Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Количественная оценка влияния выбросов промышленных предприятий на качество атмосферы региона Южного Байкала

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

Автореферат диссертации по теме "Количественная оценка влияния выбросов промышленных предприятий на качество атмосферы региона Южного Байкала"

од

1 и о

На правах рукописи

МАКУХИН Владимир Леонидович

КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ВЫБРОСОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ НА КАЧЕСТВО АТМОСФЕРЫ РЕГИОНА ЮЖНОГО БАЙКАЛА

специальность 11.00.11 - охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Иркутск-1998

Работа выполнена в Лимнологическом институте СО РАН

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук, доцент Аргучинцев В.К.

Научный консультант: кандидат технических наук, доцент Александренко С.Н.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Тимофеева С. С.

доктор физико-математических наук, профессор Аграфонов Ю. В.

Ведущая организация: Иркутское территориальное управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды

Защита состоится" 3" июля 1998 г. в (0 час, на заседании диссертационного совета Д063.71.03 Иркутского государственного технического университета

Адрес: 664074 Иркутск, ул. Лермонтова, 83 - ИрГТУ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИрГТУ

Автореферат разослан" £ " июня 1998 г.

Учёный секретарь совета, доктор технических наук, профессор

Н.Н.Страбыкин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования.

О загрязнении атмосферы озера антропогенными примесями свидетельствуют результаты многочисленных инструментальных исследований. Антропогенные примеси, попадая из атмосферы в водоём, вызывают изменение физико-химических характеристик воды, особенно в верхнем слое, где в основном происходит фотосинтез, являющийся основой процессов жизнедеятельности. Решение ЮНЕСКО о присвоении Байкалу статуса Участка мирового наследия свидетельствует об озабоченности мирового сообщества охраной окружающей среды региона этого уникального озера. Имеются серьёзные основания для такого беспокойства. Исследователи Байкала обнаружили процессы быстрого эвтрофирования мелководных бухт и заливов в районе БЦБК, вызванные присутствием в воде биогенных элементов. До последнего времени учёные-байкаловеды были уверены, что основное загрязнение озера происходит в результате сбросов промышленных и бытовых отходов. Точные расчёты и оценки поступления техногенных элементов в Байкал из атмосферы показали, что масса осаждающихся аэрозолей превышает массу взвесей, поступающих со сбросами.

Существуют различные точки зрения, кто вносит наибольший вклад в загрязнение региона озера и откуда поступает основная масса вредных примесей. На побережье Байкала находятся два небольших промышленных центра: Слюдянка, где находятся предприятия: горнодобывающие, строительных материалов, металлообработки, и Байкальск с целлюлозно-бумажным комбинатом; в долине р. Ангара расположен Иркутско-Черемховский промышленный комплекс, удалённый от побережья на несколько десятков километров. Прямые замеры не позволяют корректно оценить загрязнение атмосферы в регионе озера каждым предприятием в отдельности.

Основной целью диссертации являются количественная оценка влияния выбросов предприятий Иркутско-Черемховского промышленного узла, Слюдянки и Байкальска на качество атмосферы в регионе озера, сезонный и ситуационный прогнозы загрязнения атмосферы Южного Прибайкалья и долины Ангары первичными и вторичными примесями (пылью, диоксидами серы и азота, оксидом углерода, сульфатами, нитратами и др.).

Для решения указанных задач в работе выполнены следующие разработки:

• - построение замкнутой системы уравнений распространения и трансформации примесей в атмосфере над термически и орографически неоднородной подстилающей поверхностью с начальными и граничными условиями;

- выбор экономичного метода численной реализации поставленной задачи и устойчивой конечно-разностной схемы, построение алгоритма решения уравнений модели;

- анализ тестов и модельных расчётов и верификация модели;

- исследование с помощью модели нестационарных и пространственно неоднородных процессов распространения и трансформации аэрозолей и газовых примесей в регионе озера Байкал.

Научная новизна.

• Впервые выполнена количественная оценка степени влияния выбросов предприятий Иркутско-Черемховского промышленного узла, Слюдянки и Байкальска на загрязнённость атмосферы над озером. Выполнены оценки интенсивностей средних годовых выпадений серы и азота в южной части Байкала. Сделаны оценки вклада каждого источника в загрязнение атмосферь озера.

Практическая ценность.

Предложенная модель позволяет не только рассчитать мгновенные значения концентраций тяжёлых и лёгких примесей в выбранной пространственной области, но и оценить среднюю величину их осаждений н; подстилающую поверхность за длительные промежутки времени порядкг месяцев и сезонов. Модель помогает ответить на вопросы, какое очистное оборудование необходимо установить на данном предприятии, како! оптимальный режим работы предприятия при наименьшем загрязнени! окружающей среды, как снизить неблагоприятное воздействие выбросов.

Предлагаемая модель может быть использована для временногс статистического и ситуационного прогноза загрязнения атмосферы отдельны: выбранных районов.

Модель может служить основой для построения единого модельног комплекса, реализующего наряду с расчётом распространения трансформации аэрозолей и газовых примесей задачи оценки степен загрязнения выбросами конкретных предприятий при заданном выпуск продукции, определения эффективности мероприятий по совершенствовани! технологии и системы очистки выбросов, исследования влияния выбросс проектируемых предприятий на качество воздуха. Модель может быть так»

использована для регулирования режима работы предприятий в различные сезоны (месяцы) года.

Часть полученных результатов использовалась при формулировке ряда практических рекомендаций по выявлению основных источников загрязнения, разработке мероприятий по снижению выбросов, для расчёта предельно допустимых выбросов существующих и проектируемых предприятий Иркутской области, что подтверждено актами внедрения.

Апробация работы.

В диссертации изложены результаты, полученные автором за период 1980-1997 гг. при выполнении тем НИР Лимнологического института СО РАН: "Движение водных масс в Байкале" (номер госрегистрации 01824030576), "Изменение компонентов и свойств атмосферной среды и климата озёрных экосистем Восточной Сибири" (номер госрегистрации 01860090344), "Исследование химического состава аэрозоля и атмосферных выпадений в регионе оз. Байкал; верификация моделей по атмосферному переносу в Байкальском регионе" (номер госрегистрации 01920003215) и "Исследование распределения аэрозолей и газовых примесей в регионе оз. Байкал" (номер госрегистрации 01960011464).

Результаты работы докладывались на научных семинарах, 9 конференциях, в том числе трёх международных (по проблемам исследования изменений окружающей среды и климата в регионе оз.Байкал - Иркутск, 1994; II Верещагинской Байкальской конференции- Иркутск, 1995; "Измерения озона и аэрозолей в Восточной Азии"- Иркутск, 1997), 2 симпозиумах, в том числе одном международном (II аэрозольном симпозиуме - Москва, 1995), VI Всесоюзном лимнологическом совещании, VI Всесоюзной Байкальской школе-семинаре, И, III и IV Заседаниях Рабочей группы проекта "Аэрозоли Сибири"и ДР-

Публикации. По теме дйссертации опубликованы 23 работы.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы, приложения, изложена на 145 страницах, включая 32 рисунка и 8 таблиц. Список литературы включает 233 наименования, в том числе 77 на иностранных языках. Основные защищаемые положения:

1. Наибольший вклад в загрязнение атмосферы над Южным Байкалом с превышением максимальных разовых ПДК для твёрдых взвесей, средних суточных ПДК для окислов серы и азота вносят Байкальский целлюлозно-бумажный комбинат (БЦБК) и предприятия Слюдянки. Из-за различной высоты источников загрязнения примеси от БЦБК распространяются на

большие расстояния, чем от предприятий Слюдянки. Вследствие удалённости и наличия орографических препятствий влияние Иркутско-Черемховского индустриального комплекса на загрязнение атмосферы над Южным Байкалом значительно меньше, чем от БЦБК и предприятий Слюдянки и не превышает средних суточных предельно допустимых концентраций для выбрасываемых в атмосферу примесей.

2. В районе БЦБК при возникновении локальных ветров создаются условия, приводящие к существенному загрязнению прибрежных районов озера.

3. Построенная нестационарная нелинейная пространственная математическая модель распространения и трансформации примесей в атмосфере качественно и количественно достоверно описывает физико-химические процессы в пограничном слое атмосферы над термически и орографически неоднородной подстилающей поверхностью, а алгоритм решения уравнений модели сконструирован с использованием устойчивой и экономичной разностной схемы.

В процессе исследований автор пользовался советами, консультациями и критическими замечаниями доктора физико-математических наук, Соросовского профессора Ю.С.Куснера (ИГХ СО РАН), А.Н.Судакова и рад возможности выразить им свою признательность и поблагодарить их.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, формулируется цель работы, отмечается научная новизна и практическая ценность исследования, приводятся сведения о публикациях по теме, структуре и объёме работы.

В первой главе описывается современное состояние окружающей среды в регионе Южного Байкала. Приведены данные об основных источниках загрязнения атмосферного воздуха, расположенных на рассматриваемой территории. Указано, предприятия каких отраслей народного хозяйства вносят наибольший вклад в выбросы от стационарных источников. Отмечена тенденция уменьшения выбросов вредных веществ промышленными предприятиями Южного Прибайкалья и долины р. Ангара в связи с сокращением производства и приобретением и заменой очистного оборудования. Показано, что несмотря на эту тенденцию масса выбрасываемых примесей остаётся очень велика. Ангарск, Зима, Иркутск, Усолье-Сибирское, Шелехов, Черемхово на протяжении ряда лет неизменна вносятся в список городов России с наибольшим уровнем загрязнение атмосферного воздуха.

Во второй главе формулируется постановка задачи, предлагается метод её решения - метод математического моделирования, обосновывается выбор метода, подчёркиваются его преимущества. Даётся краткая классификация моделей, вскрываются их преимущества и недостатки, обосновывается выбор подходов и принципов построения физико-математической модели мезометеорологических процессов и распространения и трансформации примесей над термически и орографически неоднородной подстилающей поверхностью. Приводится обзор существующих лучших трёхмерных математических моделей, основанных на численном решении уравнений гидротермодинамики и полуэмпирического уравнения турбулентной диффузии, создателями которых являются ведущие учёные нашей страны и зарубежья: Г.И.Марчук, В.В.Пененко, А.Е.Алоян, В.П.Дымников, Г.С.Ривин, В.Н.Крупчатников, Л.В.Беркович, С.А.Солдатенко. J.Langner, H.Rodhe, R.D.Saylor, L.K.Peters, T.Kitada, J.S.Chang, V.Kharin, J.Marshall, F.Molteni, M.R.Marinucci, F.A.Giorgi, G.J.Boer, G.A.d'Almeida и другие. Анализируются методы решения систем уравнений, положенных в основу моделей.

Далее формулируется физико-математическая постановка задачи мезометеорологического слоя атмосферы и распространения и трансформации аэрозолей и газовых примесей. В качестве исходных уравнений взяты математические выражения законов сохранения массы, импульса, энергии и субстанции. Модель описывает следующие физические процессы в атмосфере: конвективный и адвективный перенос воздушных масс, возникающий из-за неравномерного нагревания подстилающей поверхности; турбулентную диффузию; отклоняющую силу вращения Земли; эффекты плавучести; гравитационное оседание примесей. При выводе системы уравнений гидротермодинамики использованы упрощения теории конвекции и квазистатическое приближение. Замыкание системы уравнений Рейнольдса проведено с помощью гипотезы Буссинеска. Для построения математической модели распространения и трансформации примесей в атмосфере в качестве исходного было взято полуэмпирическое уравнение турбулентной диффузии.

Задача решается конечно-разностным методом.

Для оценки точности решения и выбора оптимальных шагов по пространству и времени кроме обычной методики изменения шагов проводились сравнения с тестовыми расчётами. В качестве тестов для гидродинамического блока использовались известные аналитические точные решения для пограничного слоя Экмана и для ветра склонов Прандтля.

Проведённые расчёты позволили подобрать параметры численной схемы так, чтобы обеспечить относительную погрешность вычислений возмущений метеоэлементов не более 10 %. Для мезометеорологических задач такая точность достаточна. Численная схема является устойчивой и позволяет проводить счёт на несколько суток.

Сравнение численного решения полуэмпирического уравнения турбулентной диффузии с аналитическим решением нестационарного уравнения распространения примеси, полученным при действии мгновенного точечного источника заданной мощностью в начальный момент времени, выявило относительную ошибку не более 10 %.

■ Сопоставление численных решений с известными аналитическими решениями стационарных уравнений распространения примесей также показало, что согласие наблюдается с удовлетворительной степенью точности как на высоте источника, так и у поверхности земли.

В третьей главе рассмотрено взаимодействие различных веществ в атмосфере. Проведён анализ немногочисленных результатов моделирования распространения и трансформации примесей в Байкальском регионе. Отмечены основные крупные недостатки, допущенные при моделировании предыдущими исследователями.

Проведены верификация и идентификация предложенной модели. В качестве экспериментальных данных для испытания модели использовались результаты съёмки над акваторией озера, проведённой с борта исследовательского судна летом 1992 года. Аэрозоль отбирался на фильтры "\Л/а1тап-41" путём прокачки воздуха центробежным насосом со скоростью 200 л/мин. Время экспозиции составляло от 10 до 20 часов.

При проведении серии численных экспериментов учитывались выбрось окислов серы и азота в регионе оз. Байкал. В рассмотрение были включень промышленные объекты городов Иркутск, Ангарск, Усолье-Сибирское Черемхово, Зима, Шелехов, Байкальск. Данные об интенсивности источникое были предоставлены Иркутским областным комитетом по экологии V природопользованию.

Для моделирования была выбрана область интегрирования площадью 40( х 250 кв. км и высотою 2 км над подстилающей поверхностью. Шаги п< времени и горизонтали составляли соответственно 300 с и 5 км; шаги п( вертикали задавались следующим образом: 50, 50, 50, 150, 200, далее 500 м.

Расчёты проводились для периодов 6-7 июня и 24-27 июня 1992 г. пограничном слое атмосферы Южного Байкала. При численны

экспериментах использовались метеорологические данные экспедиционных исследований и гидрометслужбы.

Сравнение результатов расчётов и измерений показало следующее. Коэффициенты корреляции между расчётными и измеренными концентрациями имеют значения: 0,7 для сульфатов и 0,8 для нитратов. Относительные ошибки не превосходили для сульфатов 40 %, а для нитратов -50 % ( табл. ), при этом средние квадратические отклонения этих ошибок составляли соответственно 30 и 25 %. Наибольшие отклонения рассчитанных значений концентраций от экспериментальных связаны с влиянием удаленных источников и точностью задания фоновых метеорологических величин.

Усреднённые концентрации БО*2" и ЫОэ'

Дата Время усреднения (местное) Место установки фильтра Концентрация 2 13 БОд ,мкг/м Относительная погрешность Концентрация Ы03", мкг/м3 Относительная погрешность

измерение вычисленная измеренная вычисленная

6.06 7-15 Байкальск 3.9 2.45 -0.37 0.75 0.55 -0.27

6.067.06 22-6 Утулик 4.11 2.82 -0.31 0.49 0.62 0.27

24.06 7-21 Култук 1.56 1.55 0.01 0.19 0.10 -0.47

25.06 7-16 Култук-Байкальск 0.74 0.86 0.16 0.16 0.14 -0.12

25.0626.06 19-7 Байкальск- Мурино- БайкаЛьск 2.17 1.74 -0.20 0.58 0.35 -0.40

26.06 7-21 Байкальск 2.56 3.50 0.37 0.83 0.65 -0.22

26.0627.06 21-6 Байкальск- середина озера 4.92 3.14 -0.36 1.30 0.65 -0.50

При изучении процессов распространения и трансформации загрязняющих воздух веществ в течение длительных периодов порядка месяцев и сезонов необходима информация о средних по времени характеристиках рассматриваемых процессов. Такая информация была получена при проведении комплексных исследований по изучению байкальского аэрозоля летом 1991 года. Измерения проводились на двух стационарных пунктах на побережье Южного Байкала в п. Листвянка и одном передвижном - на научно-исследовательском судне. Все наблюдения за атмосферными аэрозолями сопровождались стандартными метеорологическими измерениями, проводимыми на сети гидрометслужбы.

По описанной модели за период комплексных полевых работ 29.06-28.07 1991 г. были проведены численные эксперименты с использованием данных метеорологических измерений, в результате которых рассчитаны усреднённые за рассматриваемый период комплексных полевых работ поля окислов серы и азота, сульфатов и нитратов (рис.1), удовлетворительно согласующиеся с данными измерений (относительная ошибка не превышала 40 %).

Анализ результатов тестовых расчётов, численных экспериментов и данных наблюдений позволил сделать вывод, что представленная математическая модель качественно и количественно достоверно описывает как гидродинамические процессы, так и распространение примесей в атмосфере.

С помощью описанного модельного комплекса было проведено исследование влияния выбросов различных веществ предприятий Иркутско-Черемховского промышленного комплекса, городов Слюдянка и Байкальск на загрязнённость пограничного слоя атмосферы Южного Байкала, причём учитывались химические взаимодействия компонентов.

На юге Иркутской области сосредоточены крупные промышленные объекты, расположенные в основном в долине р. Ангара, ориентация которой обеспечивает направление преобладающих воздушных потоков (северозападных и юго-восточных) в приземном слое. Определённая часть вредных веществ, выбрасываемых этими объектами, попадает на озеро Байкал. Важно оценить распределение и дальность распространения этих веществ и продуктов их трансформации при основных метеорологических ситуациях. Отдельные предприятия, такие как БЦБК расположены в непосредственной близости к акватории озера, и, несомненно, их выбросы изменяют состав окружающего воздуха.

В декабре в Восточной Сибири устанавливается азиатский антициклон, характерными особенностями которого являются повышенное атмосферное давление, приземные и приподнятые инверсии в сочетании со

слабыми ветрами. С увеличением поступления солнечной радиации в конце зимы происходит постепенное разрушение азиатского антициклона, скорости ветра заметно возрастают, достигая максимальных значений в апреле-мае. Следует отметить, что для указанного региона декабрь и апрель можно рассматривать как месяцы-представители года, которые характеризуют разнообразные условия для рассеивания примесей.

Для количественной характеристики распределения в приземном слое атмосферы выбросов твёрдых взвесей, соединений серы и азота по описанной выше модели проведены численные эксперименты. Были рассмотрены

суммарные выбросы промышленных объектов Иркутска, Ангарска, Усолья-Сибирского, Черемхова, Зимы, Шелехова, Слюдянки и Байкальска при типичных метеорологических ситуациях для различных сезонов года.

. Область моделирования была выбрана та же, что и при идентификации модели. Неизменными остались основные параметры: шаги по пространству и времени и др.

- 0,5

О 10 20 км.

РИС. 1. ИЗОЛИНИИ усредненных приземных концентраций N03" IЕ мкг/м^).

Сценарий 1. В южной части Восточной Сибири устанавливается малоградиентное барическое поле, преобладает безветренная погода. Под воздействием оз. Байкал возникают местные особенности в распределении давления воздуха и, следовательно, ветров. Осенью и в начале зимы над озером формируется очаг пониженного давления и преобладают ветры, направленные с суши на озеро.

В непосредственной близости от промышленных центров возникают области повышенных концентраций. Площади превышения значений максимальных разовых ПДК взвесей составляют в Ангарске 150 км2, в Иркутске, Шелехове, Усолье-Сибирском и Черемхово 25 км2. Открытая поверхность Байкала загрязняется в основном предприятиями Слюдянки и Байкальска (рис.2). Наблюдается превышение средней суточной ПДК диоксидов серы и азота в окрестностях Байкальска - площадь превышения составляет соответственно 20 и 5 км2, диоксида серы - в районе Слюдянки - 5 км2.

' Следует отметить, что в качестве входной информации в расчётах использованы только данные о выбросах промышленных приподнятых источников. Пыление отвалов ТЭЦ и горно-рудных предприятий, выбросы жилищно-бытовых объектов и транспорта в данных расчётах не учтены.

Сценарий 2. Задаётся характерное для северо-западного типа на Байкале ветровое поле по классификации Савиновой, причём для лучшей аппроксимации ветра рассматриваются дополнительные пункты наблюдений.

Поток твёрдых взвешенных частиц, подхваченный направленным северо-западным ветром, по долине Ангары устремляется в сторону Байкала (рис.3). Вблизи промышленных центров запылённость уменьшается по сравнению с результатами расчётов эксперимента 1. Площади превышения значений максимальных разовых ПДК в Ангарске и Черемхово 25 км2. Увеличение скорости северо-западного ветра до 10 м/с способствует переносу примесей на большие расстояния. На наветренных склонах Приморского хребта наблюдаются области локальных максимумов концентраций, а на подветренных - наоборот - минимумов. Значения концентраций SO2 на наветренных склонах превышают величины концентраций на подветренных склонах в 410 раз (рис.4). Наибольшие концентрации на высоте 800 м наблюдаются над вершиной хребта и достигают 5 мкг/м3.

Сценарий 3. При юго-западном типе ветрового поля на Байкале выбросы предприятий Слюдянки и Байкальска почти полностью осаждаются на его открытой поверхности, достигая противоположного берега а концентрациях, равных 0,1 средней суточной ПДК.

Изолинии концентраций твёрдых взвесей у покстилаицей поверхности в апреле.

Сценарий 4. В районе Южного Байкала преобладает поток западного направления. Примеси от Слюдянки и Байкальска распространяются в основном в сторону озера.

Сценарий 5. С целью изучения влияния горных хребтов на перенос воздушных масс над Байкалом проводились также расчёты для орографически однородной местности. Сравнение результатов этого эксперимента с предыдущими показало, что горные хребты существенно воздействуют на перенос воздуха и распространение примесей над озером. Так при северозападном переносе образуются области скопления и "отражения" примесей вблизи орографических неоднородностёй на восточном побережье оз. Байкал.

п

Как уже отмечалось, в холодный период при установлении Сибирского антициклона над Байкалом формируются мощные приземные инверсии, препятствующие рассеянию и выносу примесей за пределы Байкальской котловины, а вследствие охлаждающего влияния озера они часто образуются и летом. В летний период на побережье преобладают локальные замкнутые атмосферные циркуляции - бризовые, горно-долинные, смешанного типа, способствующие распространению загрязняющих веществ в пределах котловины.

--юв

Рис. 4. Изолинии рассчитанных концентраций диоксида серы в мкг/м3 на разрезе Ангарск - Иркутск.'

Для исследования распространения примесей, выбрасываемых БЦБК, при типичных локальных ветрах использовалась описанная нелинейная нестационарная математическая модель. Расчёты проводились на сетке 32x25x11 точек. Источник взвешенных веществ мощностью 200 г/с действовал на высоте 100 м. Для расчёта горизонтальных коэффициентов турбулентной диффузии примесей использовались соотношения полуэмпирической теории турбулентности.

Сценарий 6. Над выбранным районом Байкала фоновый ветер отсутствует. С восходом Солнца суша начинает прогреваться, и между сушей и озером образуется температурный градиент, способствующий возникновению озёрного бриза. Склоны, обращенные к Солнцу, нагреваются быстрее, чем окружающий воздух, в результате чего бризовый эффект усиливается ветром склонов. Возникший ветровой поток имеет северное направление, несколько

отклоняясь вправо под действием силы Кориолиса. У юго-западной границы области наблюдается сходимость воздушных потоков, а у юго-восточной они приобретают дивергентный характер, что связано с конфигурацией подстилающей поверхности. Горизонтальные скорости ветра максимальны (7 м/с) над склонами, обращёнными к озеру (на высоте 300 м). Вертикальные токи достигают наибольших значений 20 см/с над вершинами, а над склонами наблюдаются нисходящие потоки. Горизонтальные градиенты температуры у береговой линии доходят до 0,009 град/м. Облако примеси вытянуто с севера на юг по потоку в сторону хребта Хамар-Дабан. Превышение средней суточной ПДК отмечается непосредственно вблизи источника. Вечером долинный ветер стихает, а затем начинает развиваться горный ветер южного направления. Максимальные вертикальные токи по абсолютной величине такие же, как и при долинной циркуляции. Облако примеси ориентировано на север, в сторону озера. Максимум концентрации несколько смещён по потоку, он немного выше средней суточной ПДК.

Сценарий 7. Отличается от предыдущего наличием фонового потока \/=10 м/с западного направления. Фоновый поток препятствует развитию долинного ветра, значения горизонтальной составляющей скорости ветра в 2-2,5 раза меньше, чем в предыдущем эксперименте. Максимальные вертикальные токи выше 20 см/с. Максимальный горизонтальный градиент температуры 0,003 град/м. Интересной особенностью этого эксперимента является наличие ветрового фронта. На высоте 100 м вблизи источника отмечены концентрации несколько выше 3 ПДК, на озере - 2-3 ПДК, вдоль береговой линии и на склонах - менее 1 ПДК.

Проведённые численные эксперименты показали существенную неоднородность полей ветра и температуры, обусловленную влиянием подстилающей поверхности (озеро-суша). Под влиянием местных циркуляции наибольшие концентрации примесей локализуются в прибрежной зоне. Из результатов расчётов следует, что в районе БЦБК локальные ветры, обусловленные температурными и орографическими неоднородностями подстилающей поверхности, могут создать условия, приводящие к существенному загрязнению прибрежных районов озера.

В четвёртой главе показано использование результатов работы на практике, что подтверждено актами внедрения.

Описанная модель была использована с целью исследования степени загрязнения атмосферы Ангарска заводом белково-витаминных концентратов (БВК) и производственным объединением Ангарскнефтеоргсинтез (АНОС).

Полученные результаты были предоставлены институту гигиены труда и профзаболеваний г. Ангарск.

Намечены перспективы применения предложенных разработок.

В заключении обобщены основные результаты, полученные автором.

1. Впервые в регионе озера Байкал с помощью численной модели исследованы нестационарные и пространственно неоднородные процессы распространения и трансформации аэрозолей и газовых примесей, проведена количественная оценка степени влияния выбросов предприятий Иркутско-Черемховского промышленного узла, Слюдянки и Байкальска на загрязнённость атмосферы над озером. Показано, что наибольший вклад в загрязнение атмосферы над Южным Байкалом с превышением максимальных разовых ПДК для твёрдых взвесей, средних суточных ПДК для окислов серы и азота вносят Байкальский целлюлозно-бумажный комбинат (БЦБК) и предприятия Слюдянки. Масса твёрдых взвесей, выбрасываемых предприятиями Иркутско-Черемховского промышленного узла и осаждающихся на озеро, в 3 раза меньше, чем осаждается на Байкал при выбросах Слюдянки и Байкальска. Из-за различной высоты источников загрязнения примеси от БЦБК распространяются на большие расстояния, чем от предприятий Слюдянки. Вследствие удалённости и наличия орографических препятствий влияние Иркутско-Черемховского индустриального комплекса на загрязнение атмосферы над Южным Байкалом значительно меньше, чем от БЦБК и предприятий Слюдянки и не превышает средних суточных предельно допустимых концентраций для выбрасываемых в атмосферу примесей.

2. В районе БЦБК локальные ветры, обусловленные температурными и орографическими неоднородностями подстилающей поверхности, могут создать условия, приводящие к существенному загрязнению прибрежных районов озера.

3. С помощью сравнения результатов расчётов с данными полевых измерений убедительно доказано, что построенная нестационарная нелинейная пространственная математическая модель распространения и трансформации примесей в атмосфере, учитывающая химические превращения 82 веществ в 156 реакциях, качественно и количественно достоверно описывает физико-химические процессы в пограничном слое атмосферы над термически и орографически неоднородной подстилающей поверхностью, а алгоритм решения уравнений модели сконструирован с помощью метода конечных разностей и покомпонентного расщепления с использованием устойчивой и экономичной разностной схемы.

4. Выполнены оценки интенсивностей средних годовых выпадений серы и азота в южной части Байкала, составивших соответственно 0,32 и 0,06 г/(м2*год), удовлетворительно согласующиеся с данными наблюдений и измерений.

. Автором осуществлены оценки вклада каждого источника в загрязнение озера. В радиусе 12 км с центром в Байкальске осаждается 40 % выбросов твёрдых взвесей, причём 25 % - на озеро, 15 % - на сушу; в радиусе 17 км осаждение составляет уже 55 %. В радиусе 12 км с центром в Слюдянке осаждается 60 % взвесей, выбрасываемых предприятиями города, из них половина осаждается на озеро; в радиусе 17 км осаждается 80 %.

5. Предлагаемая модель может быть использована для прогноза загрязнения выбранных районов, что особенно важно при неблагоприятных метеорологических условиях, способствующих формированию экстремально высоких концентраций и приводящих к ситуациям экологического бедствия. Возможность решения такой сложной проблемы подтверждается результатами её применения для анализа случаев резкого увеличения обращений жителей Ангарска в лечебные учреждения. Модель может служить основой для построения единого модельного комплекса, реализующего наряду с расчётом распространения и трансформации аэрозолей и газовых примесей задачи оценки степени загрязнения выбросами конкретных предприятий при заданном выпуске продукции, определения эффективности мероприятий по совершенствованию технологии и системы очистки выбросов, исследования влияния выбросов проектируемых предприятий на качество воздуха. Модель может быть также использована для регулирования режима работы предприятий в различные сезоны (месяцы) года.

Список основных опубликованных работ по теме диссертации:

1. Аргучинцев В.К., Макухин В.Л. Результаты численного моделирования •локальных ветров // Вопросы метеорологии и гидрологии Сибири.

Иркутск: ИГУ. 1976. С.77-90.

2. Аргучинцев В.К., Аргучинцева A.B., Макухин В.Л. Численное моделирование переноса примесей в пограничном слое атмосферы II Моделирование и прогнозирование геофизических процессов. Новосибирск: Наука. 1987. С.190-193.

3. Макухин В.Л., Аргучинцев В.К. Моделирование мезометеорологических процессов над сложным ландшафтом II Гидрофизика и гидрология водоёмов. Новосибирск: Наука. 1991. С.60-65.

4. Аргучинцев В.К., Аргучинцева A.B., Макухин В.Л. Потенциал рассеивания примесей атмосферой Ангарска // География и природные ресурсы. 1993. N3. С.37-43.

5. Аргучинцев В.К., Куснер Ю.С., Макухин В.Л. О возможности дальнего переноса кластерных аэрозолей // Ж. технической физики. С.-Петербург: Наука. 1993. N8. С. 1-9.

6. Аргучинцев В.К., Аргучинцева A.B., Макухин В.Л. Численное моделирование распространения твёрдых взвесей от промышленных предприятий в Южном Прибайкалье // География и природные ресурсы. Новосибирск: Наука. 1995. N1. С. 152-158.

7. Аргучинцев В.К., Макухин В.Л. Математическое моделирование распространения аэрозолей и газовых примесей в пограничном слое атмосферы // Оптика атмосферы и океана. 1996. Т.9. N6. С.804-814.

8. Аргучинцев В.К., Макухин В.Л., Оболкин В.А., Потёмкин В.Л., Ходжер Т.В. Исследование распределения соединений серы и азота в приводном слое оз. Байкал // Оптика атмосферы и океана. 1996. Т.9. N6. С.748-754.

9. Аргучинцев В.К., Куценогий К.П., Макухин В.Л., Оболкин В.А., Потёмкин В.Л., Ходжер Т.В. Экспериментальное исследование и численное моделирование аэрозолей и газовых примесей в атмосфере Южного Байкала И Оптика

. атмосферы и океана. 1997. Т. 10. N6. С.598-604.

10. Аргучинцев В.К., Макухин В.Л. Моделирование вертикального распределения концентраций соединений серы и азота в пограничном слое атмосферы Южного Прибайкалья // Оптика атмосферы и океана. 1998. Т.11. N6.

Подписано в печать 28 мая 1998 Формат 60X84 1/16 Бумага писчая Печать офсетная Усл.печата.л.1.0 Тираж 100 экз. Иркутский государственный технический университет 664074 Иркутск, ул.Лермонтова, 83