Введение к работе
Актуальность темы исследования. Аэродром государственной авиации (АГА) относится к числу недостаточно изученных локальных природно-технических геосистем, на территории которого происходит техногенное загрязнение атмосферного приземного слоя (АПС) и почвы в результате эксплуатации воздушных судов (ВС) и обслуживающего их автомобильного транспорта (AT). Тщательное изучение воздействия выбросов загрязняющих веществ (ЗВ) двигателями ВС и AT, а также с объектов АГА на загрязнение АПС было впервые начато в США, где отмечалось, что крупные аэродромы, наравне с автотранспортом мегаполисов, являются локальными источниками загрязнения. Интенсивное развитие мегаполисов привело к тому, что большинство АГА оказались размещенными на их окраинах, как это наблюдается в городе Воронеже. Поэтому геоэкологическое изучение АГА необходимо производить не только как локальной геосистемы, но и при его взаимодействии с городом, расположенным в непосредственной близости.
Концентрация ЗВ в АПС во многом зависит от климатических условий и метеорологических факторов, присущих изучаемому району.
В настоящее время геоэкологические исследования загрязнения атмосферы проводятся по двум направлениям. Первое направление связано с непосредственными наблюдениями за содержанием ЗВ в атмосфере городов. Второе направление включает исследование физических и метеорологических факторов, определяющих условия переноса и рассеивания ЗВ, а также вымывания их из атмосферы. Совокупность из этих двух факторов и обуславливает собственно уровень возможного загрязнения атмосферы.
К сожалению методы метеозависимой оценки геоэкологического состояния атмосферы разработаны в основном для городов. АГА - как локально-техногенные системы гораздо менее исследованы в экологическом плане. Известны индексы эмиссии ЗВ от двигателей ВС, работающих в различных режимах, а также от двигателей автомобилей. Эти данные позволяют оценить только валовые выбросы ЗВ на АГА, но не позволяют оценить пространственное загрязнение атмосферы и почвы на аэродромах. Существующие модели турбулентного рассеяния газообразных ЗВ в атмосфере не могут быть использованы для АГА по следующим причинам:
основной источник эмиссии ЗВ на АГА - площадка предварительной и предполетной подготовки (ППП) - не является для служб обслуживания ВС и управления полетами точечным;
факел отработавших газов (ОГ) воздушного судна является пространственно-распределенным источником ЗВ со сложным распределением температур в нем;
на площадке ППП могут располагаться группировки, содержащие различное количество ВС и средств наземного обслуживания общего применения (СНО ОП).
Загрязнение почв АГА тяжелыми металлами и органическими веществами также исследовано недостаточно, и не существует моделей, позволяющих рассчитать загрязнение почвы в различных метеоусловиях.
Следовательно, разработка научно-методического аппарата метеозависимой оценки геоэкологического состояния окружающей среды на АГА, позволяющего оценить экологический риск для персонала аэродрома и дать объективные рекомендации по его работе в загрязненных зонах аэродрома, является весьма актуальной научной задачей.
Объект исследования - приземный слой атмосферы и почва на территории аэродрома государственной авиации - локальной природно-техногенной геосистемы.
Предмет исследования - научно-методический аппарат метеозависимой оценки геоэкологического состояния окружающей среды на АГА.
Цель исследования - разработать методику метеозависимой оценки геоэкологического состояния окружающей среды на аэродромах государственной авиации и оценки экологического риска для персонала аэродромов.
Для достижения данной цели необходимо было решить следующие задачи:
-
Проанализировать выбросы ЗВ от ВС и СНО ОП на территории АГА, и обосновать выбор источника эмиссии. Произвести экспериментальные измерения пространственно-временного распределения концентраций основных ЗВ на площадке ППП, обосновать квазистационарность турбулентного источника ЗВ, и оценить удельные выбросы газообразных ЗВ от одного самолета и одного автомобиля на площадке ППП. Экспериментально исследовать загрязнения почв аэродрома «Воронеж-Б» аэрозолями тяжелых металлов и органических веществ.
-
Построить метеозависимую модель рассеяния газообразных ЗВ от пространственного источника эмиссии, рассчитать пространственное распределение полей загрязнения оксидом углерода и диоксидом азота на аэродроме «Воронеж-Б», а также регламентировать работу персонала в зонах загрязнения.
-
Построить метеозависимую модель загрязнения почвы аэрозольными частицами, содержащимися в ОГ ВС и СНО ОП, и оценить возможные уровни загрязнения почв АГА.
-
Разработать методику метеозависимой оценки геоэкологического состояния окружающей среды на АГА и оценки метеозависимого экологического риска для персонала аэродрома. Разработать систему организационно-технических мероприятий, снижающих экологический риск.
Область исследования. Содержание диссертационной работы соответствует паспорту специальности 25.00.36 - Геоэкология (Науки о Земле, географические науки) по следующим пунктам области исследований: 1.12. Геоэкологический мониторинг и обеспечение экологической безопасности, средства контроля; 1.14. Моделирование геоэкологических процессов; 1.17. Геоэкологическая оценка территорий.
Основными методами исследования являются: физико-географический; математического моделирования и статистической обработки исходных данных.
Информационную базу исследования составили экспериментальные наблюдения за состоянием воздушной среды и почвы в районе площадки ППП аэродрома «Воронеж-Б» за период с 2010 по 2012 годы, проведенные лично автором. Измерения концентрации ЗВ произведены на стационарных и передвижных постах наблюдения в период подготовки и производства полетов при различных метеоусловиях в теплый и холодный периоды. Всего произведено 756 измерений. Обработка и анализ полученных данных производились с использованием стандартных программно-инструментальных средств MSExcel, Statistica, Mathcad.
Достоверность результатов работы подтверждена использованием большого объема исходных экспериментальных данных, полученных с помощью современных приборов, применением адекватных физических законов и математических методов для расчета концентрации загрязняющих веществ, и удовлетворительным совпадением численных расчетов и результатов экспериментов.
Научная новизна исследования заключается в том, что:
-
Построена полуэмпирическая метеозависимая модель горизонтальной диффузии газообразных ЗВ, отличающаяся тем, что возможно рассчитать рассеяние газообразных ЗВ в различных метеоусловиях от пространственного источника эмиссии при любом составе расположенной на нем группировки, состоящей из ВС и СНО ОП.
-
Построена метеозависимая модель загрязнения почвы аэрозольными частицами, содержащимися в ОГ ВС и СНО ОП, отличающаяся тем, что позволяет оценить
загрязнение почвы в различных метеоусловиях при любых размерах и плотностях аэрозольных частиц.
3. Разработана методика метеозависимой оценки геоэкологического состояния окружающей среды на АГА, отличающаяся возможностью оценки метеозависимого экологического риска для персонала аэродрома и объективностью регламентации работы персонала в зонах загрязнения.
Теоретическая значимость работы. Построены метеозависимые модели загрязнения атмосферы и почвы от пространственного источника эмиссии, на базе которых предложен научно-методический аппарат метеозависимой оценки геоэкологического состояния окружающей среды АГА, позволяющий оценить риск для здоровья персонала, работающего в зоне подготовки ВС к полетам.
Практическая ценность работы. Выполненная работа направлена на повышение эффективности оценки геоэкологического состояния окружающей среды на аэродромах государственной авиации в различных метеоусловиях, реализацию объективной регламентации работы персонала в загрязненных зонах аэродрома, и разработку комплекса природоохранных мероприятий по снижению экологической опасности АГА для окружающей среды и персонала. Оценен вклад аэродрома «Воронеж-Б» в загрязнение атмосферы и почвы г. Воронежа.
Апробация и внедрение результатов работы. Основные научные положения, теоретические и практические результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на: Всероссийской научно-практической конференции «Информационные технологии в подготовке специалистов наземного обеспечения авиации» (ВАИУ, г. Воронеж, 2008 г.); 14-ой межрегиональной научно-практической конференции «Высокие технологии в экологии» (ВГАСУ, г. Воронеж, 2011 г.); Международной научно-практической конференции «Защита в чрезвычайных ситуациях» (СевКавГТУ, г. Ставрополь, 2011 г.); 15-ой межрегиональной научно-практической конференции «Высокие технологии. Экология» (ВГАСУ, г. Воронеж, 2012 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Приоритетные направления экологической реабилитации Воронежского водохранилища» (г. Воронеж, 2012 г.); Научно-практической конференции «Высокие технологии. Экология» (ВГАСУ, г. Воронеж, 2013 г.); VIII-ой международной научно-практической конференции «Теоретические и практические аспекты развития современной науки» (г. Москва, 2013 г.).
Основные положения, выдвигаемые на защиту:
-
Полуэмпирическая метеозависимая модель диффузного рассеяния газообразных ЗВ от пространственного источника эмиссии.
-
Метеозависимая модель загрязнения почвы аэрозольными частицами, содержащимися в ОГ ВС и СНО ОП, от пространственного источника эмиссии.
-
Методика метеозависимой оценки геоэкологического состояния окружающей среды на АГА и метеозависимого экологического риска для персонала аэродрома.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы из 167 источников, в том числе 14 на иностранном языке, изложена на 170 страницах машинописного текста, включает 53 таблицы и 32 рисунка.
Похожие диссертации на Научно-методический аппарат метеозависимой оценки геоэкологического состояния окружающей среды на аэродроме государственной авиации
