Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Репрезентативность сети мониторинга атмосферного воздуха в Республике Татарстан

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Репрезентативность сети мониторинга атмосферного воздуха в Республике Татарстан"

г4 минис

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Тунакова Юлия Алексеевна

Репрезентативность сети мониторинга атмосферного воздуха в Республике Татарстан : приоритетные перечни ингредиентов и рациональное размещение пунктов систематических наблюдений

03.00.16-экология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Казань -1998

Работа выполнена в Центре по гидрометеорологии и мониторингу окружающе среды Республики Татарстан (ЦГМС РТ) и на кафедре аналитической химии Каза1 ского государственного университета.

Научные руководители: доктор химических наук,

профессор Г.К. Будников, кандидат химических наук, начальник комплексной лаборатории мониторинга окружающей среды ЦГМС РТ Г.Н. Жданова

Научный консультант: кандидат физико-математи-

ческих наук, доцент Савельев А. А.

Официальные оппоненты: доктор химических наук,

профессор В.Ф.Новиков, доктор географических наук, профессор Ю.П. Переведенцев

Ведущая организация: Институт прикладной экологии

Академии наук Башкортостана, г. Уфа.

Защита диссертации состоится "23" 1998 года в часо

на заседании диссертационного совета К 653.29.24 при Казанском государственно! университете по адресу: 420008,г.Казань,ул.Кремлевская,18,ауд. 307.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Казанского государственного университета.

Автореферат разослан "¿V" 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат химических наук Г.А. Евтюгин

Общая характеристика работы

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ: За последние десятилетия особую актуальность приобрели вопросы, связанные с защитой атмосферы от загрязнения. Успешное решение проблемы оздоровления воздушного бассейна во многом зависит от адекватной оценки состояния загрязнения атмосферного воздуха, являющейся основой разработки и принятия мероприятий по минимизации негативных экологических последствий.

В сложившейся ситуации представляется чрезвычайно важным (как для незамедлительных практических действий, так и для планирования на длительную перспективу) наличие хорошо организованной системы мониторинга, специальной информационной системы - системы наблюдений, анализа и прогноза состояния атмосферного воздуха.

По сравнению с другими объектами природной среды (вода, почва, растительность) атмосферный воздух характеризуется большой пространственной мобильностью и высокой степенью распространения выбросов загрязняющих веществ, что наряду с многообразием путей поступления вредных веществ в атмосферу делает задачу организации сети мониторинга сложной и многоаспектной.

Создание научно-обоснованной системы мониторинга атмосферного воздуха предполагает решение многих задач, основными из которых являются планирование пространственной сети наблюдений и определение перечня загрязняющих веществ, подлежащих обязательному контролю.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Основная цель - оптимизация существу-ошей сети мониторинга атмосферного воздуха, повышение ее репрезентативности. При этом ставились задачи:

1) изучение и систематизация факторов, формирующих уровень загрязнения атмосферы Республики Татарстан: техногенные параметры выбросов вредных примесей в воздушный бассейн и метеорологические условия их накопления и рассеи-зания;

2) комплексная оценка качества атмосферного воздуха и тенденция ее измене-мя по территории республики;

3) определение приоритетного перечня ингредиентов, подлежащих контролю в атмосфере городов и населенных пунктов республики;

4) расчет поля загрязнения в г. Казани, определение оптимального количества и >азработка схемы рационального размещения пунктов систематического контроля ачества воздушного бассейна.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. На построение репрезентативной сети мониторинга за ачествсм атмосферного воздуха влияют условия каждого города, т. е масштаб ан-рологенного воздействия на окружающую среду, природно-климатические условия I хозяйственная специализация города.

Систематизированы в виде специализированных баз данных по территории 'еспублики Татарстан (РТ) основные факторы, определяющие состояние загряз-ения воздушного бассейна:

- техногенные параметры; раньше для изучения загрязнения атмосферы глав-ое внимание уделяли сети наблюдательных пунктов вокруг промышленных пред-

приятии или вокруг группы предприятии, выбросы вредных веществ -этими предприятиями изучали недостаточно; как показали проведенные исследования, райониро вание территории Республики Татарстан по степени загрязнения атмосферы на ос новании данных инвентаризации предприятий и автохозяйств является едикственнс возможным, так как систематические наблюдения проводятся только в трех города) и не охватывают все, даже самые загрязненные районы;

- метеорологические условия; лри определенном сочетании метеорологически) факторов- (скорость и направление ветра, приземные и приподнятые инверсии, "туманы и др.), так называемых неблагоприятных метеорологических условиях,, ю вклад в формирование уровня загрязнения атмосферы составляет до 80%; проведена оценка самоочищающей способности атмосферы и ее. изменчивости тга территории РТ.

Впервые рассчитаны приоритетные списки загрязняющих веществ, подлежащи) обязательному систематическому контролю в воздушном бассейне 32 городов и населенных пунктов РТ.

Проведенные исследования позволили , для г. Казани определить оптимальное количество и рациональное размещение пунктов систематических наблюдений зг загрязнением атмосферы.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ. Сеть мониторинга атмосферногс воздуха в РТ функционирует более 20 лет. За это время претерпели изменения не только промышленный потенциал и хозяйственная специализация населенных пунктов РТ, но и получили развитие подходы к организации региональной сети мони торинга.

Существующая сеть мониторинга атмосферы функционирует только в трех городах: Казани, Набережных Челнах и Нижнекамске. Очевидно, этого недостаточно для адекватной оценки качества атмосферного воздуха на территории республики и разработки на ее основе природоохранных мероприятий.

Детальное изучение основных факторов, вносящих наибольший вклад в загрязненность воздушного бассейна и оценка качества атмосферы на территории Р1 позволят решить следующие практические задачи:

- достоверно оценивать, определять тенденцию и прогнозировать изменение состояния атмосферного воздуха;

- прогнозировать возможные последствия от антропогенных воздействий;

- осуществлять планирование жилищного и промышленного строительства и выбор районов перспективной застройки;

- оценивать фоновое загрязнение воздушного бассейна;

- разрабатывать в целом комплексы природоохранных мероприятий.

На защиту выносятся следующие положения:

- результаты изучения и систематизации факторов, вносящих основной вклад е формирование уровня загрязнения в РТ (метеорологических условий рассеивания примесей и техногенных параметров выбросов);

- оценка качества атмосферного воздуха на территории РТ;

- приоритетные списки загрязняющих веществ, подлежащих систематическому контролю в воздушном бассейне 32 городов и населенных пунктов РТ;

- результаты определения оптимального количества и рационального размеще-/1я пунктов наблюдения за загрязнением атмосферы в г. Казани.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на регио-зльной научной конференции "Окружающая среда и здоровье населения" Казань, 1996), ежегодной научной отчетной конференции Казанского госу-арственного университета (1996), конференции молодых ученых по проблемам го-эдского хозяйства и социальной сферы, организованной администрацией г. Казани 998). Результаты представленного исследования вошли в целевую комплексную эограмму "Мониторинг окружающей среды Республики Татарстан" , утвержденной остановлением Кабинета Министров Республики Татарстан от 17.02.97 г.М127.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 7 работ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, вывозе, списка литературы, включающего 184 наименования и приложений. Объем ра-зты 140 стр. машинописного текста, 10 рисунков, 27 таблиц.

Представленная работа была инициирована одним из руководителей Гидромет-!ужбы Шлычковым А. П.

В первой главе дан ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. Рассмотрены основные подходы к ¡ганизации сети мониторинга атмосферного воздуха. Критически оценена воз-эжность использования расчетного мониторинга наряду с экспериментальным, эссмотрено влияние факторов, формирующих уровень загрязнения воздушного юсейна. Обсуждены способы оценки и рассмотрены подходы к регулированию чества атмосферного воздуха. Рассмотрено влияние качества атмосферного воз-'ха на состояние здоровья населения.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ дана во второй главе. Систематические наблюдения загрязнением атмосферного воздуха осуществляются ЦГМС РТ лишь в трех горо-IX РТ. Однако, расчет модуля техногенной нагрузки, выраженного количеством ммарных выбросов от промышленности и автотранспорта на единицу площади, называет, что наблюдениями не охвачены многие города и населенные пункты гспублики, испытывающие большой антропогенный тренд (табл.1).

Таблица 1.

Модуль техногенной нагрузки.__

Название н.п. в, т/год* км 2 N Название н.п. в, т/год* км 2

п.Карабаш 4901.0 6 п. У руссу 960.1

г.Нижнекамск 1584.9 7 п.Джалиль 344.6

г.Альметьевск 1457.6 8 г.Казань 287.3

г.Заинск 1144.7 9 г.Азнакаево 283.4

п.Актюбинский 963.7 10 п.Бавлы 282.3

Устойчивость экологической системы определяется соотношением антропогенного воздействия к степени восстановительной способности природы. Отсутствие системы слежения за качеством атмосферного воздуха в большинстве городов и населенных пунктах Республики делает невозможной характеристику качества воздушного бассейна на ее территории и выделение антропогенной составляющей. Экономические вложения на нейтрализацию нагрузки на природную среду (воздухоохранные мероприятия) эффективны лишь с момента превышения силы антропогенных воздействий над восстановительной способностью природы. Чем выше между ними дисбаланс, тем значительнее затраты на природоохранные мероприятия.

Адекватность оценки качества атмосферы во многом определяется репрезентативностью существующей сети мониторинга: перечнем наблюдаемых ингредиентов, вносящих наибольший вклад в загрязнение воздушного бассейна и пространственной структурой постов наблюдений. В соответствии с нормативными документами, уровень загрязнения воздушного бассейна оценивается с помощью комплексного индекса загрязненности атмосферы (КИЗА), рассчитанного по пяти ингредиентам, вносящим наибольший вклад в уровень загрязнения атмосферного воздуха. Осред-ненные за период 1988-1997 г. значения КИЗА 5 составили для г. Казани 4.2,для г. Нижнекамска - 4.5, что соответствует "низкому" уровню загрязнения, для г. Набережные Челны - 7.94, что соответствует "высокому" уровню загрязнения.

Однако, расчет КИЗА по 4 основным примесям (диоксиды азота и серы, оксид углерода, пыль неорганическая) показывает, что наиболее загрязненным является г. Нижнекамск (КИЗА 4 = 4.1),для г. Набережные Челны: КИЗА (4) = 3.74,для г. Казани: КИЗА 4 = 2.35, что согласуется с данными о выбросах, наибольшие значения которых характерны для г. Нижнекамска. Следовательно, ограниченность перечня наблюдаемых ингредиентов (в гг. Казань, Набережные Челны, Нижнекамск наблюдения осуществляются за 23,20 и 6 ингредиентами соответственно) приводит к заниженным характеристикам качества воздушного бассейна.

Перечень наблюдаемых ингредиентов, так же как и местоположение пунктов наблюдений, при организации сети мониторинга атмосферы в РТ определялись в зависимости от таких рекомендаций общего характера, как степень индустриализации города и валовый выброс вредных примесей предприятиями, рассредо-точенность мест отдыха и т.д. Однако, степень загрязнения определяется не только количеством выбрасываемых вредных веществ и их токсичностью, но и, как показывают исследования, - неблагоприятными для рассеивания параметрами выбросов. Что касается необходимого и достаточного количества пунктов наблюдений (в гг. Казань, Наб. Челны и Нижнекамск функционируют 6, 2 и 1 пункт систематических наблюдений соответственно), то эта задача также может быть решена только после систематизации и детального анализа техногенных источников загрязнения и самоочищающей способности атмосферы.

Таким образом, усовершенствование и оптимизация сети мониторинга загрязнения атмосферного воздуха в РТ, повышение ее репрезентативности позволят решать задачи управления качеством воздушного бассейна и прогнозирования его состояния.

ХАРАКТЕРИСТИКА ФАКТОРОВ, ФОРМИРУЮЩИХ УРОВЕНЬ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА В РЕСПУБЛИКЕ ТАТАРСТАН 1. Характеристика техногенных источников загрязнения атмосферы Систематизация и анализ источников техногенного загрязнения атмосферы имеет первоочередное значение, т.к., в основном, уровень загрязнения урбоэкосистемы формируется в зависимости от массы и параметров выбросов газовоздушной смеси и их состава.

Поскольку формирование приземных концентраций связано не только с общим количеством выбросов, но и с параметрами самого источника, создана база данных по параметрам: скорость выхода газовоздушной смеси из трубы (V, м/с), высота источников (Н, м),температура выброса, определяемая как разность между температурой смеси, выходящей из трубы и температурой окружающего воздуха С0), информация о качественном и количественном составе выбросов источников загрязнения. В качестве исходного материала использованы данные инвентаризации томов предельнодопустимых выбросов более, чем 20000 источников загрязнения по 32 городам и населенным пунктам Республики.

Для исследуемых городов и населенных пунктов Республики выделены основные комбинации параметров выбросов (табл.2). В г. Казани выбросы вредных примесей в атмосферу осуществляются по всем выделенным комбинациям параметров выбросов. Для гг. Наб. Челны и Нижнекамск характерны 4 комбинации, для гг. Альметьевск и Бугульма - 3 типа параметров выбросов. Для остальных городов и населенных пунктов РТ вредные примеси поступают в воздушный бассейн преимущественно в виде одной или двух комбинаций. Все города и населенные пункты РТ осуществляют эмиссию вредных примесей с параметрами выбросовдГ<50 С0, \/=10 м/с, Н=20 м идГ>50 С0, N/=10 м/с, Н=50м, так называемые, "холодные" и "горячие" выбросы соответственно. Распределение массы выбросов в городах РТ в зависимости от температуры и высоты источника неодинаково. Так, например, в г. Казань массы горячих (высоких) и холодных (низких) выбросов примерно одинаковы; в гг. Нижнекамск и Наб. Челны преобладают горячие (высокие) выбросы, а в гг. Альметьевск и Бугульма, напротив - холодные (низкие).

Таблица 2.

Массы выбросов (%) в зависимости от параметров _выхода газовоздушной смеси._

Название города ДТ<50 С0 ^Т>50 С0

У=1 м/с Н=20м У=10 м/с Н=20 м V=Юм/c Н=50 м У=10 м/с Н=50м У=10 м/с Н=100 м У=50 м/с Н=250м

Нижнекамск Альметьевск Казань Бугульма Наб. Челны 0.2 0.78 4.93 53.92 0.16 30.38 68.62 46.22 12.01 32.8 - 26.58 30.6 22.89 34.07 20.28 42.84 7.76 46.76.

1.22 16.98

Поступление основных примесей в воздушный бассейн, в основном, связано с -орячими выбросами, а специфических - с холодными (табл.3).

Таблица 3

Содержания (%) основных/специфических примесей по комбинациям выбросов.

Название города ДТ<50 С0 Д,Т>50 С0

V=1 м/с Н=20 м У=10 м/с Н=20 м \Л=10 м/с Н=50 м У=10 м/с Н=50 м \/=10 м/с Н=100 м У=50 м/с Н=250 м

Нижнекамск 0.004 2.16 31.52 66.32

0.38 80.34 13.55 5.73

Альметьевск 7.54 13.57 78.89

0.78 90.02 9.20

Казань 0.63 11.48 0.8 34.76 35.94 16.39

8.12 74.92 1.55 12.79 1.08 1.54

Бугульма 3.97 23.39 72.64

90.41 3.68 5.91

Наб. Челны 1.79 2.59 0.28 95.34

27.89 59.73 0.04 12.34

2.Влияние метеорологических условий на рассеивание примесей на территории Республики Татарстан.

При постоянном режиме выбросов вредных веществ колебания уровня загрязнения происходят под влиянием условий переноса и рассеивания примесей в атмосфере. Повышение концентраций примесей в конкретном районе зависит от определенного сочетания метеорологических параметров.

Поскольку на качество атмосферного воздуха одновременно влияет целый комплекс метеорологических параметров, целесообразно использовать не отдельные метеорологические элементы, а формализованные характеристики, соответствующие определенной метеорологической ситуации. В качестве такой характеристики был использован коэффициент самоочищения атмосферного воздуха К, предложенный Селегей Т.С. Коэффициент К (формула 1) является отношением метеорологических условий, способствующих накоплению примесей, к метеорологическим условиям, способствующим рассеиванию примесей: Рсл+ Рт

К =----------(1)

Рб+Ро

где Рсл-повторяемость скорости ветра 0-1 м/с, Рб-повторяемость скорости ветра > 6 м/с; Ро-повторяемость осадков > 0,5 мм; Рт-повторяемость туманов.

Режим метеорологических величин и явлений на территории РТ изучен за десятилетний период (1987-1997 гг) с периодичностью в месяц по материалам наблюдений метеорологических станций ЦГМС РТ (Арск, Вязовые, Казань- опорная, Дрож-

жаное, Тетюши, Епабуга, Б. Кайбицы, Лаишево, Мензелинск, Муслюмово, Бугульма, Чистополь, Чулланово, Акташ, Азнакаево). Систематизированы основные метеорологические параметры, влияющие на рассеивание примесей : средняя скорость ветра; повторяемость скоростей ветра 0-1,2-3,4-5,6-7,8-9,10-11,12-13, 14-15,16-17,18-20 м/с; дисперсия направлений ветра по румбам; суммарное количество осадков; повторяемость дней с осадками > 0.5, >1, > 1.5 мм; повторяемость туманов. Рассчитаны коэффициенты самоочищения атмосферы по метеостанциям на территории РТ (рис.1 и табл.4).

Рис.1 Комплексная характеристика рассеивающей способности атмосферы (коэффициент Селегей)

Таблица 4.

Распределение параметров, определяющих уровень загрязнения

• самоочищения атмосферы.

Метеостанции Р сл,% Р6,% Рт,% Ро,% К

Арск 23 13 2 36 0.51

Вязовые 15 28 5 33 0.33

Казань-опорная 18 12 3 34 0.46

Дрожжаное 7 37 9 31 0.24

Тетюши 13 30 4 32 0.27

Елабуга 30 14 2 34 0.67

Б. Кайбицы 29 21 1 32 0.57

Лаишево 19 7 7 37 0.59

Мензелинск 32 26 4 33 0.61

Муслюмово 37 7 3 34 0.98

Бугульма 15 32 11 38 0.37

Чистополь 6 26 8 36 0.23

Чулпаново 16 25 4 34 0.34

Акгаш 21 16 2 36 0.44

Азнакаево 35 6 2 36 0.88

В целом по территории РТ условия рассеивания примесей можно считать ограниченно благоприятными. Целесообразно выделить зону с повышенным (0.5< К <1) значением К: Кайбицы, Лаишево - запад РТ, Азнакаево, Сарманово, Муслюмово, Актаныш, Уруссу - восток и юго-восток РТ. Благоприятные условия рассеивания примесей и, соответственно низкие значения К, характерны, в основном,для центральной части РТ: Чистополя, Р.Слободы, Аксубаева и т.д., а также для некоторых населенных пунктов: Дрожжаное, Зеленодольска, Бавлы. Изменчивость значений К по территории РТ составляет 25 %, что подтверждает большое влияние комплекса метеорологических условий на рассеивание примесей в атмосфере.

КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА КАЧЕСТВА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА НА ТЕРРИТОРИИ РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН

Комплексная оценка качества атмосферы требует информации о характери стиках выбросов и метеорологических параметрах. Поскольку ставилась задачг оценить уровень загрязнения атмосферы по данным о суммарном количестве выбро сов, то в качестве обобщенной метеорологической характеристики можно исполь зовать параметр потребления воздуха - ПВ. Он рассчитывается как отношение сум марного количества выбросов (М,т/год) на территории города к средней концентра ции примеси (чср, мг/мЗ) и характеризует способность атмосферы разбавлять и пре образовывать вещества, поступающие от источников выбросов: ПВ = М Л>ср (2)

Параметр ПВ отражает региональные условия рассеивания с учетом всех внутригородских факторов и может быть выражен непосредственно через метеорологические параметры (ПВ„ ),определяющие условия вертикального и горизонтального перемешивания. В качестве таких параметров принимаются средняя высота слоя

и

перемешивания (Н, м), скорость ветра в этом слое (и, м/с), а также характерный размер города (I, км):

ПВ = и*Н2Я(1./Н) (3)

Соответственно, можно получить величину средней концентрации примеси : М

дср=--М(1./Н) (4)

и * Н

Функция {1 (и /Н) учитывает изменение объема потребляемого воздуха в результате увеличения высоты слоя перемешивания в городе по сравнению с окружающей местностью, появления местной циркуляции за счет острова тепла и различий в размерах городов.

Средняя высота слоя перемешивания рассчитана по формуле (5):

Н= 0.76 Н тах , (5)

где Н тах, м - максимальная высота слоя перемешивания, полученная по данным аэрологического зондирования атмосферы (аэрологическая станция, г. Казань).

Максимальная высота слоя перемешивания, осредненная за период 1991-1995 гг., составила 1332 м. Значения функции / Н) для различных характерных размеров городов взяты из литературных данных, полученных экспериментально для большого числа городов.

Поскольку перенос и распространение примесей от выбросов высоких и низких источников обусловлены различными метеорологическими условиями, расчет средней концентрации примеси проводился в зависимости от преобладающих параметров выбросов и характерной скорости ветра в слое перемешивания. Для вредных примесей, поступающих в атмосферу на большой высоте (более 50 м) со значительной скоростью (более 10 м/с) в виде горячих выбросов, среднюю скорость ветра принимали равной 10 м/с. Для ингредиентов, выбрасываемых в виде холодных выбросов (высота источника около 20 м, скорость выхода газовоздушной смеси 1-10 м/с) и аккумулирующихся, в основном, в приземном слое атмосферы, среднюю скорость ветра рассчитывали по данным наблюдений метеостанций. Сравнение экспериментальных и расчетных значений средних концентраций примесей (табл.5) показало удовлетворительное согласование полученных результатов.

Таблица 5.

Экспериментальные и расчетные значения дер для г. Казани

Ингредиент р эк мг/м3 Я р мг/м3 ИЗАр

Диоксид азота 0.015 0.034 0.81

Диоксид серы 0.053 0.06 0.68

Пыль неорг. 0.035 0.06 1.2

Формальдегид 0.0012 0.0028 0.93

Фенол 0.014 0.00248 0.7

При этом величина КИЗА 5,полученная на основе расчетных концентраций составила 4.32,а на основании фактически измеряемых концентраций - 4.45,что позволило использовать этот подход для оценки уровня загрязнения воздушного бассейна по городам и населенным пунктам РТ (табл.6).

Города и населенные пункты проранжированы в зависимости от очередности ор| зации в них систематических наблюдений. Материал представлен картография» изолиниями КИЗА (рис.2).

Рис.2 Комплексный индекс загрязненности атмосферного воздуха на территории Республики Татарстан

Таблица 6.

Оценка уровня загрязненности атмосферного воздуха _по районам Республики Татарстан _

Район КИЗА Район КИЗА

Ч.Ютазинский 17.7 22.Сабинский 2.98

2.Тукаевский 8.77 23.Бугульминский 2.92

З.Муслюмовский 8.43 24.Н.Октябрьский 2.88

4.Алексеевский 7.79 25.Азнакаевский 2.83

б.Лениногорский 7.48 26,Агрызский 2.74

б.Акганышский 7.12 27.Бавлинский 2.58

Район КИЗА Район КИЗА

7. Нижнекамский 6.44 28.Кайбицкий 2.57

8.Альметьевский 6.35 29.3аинский 2.56

Э.Пестречинский 6.31 ЗО.Мензелинский 2.51

Ю.Новошешминский 6.26 31.Сармановский 2.43

И.Черемшанский 6.25 32.Чистопольский 2.17

12.Лаишезский 5.96 ЗЗ.Зеленодольский 2.16

13.Арский 5.49 34.К.Устьинский 1.84

14. Менделеевский 4.55 35. Верхнеуслонский 1.81

15.Буинский 3.89 Зб.Мамадышский 1.47

16.Кухморский 3.79 37.Тетюшский 1.36

17.Атнинский 3.53 38.Р.Слободский 1.35

18.Балтасинский 3.49 ЗЭ.Апастовский 1.32

19.Елабужский 3.44 40. Спасский 1.28

20.Тюлячинсхий 3.31 41 .Дрожжановский 1.27

21 .Аксубаевский 3.16 42. Высокогорский 1.15

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИОРИТЕТНЫХ ИНГРЕДИЕНТОВ, ПОДЛЕЖАЩИХ КОНТРОЛЮ В ВОЗДУШНОМ БАССЕЙНЕ ГОРОДОВ

Инвентаризация промышленных выбросов показала, что в атмосферный воздух городов и населенных пунктов Республики Татарстан поступает множество вредных примесей. Только в Казани их количество составило 180 наименований, причем учитывались ингредиенты, выбрасываемые в количестве не менее 0.0001 т/г. Более 100 вредных примесей содержится в выбросах предприятий городов : Нижнекамск (165 наименований), Альметьевск (109),Набережные Челны (102).Традиционно лидирующее положение занимают ,так называемые, основные примеси, подлежащие обязательному контролю в воздушном бассейне городов. Выбор специфических вредных веществ при организации систематических наблюдений осуществлялся из общих представлений о возможном составе выбросов.

В настоящее время возникла необходимость определить, что из всего набора выбрасываемых в атмосферу специфических загрязняющих веществ необходимо контролировать. Для расчетов была использована методика, предложенная Безуг-лой Э.Ю. Исследования основаны на использовании параметра потребления воздуха (ПВ),т.е. объема воздуха, необходимого для разбавления выбросов Mi (i-ro вещества),либо до уровня концентрации q cp.i:

ПВ, = Mi / q ерл, (6)

либо до уровня концентрации, равной ПДК i (ПВ -л - требуемый): ПВ -л = Mi / ПДК| (7)

Необходимость слежения за изменением концентрации вредного вещества оценивается по соотношениям параметров ПВ т и ПВ. При условии ПВт > ПВ, i-ю примесь следует считать приоритетной. Эти параметры отдельно сравнивались для средних ПВ тер и ПВ ср. (1 этап исследования) и максимальных (ПВ тта* и ПВ тах) концентраций примесей. Для определения ПВТ ср и ПВ ф использовались данные о суммарных выбросах и средней концентрации примеси i-ro вещества в атмосфере города.

Известно, что ПВ зависит от рассеивающей способности атмосферы и характерного размера города. Принимая во внимание, что территория РТ относится к зоне умеренного ПЗА (ПЗА < 3), а характерный размер городов и населенных пунктов с некоторым приближением можно рассчитать исходя из того, что площадь города имеет форму круга и промышленные предприятия равномерно распределены по территории города, определены по семейству прямых зависимости Mi от L вредные примеси, концентрации которых при данных Mi в городе будут превышать ПДК c.c.i. Зависимость меиоду суммарными выбросами Mi, характерным размером города L и средней концентрацией примеси q ср для ETC получена по экспериментальным данным для 80 городов.

На втором этапе исследования выбор специфических примесей для определения их содержания в атмосферном воздухе проводился по максимальной концентрации q max и соответствующей максимально разовой ПДК м.р. и сравнением величин ПВ max и ПВ т.

Значения ПВтах получены из расчета отношения М / q шх для заданных условий выбросов. Максимальная наземная концентрация q таж, создаваемая выбросами, определяется по формуле 7 (ОНД-86): AMFmnj

q max=—--------- ■ (7)

Н (v*z5sT)

где А-коэффициент атмосферной стратификации (с2/3град"3мг/г); М-масса выброса загрязняющей примеси (г/с), поступающей в атмосферу от источника выброса; F,m,n- безразмерные коэффициенты (F зависит от скорости оседания вредного вещества в атмосфере, тип учитывают условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выбросов); Н-высота источника выброса (м);\/-скорость выброса газовоздушной смеси из трубы (м/с);ЛГ-разность между температурой газовоздушной смеси и температурой окружающего воздуха C°;j- безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности.

Если вредное вещество выбрасывается несколькими источниками, то для приближенной оценки ПВ их принимали за один источник, выброс которого равен суммарному выбросу вредного вещества из этих источников, а параметры выбросов соответствуют минимальному значению ПВ, т.е. случаю наибольшего уровня загрязнения воздуха i-тым веществом. В качестве ПВттаж использованы табличные данные, полученные для шести комбинаций параметров выбросов и коэффициента турбулентного обмена А, равного 160. Параметр ПВ тах рассчитан при этих же условиях.

Перечни вредных веществ, полученные по данным о валовых значениях выбросов для всех населенных пунктов РТ на первых местах содержат основные примеси. На втором этапе исследований перечень ингредиентов увеличивается в 2 и более раза и специфические ингредиенты имеют больший приоритет, чем традиционно контролируемые. Так в г. Казани, перечень ингредиентов, полученный на первом этапе исследования содержит 30, на втором - 77 ингредиентов.20 приоритетных ингредиентов результирующего списка приведены в таблице 7, большая часть из них не включена в программу импактного мониторинга. Органические примеси преобладают в перечне, что показывает приоритетность организации контроля именно за органическими токсикантами.

Таблица 7

Приоритетный перечень ингредиентов, подлежащих контролю в атмосфере г. Казани_

*1 .Азота диоксид 11.Углеводороды пред.

2.Этилацетат *12.Бенз(а)пирен

'З.Пыль неорганическая 13.Бутилацетат

4. Ацетон 14.Изопропилбензол

5.Спирт третбутиловый *15. Аммиак

'б.Диоксид серы 16,Циклогексанон

7.Хром шестивалентный *17.0ксид углерода

'8.Фенол 18. Акролеин

Э.Диметилформамид *19.0ксид азота

10. Ксилол 20. Бензол

' - наблюдаемые ЦГМС РТ вредные при- * - наблюдаемые ЦГМС РТ вредные при-

неси меси

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО КОЛИЧЕСТВА И РАЦИОНАЛЬНОГО РАЗМЕЩЕНИЯ ПУНКТОВ НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ЗАГРЯЗНЕНИЕМ АТМОСФЕРЫ.

Исходя из особенностей размещения промышленных предприятий можно пред-юложить чрезвычайно сложный характер распределения концентраций примесей в ггмосферном воздухе.

Количество постов устанавливается прежде всего требованиями, предъявляемыми к точности определения метеорологической величины в заданной точке при штерполяции измеренных значений на соседних станциях. Проблема необходимого 1 достаточного количества ПНЗ может быть решена, если использовать длительный >яд наблюдений в большом числе пунктов, определить распределение средних кон-*ентраций примесей на территории города, а затем оценить погрешность в опреде-юнии концентрации примеси путем постепенного исключения данных измерений в сдельных пунктах. Экспериментально установлено, что при определении концен-рации примеси с погрешностью менее 0,8 ПДК (как правило ошибка интерполяции называется больше ошибок измерения), расстояние между постами оказывается 1авным 10-15 км.

Для определения оптимального количества постов и их рационального разме-дения были рассчитаны максимальные концентрации примесей в ] точке (расчеты роведены для всех ингредиентов из результирующего перечня), создаваемые все-!и источниками выбросов при условии, что значения опасной скорости ветра для их находятся в пределах двух градаций : 0-3 м/с и 4-7 м/с. За основу принята мето-ика ОНД-86. Полагаем, что максимальная концентрация примеси дМ| в ) точке территория г. Казани покрыта сеткой с шагом 400 м), находящейся под воздействи-м 166 источников выбросов, складывается из концентраций примесей от каждого из тих источников:

166

к=1

Для г. Казани систематизированы данные о параметрах выбросов в общей сложности по 8700 источникам. Для уменьшения трудоемкости расчетов источники сгруппированы по параметрам выбросов. Их число составило 166.

Расчет проводился для каждого ингредиента в долях его ПДК с учетом дисперсий направлений ветра по 8 румбам, что является дальнейшим развитием используемой методики. Суммарная степень загрязнения Б в ] - точке узла сетки определялась по уравнению 9:

8 166 80

эЛ \ } (Чм!ш|/ ПДК,)* Оь (9)

1=1 т=1 ¡=1

По данным параметров выбросов всех основных источников загрязнения, расположенных на территории г. Казани, было рассчитано поле максимальных концентраций примесей в долях ПДК. Материал представлен также картографически (рис.3). Роза загрязнения, так же как и роза ветров, имеют формы эллипса, причем их главные направления совпадают между собой и с главной осью эллипса - характерной формой для территории г. Казани.

Зона максимальной степени загрязнения находится в центре города. Для расстановки станций контроля выбиралась \ точка узла сетки с максимальным значением Б. В этой точке устанавливалась первая станция контроля. Затем во всех точках сетки с максимальной степенью загрязнения 8, расположенных в радиусе 5 км, степень загрязнения принимали равной 0. Далее опять выбиралась точка с максимальной Бив ней устанавливалась следующая станция контроля. Указанная процедура повторялась до тех пор, пока на реализуются области с в <5. 5.Оптимальное количество ПНЗ составило 20. Номера станций контроля ранжированы в зависимости от очередности организации наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха (табл.8).

Таблица 8

Ранжирование ПНЗ в зависимости от суммарной степени загрязнения

N Б N N Б N Б

ПНЗ ПНЗ ПН ПНЗ

3

1 120.7 11 9.2 6 13.5 16 6.1

2 38.9 12 9.1 7 12.3 17 5.6

3 26.2 13 8.4 8 11.1 18 4.9

4 22.8 14 7.2 9 9.8 19 4.8

5 18.9 15 6.6 10 9.5 20 4.7

Для ка>вдого поста определены перечни ингредиентов, вносящих наибольший вклад в уровень загрязнения в рассматриваемом районе. В таблице 9 для ПНЗ N 1 приведен список по 16 приоритетным ингредиентам. Остальные примеси на форми-

рование качества атмосферного воздуха влияют в меньшей степени (значения концентраций, нормированных на ПДК, составляют менее 0.5).

Таблица 9

Значения концентраций, нормированных на ПДК для ПНЗ N 1.

N Перечень ингредиентов С/ПДК N Перечень ингредиентов С/ПДК

1 Ксилол 15.8 9 Фенол 2.5

2 Этилацетат 11.5 10 Формальдегид 2.3

3 Соединения хрома (VI) 8.4 11 Пыль неорганическая 1.8

4 Аммиак 8.3 12 Спирт бутиловый 1.3

5 Ацетон 4.9 13 Азота диоксид 1.2

6 Толуол 3.0 14 Азота оксид 1.0

7 Бутадиен 3.0 15 Диоксид серы 0.7

8 Углеводороды (пред.) 2.9 16 Углерода оксид 0.6

Рис.3 Поле загрязнения в г. Казани и схема размещения ПНЗ

Для оценки полноты учета всех источников загрязнения атмосферы в городе проведено сравнение результатов расчета максимальных концентраций qpм с экспе риментальными данными (табл.10).

Таблица 10 Сравнение экспериментальных и расчетных _значений концентраций примесей _

Ингредиент Ч ер „эк ч ф дри чрср

Диоксид азота 0.0480 0.0933 0.0878 0.0403

Диоксид серы 0.0050 0.0121 0.0119 0.0055

Аммиак 0.0320 0.0563 0.0497 0.0023

Формальдегид 0.0030 0.0074 0.0069 0.0032

Фенол 0.0009 0.0036 0.0034 0.0017

Оксид углерода 0.9000 3.8315 2.1020 0.9700

Пыль 0.0350 0.1880 0.0920 0.0420

Оксид азота 0.0600 0.1170 0.1150 0.0530

Для сопоставления данных в качестве многолетнего однородного ряда наблюдений (пятилетний период), для которого максимальные концентрации примесей характеризуются высокой надежностью, использованы фоновые концентрации (я^ф)-Совпадение расчетных и экспериментальных данных достигнуто в пределах ¿<20 440 %). Это позволяет предположить, что все источники, определяющие уровень загрязнения атмосферного воздуха в городе, в основном, учтены.

Выражение 9 можно использовать для оценки в ]-ой точке сетки средней концентрации примеси (ярср), создаваемой всеми источниками выбросов с перебором ловторяемостей направлений ветра. Поскольку неблагоприятные метеорологические условия (кроме направления ветра) для всех источников в городе принимаются одинаковыми, можно предположить: 8 166

где К - коэффициент самоочищения атмосферы. Для г. Казани коэффициент самоочищения атмосферы, осредненный за 10 лет, составляет 0.46. Результаты расчета ярф и сравнения ее с д5Кср приведены в таблице 10. Погрешность сравнения концентраций составляет ±(15т25 %) и может быть признана удовлетворительной.

ВЫВОДЫ:

1.Систематизирован материал по выбросам вредных примесей в атмосферный воздух по территории Республики Татарстан для более, чем 20000 источников выбросов. Выделены 6 типов наиболее характерных для Республики Татарстан комбинаций для основных параметров выбросов, а так же характерные комбинации параметров выбросов для каждого населенного пункта.

2.Изучено распределение метеорологических параметров по территории Республики Татарстан. Рассчитана комплексная характеристика самоочищающей способности атмосферы (коэффициент Селегей - К). Ее изменчивость составила 25 %, что подтверждает большое влияние комплекса метеорологических условий на рассеивание вредных примесей.

3. Рассчитана комплексная характеристика качества атмосферного воздуха и ее распределение по территории Республики Татарстан. Выявлены города и населенные пункты с прогнозируемым высоким уровнем загрязнения и определена очередность организации сети наблюдений. Показана симбатность между характером распределения зоны загрязнения, оцененного по КИЗА, и метеорологическими условиями рассеивания вредных примесей в атмосфере.

4.Впервые составлен приоритетный перечень загрязняющих веществ, вносящих наибольший вклад в уровень загрязнения и подлежащих контролю, для 32 городов и населенных пунктов. Специфика и масштабы антропогенного воздействия на окружающую среду обуславливают первоочередность организации контроля за органическими токсикантами, заполнившими начало и середину списков в большинстве городов и населенных пунктов. Разработанные списки химических загрязняющих веществ увеличены в 2.5 и более раз по сравнению с включенными в программу им-пактного мониторинга.

5. Рассчитано поле максимальных концентраций примесей в атмосферном воздухе в г. Казани с учетом эмиссии вредных веществ и метеорологических условий их рассеивания. Определено оптимальное количество пунктов систематических наблюдений .необходимых для адекватной оценки качества воздушного бассейна г. Казани и их рациональное размещение.

Список опубликованных работ автора по теме диссертации

1 .Шлычков А.П., Жданова Г.Н., Тунакова Ю.А., Будников Г.К. Оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха городов //Всероссийская конференция по анализу объектов окружающей среды " Экоаналитика - 96 ", Тезисы докладов. Краснодар, 1996. - С.303-304.

2.Шлычков А.П., Жданова Г.Н., Тунакова Ю.А., Будников Г.К. Выбор приоритетных загрязняющих веществ, подлежащих контролю в атмосферном воздухе городов '/Всероссийская конференция по анализу объектов окружающей среды " Экоаналитика - 96 ".Тезисы докладов.Краснодар, 1996,- С.301-302.

3.Шлычков А.П., Жданова Г.Н., Тунакова Ю.А., Будников Г.К. Загрязнение при-эодной среды и заболеваемость населения. Тезисы докладов региональной научной сонференции "Окружающая среда и здоровье" .Казань,1996,С.131-132.

4.Шлычков А.П., Жданова Г.Н., Тунакова Ю.А., Будников Г.К. Создание репрезентативной сети мониторинга: Определение приоритетного списка ингредиентов, сонтролируемых в воздушном бассейне урбоэкосистем. Сообщение 1 /Мониторинг, N 1,1997, С. 19-24.

5.Шлычков А.П., Жданова Г.Н., Тунакова Ю.А., Будников Г.К. Создание репре-¡ентативной сети мониторинга: Определение приоритетного

:писка ингредиентов, контролируемых в воздушном бассейне урбоэкосистем. Сооб-цение 2 /Мониторинг, N 3,1997,С.22-28.

6.Шлычков А.П., Жданова Г.Н., Тунакова Ю.А., Будников Г.К. Характеристика 1сточников техногенного загрязнения атмосферы./Мониторинг, N 4,1997,С.14-19.

7.Жданова Г.Н., Тунакова Ю.А., Шлычков А.П., Сабиров Р.И., Будников Г вопросу создания автоматизированной системы контроля и управления качесл атмосферного воздуха./Мониторинг, N 1,1998,С.24-30.

Подписано в печать20.11.98 г. ФорматбО 901.16 Усл. печ.1,25

Заказ 37 Тираж 100

Отпечатано на ризографе в ЦЭСИ при Кабинете Министров РТ Адрес: г.Казань,ул.Ак;Губкина,д.50.

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата химических наук, Тунакова, Юлия Алексеевна, Казань

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ТУНАКОВА ЮЛИЯ АЛЕКСЕЕЬла

РЕПРЕЗЕНТАТИВНОСТЬ СЕТИ МОНИТОРИНГА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА В РЕСПУБЛИКЕ ТАТАРСТАН : ПРИОРИТЕТНЫЕ ПЕРЕЧНИ ИНГРЕДИЕНТОВ И РАЦИОНАЛЬНОЕ РАЗМЕЩЕНИЕ ПУНКТОВ СИСТЕМАТИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ

03.00.16 - экология

диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук

Научные руководители: доктор химических наук профессор Будников Г.К. кандидат химических наук начальник комплексной лаборатории мониторинга окружающей среды ЦГМС РТ Жданова Г.Н. Научный консультант кандидат физико-математических наук доцент Савельев A.A.

Казань,1998 г.

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ.............................................. 3

1.ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ПОСТРОЕНИЯ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ РЕПРЕЗЕНТАТИВНОЙ СЕТИ МОНИТОРИНГА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ).......................................6

1.1. Структура сети мониторинга качества атмосферного воздуха

1.2.Использование расчетного методов при организации сети наблюдений за качеством атмосферного воздуха...........11

1.3.Основные принципы организации сети наблюдений за

состоянием атмосферы в городах и населенных пунктах____14

1.4.Факторы,формирующие уровень загрязнения атмосферного

воздуха................................................18

1.4.1. Техногенные параметры загрязнения....................18

1.4.2.Влияние метеорологических условий на формирование уровня загрязнения...................................23

1.4.2.1. Влияние термической стратификации..................23

1.4.2.2.Влияние инверсий температуры.......................24

1.4.2.3. Влияние направлений ветра..........................25

1.4.2.4.Влияние скорости ветра.............................25

1.4.2.5. Влияние туманов, с-садко?. .........26

1.4.2.6.Комплексные показатели рассеивающей способности атмосферы..........................................2?

1.4.3.Влияние физико-географических особенностей местности...........................................,29

1.5.Оценка качества атмосферного воздуха...................30

1.6. Регулирование качества воздушного бассейна.............35

1.7.Влияние качества атмосферного воздуха на состояние здоровья населения.....................................36

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1.Постановка задачи......................................40

3. ХАРАКТЕРИСТИКА ФАКТОРОВ,ФОРМИРУЮЩИХ УРОВЕНЬ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА В РЕСПУБЛИКЕ ТАТАРСТАН............53

3.1.Характеристика стационарных источников загрязнения атмосферы............................................

3.2.Определение списка предприятий и автохозяйств,которые подлежат систематическому и оперативному (на период НМУ) контролю,категорирование техногенных источников загрязнения..............................

3.2. Комплексная оценка рассеивающей способности атмосферы на территории Республики Татарстан....................68

4. КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА КАЧЕСТВА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА

НА ТЕРРИТОРИИ РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН.....................77

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИОРИТЕТНЫХ ИНГРЕДИЕНТОВ, ПОДЛЕЖАЩИХ КОНТРОЛЮ В ВОЗДУШНОМ БАССЕЙНЕ ГОРОДОВ И НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ......86

6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО КОЛИЧЕСТВА И РАЦИОНАЛЬНОГО РАЗМЕЩЕНИЯ ПУНКТОВ НАБЛЮДЕНИЯ ЗА СОСТОЯНИЕМ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА...............................................102

53

59

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ПРИЛОЖЕНИЯ.......

123 136

Общая характеристика работы

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ; За последние десятилетия особую актуальность приобрели вопросы, связанные с защитой атмосферы от загрязнения .Успешное решение проблемы оздоровления воздушного бассейна во многом зависит от адекватной оценки состояния загрязнения атмосферного воздуха, являющейся основой разработки и принятия мероприятий по минимизации негативных экологических последствий.

В сложившейся ситуации представляется чрезвычайно важным (как для незамедлительных практических действий,так и для планирования на длительную перспективу) наличие хорошо организованной системы мониторинга, специальной информационной системы - системы наблюдений, анализа и- прогноза состояния атмосферного воздуха.

По сравнению с другими объектами природной среды (вода,почва, растительность) атмосферный воздух характеризуется большой пространственной мобильностью и высокой степенью распространения выбросов загрязняющих веществ,что наряду с многообразием путей поступления вредных веществ в атмосферу делает задачу организации сети мониторинга сложной и многоаспектной,

Создание научно-обоснованной системы мониторинга атмосферного воздуха предполагает решение многих задач, основными из которых являются планирование пространственной сети наблюдений и определение перечня загрязняющих веществ, подлежащих обязательному контролю.

ЦЕЛЬ.И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ,Основная цель - оптимизация существующей сети мониторинга атмосферного воздуха, повышение ее репрезентативности .При этом ставились задачи :

1) изучение и систематизация Факторов, формирующих уровень загрязнения атмосферы Республики Татарстан: техногенные параметры выбросов вредных примесей в воздушный бассейн и метеорологические условия их накопления и рассеивания;

2) комплексная оценка качества атмосферного воздуха и тенденция ее изменения по территории республики;

3) определение приоритетного перечня ингредиентов, подлежащих контролю в атмосфере городов и населенных пунктов республики:

4) расчет поля загрязнения в г.Казани,определение оптимального количества и разработка схемы рационального размещения постов систематического контроля качества воздушного бассейна .

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. На построение репрезентативной сети моки-то-

ринга за качеством атмосферного воздуха влияют условия каждого города, т.е масштаб антропогенного воздействия на окружающую среду, природно-климатические условия и хозяйственная специализация города.

Систематизированы в виде специализированных баз данных по территории Республике Татарстан основные факторы, определяющие состояние загрязнения воздушного бассейна:

- техногенные параметры; раньше для изучения загрязнения атмосферы главное внимание уделяли сети наблюдательных пунктов вокруг промышленных предприятий или вокруг группы предприятий, выбросы вредных веществ этими предприятиями изучали недостаточно; как показали проведенные исследования, районирование территории Республики Татарстан по степени загрязнения атмосферы на основании данных инвентаризации предприятий и автохозяйств является единственно возможным, так как систематические наблюдения проводятся только в трех городах и не охватывают все, даже самые загрязненные районы;

- метеорологические условия; при определенном сочетании метеорологических факторов (скорость и направление ветра, приземные и приподнятые инверсии, туманы и др.), так называемых неблагоприятных метеорологических условиях, их вклад в формирование уровня загрязнения атмосферы составляет до 80%; проведена оценка самоочищающей способности атмосферы и ее изменчивости по территории РТ.

Впервые рассчитаны приоритетные списки загрязняющих вещестЕ, подлежащих обязательному систематическому .контролю в воздушном бассейне 32 городов и населенных пунктов РТ.

Проведенные исследования позволили для г.Казани определит! оптимальное количество и рациональное размещение пунктов систематических наблюдений за загрязнением атмосферы .

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ. Сеть мониторинга атмосферноп воздуха в РТ функционирует более 20 лет. За это время претерпел изменения не только промышленный потенциал и хозяйственная специ ализация населеннх пунктов РТ, но и получили развитие подходы организации региональной сети мониторинга.

Существующая сеть мониторинга атмосферы функционирует только трех городах:Казани,Набережных Челнах и Нижнекамске.Очевидно,эtoi недостаточно для адекватной оценки качества атмосферного возду; на территории республики и разработки на ее основе природоохрана

мероприятий.

Детальное изучение основных факторов, вносящих наибольший выпад в загрязненность воздушного бассейна и оценр;а качества атмосферы на территории РТ позволит £ решить следующие практические задачи:

- достоверно оценивать, определять тенденцию и прогнозировать изменение состояния атмосферного воздуха;,

- прогнозировать возможные последствия от антропогенных воздействий;

- осуществлять планирование жилищного и промышленного строительства и выбор районов перспективной застройки;

- оценивать фоновое загрязнение воздушного бассейна;

- разрабатывать в целом комплексы природоохранных мероприятий.

На защиту выносятся следующие положения:

- результаты изучения и систематизации факторов, вносящих основной вклад в формирование уровня загрязнения в РТ (метеорологических условий рассеивания примесей и техногенных параметров выбросов) ;,

- оценка качества атмосферного воздуха на территории РТ;

- приоритетные списки загрязняющих веществ,подлежащих систематическому контролю е воздушном бассейне 32 городов и населенных пунктов РТ;

- результаты определения оптимального количества и рационального размещения пунктов наблюдения за загрязнением атмосферы в г.Казани.

Апробация работы.Основные положения работы докладывались на региональной научной конференции "Окружающая среда и здоровье 'населения" (Казань,1998),ежегодной научной отчетной конференции Казанского государственного университета (1995),конференции молодых ученых по проблемам городского хозяйства и социальной сферы,организованной администрацией г.Казани (1998).Результаты представленного исследования вошли в целевую комплексную программу "Мониторинг окружающей среды Республики Татарстан " , утвержденной Постановлением Кабинета Министров Республики Татарстан от 17.02.97 г.N127.

Представленная работа была инициирована одним из руководителей Гидрометолужбы Шлычковым А.П.

1. ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ СОЗДАНИЯ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ-РЕПРЕЗЕНТАТИВНОЙ СЕТИ МОНИТОРИНГА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

1.1.Структура сети мониторинга качества атмосферного воздуха

Создание эффективных программ,направленных на регулирование качества природных объектов,прежде всего требует адекватной оценки их наблюдаемого состояния и прогноза изменений этого состояния.Получение такой информации является задачей системы мониторинга.

Термин мониторинг появился в начале 70-х годов,в нашей стране общепризнанным стало определение,данное Ю.А.Ивразлем в [13: мониторингом называется система наблюдений,оценки и прогноза состояния окружающей природной среды,позволяющая выделить изменения состояния всей биосферы,и атмосферы в частности, на естественном фоне под влиянием человеческой деятельности.Как следует из [23,под мониторингом при этом понималась система длительных и регулярных наблюдений в пространстве и времени,дающая информацию об окружающей среде,опирающаяся на информацию и некоторые элементы существующих гидрометеорологических служб.

Наиболее универсальным подходом к установлению структуры системы мониторинга является его разделение на блоки:наблюдение,оценка существующего состояния,прогноз,оценка прогнозируемого состояния. Блок-схему систем мониторинга можно представить следующим образом [23 :

ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА (МОНИТОРИНГ)

УПРАВЛЕНИЕ

I-1 I-

¡Наблюдения |-{Оценка факт.состояния

1_I и_

Прогноз

I-!

-]Оценка прогноз.сост-я | и_1

Г

! I

! Регулирование | качества 1 среды |

1_

J

Блоки наблюдение и прогноз тесно связаны между собой,т.к.удовлетворительный прогноз состояния природных обьектов может быть построен лишь на основе достаточно представительной информации об

ее фактическом состояний в настоящем и прошлом.Оценка фактического состояния строится также на основе данных,полученных в системе наблюдений.Следовательно надежность функционирования всей системы мониторинга в целом базируется на первом ее звене - системе наблюдений [3,43.

В середине 90-х годов рядом авторов,в даваемых ими определениях мониторинга,используются элементы управления,сближающие понятие мониторинга с понятием контроля,в отличие от первоначальной концепции мониторинга.Так С.С.Мосияш [53 указывает на то,что одной из главных задач мониторинга является своевременное обнаружение нарушений, связанных с антропогенным воздействием,и принятием на этой основе соответствующих природоохранных решений.Но все же большинство авторов,как на пример [6-103, несмотря на небольшую трансформацию первоначального определения мониторинга,оставляют без изменений сало содержание концепции мониторинга.

Существует несколько видов классификации мониторинга.Наиболее распространена классификация, базирующаяся на территориальном принципе. В соответствии с ней выделяют следующие виды мониторинга атмосферного воздуха:

-Глобальный,проводимый на всем земном шаре или в пределах одного, двух материкоЕ;

-Националаный,проводимый на территории одного государства;

-Региональный,проводимый на большом участке территории одного государства;

-Локальный,проводимый на сравнительно небольшой территории города, района промышленных предприятий и т.д.;

-Точечный мониторинг или мониторинг источников загрязнения,являющимся по сути импактным локальным,максимально приближенным к источнику поступления в окружающую среду загрязняющих веществ.

Особое место занимает фоновый мониторинг,цель которого состоит в получении эталона состояния окружающй среды и ее изменения в условиях возможного минимального антропогенного воздействия.Данные фонового мониторинг а необходимы для анализа результатов всех видов мониторинга.Сам фоновый мониторинг проводится,как правило в рамках глобального или национального, но может быть также организован в рамках локального мониторинга перед разработкой проекта или строительством крупного объекта [11-133.

Атмосферный воздух, испытывающий наряду с другими природными

средами огромное антропогенное воздействие, является наиболее изменчивой частью полной климатической системы, состоящей из пяти физических компонент; атмосфера, океан, криосфера, поверхность суши и биомасса.Многообразие путей поступления вредных веществ в атмосферу и динамичность системы делают организацию репрезентативной сети наблюдений проблемой сложной и многоаспектной.

Эта информационная система характеризует состояние глобальных, региональных и локальных изменений качества атмосферного воздуха и выявляет тенденции его изменения,поэтому систему мониторинга атмосферного воздуха разделяют на подсистемы:глобальный мониторинг, региональный мониторинг и локальный мониторинг.

Глобальный мониторинг атмосферного воздуха осуществляется в рамках Глобальной системы мониторинга окружающей среды (ГСМОС).Целями глобального мониторинга атмосферного воздуха яеляются:

1.Организация расширенной системы предупреждения об угрозе здоровью человека;

2.Оценка глобального загрязнения аимосферы и его влияния на климат;

3.Оценка количества и распределения загрязнителей атмосферы;

.4.Оценка реакции наземных экосистем на загрязнение атмосферы;

5.Создание и усовершенствование системы предупреждений о стихийных бедствиях в международном масштабе.

Конечными целями глобального мониторинга атмосферного воздуха

являются:

1.Установление уровней выбросоЕ загрязнителей ,их распределение в пространстве и времени;

2.Понимание скоростей и величин потоков выбрасываемых загрязнителей и вредных прдуктов их превращений;

3.Обеспечение сравнения пробоотбора и анализов между странами, обмен опытом организации системы мониторинга;

4.Обеспечение информацией в глобальном и региональном масштабе для принятия решений по управлению при борьбе с загрязнениями Е21.

Только очень ограниченное число веществ играет существенную роль в глобальном загрязнении.Это связано с тем,что возможность макромасштабного загрязнения лимитируется Бременем жизни вещества или продуктов его превращения в природных средах.Отрицательные эффекты от могут возникнуть лишь при достаточно больших объемах выбросов, при которых накапливаются значительные количества вещества и

достигаются относительно высокие фоноЕые концентрации [14,151.

Следовательно мониторингу в глобальном масштабе подлежит ограниченное число ингредиентов.К ним относятся основные примеси,такие как оксид углерода,диоксид серы,диоксид азота.Эти примеси выбрасываются е больших количествах повсеместно и характеризуются относительно большим Бременем жизни в атмосфере.А также специфические примеси,такие как взвешенные частицы,озон,сульфаты,свинец,кадмий, ртуть,мышьяк,3,4-бензпирен,ДЦТ и другие пестициды.

Национальный мониторинг состояния атмосферного воздуха в нашей стране осуществляет общегосударственная служба,организованная на базе наблюдательных,оперативных и научных органов Госкомгидроме-та,Госкомприроды,Минздрава России и ряда других ведомств,осуществляющих национальный мониторинг.

Национальная система мониторинга опирается на существующую в Госкомгидромете информационную систему получения,подготов