Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Оценка и прогноз экологического состояния атмосферы с управлением деятельностью территориально-производственного комплекса

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Оценка и прогноз экологического состояния атмосферы с управлением деятельностью территориально-производственного комплекса"

На правах рукописи

? ¿еС'С

СУ '

НИКИФОРОВА Ирина Александровна

003063 112

ОЦЕНКА И ПРОГНОЗ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ АТМОСФЕРЫ С УПРАВЛЕНИЕМ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ ТЕРРИТОРИАЛЬНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОГО КОМПЛЕКСА

03 00 16 - Экология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 4 МАЙ 2007

Казань 2007

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Мордовский государственный университет им Н П Огарева» и в Управлении природных ресурсов и охраны окружающей среды МПР России по Республике Мордовия

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Савельев Анатолий Петрович

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Махоткин Алексей Феофилактович, доктор технических наук, профессор Ветошкин Александр Григорьевич

Ведущая организация Пензенская государственная

технологическая академия

Защита состоится 30 мая 2007г в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212 080 02 в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Казанский государственный технологический университет» по адресу 420015 г Казань ул К Маркса, 68, А-330 (Зал заседаний ученого совета)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Казанский государственный технологический университет» Электронный вариант автореферата размещен на сайте Казанского государственного технологического университета (www kstu ru)

Автореферат разослан апреля 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета

А С Сиротки н

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы На сегодняшний день, проблема качества воздушной среды является приоритетной - наличие непрерывного загрязнения воздуха веществами, опасными для здоровья людей, ставит задачи для осуществления прогнозной оценки загрязнения воздушной среды выбросами промышленных предприятий, автотранспорта и в целом промышленного центра Проблема оценки влияния выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух начала обсуждаться давно, однако особенно активно ведется в последние три десятилетия из-за стремительно нарастающей угрозы различных видов воздействия их на человека Основой для объективной оценки состояния и тенденции изменений загрязнения воздушного бассейна, а также разработки возможных мероприятий по обеспечению чистоты атмосферы являются исследования закономерностей распространения атмосферных примесей и особенностей их пространственно-временного распределения Предложено множество моделей рассеяния загрязняющих веществ Однако, в силу ряда причин открытости термодинамической системы и необходимости учета комплекса факторов среды (метеорологических, географических и др ) не найдено пока единого подхода в составлении оценки и прогноза эколог ического состояния атмосферного воздуха Поля же концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе, определяемые по известным моделям, не позволяют комплексно оценить степень загрязненности воздушной среды Поэтому комплексная оценка опасности загрязняющих веществ в атмосфере территориально-производственных комплексов является чрезвычайно важной и актуальной проблемой

Диссертация выполнена на кафедре безопасности

жизнедеятельности ГОУВПО «Мордовский государственный университет им Н П Огарева» и в Управлении природных ресурсов и охраны окружающей среды МПР России по Республике Мордовия

Целью диссертационной работы является прогнозная оценка экологического состояния атмосферного воздуха посредством установления полей опасности, создаваемых территориально-производственными комплексами, а также управление экологической ситуацией на данной территории путем регулирования выбросов приоритетных примесей в атмосферный воздух

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи

1 Проведение литературного обзора по проблемам комплексной оценки экологического состояния территории, в том числе по моделям распространения примеси загрязняющих веществ в атмосферном воздухе территориально-производственных комплексов

2 Получение статистической оценки выбросов промышленных предприятий территориально-производственных комплексов Мордовии, а также метеорологических условий промышленных центров республики

3 Разработка математической модели системы «Атмосфера-Территориально-производственный комплекс», позволяющей рассчитывать поля опасности и основанной на связи экологических параметров загрязнения с рассеиванием примеси в атмосфере

4 Обоснование параметров прогнозной оценки экологического состояния атмосферного воздуха территориально-производственного комплекса, разработка критерия опасности воздушной среды, а также пакета прикладных программ по оценке опасности атмосферы территории

5 Разработка методики прогнозной оценки экологического состояния воздушной среды территориально-производственного комплекса путем определения полей опасности

6 Проведение оценки опасности воздушной среды территориально-производственных комплексов Мордовии, заключающейся в создании полей опасности приоритетными загрязняющими веществами вблизи подстилающей поверхности

Объектом исследования является система «Атмосфера — Территориально-производственный комплекс» территории субъекта Российской Федерации как материальной среды (модель территории как совокупности производственной и селитебной зон)

Предметом исследования является прогнозная и ретроспективная оценка загрязнения при различных метеорологических характеристиках территориально-производственного комплекса, а также взаимодействие техногенной и природной сред

Методы исследования:

- теоретический анализ процессов рассеяния примеси в атмосфере,

- экспериментальное наблюдение за изменением концентраций примесей в атмосферном воздухе,

- статистический анализ экспериментальных данных, а так же данных по выбросам загрязняющих веществ и метеоусловиям,

- математическое моделирование системы «Атмосфера - Территориально-производственный комплекс»

Научная новизна работы

- предложена модель прогнозной оценки экологического состояния территорий путем установления полей опасности,

- разработан критерий прогнозной оценки экологического состояния воздушной среды территориально-производственного комплекса, учитывающий соотношение разбавления примеси в атмосфере и факторов ее выведения из рассматриваемой среды,

- предложена методика установления полей опасности атмосферного воздуха, создаваемой территориально-производственными комплексами, на основе разработанного критерия,

- впервые представлены поля опасности на картах-схемах территориально-производственных комплеь сов Мордовии на основе разработанного критерия

Наиболее существенные научные результаты, полученные лично автором, состоят в

- разработке программного обеспечения для выбора приоритетных источников выбросов загрязняющих веществ и приоритетных территориально-производственных комплексов региона, а так же программ для расчета критерия опасности атмосферного воздуха ТПК,

- разработке модели «Атмосфера - Территориально-производственный комплекс» и критерия прогнозной оценки экологического состояния воздушной среды территориально-производственного комплекса (критерия опасности), а так же в разработке методики расчета на основе данного критерия,

- установлении полей опасности, создаваемых примесями приоритетных территориально-производственных комплексов региона,

- разработке модели управления качеством атмосферного воздуха на основе предложенного критерия опасности

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций работы обоснована соответствием модельных представлений прогноза опасности атмосферного воздуха системы «Атмосфера - Территориально-производственный комплекс» результатам оценок, основанных на данных служб Гидромета РМ и МПР России по Республике Мордовия, а также на данных лабораторных исследований концентраций загрязняющих веществ и соответствующей статистической оценкой полученных результатов

Практическая ценность работы заключается в

- оценке опасности атмосферы ТПК Республики Мордовия в различных погодно-климатических, термодинамических условиях,

- выявлении по критерию опасности атмосферного воздуха территорий с экологическим неблагополучием,

- нанесении зон различного вида нагрузок на территорию распространения примеси от источника или от группы источников,

- разработке управленческих решений по сокращению выбросов загрязняющих веществ территориально-производственных комплексов на примере ОАО «Мордовцемент»

Внедрение результатов исследований осуществляется путем использования результатов работы при разработке планов природоохранных мероприятий в территориально-производственных комплексах Управления природных ресурсов и охраны окружающей среды МПР России по Республике Мордовия, при проведении учебных занятий по курсу «Экология в отрасли» для студентов ИМЭ ГОУВПО «Мордовский государственный университет им Н П Огарева» специальностей МПСХП, МСХ и ТОРМ

Основные положения, выносимые автором на защиту

- системный подход при проведении оценки экологического состояния территории региона посредством установления полей опасности, создаваемых территориально-производственными комплексами.

- математическая модель прогнозной оценки экологического состояния воздушной среды территориально-производственного комплекса, в том числе критерий опасности атмосферы,

- методика оценки качества воздушной среды в регионе путем установления полей опасности,

- карты-схемы зон экологического состояния территориально-производственных комплексов Мордовии,

- обоснование природоохранных мероприятий по управлению качеством атмосферного воздуха территориально-производственных комплексов на основе критерия опасности атмосферного воздуха (на примере ТПК «Чамзинка-Комсомольский»)

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на

- Третьей конференции молодых ученых Мордовского государственного университета им НП Огарева (22-24 апреля 1998г) г Саранска,

- Огаревских чтениях ГОУВПО «Мордовский государственный университет им Н П Огарева» 1998-2001 г г Саранска,

- Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Новое в экологии и БЖД» 16-18 июня 1999г г Санкт-Петербурга,

- Огаревских чтениях ГОУВПО «Мордовский государственный университет им Н П Огарева» 2003-2005г г Саранска,

- На расширенном заседании кафедры безопасности жизнедеятельности ГОУВПО «Мордовский государственный университет им Н П Огарева» 20 декабря 2006г г Саранска

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 14 работ, в том числе 1 статья в научном журнале из списка рекомендованного ВАК

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, и содержит 193 страницы машинописного текста, 47 таблиц, 15 рисунков, список литературы из 160 наименований и 5 приложений

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель и поставлены задачи исследования

В первой главе проанализированы факторы антропогенного загрязнения атмосферного воздуха промышленных центров В частности проведен анализ выбросов примесей от антропогенных источников -автотранспорта и предприятий территориально-производственных комплексов (ТПК), критериев и параметров оценки качества атмосферного воздуха и закономерностей рассеивания примесей в атмосфере промышленного центра, а так же рассмотрены направления моделирования прогноза рассеивания загрязняющих веществ в атмосферном воздухе В связи с этим было выявлено, что для оценки

загрязнения атмосферы примесью могут использоваться различные параметры и критерии (среднесуточная и максимально разовая концентрации примеси, индекс загрязнения атмосферы, категория опасности города и др), но они не учитывают одновременно технологические и метеорологические факторы Прогнозирование рассеивания загрязняющих веществ только лишь по концентрации загрязняющего вещества недостаточно на наш взгляд, так как данная характеристика слишком изменчива в среде, и данная характеристика примеси не является комплексной На основе данных выводов была сформулирована цель и поставлены задачи диссертационной работы

Во второй главе проведена оценка факторов, обусловливающих генерирование и рассеивание примеси в воздушной среде ТПК Республики Мордовия Для того чтобы определить основные положения указанной оценки, разработана модель взаимодействия компонентов административно обозначенной территории, как совокупности географической (рельеф и климат) и материальной (техногенной и природной) сред, где представлены взаимоотношения техногенной и природной сред с учетом особенностей географической среды системы В модели рассеивания примеси в атмосферном воздухе присутствие и антропогенных и естественных параметров необходимо, поскольку речь может идти только о совместном влиянии таких элементов экологической системы как «Окружающая среда (Атмосфера)» и «Источник загрязнения (Предприятие, автотранспорт)» на элемент «Человек» В реальности существует неравновесная система «Атмосфера - Территориально-производственный комплекс», в которой имеется пространство с избыточным содержанием примеси и есть пространство с ее малым содержанием Для данной системы присущ процесс, характеризующийся потоком массы вещества Для того чтобы все механические характеристики приземного слоя атмосферы можно было рассматривать как непрерывные функции координат точки и времени, принимается предложение, состоящее в том, что пылегазовоздушная смесь сплошная и непрерывно заполняет определенный объем

Компоненты системы однозначно характеризуются массовой и предельно допустимой концентрацией (ПДК) вещества в атмосфере Что позволяет определить комплексные характеристики загрязнения атмосферы

- категорию опасности предприятия Коп, зависящую от ПДК вещества и от выброса вещества в единицу времени (М,)

\СХ

К0„ - X

I

М,

= £ков1 (1)

I

пдксс

где М,- масса выброса 1-того вещества, мг/с, ПДКСС1-среднесуточная ПДК 1-того вещества, мг/м\ п-количество загрязняющих веществ, выбрасываемых предприятием в атмосферу, а, безразмерная константа, позволяющая соотнести степень вредности 1-ого же вещества с вредностью

«сернистый ангидрид», К0В1 - категория опасности 1-го вещества, м3/с, Коп - категория опасности предприятия, м3/с,

- комплексный индекс загрязнения атмосферы, зависящий от фактической концентрации вещества (ц,) в атмосфере и также от предельно допустимой концентрации

\а

Ч,

1 = Е1'=Е ПИК где I,-индекс загрязнения атмосферы 1-ым веществом

(2)

Нами разработана методика расчета дальности переноса примеси с использованием критерия опасности атмосферы в виде

Ка1=^>1, (3)

* В1

где V,, - нормативный объем смеси, м3/с, Ур| - фактический объем смеси, м3/с

Установлены зависимости объема V,,, от категории опасности вещества (1), в том числе и с учетом процессов самоочищения посредством ведения коэффициента самоочищения с, который рассчитывается на основе экспериментальных зависимостей содержания примеси от процессов седиментации, вымывания и трансформации

Обоснованы зоны экологического состояния атмосферного воздуха в системе «Атмосфера - Территориально-производственный комплекс

Создана методика расчета критерия опасности Ка| для прогнозной оценки экологического состояния атмосферного воздуха, заключающаяся в следующем определяется искомый объем V,,, из выражения для каждой зоны экологического состояния с шагом по времени Д1, с тем же шагом рассчитывается фактический объем смеси Ур, на каждом шаге сверяется отношение Ур1/УВ1 с единицей для каждого последующего значения кратности превышения (к) фактической концентрации вещества его ПДК, и при равенстве отношения единице, отмечаются на карте изолинии зоны соответствующего экологического состояния

Определена категория опасности ТПК Республики Мордовия, их предприятий и веществ в соответствии с выражением (1) Работа проводилась в 3 этапа 1) выявление опасных предприятий промышленных центров Мордовии, 2) выявление наиболее опасных веществ, производимых предприятиями Мордовии, 3) определение наиболее опасных предприятий по выявленным веществам Ряды выбросов вредных веществ составлены за 5 последних лет, при этом первоисточником данных служила информация из томов ПДВ и отчетности 2ТП-воздух для всех предприятий республики По республике было выделено 23 ТПК, основываясь на территориальном распределении производств В виду необходимости обработки огромного числа данных нами был разработан пакет прикладных программ, с использованием составленной нами базы

данных по всем веществам (класс опасности и среднесуточная ПДК), выбрасываемым предприятиями республики — всего рассматривалось 165 веществ Результаты по наиболее опасным, дающим 95% опасности ТПК республики представлены в приложении 2 диссертации

Определен вклад автотранспорта в категорию опасности ТПК Ранжированы по категории опасности улицы, дороги или магистрали, как линейные источники с относительно постоянной интенсивностью движения автотранспортных единиц Получено, что коэффициент эксплуатации автомобилей в городе составляет 0,7, в районных центрах -0,1 Интенсивность движения автотранспорта определялась путем регистрации на установленных постах в черте населенного пункта количества автомобилей по качественному составу потока в течение 15 минут в утренние и вечерние часы-пик зимнего и летнего периодов

В данной главе согласно критерию опасности (3) разработана методика расчета нормативного объема смеси V„, Расчеты нормативного объема смеси проведены в Microsoft Exel, а так же Turbo Pascal для промежутков времени в 1, 3, 6, 9 и 12 часов распространения и для каждой экологической ситуации из прогнозируемых Они позволили получить графики изменения значений нормативного объема для каждой экологической ситуации из прогнозируемых в зависимости от времени распространения примеси основных источников загрязнения

атмосферного воздуха ТПК В силу того, что некоторые предприятия имеют сезонность работы, нами был выведен и учтен в расчетах многолетний среднесезонный коэффициент Ç для мощности выбросов

Для расчета реального объема загрязненной среды систематизированы необходимые метеорологические факторы среднесезонные роза ветров, скорость ветра, количество осадков и температура воздуха ТПК Республики Мордовия Так же, с этой же целью, выявлены основные закономерности самоочищения атмосферы ТПК, представлена методика расчета коэффициента самоочищения атмосферы ТПК а, влияющего на критерий опасности атмосферы ТПК, и рассчитаны значения данного коэффициента в случае самоочищения атмосферы путем сухого гравитационного выведения примеси и вымывания осадками Установлено, что средняя по сезонам года эффективность гравитационного осаждения примеси распределяется следующим образом 0,13 - для зимы, 0,15 - для весны, 0,16 - для лета, 0,12 - для осени Расчет среднесезонной эффективности вымывания примеси показал, что эффективность вымывания аэрозольных частиц будет вь.ше, чем газообразных, поскольку вымывание примесей обусловлено, прежде всего, потенциалом энергии, необходимой для преодоления адсорбционного и пограничного газообразных слоев движущихся частиц, а потенциальная энергия аэрозольных частиц выше, чем молекул газа

В третьей главе моделируется реальный объем смеси, Vp (далее V) Для уточнения предикторов модели оценки реального объема

загрязненного воздуха в атмосфере отметим, что попавшая в атмосферу примесь, в дальнейшем переносятся турбулентными С)т, а также квазиупорядоченными мезо- и макромасштабными движениями В основу рассуждений положены

- уравнение суммарного переноса вдоль координатных осей

=;мГ + К,|5 (4)

где К, - коэффициент турбулентности для направления 1, принимающего обозначения х, у, г осей координат, q - концентрация примеси, мг/м3, и, - проекции скорости примеси и на оси координат (и, V, Величины и„ К,, как известно, зависят от географического района, времен года и суток, а особенно - от конкретной мезо- и макро-структуры пограничного слоя атмосферы над рассматриваемым участком,

- а так же главная часть любой гидродинамической модели переноса примеси - уравнение баланса (переноса) примеси, выражаемое в общем случае как

Эц Эя ск} дя Зс[ д „ да Э да д т. Эд _ (Л Эх Эу Эг Эг Эх Эх Эу Эу Эг Эг wa - собственная вертикальная скорость примеси (\ул=-\уч, где \\'(| -скорость оседания примеси), Ел=Е(х,у,г,1) - источник (сток) примеси а или скорость ее возникновения или уничтожения в единице объема

При условии, что т=соп51 в некотором приращении объема смеси, и,

следовательно, -^- = 0, по формуле (5) для определения размеров Э1

реального объема данной смеси получено

ЭУ ЭУ ЭУ ЭУ

--1- и---1- V--У -=

Э1 Эх Эу Эг

эу э Эу э эу э „ эу ■ (б)

аг Эх Эх Эу Эу Эг Эг В сокращенном виде уравнение (6) и без учета процессов очищения объема (они заложены в критерий опасности атмосферного воздуха) запишется как

ЭУ ЭУ Э ^ ЭУ

— + и,— = —К,— (7)

Э1 ' Э. Э1 1 Э1 ^

Решение задачи нахождения реального объема смеси связано с уравнениями гидротермодинамики атмосферы в неадиабатическом приближении с учетом влагообмена и взаимодействия атмосферы с термически и орографически неоднородной поверхностью земли

Рассмотрение уравнений (6)-(7) касается траекторных моделей, моделей в Лагранжевой постановке задачи отыскания усредненной линии тока частиц в объеме загрязненного воздуха от непрерывно действующего источника Поле скоростей примеси характеризует траекторию выброшенной примеси Расставляя граничные и краевые условия в задаче

нахождения реального объема загрязненной среды, получаем при

аппроксимации функцией X,(t)= Х,(х, у, z, t) зависимость высоты от

времени рассеивания, (X,(t) - вектор положения частицы в момент времени

t, выпущенной в точке (х, у, z)), что адвективные составляющие и и v

характеризуют механизм рассеивания примеси если они равны, то

наблюдается штиль, если v превышает и, то наблюдается конвективная

диффузия примеси

Многочисленные натурные наблюдения за поведением факела от

высоких и средних источников показали необходимость принятия, как

минимум, двухстадийного процесса распространения факела, даже в

штилевых условиях Граничным условием является максимум, который

соответствует высоте Н+ДЬ, где Н - высота источника, м, Ah -

максимальное приращение высоты подъема факела, м Для расчета

начального подъема принимается формула Берлянда При инверсии в

наших исследованиях принимается высота потолка, равная высоте нижней

границы приподнятой инверсии

Для определения скоростей на участке подъема оси факела в

нижнем слое атмосферного воздуха проведено нами ряд наблюдений, из

которых можно заключить, что участок оси факела до высоты

удовлетворительно аппроксимирует функция z = Ctx + С2, где z - высота

подъема факела, м, - удаление от источника по поверхности в направлении

ветра, м Получено значение расстояния от источника по направлению

, z — Ah ветра 1, на котором высота z максимальна х =-, где С| -

С1

коэффициент, определяемый из очевидного предположения C|=tga, где а - угол наклона осредненной линии факела на первой стадии подъема Тангенс угла наклона осредненной линии распространения факела на

|w| lili

первой стадии выразим в виде tga = ~-, jw|, |v¡ - абсолютные величины

скорости распространения примеси и ветра соответственно Получена формула для расчета удаления от источника по оси Ох крайней точки

Ahí vi

первой стадии процесса х х = ——— Поскольку рассматриваемая стадия

w

распространения факела недостаточно изучена, время перемещения примеси tnp от источника до точки (h+Ah,0,x) аппроксимируем формулой

t = ^ , где d - расстояние от источника до точки (H+Ah,0,x), м,

W

w ср

d = -fhx1 + Ду- + Дz1 , Дх=х2-х|, Ду=у2-уь Az=z2-zi, wcp - средняя скорость течения примеси, м/с

На второй стадии процесса рассеивания, предполагается, что рассеивание примеси полностью определяется скоростями ветра, где примесь газообразная или мелко дисперсная движется без

проскальзывания Если же рассматриваем крупно дисперсную структуру, то вертикальная составляющая скорости потока выражается через разность скоростей ветра и оседания примеси

Для нахождения усредненной траектории распространения в объеме загрязненного воздуха в граничных условиях идеализированных потоков в случае, если скорость в течение промежутка времени А1 постоянна, принимаем

хп=х„ |+ихД1, уп=уп 1+4}Ли 2п=г„ 1+и2Д1:, (8)

Система (8) дает нам координаты бегущей точки по средней траектории через промежуток времени Дг В связи с этим, для нахождения приращения координат данной точки траектории используются отрезки прямой с переменным угловым коэффициентом

Получено, что приращение объема в предельном случае определяется поверхностями, ограничивающими искомый объем за рассматриваемый промежуток времени Д1 в случае точечного источника

\г = Н

х =

2„ =5(х0,у0)

(9)

в случае линеиного источника \ъ = Н

Уо

■Уо + У2о

(У-У())+У

Ч

(10)

X =л/Су2+уг2, 2„ = 5(х0,у0)

где гк- высота нижней границы приподнятой инверсии Н1Ш, это ограничение используется при инверсионных условиях, м, (х0,уо,го) -координаты точки усредненной траектории (8), у - величины разброса факела относительно траектории, м, г,, - высота подстилающей поверхности относительно уровня расположения основания источника, принятого за нулевой, м, 5(х,у) — явная функция подстилающей поверхности

Рассматривая предельный случай, среднее положение траектории совпадает со средним положением отдельной частицы в сечении Поскольку расширение сечения относительно средней траектории центра облака равно дисперсии блужданий отдельной частицы и равно половине среднего квадрата расстояния между двумя отдельными частицами, поэтому для размера турбулентных вихрей, принимающих участие в размывании облака получено = 2Ж Так, в неограниченной атмосфере согласно (6)-(9) реальный объем для случая точечного источника

1 /2 2 ? "М

аппроксимируется формулой Ур = Т^71^ +г2 +Г1 г2 /> где Гь Тг ~ РаДиУСЬ1

факела (величины разброса факела относительно траектории) для моментов времени 1| и

Таким образом, разработана методика расчета реального объема примеси для точечного и линейного источников выбросов в атмосферу в двух стадиях распространения примеси 1-ой стадии - градиент скорости примеси по отношению к среде отличен от нуля - «активная» примесь и 2-ой стадии - «пассивная» примесь, когда скорость примеси полностью определяется скоростью среды Данная методика позволила нам рассчитать реальный объем загрязняемого воздуха в зависимости от расстояния и времени ее перемещения, а так же метеоусловий по сезонам года Полученные результаты, как и в случае нахождения нормативного объема (глава 2), позволили построить аппроксимирующие линии, которые используются как в прогнозной, так и в ретроспективной оценке экологического состояния атмосферного воздуха ТПК РМ

Четвертая глава посвящена разработке комплексного критерия опасности атмосферы, расчету полей опасности по единичному и комплексному критерию опасности атмосферы, нанесению их на карты промышленных центров и разработке рекомендаций по управлению деятельностью ТПК комплекса в плане улучшения экологического состояния атмосферного воздуха

Получен комплексный критерий опасности атмосферного воздуха Ка на основе единичных (3)

к^Х^-шк,,,, (11)

Р(, Рг, [Ь - критические значения кратности к в каждой зоне экологического состояния при приведении при приведении всех классов опасности вещества к одному (третьему классу),

Клп - критерий опасности атмосферы, создаваемй 1-ым веществом в п-ой зоне экологической ситуации

Выведен график зависимости комплексного критерия опасности атмосферного воздуха ТПК от единичных критериев (рис 1), который показывает его пороговые значения Полученный критерий позволяет оценить экологическое состояние атмосферного воздуха комплексно если значения критерия ниже 0 - условно чистая атмосфера, от 0 до 1,61 — критическое состояние, от 1,61 до 2,01 - чрезвычайная экологическая ситуация и выше 2,01 - экологическое бедствие

На основе выявленных закономерностей построены поля опасности по единичному и комплексному критериям опасности атмосферы ТПК Представлены карты ТПК с изображенными на них полями опасности, создаваемые как отдельными источниками и отдельной примесью, так совокупностью источников с набором рассматриваемых примесей

Рис 1 Комплексный критерий опасности атмосферы ТПК

Рассчитаны поля опасности по единичному и комплексному критерию опасности атмосферы ТПК Представлены карты ТПК с изображенными на них полями опасности, создаваемые как отдельными источниками и отдельной примесью, так совокупностью источников с набором рассматриваемых примесей Контроль адекватности полей опасности реальной ситуации осуществлялся путем расчета индекса загрязнения атмосферы по замеряемым концентрациям наиболее опасных примесей диоксида азота, сернистого ангидрида и взвешенных веществ в ключевых точках, определяемых потями опасности Концентрации указанных веществ были определены в лаборатории «СЛАМ Министерства природных ресурсов России по Республике Мордовия» ФГУ ЦЛАМ Министерства природных ресурсов России по Приволжскому Федеральному округу по принятым методикам для экологического исследования Установлено, что коэффициент корреляции критерия опасности атмосферы ТПК (3) с индексом загрязнения ашосферы (2) равен 0,98

На основе критерия опасности атмосферы ТПК получена целевая функция задачи нахождения оптимальных величин снижения выбросов Оптимальным считаем такое снижение выбросов, при котором обеспечивается не превышение критических нагрузок (не превышение критерием опасности атмосферы значения равного 1) Для критерия опасности создаваемой в квадрате (1,]) от источника, расположенного в квадрате (т,п) получено

каи = хм<тп) (12)

т,п

где Оу"1"'- некоторый коэффициент изменения критерия опасности,

зависящий от климатических, метеорологических характеристик среды, от удаленности поля опасности от источника примеси, расположенного в квадрате (ш,п) Граничными условиями для построения области допустимых значений М<т "'являются условие непревышения критических

нагрузок или экологические ограничения ^М<т О;"" <1,

т п

ограничение минимально возможными выбросами, соответствующими современным технологическим возможностям данного производства ММ(гп'п) < М, ограничение недопустимостью превышения уже существующей (фактической) мощности выбросов МцШп)

м(т,п)2м(тп)

Предложена формула для оценки эффективности проведения данных мероприятий (0, %

( К

С = 100 ' '

1--

Ка>0

(13)

где Каш - критерий опасности атмосферы с учетом выполнения мероприятий, м3/с, Ка,0 - критерий опасности атмосферы при отсутствии мероприятий, м3/с

Так, для предприятия ОАО «Мордовцемент» ТПК «Чамзинка-Комсомольский» были рассчитаны значения эффективности проведения мероприятий по формуле (13) при различных метеоусловиях, что позволило регулировать выбросы при неблагоприятных метеорологических условиях, не приостанавливая производственной деятельности В связи с этим были предложены мероприятия по очистке выбросов ОАО «Мордовцемент» от взвешенных веществ Установка рукавных фильтров марки ФРИ снизила выбросы взвешенных веществ на 99%

ВЫВОДЫ

1 Разработан новый критерий опасности атмосферного воздуха на базе величины объема загрязненного воздуха, разбавленного до значения 1 ПДК и зависимости от категории опасности вещества, позволяющий нормировать реальный объем воздушной среды в любой области пространства Получен критерий опасности, учитывающий процессы самоочищения атмосферы

2 На основе проведенного статистического анализа метеорологических данных и факторов антропогенного загрязнения сформулированы прогностические правила воздушной среды по промышленным центрам Мордовии

3 Разработана модель для оценки распространения примеси от антропогенного источника, предусматривающая модульную структуру и позволяющая прогнозировать поля опасности атмосферного воздуха в условиях конвекции и инверсионных состояний Предложена математическая модель для оценки качества воздушной среды в условиях конвекции и инверсионных состояний в атмосфере, включающая поле скоростей в зависимости от параметров приземного слоя атмосферы, а так

же разброс координат микрочастиц загрязненного объема от усредненной траектории распространения факела и самоочищение атмосферы

4 Получен комплексный критерий опасности атмосферного воздуха, для которого установлены критериальные значения, характеризующие зоны экологического неблагополучия ниже нуля - условно чистая атмосфера, до линии 1,61 - критическое состояние, от 1,61 до 2,01 -чрезвычайная экологическая ситуация и выше 2,01 - экологическое бедствие Достоверность подтверждается проверкой рядом натурных наблюдений и экспериментов, проведенных лабораторией «CJIAM МПР России по РМ» ФГУ ЦЛАМ МПР России по ПФО по официальным методикам и соответствующими статистическими обоснованиями установлено, что коэффициент корреляции критерия опасности атмосферы ТПК с индексом загрязнения атмосферы равен 0,98

5 Результаты исследований рекомендованы для оценки опасности атмосферного воздуха, а также для разработки решений по управлению качеством атмосферного воздуха ТПК Республики Мордовия В частности, для предприятия ОАО «Мордовцемент» ТПК «Чамзинка-Комсомольский» предложены мероприятия по очистке выбросов на основе разработанного критерия опасности атмосферного воздуха Установка рукавных фильтров марки ФРИ позволила снизить выбросы взвешенных веществ на 99%, и предоставила возможность предприятию работать в неизменном режиме при неблагоприятных метеорологических условиях

Список основных опубликованных работ

1 Никифорова И А Создание модели оценки и прогнозирования загрязнения атмосферы антропогенными источниками/ И А Никифорова, О А Тамошина// III конференция молодых ученых МГУ имени H П Огарева Научные труды - Саранск, 1998 - С 183

2 Основные пути сокращения выбросов загрязняющих веществ от автотранспорта в г Саранске/ В А Гуляев, А В Яшков, Е Т Макаров, О А Тамошина, И А Никифорова// Экологические проблемы и пути их решения в зоне Среднего Поволжья материалы Всероссийской науч конф [27-30 сентября 1999г ], под ред В В Ревина и др - Саранск, 1999 -С 63-64

3 Оценка степени опасности загрязнения атмосферного воздуха в г Саранске/ Е Т Макаров, А П Савельев, И А Никифорова, О А Тамошина// Актуальные вопросы естественных и технических наук межвуз сборник науч трудов - Саранск, 2000 -Вып1 - С 163-166

4 Геоэкология населенных пунктов Республики Мордовия/ [Ямашкин А А , Макаров Е Т , Никифорова НА и др ], под ред А А Ямашкина - Саранск Изд-во Мордов гос ун-та, 2001 -240с

5 Комплексная оценка влияния автотранспорта на загрязненность атмосферного воздуха промышленных центров Мордовии (на примере Саранска)/ Е Т Макаров, А П Савельев, О А Тамошина, И А Никифорова//Ресурсы регионов России - M , 2001 -№5 - С 44-45

6 Макаров Е Т Снижение паров ртути в атмосферу на АО «Саранский электроламповый завод»/ Е Т Макаров, О А Тамошина, И А Никифорова// Труды четвертой Всероссийской науч -практ конф с международным участием «Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности» [16-18 июня 1999г ] - С -Пб ,1999 - С 552

7 Никифорова И А Дальность переноса примеси в атмосферном воздухе с учетом объемных характеристик загрязнителя и среды/И А Никифорова// XXXI Огаревские чтения материалы науч конф в 3 ч 43 Технические науки - Саранск, 2003 - С 93-95

8 Никифорова И А Критериальная оценка качества воздушной среды административно обозначенной территории/ И А Никифорова// Энергоресурсосберсгающие технологии и системы в АПК межвуз сб науч тр/МГУим НП Огарева - Саранск, 2004 - С 152-155

9 Никифорова И А Самоочищение в приземном слое атмосферы как предиктор прогнозирования качества воздушной среды / И А Никифорова// Энергоресурсосберегающие технологии и системы в АПК межвуз сб науч тр/МГУим НП Огарева - Саранск, 2004 - С 116-119

10 Никифорова И А Оценка загрязнения воздушной среды территориально-производственного комплекса выбросами автотранспорта/ И А Никифорова, Д В Тамошин// Энергоресурсосберегающие технологии и системы в АПК межвуз сб науч тр / МГУ им НП Огарева - Саранск, 2005 - С 163-166

11 Макаров Е Т Комплексная оценка состояния атмосферного воздуха путем установления полей опасности загрязняющих веществ промышленного центра/ Е Т Макаров, И А Никифорова// Энергоресурсосберегающие технологии и системы в АПК межвуз сб науч тр / М-во образования и науки РФ, МГУ им Н П Огарева, Ин-т механики и энергетики - Саранск, 2006 - С 184-189

12 Никифорова И А Оценка и управление экологическим состоянием атмосферного воздуха промышленного центра/ И А Никифорова// Регионология - 2006 - №4 - С 287-296

Соискатель

И А Никифорова

Подписано в печать 25 04 07 Объем 1,0 п л Тираж 100 экз Заказ № 829 Типография Издательства Мордовского университета 430000, г Саранск, ул Советская, 24

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Никифорова, Ирина Александровна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I Анализ факторов антропогенного загрязнения атмосферного воздуха территориальнопроизводственного комплекса и существующих оценок его экологического состояния

1.1 Анализ антропогенных источников выбросов в атмосферный воздух территориально-производственного комплекса

1.1.1 Анализ основных загрязняющих атмосферный воздух веществ и классификаций их источников

1.1.2 Специфика состава выбросов примесей в атмосферный воздух от автотранспорта

1.1.3 Анализ стационарных источников республики как загрязнителей атмосферного воздуха

1.2 Анализ критериев и параметров оценки экологического состояния атмосферного воздуха территориально- 27 производственного комплекса

1.3 Анализ закономерностей рассеивания примесей в атмосфере территориально-производственного комплекса

1.4 Предпосылки моделирования оценки состояния атмосферного воздуха территориально-производственного комплекса

1.5 Выводы по первой главе

ГЛАВА II Оценка факторов, обусловливающих генерирование и рассеивание примеси в воздушной среде

2.1 Модель оценки опасности атмосферного воздуха территориально-производственного комплекса

2.2 Моделирование процессов самоочищения атмосферы в приземном слое 59 2.2.1. Самоочищение среды в критерии опасности атмосферы

2.2.2 Предикторы осаждения примеси из атмосферы

2.2.3 Вымывание примесей осадками из атмосферы

2.3 Методика оценки категории опасности выбросов от источников загрязнения атмосферного воздуха

2.4 Ранжирование стационарных источников загрязнения атмосферы Республики Мордовия по массе выбросов

2.5 Оценка категории опасности предприятий, веществ территориально-производственных комплексов Республики Мордовия

2.6 Комплексная оценка влияния автомобильного транспорта на качество атмосферного воздуха промышленных центров Республики Мордовия (на примере г.Саранска)

2.7 Результаты по моделированию нормативного объема воздушной смеси

2.8 Физико-географическая и климатическая характеристика Республики Мордовия

2.9 Выводы по второй главе

ГЛАВА III Моделирование дальности переноса примеси в атмосферном воздухе территориально-производственного комплекса с учетом объемных характеристик смеси

3.1 Моделирование объема смеси в условиях атмосферы

3.2 Изменение параметров потока факела смеси в граничных условиях

3.3 Результаты по моделированию реального объема распространения примеси

3.4 Выводы по третьей главе

ГЛАВА IV Комплексная оценка и управление опасностью атмосферы

4.1 Комплексная оценка опасности и картирование загрязняемой территории

4.1.1 Расчет единичного критерия опасности и картирование загрязняемой территории

4.1.2 Методика расчета комплексного критерия опасности атмосферы и картирование загрязняемой территории

4.2 Проверка адекватности оценки опасности атмосферы

4.3 Управление экологическим состоянием атмосферы

4.3.1 Задача управления экологическим состоянием с учетом критерия опасности

4.3.2 Управление экологическим состоянием атмосферы, загрязняемой ОАО «Мордовцемент»

4.4 Выводы по четвертой главе 173 ВЫВОДЫ 174 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 176 ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение Диссертация по биологии, на тему "Оценка и прогноз экологического состояния атмосферы с управлением деятельностью территориально-производственного комплекса"

Актуальность работы. Человечество должно спешить с реализацией экологических природоохранных программ на всех уровнях развития природы и жизнедеятельности человека. У него не остается времени на обдумывание проблем, поскольку люди и так крайне поздно осознали происходящее. «У нас нет даже сотен лет - счет идет на десятилетия» - так охарактеризовал сложившуюся экологическую ситуацию академик Н.Н. Моисеев. [107] На сегодняшний день, проблема качества воздушной среды является приоритетной - наличие непрерывного отравления воздуха опасными для здоровья людей веществами ставит задачи для осуществления прогнозной оценки загрязнения воздушной среды выбросами промышленного предприятия, автотранспорта и, в целом, промышленного центра. Основой для объективной оценки состояния и тенденции изменений загрязнения воздушного бассейна, а также разработки возможных мероприятий по обеспечению чистоты атмосферы являются исследования закономерностей распространения атмосферных примесей и особенностей их пространственно-временного распределения.

Новое направление в развитии работ по метеорологическим аспектам загрязнения воздуха связано с прогнозом условий, при которых могут достигаться высокие концентрации примеси в приземном слое атмосферы. Вопросы прогноза загрязнения атмосферы тесно связаны с регулированием выбросов. Очевидно, что прогностические разработки необходимы прежде всего для тех случаев, когда возможно регулирование загрязнения воздуха. [14] В последние годы значительное внимание в нашей стране и за рубежом уделяется проблеме качества окружающей среды в городах. Исследования, как правило, отражают антропоэкологический подход, когда в центре внимания находится человек и состояние среды его обитания [142]. При этом основное значение имеют сведения о здоровье «слабого звена», в частности пожилых людей и детей, у которых понижены естественные защитные функции организма, необходимые для того, чтобы «отразить настоящую атаку тысячи различных загрязнителей, медицинские последствия которой становятся все яснее». [52]

Проблема рассеяния загрязняющих веществ начала обсуждаться давно, однако особенно активно ведется в последние три десятилетия из-за стремительно нарастающей угрозы в последнее время различных видов воздействия их на человека, в частности токсического, мутагенного, а особенно канцерогенного и влияющего на репродуктивную способность. Предложено множество моделей рассеяния загрязняющих веществ. Теоретические вопросы распространения загрязняющих веществ в воздухе рассматриваются рядом авторов: Берляндом М.Е., Безуглой Э.Ю., Пененко В.В., Алояном А.Е., Бызовой Н.Л. и др. [4, 11, 12, 14, 15, 23,119].

Однако, в силу ряда причин: открытости термодинамической системы, необходимости учета факторов (метеорологических, географических и др.) не найдено пока единого подхода в прогнозе экологической ситуации. Поля же концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе, определяемые по известным моделям, не позволяют оценить степень загрязненности воздушной среды комплексно. Поэтому комплексная оценка опасности загрязняющих веществ в атмосфере в территориально-производственных комплексах является чрезвычайно важной и актуальной проблемой.

Целью диссертационной работы является прогнозная оценка экологического состояния атмосферного воздуха посредством установления полей опасности, создаваемых территориально-производственными комплексами, а также управление экологической ситуацией данной территории путем регулирования выбросов приоритетных примесей в атмосферный воздух.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Проведение литературного обзора по проблемам комплексной оценки экологического состояния территории, в том числе по моделям распространения примеси загрязняющих веществ в атмосферном воздухе территориально-производственных комплексов.

2. Проведение статистической оценки выбросов промышленных предприятий территориально-производственных комплексов Мордовии; а также по метеорологическим условиям промышленных центров республики.

3. Разработка математической модели системы «Атмосфера -Территориально-производственный комплекс», позволяющей рассчитывать поля опасности и основанной на связи экологических параметров загрязнения с рассеиванием примеси в атмосфере.

4. Обоснование параметры прогнозной оценки экологического состояния атмосферного воздуха территориально-производственного комплекса, разработка критерия опасности воздушной среды, а также пакета прикладных программ по оценке опасности атмосферы территории.

5. Разработка методики прогнозной оценки экологического состояния воздушной среды территориально-производственного комплекса путем определения полей опасности.

6. Проведение оценки опасности воздушной среды территориально-производственных комплексов Мордовии, заключающейся в создании полей опасности приоритетными загрязняющими веществами вблизи подстилающей поверхности.

Методы исследования: теоретический анализ процессов рассеяния примеси в атмосфере;

- экспериментальное наблюдение за изменением концентраций примесей в атмосферном воздухе;

- статистический анализ экспериментальных данных, а так же данных по выбросам загрязняющих веществ и метеоусловиям;

- математическое моделирование системы «Атмосфера - Территориально-производственный комплекс».

Идея работы заключается в создании полей опасности приоритетными загрязняющими веществами вблизи подстилающей поверхности.

Объектом исследования является система «Атмосфера -Территориально-производственный комплекс» территории субъекта

Российской Федерации как материальной среды (модель территории как совокупности производственной и селитебной зон).

Предметом исследования является прогнозная и ретроспективная оценка загрязнения при различных метеорологических характеристиках территориально-производственного комплекса, а также взаимодействие техногенной и природной сред.

Основные положения, выносимые автором на защиту:

- системный подход оценки экологического состояния территории региона через поля опасности, создаваемые территориально-производственными комплексами;

- математическую модель прогнозной оценки экологического состояния атмосферного воздуха территориально-производственного комплекса, в том числе критерий опасности воздушной среды;

- методику оценки опасности воздушной среды в регионе путем установления полей опасности; карты-схемы зон экологического состояния территориально-производственных комплексов Мордовии; обоснование природоохранных мероприятий по управлению экологическим состоянием атмосферного воздуха территориальнопроизводственных комплексов региона на основе введенного критерия опасности (на примере ТПК «Чамзинка-Комсомольский»).

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций работы обоснована соответствием модельных представлений прогноза опасности атмосферного воздуха системы «Атмосфера - Территориально-производственный комплекс» результатам оценок, основанных на данных служб Гидромета РМ и МПР России по Республике Мордовия, а также на данных лабораторных исследований концентраций загрязняющих веществ и соответствующей статистической оценкой полученных результатов.

Научная новизна работы:

- предложена модель прогнозной оценки экологического состояния территорий путем установления полей опасности;

- разработан критерий прогнозной оценки экологического состояния воздушной среды территориально-производственного комплекса, учитывающий соотношение разбавления примеси в атмосфере и факторов ее выведения из рассматриваемой среды;

- предложена методика установления полей опасности атмосферного воздуха, создаваемой территориально-производственными комплексами, на основе разработанного критерия;

- впервые представлены поля опасности на картах-схемах территориально-производственных комплексов Мордовии на основе разработанного критерия.

Практическая ценность работы заключается в:

- оценке опасности атмосферы ТПК Республики Мордовия в различных погодно-климатических, топографических, термодинамических условиях;

- выявлении по критерию опасности атмосферного воздуха территорий с экологическим неблагополучием; нанесении зон различного вида нагрузок на территорию распространения примеси от источника или от группы источников;

- разработке управленческих решений по сокращению выбросов загрязняющих веществ территориально-производственных комплексов.

Наиболее существенные научные результаты, полученные лично автором, состоят в:

- разработке программного обеспечения для выбора приоритетных источников выбросов загрязняющих веществ и приоритетных территориальнопроизводственных комплексов региона, а так же программ для расчета критерия опасности атмосферного воздуха ТПК;

- разработке модели «Атмосфера - Территориально-производственный комплекс» и критерия прогнозной оценки экологического состояния воздушной среды территориально-производственного комплекса (критерия опасности), а так же в разработке методики расчета на основе данного критерия;

- установлении полей опасности, создаваемых примесями приоритетных территориально-производственных комплексов региона;

- разработке модели управления качеством атмосферного воздуха на основе предложенного критерия опасности.

Внедрение результатов исследований осуществляется путем использования результатов работы при разработке планов природоохранных мероприятий в территориально-производственных комплексах Управления природных ресурсов и охраны окружающей среды МПР России по Республике Мордовия, при проведении учебных занятий по курсу «Экология в отрасли» для студентов ИМЭ ГОУВПО «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева» специальностей МПСХП, МСХ и ТОРМ.

Диссертация выполнена на кафедре безопасности жизнедеятельности ГОУВПО «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева» и в Управлении природных ресурсов и охраны окружающей среды МПР России по Республике Мордовия.

Апробация работы: основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на:

- Третьей конференции молодых ученых Мордовского государственного университета им. Н.П. Огарева (22-24 апреля 1998г) г.Саранска;

- Огаревских чтениях ГОУВПО «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева» 1998-2001 г. г.Саранска;

- Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Новое в экологии и БЖД» 16-18 июня 1999г. г. Санкт-Петербурга;

- Огаревских чтениях ГОУВПО «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева» 2003-2005г. г.Саранска;

- На расширенном заседании кафедры безопасности жизнедеятельности ГОУВПО «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева» 20 декабря 2006г. г.Саранска.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 14 печатных работ, в том числе 1 статья в научном журнале из списка рекомендованного ВАК.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, и содержит 193 страницы машинописного текста, 47 таблиц, 15 рисунков, список литературы из 160 наименований и 5 приложений.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Никифорова, Ирина Александровна

ВЫВОДЫ

1. Разработан новый критерий опасности атмосферного воздуха на базе величины объема загрязненного воздуха, разбавленного до значения 1 ПДК и зависимости от категории опасности вещества, позволяющий нормировать реальный объем воздушной среды в любой области пространства. Получен критерий опасности, учитывающий процессы самоочищения атмосферы.

2. На основе проведенного статистического анализа метеорологических данных и факторов антропогенного загрязнения сформулированы прогностические правила воздушной среды по промышленным центрам Мордовии.

3. Разработана модель для оценки распространения примеси от антропогенного источника, предусматривающая модульную структуру и позволяющая прогнозировать поля опасности атмосферного воздуха в условиях конвекции и инверсионных состояний. Предложена математическая модель для оценки качества воздушной среды в условиях конвекции и инверсионных состояний в атмосфере, включающая поле скоростей в зависимости от параметров приземного слоя атмосферы, а так же разброс координат микрочастиц загрязненного объема от усредненной траектории распространения факела и самоочищение атмосферы.

4. Получен комплексный критерий опасности атмосферного воздуха, для которого установлены критериальные значения, характеризующие зоны экологического неблагополучия: ниже нуля - условно чистая атмосфера, до линии 1,61 - критическое состояние, от 1,61 до 2,01 - чрезвычайная экологическая ситуация и выше 2,01 - экологическое бедствие. Достоверность подтверждается проверкой рядом натурных наблюдений и экспериментов, проведенных лабораторией «СЛАМ МПР России по РМ» ФГУ ЦЛАМ МПР России по ПФО по официальным методикам и соответствующими статистическими обоснованиями: установлено, что коэффициент корреляции критерия опасности атмосферы ТПК с индексом загрязнения атмосферы равен 0,98.

5. Результаты исследований рекомендованы для оценки опасности атмосферного воздуха, а также для разработки решений по управлению качеством атмосферного воздуха ТПК Республики Мордовия. В частности, для предприятия ОАО «Мордовцемент» ТПК «Чамзинка-Комсомольский» предложены мероприятия по очистке выбросов на основе разработанного критерия опасности атмосферного воздуха. Установка рукавных фильтров ФРИ позволила снизить выбросы взвешенных веществ на 99%, и представила возможность предприятию, не приостанавливая свою работу, при неблагоприятных метеорологических условиях.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата технических наук, Никифорова, Ирина Александровна, Казань

1. Автомобильные транспортные средства/ Под ред. Д.П. Великанова. -М.:Транспорт, 1977.-328с.

2. Агроклиматический справочник.- М. 1959.-187с.

3. Адасинский С.А. Городской транспорт будущего. М.:1959. - 513с.

4. Алоян А.Е. Численная модель переноса примесей в пограничном слое атмосферы/ А.Е. Алоян, Д.Л. Йорданов// Метеорология и гидрология. -1981.-№8.- С.32-40.

5. Атмосферная турбулентность и моделирование распространения примесей/ Дж.А. Бусингер, X. Теннекес, Дж.К. Вингаард и др. Под ред. Ф.Г.М. Ньистадта, X. Ван Допа; Пер. с англ. под ред. A.M. Яглома. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. - 351с.

6. Ахметов Л.А. Автомобильный транспорт и охрана окружающей среды/ Л.А. Ахметов, Е.В. Корнев, Т.З. Ситшаев. Т.:Мехнат, 1990. - 216с.

7. Безопасность жизнедеятельности: Учебник для вузов/ С.В.Белов, А.В. Ильницкая, А.Ф. Козьяков и др.; Под общ.ред. С.В. Белова. М.:Высш.шк.,1999. 448с.

8. Белов П.Н. Перенос загрязняющих веществ и лучистой энергии в атмосфере. М.:Изд-во Моск.ун-та, 1996. - 73с.

9. Ю.Беляев Н.Н., Коренюк Е.Д., Хрущ В.К. Методы экспресс расчета уровня загрязнения атмосферы/ Н.Н. Беляев . Днепропетровск: Наука и образование, 2002. - 192с.

10. Безуглая Э.Ю. Метеорологический потенциал и климатические особенности загрязнения воздуха городов. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. - 184с.

11. Безуглая Э.Ю. Мониторинг состояния загрязнения атмосферы в городах. -Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 200с.

12. Беляшова М.А. Вымывание частиц полидисперсной фракции атмосферными осадками на побережье Кольского полуострова// Труды JTO. 1975. - Вып.352. - С.200-207.

13. М.Берлянд М.Е. Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1985.-272с.

14. Берлянд М.Е. Современные проблемы атмосферной диффузии и загрязнения атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1975.- 448с.

15. Бесчастнов С.П. Иванов В.Н. Численное моделирование структурных характеристик турбулентности в пограничном слое атмосферы.// Метеорология и гидрология. 2004. - №10. - С.16-25.

16. Бесчастнов С.П., Найденов А.В. О вкладе сдвигов ветра в поперечное рассеяние облака примеси на больших расстояниях от источника.// Метеорология и гидрология. 2001. - №1 - С.50-57.

17. Борисенков Е.П. Климат и деятельность человека.- М.: Наука, 1982.- 132с.

18. Бояршинов М.Г. Оценка загрязнения атмосферного воздуха при технологических испытаниях ракетного двигателя.// Инженерная экология. -2000. №2. - С.29-40.

19. Вызова H.JI. Рассеивание примесей в пограничном слое атмосферы. М.: Гидрометеоиздат, 1978. - 190с.

20. Вызова H.JL, Иванов В.Н., Гаргер Е.К. Турбулентность в пограничном слое атмосферы. Л.:Гидрометеоиздат, 1989. - 210 с.

21. Вызова Н.Л., Гаргер Е.К., Иванов В.Н. Экспериментальные исследования атмосферной диффузии и расчеты рассеивания примесей. -Л.: Гидрометеоиздат, 1991.- 278с.

22. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: ГИФМЛ, 1962. - 560с.

23. Винниченко Н.К., Пинус Н.З., Шметер С.М., Шур Г.Н. Турбулентность в свободной атмосфере. Л.: Гидрометеоиздат, 1976. - 279 с.

24. Вишаренко B.C., Толоконцев Н.А. Экологические проблемы городов и здоровье человека. Л.: Знание, 1982. - 32с.

25. Владимиров С.А. Численное моделирование распространения примеси в атмосфере// Метеорология и гидрология. 1990. - №7. - С.22-35.

26. Внуков А.К. Защита атмосферы от выбросов энергообъектов.-М.: Энергоатомиздат, 1972.-176с.

27. ЗЬВоюцкий С.С. Курс коллоидной химии. -М.: Химия, 1975.- 512с.

28. Гаврилов В.П. Об определении коэффициентов турбулентной диффузии.// Метеорология и гидрология. 1981. - №3.- С.46-53.

29. Гаргер Е.К. Оценка дисперсий координат частиц примеси в слое перемешивания// Труды ИЭМ. 1984. - Вып.29 (103). - С.11-25.

30. Геоэкология населенных пунктов Республики Мордовия/ Ямашкин А.А., Макаров Е.Т., Тамошина О.А., Никифорова И.А. и др.; под ред. А.А. Ямашкина. Саранск: Изд-во Мордов.гос.ун-та, 2001. - 240с.

31. Дворников Г.П. Разработка метода оценки и управления экологичностью отработавших газов автомобилей (на примере КамАЭ-5320): автореферат дисс. на соискание ученой степени канн. техн. наук. Оренбург: Изд-во ОГУ, 2000.- 18с.

32. Доклад о состоянии окружающей среды Республики Мордовия в 2000 году/ Министерство экологии и природопользования РМ. Саранск:: «Красный Октябрь», 1999.

33. Доклад о состоянии окружающей среды Республики Мордовия в 2003 году/ Министерство экологии и природопользования РМ. Саранск: «Красный Октябрь», 2002.

34. Евгеньев И.Е. Защита природной среды при строительстве, ремонте и содержании автомобильных дорог/ И.Е. Евгеньев, В.В. Савин. М.: Транспорт, 1989. - 239с.

35. Измеров Н.Ф. Значение гигиенического нормирования факторов окружающей среды в обеспечении здоровья населения страны.// Медицина труда и промышленная экология. 1999. - №8. - С.1-5.

36. Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. -JL: Гидрометеоиздат, 1984. 560с.

37. Инструкция по контролю установленных величин ПДВ (ВСВ), инвентаризации источников выбросов в атмосферу, паспортизации газопылеулавливающих установок на предприятиях легкой промышленности. Москва, 1985.

38. Исаков А.И. Комплексная оценка условий рассеивания и переноса по территории Ферганской долины// География и природные ресурсы. 1990. -№1.- С.163-164.

39. Кавило П.М. Токсичность ГТД и перспективы применения водорода. -Киев: Наукова думка, 1982.-140с.

40. Калыгин В.Г. Промышленная экология. М.: Издательский центр «Академия», 2004. - 432 с.

41. Капранов С. Метод снеговых проб// Автомобильный транспорт. 1991. -№12.- С. 17-21.

42. Климатические характеристики условий распространения примесей в атмосфере: Справ, пособие. JL: Гидрометеоиздат, 1983. - 328с.

43. Ковылянский Я.А., Селегей Т.С., Н.Н. Старостенко. Влияние некоторых экологических факторов на выбор мест размещения энерго-источников// Экология.-М. 1997. - №1. - С. 62-64.

44. Коузов П.А., Мальгин А.Д., Скрябин Г.М. Очистка от пыли газов и воздуха в химической промышленности. Л.:Химия, 1982. - 256с.

45. Кремер Н.Ш. Теория вероятностей и математическая статистика. -М. :ЮНИТИ-ДАНА, 2000.-543с.

46. Лайхтман Д. Л. Физика пограничного слоя атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1970. - 290с.

47. Луканин В.Н., Буслаев А.П., Трофименко Ю.В., Яшина М.В. Автотранспортные потоки и окружающая среда/ Под ред. В.Н.Луканина -М.: ИНФРА-М, 1998.- 408с.

48. Макаров Е.Т., Тамошина О.А. Концентрация загрязняющих веществ в осадках как функция от их количественной характеристики// Актуальные вопросы естественных и технических наук: межвуз.сборник научн.трудов.- -Саранск.: СВМО. 2000. - Вып.1. - С. 166-167.

49. Малов Р.В. Автомобильный транспорт и защита окружающей среды. М.: Транспорт, 1982. - 200с.

50. Марчук Г.И. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды. М.: Наука, 1982. - 319с.

51. Марчук Г.И. Методы вычислительной математики: Уч.пособие.- 3-е изд. перераб. и доп. М.: Наука, 1989. - 608с.

52. Марчук Г.И. Численное решение задач динамики атмосферы и океана.-М.:Наука, 1973. 303с.

53. Матвеев JI.T. Динамика облаков. Л.: Гидрометеоиздат, 1981.- 312с.

54. Матвеев Л.Т. Курс общей метеорологии. Физика атмосферы. 2-е изд-е, переаб.и доп. - Л.: Гидрометеоиздат, 1984.-752с.

55. Мезингер Ф., Аракова А. Численные методы, используемые в атмосферных моделях. Л.:Гидрометеоиздат, 1979. - 136с.

56. Методика определения массы выбросов загрязняющих веществ автотранспортными средствами в атмосферный воздух. Москва, 1993 .-21с.

57. Методика прогнозирования масштабов заражения СДЯВ при авариях на химически опасных объектах и транспорте/ Руководящий документ. -Л.:Гидрометеоиздат, 1991. 24с.

58. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ в выбросах предприятий. ОНД-86/ Госкомгидромет. Л.: Гидрометеоиздат, 1987.- 93с.

59. Методические указания по определению вредных веществ в отработавших газах тракторных и комбайновых дизелей. М.: ЦИНЛТД, 1977. - 37с.

60. Методы анализа загрязнений воздуха/ Другов Ю.С., Беликов А.Б., Дьякова Г.А., Тульчинский В.М. М.: Химия, 1984. - 384с.

61. Миронов А.А., Евгеньев И.Е. Автомобильные дороги и охрана окружающей среды. Томск: Изд-во Томск, ун-та, 1986. - 284с.

62. Михонько К.П. Элементарные теоретические представления о вымывании примесей осадками из атмосферы// Труды ИППГ. 1967. - Вып.8.-С.26-34.

63. Монин А.С. Прогноз погоды как задача физики. М.:Наука, 1969. - 170с.

64. Монин А.С., Яглом A.M. Статистическая гидромеханика. Ч.1.- М.: Наука, 1965.-640с.

65. Наш кусок пирога// Вместе. Объединенная газета Приволжского федерального округа: По материалам Центра стратегических исследований

66. ПФО Росстатагенства, Экспертного института, журнала «Эксперт».// «Вместе». 2000г. - дек. - С.5.

67. Никифорова И.А., Васина Е.П. Рассеивание примесей в атмосферном воздухе от непрерывно действующих источников промышленного центра// Межвузовский сборник научных трудов. Саранск: «Красный октябрь». -2003. - С.189-192.

68. Никифорова И.А. Дальность переноса примеси в атмосферном воздухе с учетом объемных характеристик загрязнителя и среды// XXXI Огаревские чтения: материалы науч.конф; в Зч. 43: Технические науки. Саранск: Изд-во Мордовского ун-та. - 2003. - С.93-95.

69. Никифорова И.А. Критериальная оценка качества воздушной среды административно обозначенной территории// Энергоресурсосберегающие технологии и системы в АПК: межвуз.сб.науч.тр./ МГУ им.Н.П. Огарева. -Саранск: ООО «РНИИЦ». 2004. - С.152-155.

70. Никифорова И.А. Оценка и управление экологическим состоянием атмосферного воздуха промышленного центра// Регионология. 2006. - №4. - С.287-296.

71. Новороцкий П.В. Метеорологические условия и загрязнение воздушного бассейна Хабаровска// География и природные ресурсы. 1994. - №4. - С. 59-63

72. Оптимизация технологических процессов в гальванотехнике/ А.М.Гинберг, Ю.В.Грановский, Н.Я.Федотова, B.C. Калмуцкий.- М.: Машиностроение, 1972.- 128с.96.0рнамский Н.Л. Автомобильные дороги и охрана природы. М.: Транспорт, 1982. - 176с.

73. Оценка воздействия на окружающую среду и разработка нормативов ПДВ: справ, издание/ Максименко Ю.Л., Горкина И.Д., Шаприцкий В.Н. М.: «СПИИНТЕРМЕТИНЖИНИРИНГ», 1999.-480с.

74. Пененко В.В., Алоян А.Е. Модели и методы для задачи охраны окружающей среды. Новосибирск: Наука, 1985.

75. Пененко В.В. Методы численного моделирования атмосферных процессов. -JL: Гидрометеоиздат, 1981.-351с.

76. Переведенцев Ю.П., Шлычков А.П., Хабутдинов Ю.Г. Загрязнение атмосферы в городах Татарии// Метеорология и гидрология. 1996.- №9. -С.32-57.

77. Перечень и коды веществ, загрязняющих атмосферный воздух. СПб.: Изд-во «Петербург-XXI век», 2000. - 320с.

78. Ю2.Пинигин М.А. Санитарная охрана атмосферного воздуха городов. М.: Медицина, 1976. - С.40-47.

79. Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест: Гигиенические нормативы.- М.: Российский регистр потенциально опасных химических и биологических веществ Минздрава России, 1998.-69с.

80. Пресняков В. Промышленный потенциал Республики // Все о Мордовии/ Е.М. Голубчик, В.Д.Еремкин, B.C. Ионова, А.С. Лузгин. Саранск: Мордов.кн.изд-во, 1997. - С.287-293.

81. Протасов В.Ф., Стритко Л.С. Тезисы докладов к международному симпозиуму «За экологическое возрождение России», М.: МИСиС, 1993.-115с.

82. Протасов В.Ф., Молчанов А.В. Экология, здоровье и природопользование в России; под ред. В.Ф. Протасова. М.: Финансы и статистка, 1995.-528с.

83. Протасов В.Ф. Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России: Учебное и справочное пособие. М.: Финансы и статистика, 1999. - 672с.

84. Разработка нормативов ПДВ для защиты атмосферы: Справ.изд-ние/ .Шаприцкий В.Н. М.: Металлургия, 1990.- 416с.

85. Республика Мордовия// Вместе. Объединенная газета Приволжского федерального округа. 2000. - дек. - С.5.

86. Региональная оценка атмосферного загрязнения как основа оптимизации эколого-экономических решений/ Ю.С. Игнатьева, В.Б. Киселев и др. -СПб: СПбГТУ, 2000. 80с.

87. Ш.Ровинский Ф.Я. Тяжелые металлы: дальний перенос в атмосфере и выпадение с осадками// Метеорология и гидрология,- 1994. №10. - С.5-14.

88. Руководство по гигиене атмосферного воздуха/ Под ред. Буштуевой К.А. -М.: Медицина, 1976. 416с.

89. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. РД 52.04.186-89/ Государственный комитет СССР по гидрометеорологии; Министерство здравоохранения СССР. -М.: 1991.- 693 с.

90. Руководство по краткосрочным прогнозам погоды/ Госуд. Комитет СССР по гидрометеорологии и контролю прирдной среды. Ордена Ленина гидрометеорологический научно-исследовательский центр СССР. 4.1. -Л.:Гидрометеоиздат, 1986. 704с.

91. Руководство по прогнозу загрязнения воздуха: Руководящий документ, Охрана природы. Атмосфера. (РД 52.04.306-92). М.: Росгидромет, 1993.-104с.

92. Селегей Т.С. Рекомендации по делению предприятий на категории опасности в зависимости от массы и видового состава выбрасываемых в атмосферу загрязняющих веществ. Новосибирск: ЗапСибНИГМ, 1987г.

93. Селегей Т.С., Юрченко И.П. Потенциал рассеивающей способности атмосферы//География и природные ресурсы. 1990. - №2.-С. 132-137.

94. Селезнев Е.С. Атмосферные аэрозоли.-Л.:Гидрометеоизда, 1966г.

95. Скорер Р. Аэрогидродинамика окружающей среды./ Перев. с англ. к.ф.-м.н. В.А. Хохрякова и Л.К. Эрдмана; под ред. д.ф.-м.н. А.Я. Прессмана.-М.: Изд-во «Мир», 1980. 549с.

96. Смирнов В.И., Кожевников B.C., Гаврилов Г.М. Охрана окружающей среды при проектировании городов. JL: Стройиздат, Ленингр.отд-ние, 1981.- 168с.

97. Смит К. Основы прикладной метеорологии. Л.: Гидрометеоиздат, 1979.-233с.

98. Соболев Л.М. Оценка основных показателей автомобильных двигателей с различными способами сгорания и питания// Вопросы теории и эксплуатации тракторов и автомобилей/ СХИ. Горький. - 1978.-Том 121. -С.4-8.

99. Содержание и формы нахождения микроэлементов в приземном слое воздуха и атмосферных осадках/ А.З. Миклашевский и др.//Геохимия. -1977.- №Ц. С. 1673-1679.

100. Социальная экология/ Нижегородский обл.комитет по экологии и природопользованию.- Нижний Новгород, 1991. 37с.

101. Справочное пособие по экологической оценке: техн. доклад Всемирного Банка. Инструкции к различным видам хоз. деятельности/ Департиамент охраны окружающей среды.- Вашингтон: Всемирный Банк. 1992. - №140, т. II-343C.

102. Струнин М.А., Шметер С.М. Коэффициент атмосферной турбулентности и экспериментальные методы его определения.// Метеорология и гидрология. 1994. - №5 - С.25-32.

103. Сунцов И.Н. Экологическая аэродинамика. СПб.: Изд.центр СПбМГУ, 1996.-75С.

104. Сюита JT.-A. Повестка дня на XXI век на местном уровне: необходимость учета ряда местных показателей/ Naturopa. Бельгия:ЕНеШо1:-ОШ1 - Совет Европы. - №94/2000-Русский. - С.5.

105. Тамошина О.А. Исследование процессов осаждения примесей осадками из атмосферного воздуха промышленного города (на примере городов Мордовии): дисс.канд.техн.наук: 25.03.36 Геоэкология (технические науки).- Оренбург, 2002. - 180с.

106. Талиев В.Н. Аэродинамика вентиляции: Учеб.пособие для вузов. -М.:Стройиздат, 1979.-295с.

107. Техносфера и экология: Пособие для слушателей экологической школы. -Н.Новгород, 1991.-32с.

108. Токсикологические и экологические аспекты загрязнения окружающей среды// Сборник научных трудов. Иркутск: Изд-во Иркутского ун-та, 1982.-190с.

109. Фельдман Ю.Г. Гигиеническая оценка автотранспорта как источника загрязнения атмосферного воздуха. М.: Медицина, 1975.-159с.

110. Фролов А.Ф. Экология и здоровье населения.- Саранск: АО «Биохимик», 1994.-289C.

111. Хргиан А.Х. Физика атмосферы. М.:Изд-во МГУ, 1986.-328с.

112. Цыцура А.А., Боев В.М., Куксанов В.Ф., Старокожева Е.А. Комплексная оценка качества атмосферы промышленных городов Оренбургской области.- Оренбург: Изд-во ОГУ, 1999.-168с.

113. Цыцура А.А. Оседание частиц в газовом потоке.// ЖПХ. 1991. - №4. С.827-831.

114. Цыцура А.А. Основные закономерности гетерокоагуляции пыли капельным потоком//ЖПХ. 1992. - №2.-С.463-465.

115. Шметер С.М. О вкладах турбулентности и упорядоченных вертикальных движений в перенос атмосферных загрязнений// Метеорология и гидрология. 1996. - №3. - С.20-31.

116. Экология атмосферы крупного промышленного центра в условиях сложного рельефа/ Фетисова Л.М., Пужлякова Г.А., Полянская Е.А., и др.. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2004. - 136 с.

117. Экология и экономика природопользования/ Под ред. Э.В. Гирусова, В.Н. Лопатина.- 2-е изд. пераб. и доп.- М.: ЮНИТИ-ДАНА, Единство, 2002,-519с.

118. Эколого-геохимическая оценка состояния окружающей среды г.Саранска/ Э.К.Буренков, С.А.Кижапкин, Л.И.Кашина и др.- М.: ИМГРЭ, 1993. -195с.

119. Эльтерман В.М. Охрана воздушной среды на химических и нефтехимических предприятиях. М.: Химия, 1985. - 160с.

120. Ямашкин А.А., Макаров Е.Т., Никифорова И.А. и др. Гэокология населенных пунктов Республики Мордовия/ Под ред. А.А. Ямашкина.-Саранск: Изд-во Мордов. гос. гн-та, 2001. 240с.

121. Ямашкин А.А. Физико-географические условия и ландшафты Мордовии. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 1998.-156с.

122. Chemical analysis and biological festing of emissions from a heavy duti diesel truch with and without two different particulate traps, crigoriudis V., Hantaridoce A., Maitra G. And ather, SAE Techn, Pap.Ser., 1986, 3860014.-P.79-83.

123. Cit W.R., Thom G.C. A critical review of air pollution index system in the United States and Canada. -1.Air Poll. Contr.Assoc.1976, v.26, N5, p.460-470.

124. Radulescu D.N. Utilisation of condensation nuclei for the nonage of urban atmosphrric pollution.- Atm. Env., 1972, v.6, N1 l,p.665-667.

125. Snyder W.H., Lawson R.E. Jr., Shipman m.s., and Lu J. Fluid modelling of atmospheric in the convective boundary layer. Bound. Layer Meteorol., 2002, vol. 102, No. 3, pp. 335-366.

126. Sommer T.P. and So R.m.c. On the modeling of homogeneous turbulence in a stably stratified flow. Phus. Fluids, 1995, vol.7, No. 11, pp. 2766-2777.

127. Tsyro S. and Storen E. New meteorological model for air pollution transport models. -EMEP/MSC-W, 1999, ISSN 0332-9879, 31.

128. Uno I.S., Wakamatsu H., Ueda H. and Nakamura A. Observed structure of the nocturnal urban boundary layer and its evolution into a convective mixed layer. Atmos. Environ., 1992, vol 26, pp. 45-57.