном оборудовании будет улавливаться 98% твердых частиц.

Во всех трех пунктах максимум локального загрязнения от ТЭС оказывается на юго-востоке от города. Максимальная концентрация окислов серы у поверхности земли достигнет 9.2 мкг/М3 (6 км от источника) в Иркутской области (Тулун), 7.8 мкг/М5 (8 км от источника) в Забайкалье (Чита) и в. б мкг/М* (10 км от источника) в Красноярском крае (Тура). Таким образом, наихудшие условия оказываются на юге Иркутской области, где будет наблюдаться превышение среднегодовой нормы (согласно медико-экологическим рекомендациям, среднегодовая ПДК должна быть в 60 раз меньше максимальной разовой).

Что касается концентраций волы, то расположение и величина максимума поля загрязнения будут существенно зависеть от ее фракционного состава. При увеличении доли тяжелых фракций, резко увеличивается зона интенсивного выпадения. Изменение климатических характеристик внутри региона на конфигурацию локального среднегодового поля концентраций и выпадений влияет незначительно.

В ходе последующих численных экспериментов модельный источник был условно размещен в районе г.Норильска, где рассеивающие способности атмосферы очень хорошие (ПЗА { 2.7, ПРА { 1) и в южной части Иркутской области, где эти способности гораздо хуже (ПЗА ) 3.5, ПРА около 2).

Анализируя результаты расчетов, следует отметить, во-первых, что на расстоянии около 100 км от источника изменения уровня загрязнения, формирующегося при различных

метеорологических ситуациях в течение одного сезона, не превышали 2-3 мкг/м3, причем в среднем концентрация составляла от 10-12 мкг/М5 зимой до 2-3 мкг/М3 летом. Характеристки поля загрязнения, полученные с использованием двух типов моделей, на расстояниях 50-100 км от источника согласуются удовлетворительно, В зимние месяцы при расчетах на модели дальнего переноса (ДП) в случае расположения ТЭС на юге Иркутской области , отмечается значительный максимум концентраций на 1-ом шаге модели, этот же зимний максимум прослеживается и в годовом ходе, построенном по результатам расчетов на локальной модели, особенно при учете штилевых ситуаций. О том, что в городах Иркутской области наихудшая ситуация складывается в зимний период, свидетельствуют и данные наблюдений. Следует учесть также, что в зимнее время существенно увеличивается ныброс загрязняющих веществ объектами теплоэнергетики. В то же время, в случае расположения ТЭС в районе г. Норильска, зимний максимум отмечается лишь на расстоянии 100 км от высокого источника, а для локальной зоны характерен зимний минимум, который прослеживается и на первом шаге в модели ДП. Большие скорости ветра в приземном слое, малая повторяемость штилевых ситуаций и инверсий, значительный перегрев газов по сравнению с окружающим воздухом способствуют активному рассеиванию примесей в этот период года.

Таким образом, следует отметить, что результаты, полученные с использованием как оригинальной модели ДП, так и довольно стандартной локальной модели,

-во-первых, не содержат грубых противоречий - во-вторых, позволяют уточнить особенности рассеивания примесей в различных регионах с учетом сезонных изменений;

в-третьих, дают возможность оценить воздействие конкретного источника в региональном масштабе, в частности, получить размеры и расположение зон повышенного загрязнения.

Для получения всех вышеперечисленных результатов использовались лишь данные климатических справочников и архива ВНИИГМИ-МЦД, т.е. информация, доступная любому потребителю.

При решении практических задач одной из наиболее актуальных является выбор площадки для строительства станции с точки зрения минимизации ее воздействия на окружающую среду. В данном случае превышение ПДК по окислам серы в локальной зоне при расположении ТЭС в районе г.Иркутска будет наблюдаться только в марте, мае и ноябре, а также при штилевых ситуациях зимой, а в районе Норильска - всю теплую половину года с апреля по октябрь. Таким образом, при проведении анализа по традиционной методике получается, что лучше разместить новую ТЭС в Иркутской области. Однако, в летнее время в 1.6-2 раза уменьшается выброс ТЭЦ, засчет уменьшения количества сжигаемого топлива, по сравнению с зимними месяцами. Кроме того, очень резко возрастает уровень загрязнения при штилях, повторяемость которых в Иркутской области зимой составляет 6277% (а в Норильске всего 9-18 %). Таким образом, с учетом аномальных ситуаций и дальнего переноса, более благоприятным для размещения модельной ТЭС оказывается район Норильска.

Для оценки влияния современной ТЭС на режим туманов в локальной зоне, на первом этапе было определено количество Н20, получаемое при сжигании 1 кг Канско-Ачинского (Ирша-

2А

Бородинского) угля с учетом как воды, содержащейся в угле, так и образующейся при горении из Нг угля и попадающей из воздуха, используемого при сжигании. Далее с учетом количества топлива, сжигаемого на модальной ТЭС, получается интенсивность выброса пара, аналогичная введенной ранее величине М для загрязняющих веществ . В первом приближении считаем, что водяной пар, мелкие капли воды или кристаллы льда распространяются как легкая примесь. С учетом этого предположения, выполнялся расчет распространения влаги для каждого из зимних месяцев с использованием среднемесячных значений скорости ветра и коэффициента турбулентности.

Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод, что о о

при температурах -28 - (-30 ) С и ниже и заданных условиях рассеивания, приток влаги от крупной ТЭС у поверхности земли превысит естественный недостаток насыщения на значительной площади. По средним многолетним данным в районе Норильска такие ниакие температуры наблюдаются в 50% случаев с ноября по март, а на юге Иркутской области - примерно в 20% случаев в декабре-январе. Таким образом, хотя в северной части территории рассеивающие способности атмосферы увеличиваются, возрастает также вероятность воздействия объекта на режим туманов и увеличения повторяемости дымных смогов. Для принятия окончательного решения необходимо предварительное ранжирование типов воздействия, например, по медико-экологическому принципу.

В заключении сформулированы основные результаты, которые были получены автором настоящей работы:

1. Вывод о превалирующем влиянии выбросов пара на увеличение повторяемости туманов в городах в холодное время года

и методика оценки критической величины притока влаги, ведущего к формированию туманов в различных точках региона.

2. Региональная модель переноса примесей, позволяющая учитывать взаимное влияние крупных объектов в регионе; для выполнения расчетов можно использовать только климатическую информацию о характеристиках поля ветра.

3. По климатическим и неосредненным аэрологическим исходным данным выполнены оценки повторяемости негативного влияния друг на друга городов и промышленных центров юга Восточной Сибири. Обнаружено, что неблагоприятная экологическая обстановка в холодную половину года, обусловленная снижением скорости расеивания, усугубляется еще и тем, что господствующее направление ветров приводит к постоянному смешению выбросов всех промышленных центров района.

4. Получены расчетным путем карты зон повышенного загрязнения в регионе и увеличения повторяемости туманов в зависимости от поступления в атмосферу пара антропогенного происхождения.

5. На основании проведенных исследований установлено, что для оптимального размещения нового объекта в регионе или изменения существующей антропогенной нагрузки необходимо выполнение исследований с учетом конкретных характеристик источников выбросов.

6. Решение модельной задачи об экологически оптимальном выборе площадки для крупной ТЭС в регионе показало, что при размещении объектов в северной части региона, где рассеивающие способности довольно высоки, необходимо учитывать возможность резкого увеличения повторяемости туманов и возникновения

дымных смогов, что обусловлено очень низкими температурами зимнего периода.

Результаты диссертации опубликованы в следующих ряботр-х:

1. Подходы к учету природных факторов, способствующих образованию промышленных туманов в зоне действия ТЭС / В сб. Современные проблемы системных исследований в энергетике. -Иркутск, 1990 - с. 115-120. ( в соавт. с Чебаненко В.В.).

2. Влияние объектов электро- и теплоэнергетики на режим образования туманов в условиях Восточной Сибири // Материалы 23-ей конференции научной молодежи Сиб. энергет. ин-та СО РАН. Иркутск, 12 мая, 1992. - Иркутск: Сиб. энергет. ин-т СО РАН, 1992. - с. 20-25.

3. Математическая модель переноса выбросов КЭС в локальной зоне // Материалы 24-ой конференции научной молодежи Сиб. энергет. ин-та СО РАН. Иркутск, 17-18 марта, 1994. - Иркутск: Сиб. энергет. ин-т СО РАН, 1994, - с. 37-43. ( в соавт. с Козловым

4. Оценка распространения загрязняющих веществ с помощью траекторной модели переноса примесей// Материалы 25-ой конференции научной молодежи Сиб. энергет. ин-та СО РАН. Иркутск, 12-13 апреля, 1995. - Иркутск: Сиб. энергет. ин-т СО РАН, 1995. - с.43-51.

5. Искусственные туманы и смоги в Восточной Сибири// Вести. Моск. ун-та. Сер. 5. География, (в печати) (в соавт. с Беловым П.Н.).

в. Загрязнение городов Иркутской области и оценка его уровня с помощью траекторной модели переноса примесей// Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. География, (в печати)

С.В.),