Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Научно-методический аппарат метеозависимой оценки геоэкологического состояния окружающей среды на аэродроме государственной авиации

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Научно-методический аппарат метеозависимой оценки геоэкологического состояния окружающей среды на аэродроме государственной авиации"

На правах рукописи

Татаринов Валерий Владимирович

НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ АППАРАТ МЕТЕОЗАВИСИМОЙ ОЦЕНКИ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА АЭРОДРОМЕ ГОСУДАРСТВЕННОЙ АВИАЦИИ

Специальность: 25.00.36 - Геоэкология (Науки о Земле)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

1 г дек ж

005543487

Воронеж-2013

005543487

Работа выполнена в Военном учебно-научном центре ВВС «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж)

Научный руководитель: кандидат военных наук, профессор

Томилов Александр Анатольевич

Официальные оппоненты: Дорофеев Виктор Васильевич

доктор географических наук, профессор. Военный учебно-научный центр ВВС «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж), профессор кафедры гидрометеорологического обеспечения

Куманн Михаил Владимирович

доктор сельскохозяйственных наук, кандидат географических наук, профессор. Курский государственный университет, профессор кафедры физической географин и геоэкологии

Ведущая организация: Белгородский государственный национальный

исследовательский университет

Защита диссертации состоится «26» декабря 2013 г. в 13.30 часов на заседании диссертационного совета Д 215.007.01 при ВУНЦ ВВС «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж) по адресу: 394064, г. Воронеж, ул. Старых Большевиков, д. 54 «А», аудитория 621.

С диссертацией можно ознакомиться в учебной библиотеке ВУНЦ ВВС «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж), на официальном сайте ВАК (Нир//\у\у\у.уак.ес1^0у.ги).

Автореферат диссертации разослан «23» ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Закусилов В.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Аюуальность темы исследования. Аэродром государственной авиации (АГА) относится к числу недостаточно изученных локальных природно-технических геосистем, на территории которого происходит техногенное загрязнение атмосферного приземного слоя (АПС) и почвы в результате эксплуатации воздушных судов (ВС) и обслуживающего их автомобильного транспорта (AT). Тщательное изучение воздействия выбросов загрязняющих веществ (ЗВ) двигателями ВС и AT, а также с объектов АГА на загрязнение АПС было впервые начато в США, где отмечалось, что крупные аэродромы, наравне с автотранспортом мегаполисов, являются локальными источниками загрязнения. Интенсивное развитие мегаполисов привело к тому, что большинство АГА оказались размещенными на их окраинах, как это наблюдается в городе Воронеже. Поэтому геоэкологическое изучение АГА необходимо производить не только как локальной геосистемы, но и при его взаимодействии с городом, расположенным в непосредственной близости.

Концентрация ЗВ в АПС во многом зависит от климатических условий и метеорологических факторов, присущих изучаемому району.

В настоящее время геоэкологические исследования загрязнения атмосферы проводятся по двум направлениям. Первое направление связано с непосредственными наблюдениями за содержанием ЗВ в атмосфере городов. Второе направление включает исследование физических и метеорологических факторов, определяющих условия переноса и рассеивания ЗВ, а также вымывания их из атмосферы. Совокупность из этих двух факторов и обуславливает собственно уровень возможного загрязнения атмосферы.

К сожалению методы метеозависимой оценки геоэкологического состояния атмосферы разработаны в основном для городов. АГА - как локально-техногенные системы гораздо менее исследованы в экологическом плане. Известны индексы эмиссии ЗВ от двигателей ВС, работающих в различных режимах, а также от двигателей автомобилей. Эти данные позволяют оценить только валовые выбросы ЗВ на АГА, но не позволяют оценить пространственное загрязнение атмосферы и почвы на аэродромах. Существующие модели турбулентного рассеяния газообразных ЗВ в атмосфере не могут быть использованы для АГА по следующим причинам:

основной источник эмиссии ЗВ на АГА - площадка предварительной и предполетной подготовки (ППП) - не является для служб обслуживания ВС и управления полетами точечным;

факел отработавших газов (ОГ) воздушного судна является пространственно-распределенным источником ЗВ со сложным распределением температур в нем;

на площадке 111111 могут располагаться группировки, содержащие различное количество ВС и средств наземного обслуживания общего применения (СНО ОП).

Загрязнение почв АГА тяжелыми металлами и органическими веществами также исследовано недостаточно, и не существует моделей, позволяющих рассчитать загрязнение почвы в различных метеоусловиях.

Следовательно, разработка научно-методического аппарата метеозависимой оценки геоэкологического состояния окружающей среды на АГА, позволяющего оценить экологический риск для персонала аэродрома и дать объективные рекомендации по его работе в загрязненных зонах аэродрома, является весьма актуальной научной задачей.

Объект исследования - приземный слой атмосферы и почва на территории аэродрома государственной авиации - локальной природно-техногенной геосистемы.

Предмет исследования - научно-методический аппарат метеозависимой оценки геоэкологического состояния окружающей среды на АГА.

Цель исследования - разработать методику метеозависимой оценки геоэкологического состояния окружающей среды на аэродромах государственной авиации и оценки экологического риска для персонала аэродромов.

Для достижения данной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Проанализировать выбросы ЗВ от ВС и СНО ОП на территории АГА, и обосновать выбор источника эмиссии. Произвести экспериментальные измерения пространственно-временного распределения концентраций основных ЗВ на площадке ППП, обосновать квазистационарность турбулентного источника ЗВ, и оценить удельные выбросы газообразных ЗВ от одного самолета и одного автомобиля на площадке ППП. Экспериментально исследовать загрязнения почв аэродрома «Воронеж-Б» аэрозолями тяжелых металлов и органических веществ.

2. Построить метеозависимую модель рассеяния газообразных ЗВ от пространственного источника эмиссии, рассчитать пространственное распределение полей загрязнения оксидом углерода и диоксидом азота на аэродроме «Воронеж-Б», а также регламентировать работу персонала в зонах загрязнения.

3. Построить метеозависимую модель загрязнения почвы аэрозольными частицами, содержащимися в ОГ ВС и СНО ОП, и оценить возможные уровни загрязнения почв АГА.

4. Разработать методику метеозависимой оценки геоэкологического состояния окружающей среды на АГА и оценки метеозависимого экологического риска для персонала аэродрома. Разработать систему организационно-технических мероприятий, снижающих экологический риск.

Область исследования. Содержание диссертационной работы соответствует паспорту специальности 25.00.36 - Геоэкология (Науки о Земле, географические науки) по следующим пунктам области исследований: 1.12. Геоэкологический мониторинг и обеспечение экологической безопасности, средства контроля; 1.14. Моделирование геоэкологических процессов; 1.17. Геоэкологическая оценка территорий.

Основными методами исследования являются: физико-географический; математического моделирования и статистической обработки исходных данных.

Информационную базу исследования составили экспериментальные наблюдения за состоянием воздушной среды и почвы в районе площадки ППП аэродрома «Воронеж-Б» за период с 2010 по 2012 годы, проведенные лично автором. Измерения концентрации ЗВ произведены на стационарных и передвижных постах наблюдения в период подготовки и производства полетов при различных метеоусловиях в теплый и холодный периоды. Всего произведено 756 измерений. Обработка и анализ полученных данных производились с использованием стандартных программно-инструментальных средств МЗЕхсе!, 81аЙ51юа, МаЛса&

Достоверность результатов работы подтверждена использованием большого объема исходных экспериментальных данных, полученных с помощью современных приборов, применением адекватных физических законов и математических методов для расчета концентрации загрязняющих веществ, и удовлетворительным совпадением численных расчетов и результатов экспериментов.

Научная новизна исследования заключается в том, что:

1. Построена полуэмпирическая метеозависимая модель горизонтальной диффузии газообразных ЗВ, отличающаяся тем, что возможно рассчитать рассеяние газообразных ЗВ в различных метеоусловиях от пространственного источника эмиссии при любом составе расположенной на нем группировки, состоящей из ВС и СНО ОП.

2. Построена метеозависимая модель загрязнения почвы аэрозольными частицами, содержащимися в ОГ ВС и СНО ОП, отличающаяся тем, что позволяет оценить

загрязнение почвы в различных метеоусловиях при любых размерах и плотностях аэрозольных частиц.

3. Разработана методика метеозависимой оценки геоэкологического состояния окружающей среды на АГА, отличающаяся возможностью оценки метеозависимого экологического риска для персонала аэродрома и объективностью регламентации работы персонала в зонах загрязнения.

Теоретическая значимость работы. Построены метеозависимые модели загрязнения атмосферы и почвы от пространственного источника эмиссии, на базе которых предложен научно-методический аппарат метеозависимой оценки геоэкологического состояния окружающей среды АГА, позволяющий оценить риск для здоровья персонала, работающего в зоне подготовки ВС к полетам.

Практическая ценность работы. Выполненная работа направлена на повышение эффективности оценки геоэкологического состояния окружающей среды на аэродромах государственной авиации в различных метеоусловиях, реализацию объективной регламентации работы персонала в загрязненных зонах аэродрома, и разработку комплекса природоохранных мероприятий по снижению экологической опасности АГА для окружающей среды и персонала. Оценен вклад аэродрома «Воронеж-Б» в загрязнение атмосферы и почвы г. Воронежа.

Апробация и внедрение результатов работы. Основные научные положения, теоретические и практические результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на: Всероссийской научно-практической конференции «Информационные технологии в подготовке специалистов наземного обеспечения авиации» (ВАИУ, г. Воронеж, 2008 г.); 14-ой межрегиональной научно-практической конференции «Высокие технологии в экологии» (ВГАСУ, г. Воронеж, 2011 г.); Международной научно-практической конференции «Защита в чрезвычайных ситуациях» (СевКавГТУ, г. Ставрополь, 2011 г.); 15-ой межрегиональной научно-практической конференции «Высокие технологии. Экология» (ВГАСУ, г. Воронеж, 2012 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Приоритетные направления экологической реабилитации Воронежского водохранилища» (г. Воронеж, 2012 г.); Научно-практической конференции «Высокие технологии. Экология» (ВГАСУ, г. Воронеж, 2013 г.); УШ-ой международной научно-практической конференции «Теоретические и практические аспекты развития современной науки» (г. Москва, 2013 г.).

Основные положения, выдвигаемые на защиту:

1. Полуэмпирическая метеозависимая модель диффузного рассеяния газообразных ЗВ от пространственного источника эмиссии.

2. Метеозависимая модель загрязнения почвы аэрозольными частицами, содержащимися в ОГ ВС и СНО ОП, от пространственного источника эмиссии.

3. Методика метеозависимой оценки геоэкологического состояния окружающей среды на АГА и метеозависимого экологического риска для персонала аэродрома.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы из 167 источников, в том числе 14 на иностранном языке, изложена на 170 страницах машинописного текста, включает 53 таблицы и 32 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе «Научно-методические аспекты оценки условий, влияющих на уровень загрязнения окружающей среды на аэродромах государственной авиации» сделан обзор литературы по загрязнению окружающей среды на аэродромах государственной авиации. Наиболее опасным и широко исследованным является шумовое загрязнение. Менее исследованным является химическое загрязнение атмосферы отработавшими газами реактивных и автомобильных двигателей. Практически не ис-

следовано загрязнение почв на аэродроме тяжелыми металлами и углеводородами, что весьма важно, так как почвы являются депонирующей средой, накапливающей загрязняющие вещества. Недостаточно исследовано влияние метеоусловий на геоэкологическое состояние окружающей среды в районе аэродрома государственной авиации. На основе проведенного анализа была поставлена научная задача исследования -разработка научно-методического аппарата метеозависимой оценки геоэкологического состояния атмосферы и почвы на аэродромах государственной авиации.

Во второй главе «Анализ условий производства полетов и выбросов загрязняющих веществ воздушным и автомобильным транспортом на аэродроме государственной авиации «Воронеж-Б»» проанализированы: 1. Физико-географические, метеорологические и климатические условия на аэродроме государственной авиации «Воронеж-Б».

2. Известные экспериментальные результаты ряда авторов И.С. Родюкова, А.Б. Власова, А.Л. Салогуба и др. по выбросам загрязняющих веществ от отдельных ВС и СНО ОП.

3. Пространственное расположение источников загрязнения окружающей среды на АГА, и интенсивность использования ВС и средств их наземного обслуживания.

Проведенный анализ позволил сделать следующие выводы:

1. Аэродром «Воронеж-Б» находится в зоне умеренно-континентального климата, преобладающей формой атмосферной циркуляции является западно-восточный перенос. Выявлены основные метеофакторы, влияющие на загрязнение и очищение атмосферы АГА. Изучены повторяемости инверсий, штилей и слабых ветров, а также туманов, способствующих накоплению ЗВ, а также изучены повторяемости осадков и скоростей ветра, способствующих очищению атмосферы.

2. Главной особенностью аэродрома является его расположение на окраине города Воронежа, что потребовало анализа его экологогеохимического влияния на городские жилые постройки. На основе анализа интенсивности использования ВС и СНО ОП, а также их индексов эмиссии оценен валовый выброс ЗВ на аэродроме. По суммарным выбросам загрязнение городской атмосферы от эксплуатации аэродрома составляет 0,1% и является незначительным.

3. Подавляющее количество ЗВ выбрасывается на этапе подготовки ВС к полету, то есть в районе площадки ППП, которая является для близко расположенных объектов обслуживания ВС и управления их полетами, пространственным источником эмиссии ЗВ. Степень опасности для различных служб аэродрома определяется суммарными выбросами ВС и СНО ОП на площадке ППП, а также метеорологическими условиями на аэродроме.

В третьей главе «Экспериментальные исследования геоэкологического состояния окружающей среды аэродрома государственной авиации «Воронеж-Б»» приведены метеозависимые экспериментальные результаты измерения загрязнения оксидом углерода (СО) и диоксидом азота (М02) площадки ППП технической позиции обслуживания воздушных судов, представленной на рисунке 1. Изучено также загрязнение почвы вблизи площадки ППП.

Пространственный источник эмиссии - площадка ППП, на которой находятся минимум два ВС и три СНО ОП. Один проверяет двигатели у газоотбойника, а другой готовится к взлету (рисунок 1). При увеличении числа самолетов у газоотбойников пропорционально увеличивается масса выбросов. Турбулентное рассеяние этих ЗВ происходит в ограниченном объеме технической позиции обслуживания воздушных судов, в то время как на взлетно-посадочной полосе рассеяние идет по всей ее длине от одного ВС.

1- площадка ППП; 2-домик технического состава; 3-вышка дежурного по ATO;

4-стоянка средств ATO; 5-авиационная ТЭЧ; 6-домик технического состава;

7-пункт управления полетами; Д-точки отбора проб Рисунок 1 - Схема технической позиции обслуживания воздушных судов

В процессе измерений варьировались расстояния от ВС до наблюдателя (точки отбора проб), фиксировалась скорость ветра, а также наличие инверсии (по данным метеонаблюдений и аэрологическим данным).

На рисунке 2 показан факел выбросов ЗВ от ВС, где крайняя изолиния соответствует фоновым концентрациям ЗВ.

С учетом выявленной пространственной структуры факелов выбросов ВС были выбраны стационарные точки отбора проб для стандартной группировки - два действующих ВС и пять СНО ОП на площадке ППП. Эти 13 точек показаны на рисунке 1. Также измерялась концентрация ЗВ на расстоянии г = 20 м от края площадки ППП (точка № 14).

1 - линии равных концентраций ЗВ от сопла ВС Рисунок 2 - Схема факела выбросов ЗВ при работе ВС

Расположение точек измерений подбиралось экспериментально по следующим основаниям: пять точек располагалось вокруг каждого ВС и обеспечивающими его СНО ОП в зоне их взаимодействия, где турбулентность атмосферы максимально возможная и среднеквадратичные отклонения результатов измерений достаточно большие. Точка №13 располагалась на краю площадки ППП на расстоянии 20 м от ВС в конце факела его двигателя. Две точки располагались по периметру площадки ППП, где наблюдался низкий уровень турбулентности. На расстоянии 20 м от края площадки ППП по ее периметру концентрация ЗВ еще превышала ПДК, но отклонения от средних значений были незначительные. Поэтому точка №14 при г =20 и (рисунок 1) была выбрана в качестве опорной, для экспериментальной оценки коэффициента рассеяния газообразных ЗВ.

Всего в этих 14 стационарных точках были произведены измерения в теплый и холодный периоды года, из них 420 измерений - при благоприятных метеоусловиях (БМУ), а 336 - при неблагоприятных метеоусловиях (НМУ).

В работах Э.Ю. Безуглой показано, что основными НМУ, способствующими накоплению ЗВ, являются слабые ветра со скоростями менее 2 м/с и наличие приземных инверсий. БМУ являются скорости ветра, большие 3 м/с и отсутствие инверсий.

Результаты статистической обработки измерений концентраций ЗВ на площадке ППП в холодный и теплый периоды года при НМУ и БМУ приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Средние значения (мг/м3), среднеквадратические отклонения и коэффициенты концентрации ЗВ на площадке ППП

Загрязняющие вещества Оксид углерода (СО) Диоксид азота (Н02)

Период ^^Сезультать МУ^^^ с СКО к„ с СКО Кк

Холодный БМУ 15 4,8 5 0,48 0,036 12

НМУ 18 6,9 6 0,56 0,044 14

Теплый БМУ 17 7,9 5,7 0,52 0,043 13

НМУ 22 8,6 7,3 0,59 0,047 14,8

Обозначения: Средняя концентрация по площадке ППП - Сср; среднеквадрати-ческое отклонение - СКО; коэффициент концентрации ЗВ по площадке ППП - Кк = = Сср/ПДКсс, где среднесуточная ПДКСС = 3 мг/м3 для СО и 0,04 мг/м3 для 1М02.

Атмосфера чрезвычайно динамичная среда. Мгновенные значения концентрации ЗВ в каждой точке наблюдения быстро изменяются. Поэтому, поскольку невозможно установить на площадке ППП 14 стационарных постов, измерения различных ЗВ производились одним газосигнализатором «Комета-М» три раза в каждой точке в течении летной смены, когда состав группировки на площадке ППП неизменен. Точность измерений по СО равна 1 мг/м3, по N02 - 0,01 мг/м3.

Почвы аэродрома являются депонирующей средой, накапливающей через атмосферу загрязнения в виде аэрозолей тяжелых металлов, бенз(а)пирена, а также нефтепродуктов. Отбор проб почвы производился по методу конверта в четырех точках по периметру площадки ППП на расстояниях от 20 м до 35 м от ее края. Усредненные результаты анализа, проведенного в аккредитованной лаборатории, приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Значения концентраций основных элементов-загрязнителей в почве аэродрома «Воронеж-Б», мг/кг, превышающих региональный фон

Элемент ПДК, одк Фактическое содержание Региональный фон

Кадмий (Сс1) 2,0 0,37 ±0,08 0,32

Ртуть (Щ) 2,1 0,025 ± 0,008 0,009

Свинец (РЬ) 32 29,5 ± 6,2 24,8

Цинк (7л\) 220 170 ±35,7 51,4

Нефтепродукты — 1019± 225 196

Проведенные экспериментальные исследования геоэкологического состояния атмосферы и почвы на аэродроме «Воронеж-Б» позволяют сделать следующие выводы:

1. Среднеквадратические отклонения концентраций газообразных ЗВ по площадке ППП от различных источников эмиссии в течение летной смены не превышали 46%, даже при минимальном составе группировки. При увеличении плотности группировки распределение ЗВ по площадке ППП становится более однородным. Период измерений и метеоусловия достаточно слабо влияют на горизонтальное распределение ЗВ в турбулентной атмосфере на площадке ППП. Эти факторы значительно влияют только на среднюю концентрацию ЗВ на площадке ППП. Поэтому площадку ППП можно считать пространственным квазистационарным источником эмиссии ЗВ, концентрация которых принимается постоянной в течение летной смены.

2. Концентрации тяжелых металлов в почвах аэродрома не превышают ПДК. Выше регионального фона зафиксированы концентрации: свинца (0,92 ПДК), цинка (0,77 ПДК), кадмия (0,19 ПДК), ртути (0,02 ПДК). В почвах аэродрома вблизи площадки ППП не обнаружено следов бенз(а)пирена, чрезвычайно опасного ЗВ. Региональный фон по углеводородам превышен в 5,2 раза, что связано с прямыми разливами нефтепродуктов при обслуживании ВС.

В целом загрязнение почвы на аэродроме «Воронеж-Б» находится на допустимом уровне.

3. Основную экологическую опасность для персонала аэродрома представляют оксид углерода и диоксид азота, концентрации которых в атмосфере на площадке ППП многократно превышают ПДК. Зафиксированные максимальные превышения ПДК по оксиду углерода на площадке ППП - в 7,3 раза, а по диоксиду азота - в 14,8 раза. При увеличении плотности группировки на площадке ППП эти величины могут существенно возрастать.

4. Оценены удельные выбросы ЗВ в отработавших газах ВС и СНО ОП на площадке ППП. На одно воздушное судно в неблагоприятных условиях они составляют 8,36 мг/м по оксиду углерода и 0,224 мг/м3 по диоксиду азота. На один автомобиль в неблагоприятных условиях они равны 1,76 мг/м3 и 0,047 мг/м3 соответственно. Эти данные позволяют рассчитать среднюю концентрацию ЗВ на площадке ППП при любом составе группировки ВС и СНО ОП.

В четвертой главе «Разработка научно-методического аппарата метеозависимой оценки геоэкологического состояния окружающей среды на аэродромах государственной авиации» построены: полуэмпирическая метеозависимая модель диффузного рассеяния газообразных ЗВ на АГА; метеозависимая модель загрязнения почвы аэрозолями на АГА; разработана методика метеозависимой оценки геоэкологического состояния окружающей среды на АГА и метеозависимого экологического риска для

9

персонала; разработана система природоохранных мероприятий, снижающих экологический риск.

Классическое уравнение турбулентной диффузии имеет следующий вид

(1)

где С - концентрация ЗВ, а - коэффициент турбулентной диффузии, /(х,у) - функция, определяющая пространственное распределение источников эмиссии на площадке ППП. Поскольку функция /(х,у) зависит от состава группировки на площадке ППП, которая может изменяться в течении летной смены, а также зависит от метеоусловий, то строго определить коэффициент турбулентной диффузии и поставить граничные условия для решения уравнения (1) затруднительно. Поэтому предлагается упрощенная полуэмпирическая модель рассеяния газообразных ЗВ от пространственного источника эмиссии.

Полуэмпирическая метеозависимая модель диффузного рассеяния газообразных ЗВ. Модель строилась с использованием следующих допущений: 1. Турбулентным пространственным источником ЗВ является только площадка ППП, средняя концентрация ЗВ по которой определяется экспериментально; 2. Флуктуации ЗВ по площадке ППП слабо влияют на рассеяние ЗВ за ее пределами. Следовательно, рассеяния газообразных ЗВ за пределами площадки ППП можно описать законом Фика

где М = СУ/1 - диффузия потока массы ЗВ через поверхность источника в единицу времени; £) - коэффициент диффузии ЗВ; дС/дг - градиент концентрации загрязняющих веществ, проходящих через поверхность 5 объема V за время и Тогда

Разделив переменные и интегрируя их, получаем нестационарную функцию распределения концентрации ЗВ

где К - расстояние от центра площадки ППП до ее края, Сф - усредненная стационарная концентрация ЗВ на площадке ППП, измеряемая экспериментально.

Квазистационарное состояние распределения примесей в атмосфере над площадкой ППП наблюдается при I = ?о, где ?о - время релаксации.

Введем коэффициент рассеяния газообразных ЗВ а= Тогда

(2)

(4)

Время релаксации для разнообразных метеоусловий теоретически вычислить затруднительно. Поэтому коэффициент рассеяния целесообразно измерять экспериментально. С этой целью были использованы дополнительные измерения концентрации ЗВ в опорной точке № 14, расположенной на расстоянии г0 = 20 м от края площадки ППП. Тогда

С

С(г„)

а—г-■ (6)

'о

Экспериментально измеренные коэффициенты рассеяния для оксида углерода и диоксида азота в различных метеоусловиях приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Коэффициенты рассеяниягазообразных ЗВ на площадке ППП

Загрязняющее вещество Холодный период Теплый период

НМУ БМУ НМУ БМУ

Оксид углерода 0,055 0,053 0,045 0,038

Диоксид азота 0,114 0,112 0,101 0,093

Расчетные зависимости концентрации СО и N02 на различных расстояниях от края площадки ШШ приведены на рисунках 3-6.

1

i

II 1К

« !6 О ib i

1 - неблагоприятные МУ, 2 - благоприятные МУ Рисунок 3 - Графики зависимостей концентрации оксида углерода от края площадки ППП для холодного периода года

1 - неблагоприятные МУ, 2 - благоприятные МУ Рисунок 4 - Графики зависимостей концентрации оксида углерода от края площадки ППП для теплого периода года

1 - неблагоприятные МУ, 2 - благоприятные МУ Рисунок 5 - Графики зависимостей концентрации диоксида азота от края площадки ППП для холодного периода года

- —

- \ ч :::

1

11.4

' ' ' * " " " " "®=' а * " "г. ¿i

I - неблагоприятные МУ, 2 - благоприятные МУ Рисунок 6 - Графики зависимостей концентрации диоксида азота от края площадки ППП для теплого периода года

Для проверки достоверности модели были произведены контрольные измерения концентраций обоих ЗВ на расстояниях от 10 м до 50 м от края площадки ППП. Различия расчетных и экспериментальных значений не превышали 32%, что подтверждает достоверность разработанной модели.

Учет влияния ветра осуществляется с использованием номограммы, приведенной на рисунке 7. Здесь Ка^,, - отношение средней концентрации ЗВ на площадке ППП при наличии ветра к концентрации при безветренной погоде. Угол арад отсчиты-вается относительно нормали к линии газоотбойников.

Проведенное моделирование для минимальной группировки ВС и СНО ОП на площадке ППП позволяет сделать следующие выводы:

1. На площадке ППП допускается работа персонала только в респираторах с выводом обсуживающего персонала каждые 2 часа в безопасную зону на 30 минут.

2. На расстоянии до 13 м от края площадки ППП, где нет стационарных объектов, допускается пребывание персонала только в респираторах.

3. На объекте № 6 допускается пребывание персонала без респираторов, но с периодическим выводом персонала каждые 2 часа на 30 минут в безопасную зону.

4. На объекте № 2 допускается пребывание персонала без респираторов, но с периодическим выводом людей каждые 2 часа на 15 минут в безопасную зону.

5. При увеличении группировки до четырех ВС и семи СНО ОП в зону опасного атмосферного загрязнения попадает стоянка средств ATO, но пункт управления полетами остается на безопасном расстоянии.

На втором этапе оценивается экологический риск для персонала АГА. Он определяется выражением

(15)

где Р - вероятность реализации неблагоприятного события, <2 - возможный ущерб. Вероятность неблагоприятного события, НМУ, определяется отношением

N • ('б)

где N1 - количество дней в году, когда наблюдается штиль или скорость ветра менее 2 м/с; N2 - количество дней в году, когда наблюдается приземная инверсия; - количество дней в году, когда наблюдается сочетание штиля и инверсии; N - общегодовое количество дней. Ущерб (2 определяется возможным количеством экологически обусловленных смертей в течение года в расчете на десять тысяч населения-персонала АГА.

Классификация ущерба и его связь со шкалой индекса экологической опасности Трофимова - Косиновой приведены в таблице 5.

Таблица 5 - Экологическая опасность различных уровней загрязнения окружающей среды

Число дополнительных смертей в год на 10000 населения Ущерб (2 Уровень приемлемости ущерба Индекс экологической опасности 1гг Классификация уровня экологической опасности

ю-2 10"6 Приемлем без ограничений 0 </„г< 1 Экологическая норма

ю-1 ю-5 Ущерб принимается добровольно 1 < 1г,т- 5 Экологический риск

I 10"4 Приемлем при выполнении служебных обязанностей 5 </„т<6 Экологическая опасность

3 3 ю4 Приемлем в чрезвычайных обстоятельствах 6 <1гл< 10 Экологический кризис

10 1(Г3 Ущерб неприемлем 1с.Г> 10 Экологическое бедствие

Теперь можно оценить среднегодовой риск работы персонала на аэродроме «Воро-неж-Б» в зоне загрязнения атмосферы при БМУ и НМУ, поскольку почва в районе площадки ППП чистая. По климатическим данным за 2008-2012 годы на аэродроме «Воро-неж-Б» вероятность НМУ Р = 0,38. Вероятность БМУ Р = 0,62. При БМУ в холодный период наблюдается экологический риск и ущерб оценивается как добровольный. Соответственно, величина добровольного риска Яд = 0,062 ■ 10"4. При НМУ в холодный период и БМУ - в теплый наблюдается приемлемый служебный ущерб, которому соответствует служебный риск от 0,62 ■ 10"4 до 0,38 • 104. Наиболее опасными являются НМУ в теплый период, соответствующие приемлемому ущербу в чрезвычайной ситуации. Чрезвычайный риск Яч= 1,14 ■ 104. От чрезвычайного риска можно уйти, переведя его в служебный, при выполнении вышеизложенных регламентных мероприятий.

Ранжирование метеозависимого экологического риска для АГА приведено в таблице 6.

15

Видно, что для керосина количество легких фракций увеличилось незначительно, то есть для легких фракций крекинг-процесса незначительный экологический выигрыш (по СО - на 7-8%; по N02 - до 5 %) не компенсирует экономических затрат на подготовку топлива.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Основным источником геохимического загрязнения атмосферы и почвы АГА является площадка ППП - пространственный источник эмиссии ЗВ. При эксплуатации аэродрома «Воронеж-Б» валовый выброс ЗВ в атмосферу г. Воронежа составляет 0,1% и является незначительным.

2. Произведенные экспериментальные измерения концентрации ЗВ на площадке ППП в различных метеоусловиях показали, что в течение летной смены площадку ППП можно считать квазистационарным источником эмиссии, средняя концентрация ЗВ в пределах которой зависит от сочетания метеоусловий. Оценены удельные выбросы ЗВ на площадке ППП от одного ВС и одного СНО ОП, что позволяет рассчитать концентрацию ЗВ на площадке ППП при произвольной группировке ВС и СНО ОП при благоприятных и неблагоприятных метеоусловиях.

3. Построена метеозависимая модель диффузного рассеяния газообразных ЗВ от площадки ППП и экспериментально доказана ее достоверность. Оценены уровни геохимического загрязнения атмосферы на площадке ППП и на окружающих объектах, где концентрации ЗВ превышают ПДК. Даны рекомендации по регламентации и безопасной работе персонала на этих объектах.

4. Построена модель атмосферного загрязнения почвы АГА аэрозольными частицами, содержащимися в отработавших газах ВС и СНО ОП. Подтверждено экспериментальными измерениями, что только крупнодисперсные аэрозоли тяжелых металлов могут выпадать вблизи площадки ППП. Концентрации этих тяжелых металлов превышают региональный фон, но не превышают ПДК. Загрязнение почвы аэродрома «Воронеж-Б» допустимое.

5. Разработан научно-методический аппарат метеозависимой оценки геоэкологического состояния окружающей среды на АГА и оценки экологического риска для обслуживающего персонала. Показано, что на площадке ППП и вблизи нее на аэродроме «Воронеж-Б» состояние атмосферы соответствует уровню экологического кризиса, а экологический риск является приемлемым в рамках выполнения служебных обязанностей, но требующим регламентации работы персонала АГА.

6. Предложены инженерно-экологические мероприятия, снижающие экологический риск для персонала аэродрома. Разработано устройство предварительной подготовки топлива для ВС и СНО ОП, что приводит к снижению выбросов бенз(а)пирена и выбросов оксида углерода до 30%.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в периодических научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Татаринов В.В. Экспериментальный и диапазонно-параметрический анализ измеряемых соединений газосигнализаторами в атмосферном воздухе аэродрома государственной авиации / A.A. Томилов, Э.В. Молодцов // Наукоемкие технологии, № 1 (т. 13), 2012.-С. 69-74.

2. Татаринов В.В. Оценка и прогнозирование концентрации загрязняющих веществ от автотранспорта номограммным методом в приземном слое атмосферы / Э.В. Молодцов, A.A. Томилов // Наукоемкие технологии, № 5 (т. 13), 2012. - С. 77-79.

разных эксплуатационных режимах работы / Д.В. Лиховидов, А.Е. Ломовских, H.H. Скребов // Высокие технологии в экологии. Материалы 15-й межрегиональной НПК. - Воронеж: Научный вестник ВГАСУ, 2012. - С. 34-37.

18. Татаринов В.В. Анализ выбросов загрязняющих веществ и меры по их снижению на аэродромном комплексе / А.Е. Ломовских, В.В. Илларионов, Л.В. Великанова // Высокие технологии в экологии. Материалы 15-й межрегиональной НПК. - Воронеж: Научный вестник ВГАСУ, 2012. - С. 31-34.

19. Татаринов В.В. Повышение экологичности при использовании автомобильной техники / В.П. Капустин, E.H. Ляпич, С.В. Бабкин // Высокие технологии в экологии. Материалы 15-й межрегиональной НПК. - Воронеж: Научный вестник ВГАСУ, 2012.-С. 28-29.

20. Татаринов В.В.Экспериментальное изучение загрязнения атмосферы на аэродроме государственной авиации «Воронеж-Б» / А.К. Журавский // Сборник статей по материалам докладов на XXII межвузовской НПК «ПЕРСПЕКТИВА - 2012: Современные проблемы и технологии гидрометеорологического и экологического обеспечения войск». - Воронеж: ВАИУ, 2012. - С. 264-267.

21. Татаринов В.В. Повышение экологической эффективности жидких углеводородных топлив / А.Е. Ломовских, О.В. Базарский, A.A. Томилов, Э.В. Молодцов // Материалы Всероссийской НПК. - Воронеж: Издательство «Научная книга», 2012. - С. 358-362.

22. Татаринов В.В. Экспериментальные исследования геоэкологического состояния окружающей среды аэродрома государственной авиации «Воронеж-Б» // Высокие технологии. Экология. - Воронеж: Научный вестник ВГАСУ, 2013. - С. 33-37.

23. Татаринов В.В. Химическое загрязнение атмосферы и оценка условий, влияющих на уровень загрязнения окружающей среды на аэродроме // Материалы международной НПК. - Воронеж: ВИ ГПС МЧС, 2013. - С. 123-125.

24. Татаринов В.В. Оценка загрязнения атмосферы и почвы на аэродроме государственной авиации // Актуальные проблемы инновационных систем информатизации и безопасности. - Воронеж: «Научная книга», 2013. - С. 125-130.

25. Татаринов В.В. Экологический риск для персонала и мероприятия по его снижению на аэродроме государственной авиации / A.A. Томилов, Л.М. Минакова // Актуальные проблемы инновационных систем информатизации и безопасности. - Воронеж: «Научная книга», 2013. - С. 130-133.

26. Татаринов В.В. Организационно-технические мероприятия по улучшению геоэкологического состояния окружающей среды / A.A. Томилов, Р.В. Беляев // Материалы XV международной НПК. - Москва: Изд-во «Спецкнига», 2013. - С. 302-307.

Патенты и заявки на изобретения:

27. Решение о выдаче патента на изобретение от 05.06.2013 г. по заявке №2011134397/05(050935) от 16.08.2011 г. «Роторно-пульсационный аппарат» / В.В. Татаринов, А.Е. Ломовских, A.A. Томилов, В.П. Иванов и др.

Типография ВУНЦ ВВС «ВВА им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж). Зак. 766. Тираж 100 экз. Подл, в печ. 20.11.2013 г. Формат 60x84/16. Бумага офсет. Усл. п. л. 1,2.

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Татаринов, Валерий Владимирович, Воронеж

ВОЕННЫЙ УЧЕБНО-НАУЧНЫЙ ЦЕНТР ВОЕННО-ВОЗДУШНЫХ СИЛ «ВОЕННО-ВОЗДУШНАЯ АКАДЕМИЯ им. Н.Е. ЖУКОВСКОГО и Ю.А. ГАГАРИНА»

(г. Воронеж)

0420145471 5

На правах рукописи

ТАТАРИНОВ ВАЛЕРИИ ВЛАДИМИРОВИЧ

НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ АППАРАТ МЕТЕОЗАВИСИМОЙ ОЦЕНКИ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА АЭРОДРОМЕ ГОСУДАРСТВЕННОЙ АВИАЦИИ

Специальность: 25.00.36 — Геоэкология (Науки о Земле)

ДИССЕРТАЦИЯ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА

ГЕОГРАФИЧЕСКИХ НАУК

Научный руководитель: кандидат военных наук, профессор Томилов Александр Анатольевич

Воронеж-2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................. 5

1. НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОЦЕНКИ УСЛОВИЙ, ВЛИЯЮЩИХ НА УРОВЕНЬ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА АЭРОДРОМАХ ГОСУДАРСТВЕННОЙ АВИАЦИИ........ 13

1.1. Методы контроля геоэкологического состояния приземного слоя

атмосферы..................................................................................................... 13

12. Основные характеристики и особенности химического загрязнения окружающей среды на аэродромах государственной авиации............... 19

13. Факторы, влияющие на уровень химического загрязнения окружающей среды аэродромов........................................................... 27

1.4. Особенности влияния метеорологических и климатических условий

на техногенное загрязнение атмосферы................................................ 29

Выводы по главе.......................................................................................... 42

2 АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛЕТОВ И ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ВОЗДУШНЫМ И АВТОМОБИЛЬНЫМ ТРАНСПОРТОМ НА АЭРОДРОМЕ ГОСУДАРСТВЕННОЙ АВИАЦИИ «ВОРОНЕЖ-Б».............................. 44

21. Особенности физико-географического расположения, метеорологических и климатических условий аэродрома........................................... 44

22. Анализ интенсивности использования воздушных судов и средств наземного обслуживания общего применения при подготовке и производстве полетов............................................................... 57

23. Экологогеохимическое загрязнение атмосферы города Воронежа и оценка валовых выбросов от автотранспорта и промышленных предприятий................................................................................................. 61

24. Оценка валовых выбросов загрязняющих веществ на аэродроме и его

геохимического влияния на город Воронеж............................................. 67

Выводы по главе.......................................................................................... 74

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ АЭРОДРОМА ГОСУДАРСТВЕННОЙ АВИАЦИИ «ВОРОНЕЖ-Б».............................. 76

3.1. Подготовка и описание эксперимента....................................................... 76

32. Экспериментальные результаты измерений уровня загрязнения приземного слоя атмосферы аэродрома воздушными судами и средствами наземного обслуживания общего применения в различных метеоусловиях....................... 85

33. Оценка удельных выбросов воздушных судов и средств наземного обслуживания общего применения на площадке предварительной и предполетной подготовки аэродрома государственной авиации в различных метеоусловиях........................................................................................... 90

3.4. Экспериментальные результаты измерений уровня загрязнения почвы аэродрома.......................................................................................... 92

3.5. Характеристика экологической опасности загрязняющих веществ от воздушных судов и средств наземного обслуживания общего применения

для персонала аэродрома государственной авиации................................ 100

Выводы по главе.......................................................................................... 105

4. РАЗРАБОТКА НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКОГО АППАРАТА МЕТЕОЗАВИСИМОЙ ОЦЕНКИ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА АЭРОДРОМАХ ГОСУДАРСТВЕННОЙ АВИАЦИИ.......................................................... 107

4.1. Существующие модели рассеяния газообразных загрязняющих веществ.... 107

42. Полуэмпирическая метеозависимая модель диффузного рассеяния газообразных контаминантов от пространственного источника эмиссии...... 113

43. Модификация номограммного метода оценки уровня загрязнения атмосферы газообразными контаминантами с учетом географических особенностей аэродрома государственной авиации................................... 128

4.4. Метеозависимая модель загрязнения почвы аэродрома аэрозольными

частицами...................................................................................................... 131

45. Методика метеозависимой оценки геоэкологического состояния окружающей среды на аэродромах государственной авиации и

экологического риска для обслуживающего персонала.......................... 139

4.6. Разработка природоохранных мероприятий по снижению загрязнения

атмосферы и почвы аэродромов государственной авиации.................... 144

Выводы по главе.......................................................................................... 150

ЗАКЛЮЧЕНИЕ............................................................................................ 152

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ................................... 154

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. В настоящее время создаются приоритетные авиационные базы по направлениям выполнения задач, стоящих перед Военно-воздушными силами Российской Федерации, увеличивается количество авиационной техники по численности и типам в их составе, соответственно возрастает интенсивность производства полетов и объема авиаперевозок на аэродромах государственной авиации. Эти обстоятельства, связанные с интенсивным использованием воздушных судов и автомобильного транспорта в различных метеорологических условиях, определяют одну из проблем современной геоэкологической науки. С одной стороны необходимо избежать негативного воздействия аэродромов на окружающую среду, с другой - обеспечить выполнение задач, стоящих перед военной авиацией в интересах обороноспособности нашей страны.

Аэродромы государственной авиации (АГА) относятся к числу недостаточно изученных локальных природно-технических геосистем, на территории которых происходит техногенное загрязнение атмосферного приземного слоя (АПС) и почвы в результате эксплуатации воздушных судов (ВС) и обслуживающего их автомобильного транспорта (АТ) с учетом особенностей влияния метеорологических и климатических условий в районе аэродрома.

Интенсивное развитие мегаполисов привело к тому, что большинство АГА оказались на их окраинах, как это наблюдается в городе Воронеже. Поэтому геоэкологическое изучение АГА необходимо производить не только как локальной геосистемы, но и при его взаимодействии с городом, расположенным в непосредственной близости.

Тщательное изучение воздействия выбросов двигателей ВС и средств наземного обслуживания общего применения (СНО ОП), являющихся составной частью АТ наземного обслуживания самолетов и вертолетов, а также объектов АГА на загрязнение АПС было начато в США, где

отмечалось, что крупные аэродромы, наравне с автотранспортом крупных городов, являются локальными источниками загрязнения [151, 153, 156-159]. Обычно различают две области загрязнения: приземного загрязнения -область в зоне и окрестности аэродрома, где наблюдаются значительные концентрации загрязняющих веществ (ЗВ), и загрязнение на больших высотах полета, связанное с воздействием их на озоновый слой атмосферы на высоте от 15 до 30 км. Так в 2009-2010 годах летом и осенью в городе Воронеже наблюдалось понижение количества озона.

На стартовом участке взлетно-посадочной полосы (ВПП) и технической позиции аэродрома ВС и СНО ОП создают концентрации продуктов сгорания топлива, значительно превышающие предельно-допустимые значения [70]. Эмиссия вредных газообразных веществ самолетных двигателей особенно велика на холостом режиме работы и во время руления (малый газ) при выходе на старт, посадке и последующем рулении воздушного судна к месту послеполетного обслуживания. Выброс вредных веществ происходит на ограниченной площадке обслуживания (время движения самолета по летному полю почти в 4 раза превышает время взлета, набора высоты и

посадки). В связи с этим, при средней интенсивности 700-800 взлетно-

*

посадочных циклов в год, до 70% оксидов азота (NOx) выбрасывается авиадвигателями, а 30% - автомобильными двигателями [111].

Концентрация ЗВ в приземных слоях атмосферы во многом зависит от климатических условий: температурного режима, инверсионных слоев, скорости и направления ветра, количества осадков, влажности воздуха, рельефа местности.

В настоящее время геоэкологические исследования загрязнения атмосферы развиваются по двум направлениям. Первое направление связано с непосредственными наблюдениями за содержанием ЗВ в атмосфере, их обобщением для получения объективной информации об уровнях загрязнения воздуха городов, а также с изучением особенностей распространения ЗВ в атмосфере, их временной и пространственной изменчивостью [11].

Второе направление включает исследование физических и метеорологических факторов, определяющих условия переноса и рассеяния ЗВ, а также вымывания их из атмосферы. Сочетание этих факторов, обуславливающих уровень возможного загрязнения атмосферы, называют метеорологическим потенциалом загрязнения атмосферы (ПЗА) [7]. Эти данные позволяют лучше понять причины формирования уровня загрязнения воздуха, объяснить суточные, годовые и более длительные изменения содержания ЗВ в атмосфере, особенности их распределения над городами. В результате научного анализа данных о ПЗА выявляется возможность при заданных выбросах ЗВ в атмосферу составления геоэкологического прогноза среднего уровня загрязнения воздуха.

Однако методы метеозависимой оценки геоэкологического состояния атмосферы развиты в основном для городов. АГА - как локально-техногенные системы гораздо менее исследованы в экологическом плане. Известны индексы эмиссии ЗВ от двигателей ВС, работающих в различных режимах, а также от двигателей автомобилей [69, 111]. Эти данные позволяют оценить только валовые выбросы ЗВ на АГА, но не позволяют оценить пространственное загрязнение атмосферы и почвы на аэродромах за счет рассеяния ЗВ.

Существующие модели турбулентного рассеяния ЗВ [62, 84, 85, 120] не могут быть использованы для АГА по следующим причинам:

основной источник эмиссии ЗВ на АГА площадка предварительной и предполетной подготовки (ППП) не является для подразделений и служб обслуживания ВС и управления полетами точечным;

факел отработавших газов (ОГ) воздушного судна является пространственно-распределенным источником ЗВ со сложным распределением температур в нем;

на площадке ППП могут располагаться группировки, содержащие различное количество ВС и СНО ОП.

Загрязнение почв АГА тяжелыми металлами и органическими веществами исследовано недостаточно, и не существует математических

моделей, позволяющих рассчитать их рассеяние в различных метеоусловиях.

Поэтому не существует методики метеозависимой оценки геоэкологического состояния окружающей среды на АГА и оценки экологического риска для обслуживающего персонала.

Следовательно, разработка научно-методического аппарата метеозависимой оценки геоэкологического состояния окружающей среды на АГА, позволяющего оценить экологический риск для персонала аэродрома и дать объективные рекомендации по его работе в загрязненных зонах аэродрома, является весьма актуальной научной задачей.

Объект исследования - приземный слой атмосферы и почва на территории аэродрома государственной авиации - локальной природно-техногенной геосистемы.

Предмет исследования - научно-методический аппарат метеозависимой оценки геоэкологического состояния окружающей среды на АГА.

Целью исследования - разработка методики метеозависимой оценки геоэкологического состояния окружающей среды на аэродромах государственной авиации и оценка экологического риска для персонала аэродрома.

Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи исследования:

1. Проанализировать выбросы ЗВ от ВС и СНО ОП на территории АГА, и обосновать выбор источника эмиссии. Произвести экспериментальные измерения пространственно-временного распределения концентраций основных ЗВ на площадке ППП, обосновать квазистационарность турбулентного источника ЗВ, оценить удельные выбросы газообразных ЗВ от одного самолета и одного автомобиля на площадке ППП. Экспериментально исследовать загрязнения почв аэродрома «Воронеж-Б» аэрозолями тяжелых металлов и органических веществ.

2. Построить метеозависимую модель рассеяния газообразных ЗВ от

пространственного источника эмиссии, рассчитать пространственное распределение полей загрязнения оксидом углерода и диоксидами азота на аэродроме «Воронеж-Б», а также регламентировать работу персонала в зонах загрязнения.

3. Построить метеозависимую модель загрязнения почвы аэрозольными частицами, содержащихся в ОГ ВС и СНО ОП, и оценить возможные уровни загрязнения почв АГА.

4. Разработать методику метеозависимой оценки геоэкологического состояния окружающей среды на АГА и оценки метеозависимого экологического риска для персонала аэродрома. Разработать систему организационно-технических мероприятий, снижающих экологический риск.

В качестве исходных данных использовались экспериментальные наблюдения за состоянием воздушной среды и почвы в районе площадки ППП аэродрома «Воронеж-Б» за период с 2010 по 2012 год, полученные лично автором. В качестве загрязняющих веществ были определены оксид углерода, диоксид азота. Измерения концентрации загрязняющих веществ произведены на стационарных и передвижных постах наблюдения в период подготовки и производства полетов в различных метеоусловиях в теплый и холодный периоды.

Научная новизна исследования заключается в том, что:

1. Построена полуэмпирическая метеозависимая модель горизонтальной диффузии газообразных ЗВ, отличающаяся тем, что возможно рассчитать рассеяние газообразных ЗВ в различных метеоусловиях от пространственного источника эмиссии при любом составе расположенной на нем группировки, состоящей из ВС и СНО ОП.

2. Построена метеозависимая модель загрязнения почвы аэрозольными частицами, содержащихся в ОГ ВС и СНО ОП, отличающаяся тем, что позволяет оценить загрязнение почвы в различных метеоусловиях при любых размерах и плотностях аэрозольных частиц.

3. Разработана методика метеозависимой оценки геоэкологического состояния окружающей среды на АГА, отличающаяся возможностью оценки метеозависимого экологического риска для персонала аэродрома и объективностью регламентации работы персонала в зонах загрязнения.

Основными методами исследования являются: физико-географический: экспериментальный; математического моделирования и статистической обработки исходных данных.

Теоретическая значимость. Построены метеозависимые модели загрязнения атмосферы и почвы от пространственного источника эмиссии, на базе которых предложен научно-методический аппарат метеозависимой оценки геоэкологического состояния окружающей среды АГА, позволяющий оценить риск для здоровья персонала, работающего в зоне подготовки ВС к полетам.

Практическая ценность. Выполненная работа направлена на повышение эффективности оценки геоэкологического состояния окружающей среды на аэродромах государственной авиации в различных метеоусловиях, реализацию объективной регламентации работы персонала в загрязненных зонах аэродрома, и разработку комплекса природоохранных мероприятий по снижению экологической опасности АГА для окружающей среды и персонала. Оценен вклад аэродрома «Воронеж-Б» в загрязнение атмосферы и почвы г. Воронежа.

Выводы и рекомендации по итогам исследования могут быть использованы для оценки экологической безопасности аэродромов государственной авиации, а также в образовательном процессе и научно-исследовательской деятельности ВУНЦ ВВС «ВВА им. профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж).

Основные положения, выдвигаемые на защиту в виде следующих результатов диссертационной работы:

1. Полуэмпирическая метеозависимая модель диффузного рассеяния газообразных ЗВ от пространственного источника эмиссии.

2. Метеозависимая модель загрязнения почвы аэрозольными частицами,

содержащихся в ОГ ВС и СНО ОП, от пространственного источника эмиссии.

3. Методика метеозависимой оценки геоэкологического состояния окружающей среды на АГА и метеозависимого экологического риска для персонала аэродрома.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в работе, подтверждены использованием большого объема исходных экспериментальных данных, полученных с помощью современных приборов, применением адекватных физических законов для расчета концентрации загрязняющих веществ и удовлетворительным совпадением численных расчетов и результатов экспериментов, полученных лично автором и другими авторами.

Реализация результатов исследования. Результаты диссертации используются в мониторинговых исследованиях по реализац�