Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Геоэкологическая обстановка пос. ямбург и прилегающей территории 12
1.1. Физико-географическая характеристика района 12
1.2. Рельеф 13
1.3. Климатические условия 15
1.4. Гидрологическая характеристика местности .18
1.5. Почвенный покров 19
1.6. Растительный мир .23
1.7. Краткая характеристика геологической среды месторождения 23
Глава 2. Влияние метеорологических факторов на загрязнение воздушного бассейна
2.1. Факторы, влияющие на формирование качества атмосферного воздуха .26
2.2. Характеристика метеорологических элементов
2.2.1. Температура 29
2.2.2. Влажность .31
2.2.3. Скорость и направление ветра .32
2.2.4.Давление 33
2.3. Загрязняющие вещества и их трансформация .34
2.3.1. Оксид углерода 36
2.3.2. Углеводороды 37
2.3.3. Соединения азота 39
2.3.4. Oзон 40
2.3.5. Физико-химическая и биогеохимическая трансформация загрязняющих веществ .41
2.4. Загрязняющие вещества как фактор экологической опасности в районе газодобычи .45
Глава 3. Мониторинг загрязнения населенного пункта .48
3.1. Принципы организации сети наблюдений в городах .48
3.1.1. Организация мониторинга атмосферы на стационарных постах ..49
3.1.2. Организация мониторинга воздушной среды в пос.Ямбург 51
3.2. Характеристика измерительного комплекса 52
Глава 4. Оценка загрязнения воздушного бассейна пос.Ямбург 60
4.1. Показатели загрязнения воздушного бассейна 61
4.2. Фоновые характеристики атмосферного воздуха пос. Ямбург .66
4.3. Влияние основного производства на загрязнение атмосферного воздуха 67
4.4. Влияние вспомогательного производства на загрязнение атмосферного воздуха .72
4.5. Методы оценки качества атмосферного воздуха .79
4.6. Риски от загрязнения атмосферного воздуха 85
Глава 5. Моделирование условий загрязнения атмосферного воздуха пос. ямбург . 89
5.1. Методика выделения наихудших метеорологических условий для рассеивания примесей 89
5.1.1. Оценка влияния метеопараметров на качество атмосферного воздуха на основе результатов корреляционного анализа 90
5.1.2. Оценка влияния метеопараметров на качество атмосферного воздуха на основе результатов факторного анализа .92
5.1.3. Оценка влияния метеопараметров на качество атмосферного воздуха на основе результатов канонического анализа 101
5.1.4. Оценка влияния метеопараметров на качество атмосферного воздуха на основе результатов регрессионного анализа 105
5.2 Типизация погодных условий рассеивания примесей 107
5.3. Применение разработанной типизации для оценки загрязнения атмосферного воздуха .114
Заключение .118
Список литературы
- Климатические условия
- Характеристика метеорологических элементов
- Организация мониторинга атмосферы на стационарных постах
- Оценка влияния метеопараметров на качество атмосферного воздуха на основе результатов факторного анализа
Введение к работе
Актуальность темы. Среди факторов неблагоприятного воздействия окружающей среды (ОС) на человека и инфраструктуру приоритетным считается загрязнение атмосферного воздуха из-за нарастающего объема эмиссии газов и аэрозолей антропогенного происхождения. Поэтому его эффективная охрана сегодня является одной из главных экологических проблем.
В воздухе присутствует множество разнообразных веществ,
взаимодействующих друг с другом одновременно, и каждый процесс, так или
иначе, влияет на многие другие. В районах Крайнего Севера, учитывая
высокую чувствительность компонентов ОС, неблагоприятные климатические
условия – первое звено в цепочке геоэкологических последствий,
формирование которых необходимо прогнозировать. Сочетание
неблагоприятных метеорологических условий (НМУ) создает ситуации повышенного риска накопления загрязняющих веществ (ЗВ) и их последующего перераспределения между компонентами ОС. В этой связи необходим мониторинг атмосферного воздуха, а также создание моделей и методик для выявления НМУ, влияющих на рассеивание примесей.
В пределах жилой зоны ООО «Газпром добыча Ямбург» мониторинг атмосферного воздуха проводится с 2006 г. посредством автоматического поста экологического контроля (АПЭК) – единственного пункта такого класса в России, размещенного за полярным кругом. Полученные данные уникальны и представляют огромный научный и практический интерес при оценках качества среды обитания населения Крайнего Севера, в том числе при оценке качества атмосферного воздуха. Под качеством атмосферного воздуха понимается совокупность физических, химических и биологических свойств атмосферного
воздуха, отражающих степень его соответствия гигиеническим нормативам качества атмосферного воздуха и экологическим нормативам качества атмосферного воздуха (Федеральный закон от 04.05.1999 № 96-ФЗ (ред. от 25.06.2012) «Об охране атмосферного воздуха»).
Актуальность проводимых исследований состояния атмосферы вызвана еще тем, что по данным Росгидромета за последние 100 лет среднеглобальная температура воздуха выросла на 0,6 ± 0,2 С. Арктика оказалась подверженной изменчивости в наибольшей степени. Поэтому активизация экономических интересов ПАО «Газпром» в арктической зоне России должна сопровождаться мониторинговыми исследованиями, и в первую очередь – за состоянием воздуха в крупных промышленных узлах.
Степень научной разработанности проблемы. Состояние загрязнения атмосферного воздуха в различных районах земного шара оценивается в работах Израэля Ю.А., Смирновой И.В., Ровинского Ф.Я., Шуцкой А.Б. и др. Климатическим условиям распространения примесей в атмосфере, а также прогнозу загрязнения атмосферы посвящены труды Безуглой Э.Ю., Берлянда М.Е., Елекоевой Л.И., Сонькина Л.Р., Свинухова В.Г. и др. В работах Акоповой Г.С., Белана Б.Д., Рассказчиковой Т.М. и других оценивается качество атмосферного воздуха в нефтегазодобывающих районах. Разработкой нормативной базы и автоматическим контролем атмосферного воздуха занимаются сотрудники ОАО «НИИ атмосфера» Миляев В.Б., Шатилов Р.А., Горбунова С.С., Столярова С.А. и др.
В газовой отрасли в 2003 г. введен в действие ВРД 39-1.13-081-2003 «Система производственного экологического мониторинга на объектах газовой промышленности. Правила проектирования». Наблюдение за состоянием атмосферного воздуха выделены в самостоятельную специализированную подсистему «Мониторинг атмосферного воздуха», для которой определен регламент функционирования АПЭК. Научные принципы построения такой системы (ПЭМ) разработаны Ярыгиным Г.А., Темкиным В.М., Равиковичем В.И., Бухгалтером Э.Б., Самсоновым Р.О., Будниковым Б.О. и др. Однако
математическое моделирование процессов формирования качества
атмосферного воздуха и представление информации пользователю, а также обоснование НМУ сформулированы в ВРД лишь в самом общем виде.
Цель исследований: оценить роль метеорологических параметров в
формировании качества атмосферного воздуха, выявить возможные
предикторы и создать краткосрочный прогноз его загрязнения на примере пос. Ямбург.
Задачи для достижения поставленной цели исследования:
-
оценка современного состояния воздушного бассейна пос. Ямбург;
-
выбор и обоснование оптимальных критериев оценки качества атмосферного воздуха;
-
выявление временных интервалов для оценки разнообразия условий рассеивания примесей (включая НМУ);
-
построение статистических моделей связи метеорологических факторов и параметров качества атмосферного воздуха;
-
типизация погодных условий, формирующих различные классы атмосферного загрязнения пос. Ямбург для краткосрочного прогнозирования уровней концентраций ЗВ;
-
разработка алгоритма исследований в целях адаптации краткосрочного прогноза к другим территориям полярных областей.
Объект исследования – атмосферный воздух в локальной жилой зоне нефтегазодобывающего предприятия пос. Ямбург.
Предмет исследования – концентрации ЗВ и данные метеопараметров для целей краткосрочного прогноза качества воздуха на территории пос. Ямбург.
Область исследования. Работа соответствует следующим пунктам паспорта специальности: п.1.10. Разработка научных основ рационального использования и охраны водных, воздушных, земельных, рекреационных, минеральных и энергетических ресурсов Земли, санация и рекультивация земель, ресурсосбережение; п.1.12. Геоэкологический мониторинг и обеспечение экологической безопасности, средства контроля; п.1.14. Моделирование
геоэкологических процессов; п.1.17. Геоэкологическая оценка территорий. Современные методы геоэкологического картирования, информационные системы в геоэкологии. Разработка научных основ государственной экологической экспертизы и контроля.
Теоретическая и методологическая основа исследования. Для обработки исходных данных применялись методы многомерного анализа; Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий (ОНД–86); Методы определения фонового загрязнения в городах; количественная оценка риска загрязнения воздуха для здоровья населения.
Исходные данные. Концентрации вредных примесей и параметры метеорологических условий на территории пос. Ямбург за 2006г., 2008 г., полученные АПЭК с 20 мин. интервалом измерений (всего свыше 600 тыс. данных):
-
массовые концентрации: оксида азота (NO); диоксида азота (NO2); оксидов азота (NOx); оксида углерода (СО); озона (О3); суммарных углеводородов (CnHm); метана (СН4); кислорода (О2);
-
метеопараметры: скорости ветра; направления ветра; температуры; относительной влажности; атмосферного давления и др.
Проверка краткосрочного прогноза проведена на данных, полученных АПЭК с 2009-2015 г. В ходе исследования использованы данные аналитических отчетов ООО «Газпром добыча Ямбург» за 2006-2014 гг., томов ПДВ 2004-2016 гг.
Защищаемые положения.
1. Химический состав загрязнения атмосферного воздуха формируется за
счет местных источников, что подтверждено моделированием и
специализированными расчетами. Стационарные источники Ямбургского
нефтегазоконденсатного месторождения (ЯНГКМ), практически не влияют на
качество воздуха в поселке, в том числе при НМУ.
2. Статистическое моделирование для выделенных периодов с НМУ
рассеивания примесей позволило количественно оценить приоритетное влияние
температуры и скорости ветра на уровни концентраций ЗВ в течение всего года, вклад которых изменяется в широких пределах. Полученные модели позволяют обосновано формировать списки предикторов при построении типизации.
3.Типизация погодных условий, построенная на основе взаимодействия метеопараметров и ЗВ в выделенных временных интервалах, позволяет осуществлять краткосрочный прогноз загрязнения атмосферного воздуха.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1.Впервые для района на основе непрерывных измерений параметров воздуха разработаны принципы выделения критических ситуаций, при которых возможно превышение нормативных показателей.
2.Построена обобщенная графическая модель, дающая представление о взаимосвязи рассматриваемых параметров качества воздуха и метеоусловий.
3.На основании проведенного моделирования разработана типизация погодных условий в рассматриваемом районе, формирующих различные классы качества атмосферного воздуха.
4.Предложена методика краткосрочного прогноза загрязнения воздуха, в основу которой положена типизация погодных условий.
Практическая значимость. Результаты исследований могут быть использованы для краткосрочного прогноза качества воздуха в населенных пунктах Крайнего Севера. Особую актуальность они приобретают в периоды НМУ.
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены на: Ежегодных конференциях РУДН «Актуальные проблемы экологии и природопользования» (Москва, 2007 -2011); III Международной научной конференции молодых ученых «Водные ресурсы, экология и гидрологическая безопасность» (Москва ИВП РАН, 2009); Международной научной конференции (Иркутск, 2010), IV Международной научно-практической конференции « Молодежь и наука: реальность и будущее» (Москва, 2011); Х Международной конференции по мерзлотоведению (Салехард, 2012); VI Международной конференции «Экогидромет – 2012» (Санкт – Петербург, 2012); 30-й всероссийской
научно-производственной конференции «Охрана окружающей среды на объектах нефтегазового комплекса» (Альметьевск, 2012). Материалы работы использованы при реализации проекта «Разработка экспертной системы реабилитации геологической среды, загрязненной нефтепродуктами, на основе принципов самоорганизации для территории стран СНГ», в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России» на 2014-2020 годы» (Соглашение 14.584.21.0011 от 28.11.2014; идентификатор проекта RFMEFI58414X0011).
Публикации. Результаты исследования представлены в 19 публикациях, из них 6 статей, опубликованные в журналах из перечня ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, содержит 17 рисунков, 25 таблиц, список литературы, состоящий из 120 источников.
Климатические условия
Левый берег Оби имеет повышенный и пересеченный рельеф: заболоченные пространства между водоразделами, высоты которых местами превосходят 200 м над уровнем моря. Правобережная, материковая часть представляет собой слегка всхолмленное плато с небольшим уклоном на север. Наиболее приподнятые участки низменности находятся на юге округа в пределах Сибирских увалов. Поверхность Ямальского, Тазовского и Гыданского полуостровов, особенно прибрежных террас, расчленена густой сетью оврагов, логов, ложбин и мелких речных долин. Поймы рек иногда достигают десятков километров ширины, и нередко представляют собой песчаные равнины, незакрепленные растительностью; многие поймы сильно заболочены и изрезаны многочисленными старицами и протоками [81].
Для территории типично слитное залегание многолетнемерзлых пород. Несквозные таликовые зоны приурочены к руслам больших рек (Пойловояха, Нгарка-Пойловояха, Таркатедаяха, Собетьяха и др).
Для морских глинистых и супесчано-суглинистых отложений характерна мелкосетчатая и мелкослоистая криогенная текстура, образуемая миграционным льдом. Для песчаных и песчано-галечниковых отложений характерна массивная криогенная текстура, образуемая льдом - цементом.
Основным типом мерзлотного рельефа на территории месторождения являются полигональные формы, связанные с морозобойным трещинообразованием. Преобладающими являются бугры пучения, блочный рельеф, солифлюкция, термокарст, наличие валов ледникового происхождения, ледяные бугры высотой 1-2 м.
Современные экзогенные процессы на данной территории представлены криогенными и эрозионными разновидностями. Эрозионные процессы наблюдаются чаще всего в прибровочной части долины ручьев и рек и проявляются в интенсивном развитии овражной сети.
Высокоширотное расположение территории, небольшой приток солнечной радиации, значительная удаленность от теплых воздушных и водных масс Атлантического и Тихого океанов, равнинный рельеф, открытый для вторжения воздушных масс с Арктики в летнее время и переохлажденных континентальных масс зимой, определяют резкую континентальность и суровость климата. На формирование климата влияют многолетняя мерзлота, близость холодного Карского моря, глубоко впадающие в сушу морские заливы, обилие болот, озер и рек. Не меньшее влияние оказывает азиатский континент, что проявляется в хорошо выраженных зимне-летних особенностях трансформации воздушных масс и возрастания континентальности климата с северо-запада на восток [21].
Климат района континентальный, с суровой продолжительной зимой (9–9,5 месяцев) и коротким прохладным летом, формируется под воздействием Северного Ледовитого океана и многолетней мерзлоты. Для территории характерны избыточная влажность и мощный снежный покров. Продолжительность сохранения снежного покрова - 280 – 300 дней. Годовое количество осадков в среднем около 400 мм. Среднемесячная относительная влажность воздуха наиболее холодного месяца составляет 78 %, а наиболее теплого месяца – 70 %. Средняя температура воздуха зимой минус 24 – 26 С, минимум температур достигает минус 59С. Редким потеплениям сопутствует усиление ветра, перерастающее, как правило, в бураны и метели. В эти периоды характерны резкие перепады атмосферного давления (до 60 мм. рт. ст. в течение 6-8 часов).
Среднемесячные скорости ветра составляют 5–7 м/сек. Максимальные скорости ветра иногда превышают 40 м/сек., при этом ухудшается видимость до 3-5 метров. Преобладающее направление ветра за период с декабря по февраль – юго-западное, а за июнь – август – северное. Количество солнечного тепла в два раза меньше, чем в умеренном климате. Радиационный баланс колеблется от 600 до 1000 МДж/м2. Лето короткое, прохладное, заморозки возможны во все месяцы года. Средняя температура воздуха наиболее теплого месяца 20С. При этом особенностью тундр являются длинные летние дни (сияние солнца в июне достигает 24 ч.), а продолжительность самого короткого дня в декабре – 1 час 7 минут.
Способность воздушного бассейна рассматриваемой территории к самоочищению определяется его способностью к разложению, вымыванию и рассеиванию загрязняющих веществ антропогенного происхождения, а также климатическими условиями данного района.
Повторяемость приземных инверсий в данном регионе составляет 30 – 40 %, а средняя мощность приземных инверсий находится в пределах 0,4 – 0,5 км [33]. В годовом ходе приземных инверсий четко проявляется зимний максимум. Этому способствует установление сибирского антициклона с преобладанием ясной тихой погоды, когда очень развиты процессы излучения и происходит сильное выхолаживание подстилающей поверхности и слоев воздуха. Весной увеличивается скорость ветра, что создает благоприятные условия для рассеивания выбросов антропогенного происхождения. Однако способность атмосферы к разложению вредных примесей невысока, это связано с количеством ультрафиолетовой радиации и температурным режимом рассматриваемой территории. Так же надо отметить, что пос. Ямбург характеризуются неблагоприятными условиями для вымывания примесей антропогенного происхождения.
Характеристика метеорологических элементов
Сток (вымывание и осаждение) вредных компонентов выбросов из атмосферы происходит селективно в зависимости от их физико-химических свойств (смачиваемости, растворимости, а также от реакционной способности). Для практического прогнозирования воздействия на природную среду атмосферных поллютантов необходимо учитывать, также климатические факторы. Процессы окисления ЗВ оксидантами ускоряют их трансформацию, в том числе, обезвреживание и осаждение, однако, при этом могут появляться вторичные, третичные и другие загрязнители. К числу важнейших окислителей, присутствующих в атмосфере, относят кислород, озон, радикал-частицы ОН, NO2, перекись водорода.
Присутствие метана в воздушной среде связано с различными природными и антропогенными источниками: химической трансформацией органического вещества и микробной активностью почв при их избыточном увлажнении, термической трансформацией осадочных пород и техногенной деятельностью, связанной с добычей углеводородного сырья. Химическая трансформация метана в атмосфере, в результате которой происходит образование озона и радикалов ОН, является основным механизмом его удаления из воздушной среды. Эти реакции усиливаются в присутствии оксидов азота. Из других стоков некоторое значение имеют поглощение метана почвенными бактериями и уход в стратосферу; но вклад этих процессов в суммарный сток метана менее 10%. В силу того, что молекулы метана слабо растворимы в воде, их удаление из атмосферы осадками затруднено. Таким образом, поступлением метана в наземные экосистемы за счет атмосферных выпадений можно пренебречь. Из вышесказанного, следует, что экологические и геоэкологические риски эмиссии метана на локальном и региональном уровнях не наблюдаются.
В тоже время, увеличение концентраций метана в атмосфере в глобальном масштабе имеет большие экологические последствия в связи с тем, что метан относится к числу парниковых газов, наряду с углекислым газом и закисью азота. Парниковая активность метана примерно в 21 раз выше, чем у углекислого газа. Однако управление процессами трансформации и переноса метана в атмосфере в глобальном масштабе практически исключено. В настоящее время предупреждение экологических рисков, связанных с вовлечением метана техногенного происхождения в глобальную воздушную миграцию, возможно на основе балансовых оценок и регулирования суммарных потоков техногенного метана на региональном, отраслевом и национальном уровне.
Важным аспектом биогеохимии метана является его продуцирование в больших количествах в болотных экосистемах. Однако, экспериментальные оценки эмиссии метана от западносибирских болот сильно разнятся (от 0,1 до 40 мг/м2 в час) [9]. Заметное влияние на интенсивность потоков метана оказывают температурные условия. Есть данные, что увеличение средней годовой температуры на 1С может усилить микробиологические процессы выделения метана из переувлажненных и болотных почв примерно на 10%. С учетом активного развития процессов обводнения, характерных для территорий освоения тундровых месторождений углеводородного сырья и ведущих к сокращению доли мерзлых грунтов в почвенном покрове, можно предположить увеличение суммарных потоков «природной» эмиссии метана на региональном уровне [84].
Таким образом, корректно оценить вклад техногенных источников эмиссии метана от объектов ООО «Газпром добыча Ямбург» в суммарный региональный поток метана и провести параметризацию соответствующих рисков не представляется возможным в силу отсутствия критериев и экспериментальных данных для подобных оценок.
Аналогичные выводы могут быть сделаны в отношении оксида углерода. Несмотря на то, что оксид углерода относится к числу ядовитых газов, в обычных условиях в воздушной среде (вне закрытых помещений) он присутствует в минимальных концентрациях, не опасных для живых организмов. Оксид углерода плохо растворим в воде (его растворимость ниже, чем у диоксида углерода). Его «обезвреживание» в ОС происходит преимущественно за счет окисления в воздухе до диоксида углерода. Кислород, присутствующий в шлейфе выброса при сжигании углеводородов, окисляет выбрасываемую окись углерода до двуокиси достаточно быстро. Окисление за пределами шлейфа, как полагают, происходит в основном за счет озона; максимальное время существования СО в атмосфере ограничено несколькими месяцами.
Представленные данные мониторинга концентраций оксидов углерода в воздушной среде на объектах ООО «Газпром добыча Ямбург» свидетельствуют об отсутствии превышений допустимого содержания данного класса поллютантов.
Несколько иная ситуация характерна для выбросов оксидов азота (NO и NO2), которые участвуют во множестве реакций, активно происходящих в атмосфере.
В условиях летнего солнечного дня (пик содержания в атмосфере озона и других атмосферных оксидантов) происходит быстрое окисление оксида азота до диоксида азота, который реагирует далее с образованием следующих продуктов. Надо отметить, что NO трансформируется в NO2 по любой из приведенной реакции с увеличением массы в 1,53 раза [92]: (1) O + NO = NO2 + hv (2) 2NO + O2 2NO2 (3) NO + NO NO2 + N Около 13% превращается непосредственно в азотную кислоту, примерно 45% образует пероксиацетилнитраты, 13% - нитрат-ион, 4% -пентаоксид диазота (N2O5), и приблизительно 25% - триоксид диазота (который реагируя с NO2, образует N2O5, который также гидролизуется до азотной кислоты). Окислительная способность образуемого пероксиацетилнитрата сопоставима с озоном, и оба эти соединения отличает повышенная скорость осаждения на растениях, что приводит к их деградации и гибели.
Организация мониторинга атмосферы на стационарных постах
Непосредственными агентами воздействия на месторождениях газа являются все технологические объекты, необходимые при разработке месторождений и добыче углеводородов: площадки кустового бурения, подъездные дороги, трубопроводы, линии электропередачи, дожимные насосные станции (ДНС), компрессорные станции (КС), центральные пункты сбора и подготовки нефти (ЦПС), базы производственного обслуживания, карьеры и др [40].
Освоение газоносных территорий состоит из нескольких стадий: разведка; обустройство месторождений; строительство систем магистральных газопроводов; эксплуатация [6]. Каждая из этих стадий отличается видами, интенсивностью, уровнями воздействия и степенью преобразования природной обстановки.
На этапе бурения скважин происходят выбросы в атмосферу при продувках и разгерметизации оборудования, открытое аварийное фонтанирование, отходящие газы от силовых приводов и передвижных источников загрязнения.
На стадии строительства объектов происходят выбросы от стационарных теплоэнергетических объектов, от временных поселков строителей, трубосварочных баз и передвижных установок (транспортной и строительной техники), выбросы газа при пневматическом испытании трубопроводов.
При эксплуатации происходят выбросы в атмосферу при плановых продувках и разгерметизации устьевого оборудования, от продувочных свечей, от печей регенерации диэтиленгликоля (ДЭГ), цехов компримирования газа, от факельного хозяйства объектов энерго- и теплоснабжения [68]. Источником загрязнения ОПС также является промысловый и магистральный трубопроводный транспорт [66]. Загрязнение атмосферы происходит при пневматических и гидравлических испытаниях, плановых очистках внутренних полостей, разгерметизации запорной арматуры и образовании свищей, аварийных отказах. Также происходят выбросы в атмосферу от газоперекачивающих агрегатов (ГПА), продувочных свечей, разгерметизации оборудования.
В заключении, надо отметить, что любые технические сооружения на промыслах являются источниками техногенных потоков, различающихся по составу, концентрациям и объемам выбрасываемых в природу веществ [39].
Для оценки влияния предприятия на загрязнение атмосферного воздуха используют показатель «категория опасности предприятия» [50]. Его физический смысл заключается в том, что он показывает условный объем воздуха, который необходим для разбавления всех загрязнителей на территории предприятия до уровней среднесуточных ПДК. Для оценки категории опасности предприятия используют следующую формулу [97]: КОП = 1{j }a, (3) где п - количество вредных веществ, выбрасываемых предприятием, Mt -масса выброса /-го вещества, щ- безразмерный коэффициент, позволяющий соотнести степень вредности /-го вещества с вредностью вещества 3-го класса опасности [82]. Если КОП 106, предприятие относится к первой категории опасности, при КОП = 104… 106 - ко второй, при КОП = 103… 104 -к третьей, если КОП 103 - к четвертой категории опасности.
По данным наших расчетов рассматриваемое газодобывающее предприятие относится к предприятиям II категории опасности. Эти предприятия создают вокруг себя значительные по площади и интенсивности зоны загрязнения, следовательно, необходимо оценивать влияние данного предприятия на состояние атмосферы в поселке. Отметим, что согласно СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 «Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов» предприятия по добыче, переработке и транспорту природного газа относят к предприятиям I класса опасности, следовательно, санитарно-защитная зона (СЗЗ) равна 1000 м [89].
Количество вредных веществ, поступающих в атмосферу в районе ЯНГКМ в 2006 – 2008 г. по Надымскому району приведены в таблице 7 [2,3,4]. Из данной таблицы видно, что наибольшее количество выбросов от объектов ЯНГКМ приходится на метан. Источники его выбросов рассмотрены в приложение А.
Несмотря на значительные выбросы метана, отмечается устойчивое снижение валовых выбросов по всем ЗВ в атмосферу почти на 5 тыс.тонн, что связано с осуществлением природоохранных мероприятий согласно экологической политике ООО «Газпром добыча Ямбург».
Необходимо учесть, что рассматриваемый поселок находится на значительном удалении от одноименного месторождения (приложение Б). На данной территории дующие ветры часто и резко сменяют направления и не дают загрязнителям воздуха достичь опасных концентраций в какой-либо точке. Однако, для подтверждения данной гипотезы, проведены расчеты по методике ОНД-86.
Расчеты были проведены за два года, 2006 и 2008гг. В результате моделирования концентрация ЗВ в пос. Ямбург не должна превышать санитарно-гигиенических норм [55]. Выбросы от основного производства предприятия не оказывают негативного влияния на состояние атмосферы в пос. Ямбург, т.к. вклад ЗВ, поступающих от стационарных объектов ЯНГКМ, в поселок 10%.
Вывод: производственный комплекс не оказывает влияния на качество атмосферного воздух пос. Ямбург. Тем не менее, на территории месторождения проводятся природоохранные мероприятия, за счет чего валовые выбросы ЗВ в атмосферу уменьшились почти на 5 тыс. тонн.
Основными загрязнителями атмосферного воздуха поселка являются выбросы от вспомогательного производства [54], к которому относят: строительно-ремонтный трест (CРТ), Ямбургское районное энергетическое управление (ЯРЭУ); ремонтно-эксплуатационное управление (РЭУ); ремонтно-механическое управление (РМУ); дорожное ремонтно-эксплуатационное управление (ДРЭУ); управления технологического транспорта и строительной техники (УТТиСТ); Ямбургская база ПТОиК; управление интенсификации и ремонта скважин (УИиРС); линейно-эксплуатационная служба (ЛЭС) (приложение В).
На объектах вспомогательного производства, находящихся на территории промбазы п.Ямбург, от источников загрязнения в атмосферу возможно выделение следующих ЗВ: оксид углерода, оксиды азота, фтористый водород, пыль неорганическая, фториды, метан, углеводороды предельные, сажа, диоксид серы, формальдегид, бенз(а)пирен, ртуть, кадмий, свинец и т.д.
Вклад многих ЗВ, выбрасываемых от промбазы (например: ртуть, циклогексанон, пары сильной кислоты и т.д.) незначителен, поэтому далее будут рассматриваться вредные примеси, вклад которых в общее загрязнение атмосферы огромен (рисунок 11).
Оценка влияния метеопараметров на качество атмосферного воздуха на основе результатов факторного анализа
Учитывая специфику формирования погодных ситуаций в районе пос. Ямбург в диссертации ставилась задача поиска благоприятных и неблагоприятных условий для рассеивания примесей в атмосферном воздухе.
Под погодными условиями, в данном случае, понимается состояние атмосферы, характеризуемое значениями температуры и скорости ветра в определенный момент времени.
Под типологией будем понимать разбиение исходной изучаемой совокупности на группы однотипных измерений, применяя логические критерии или логический анализ (теоретическая типология); а под эмпирической – поиск однотипных измерений путем их многократного перебора на основе вводимых критериев (мер сходства). Полученные в результате разбиения группы будем называть типами, а результаты типологизации или разбиений – типологией [118].
Возможные проблемы при типизации:
1. На практике используемая выборка не всегда позволяет четко провести границы между выделенными типами по эмпирическим данным. В нашем случае это обусловлено взаимовлиянием метеопараметров и незначительными вариациями концентраций примесей. Как показало моделирование методом канонических корреляций «очищенный» вес отдельных признаков в формировании вариации концентрации примесей может составлять менее 10%. Это связано с диффузным характером загрязнения атмосферы маломощными источниками и благоприятными, в целом, условиями для рассеивания примесей в течение года.
2. Вторая проблема — это неясность, обусловленная объемами выборки, формируемой однородную совокупность. В этом случае обычно применяется принцип обратной связи, применив формальные методы с пересмотром тех или иных предварительно уже построенных типов, либо дополнив их данными результатами моделирования.
Формирование понятия типа погодных ситуаций базируется на выделении некоторых групп их однородных состояний, в пределах которых не происходит существенных изменений качества атмосферного воздуха. Таким образом, создаются некоторые искусственные эталоны или модели, выбранные из большего числа возможных состояний от крайне неблагоприятных до благоприятных, в основу которых положена эмпирическая информация.
Учитывая, что в целом показатели качества атмосферы будут редко, или даже не превышать нормативы (ПДК), вероятность наступления крайне неблагоприятных погодных условий будет незначительна, а область типологических построений по частоте встречаемости будет смещена к хорошим и благоприятным условиям рассеивания примесей. Поэтому резких различий метеорологических параметров между выделенными типами не должно наблюдаться.
Механизмы воздействия температуры и скорости ветра на качественные показатели разнообразны и стохастичны по своей природе, они не поддаются полностью управлению или детальному учету, поэтому предлагаемые ниже типизации не претендуют на универсальность или законченность. Они могут быть существенно скорректированы за счет применения формальных методов классификации или появления новой информации, или новых знаний о механизмах трансформации поллютантов.
Главное во всех типологических построениях природных явлений помнить принципы о том, что вариации элементов статистической выборки генерируются под воздействием двух групп факторов. Первая – внутренние, определяющие сущность явления, для качества атмосферы — это физико-химические превращения примесей. Вторая – внешние, являющиеся случайными по отношению к внутренним причинам. В настоящей работе – это метеопараметры, роль которых несоизмеримо больше по сравнению с внутренними в рассматриваемых периодах. Данное положение принципиально важно потому, что интенсивность воздействия внешних факторов по отношению к различным примесям не одинаково, поэтому в принципе говорить о вполне однородных интервалах времени или типов можно весьма относительно.
С целью оценки влияния факторов и интервалов их значений, обуславливающих типы погодных ситуаций на рассматриваемой территории, применялись результаты регрессионного, факторного и канонического анализов.
Как указывалось ранее, регрессионный анализ, в частности корреляционный, применялся при создании погодных ситуаций для выделения главенствующего фактора, второстепенного и т.д. При помощи факторного анализа выявлены те метеопараметры, которые отмечены максимально высокими нагрузками для некоторых примесей. Расчеты с помощью канонического анализа оценивают индивидуальный (очищенный) вклад влияющих метеопараметров на распространение примесей, и подтверждают факторный анализ. Надо отметить, что в большинстве случаев данные факторного и канонического анализов подтверждают однозначность взаимовлияния факторов на вариации примесей в атмосфере. Для типизации погодных условий использовались данные по взаимосвязям метеопараметров и примесей, в том случае, если они имеют значимые веса.