Введение к работе
Актуальность темы исследования.
О загрязнении атмосферы озера антропогенными примесями
свидетельствуют результаты многочисленных инструментальных
исследований. Антропогенные примеси, попадая из атмосферы в водоём, вызывают изменение физико-химических характеристик воды, особенно в верхнем слое, где в основном происходит фотосинтез, являющийся основой процессов жизнедеятельности. Решение ЮНЕСКО о присвоении Байкалу статуса Участка мирового наследия свидетельствует об озабоченности мирового сообщества охраной окружающей среды региона этого уникального озера. Имеются серьёзные основания для такого беспокойства. Исследователи Байкала обнаружили процессы быстрого эвтрофирования мелководных бухт и заливов в районе БЦБК, вызванные присутствием в воде биогенных элементов. До последнего времени учёные-байкаловеды были уверены, что основное загрязнение озера происходит в результате сбросов промышленных и бытовых отходов. Точные расчёты и оценки поступления техногенных элементов в Байкал из атмосферы показали, что масса осаждающихся аэрозолей превышает массу взвесей, поступающих со сбросами.
Существуют различные точки зрения, кто вносит наибольший вклад в загрязнение региона озера и откуда поступает основная масса вредных примесей. На побережье Байкала находятся два небольших промышленных центра: Слюдянка, где находятся предприятия: горнодобывающие, строительных материалов, металлообработки, и Байкальск с целлюлозно-бумажным комбинатом; в долине р. Ангара расположен Иркутско-Черемховский промышленный комплекс, удалённый от побережья на несколько десятков километров. Прямые замеры не позволяют корректно оценить загрязнение атмосферы в регионе озера каждым предприятием в отдельности.
Основной целью диссертации являются количественная оценка влияния выбросов предприятий Иркутско-Черемховского промышленного узла, Слюдянки и Байкальска на качество атмосферы в регионе озера, сезонный и ситуационный прогнозы загрязнения атмосферы Южного Прибайкалья и долины Ангары первичными и вторичными примесями (пылью, диоксидами серы и азота, оксидом углерода, сульфатами, нитратами и др.).
Для решения указанных задач в работе выполнены следующие разработки:
- построение замкнутой системы уравнений распространения и
трансформации примесей в атмосфере над термически и орографически
неоднородной подстилающей поверхностью с начальными и граничными
условиями;
выбор экономичного метода численной реализации поставленной задачи и устойчивой конечно-разностной схемы, построение алгоритма решения уравнений модели;
анализ тестов и модельных расчётов и верификация модели;
- исследование с помощью модели нестационарных и пространственно
неоднородных процессов распространения и трансформации аэрозолей и
газовых примесей в регионе озера Байкал.
Научная новизна.
Впервые выполнена количественная оценка степени влияния выбросов
предприятий Иркутско-Черемховского промышленного узла, Слюдянки и
Байкальска на загрязнённость атмосферы над озером. Выполнены оценки
интенсивностей средних годовых выпадений серы и азота в южной части
Байкала. Сделаны оценки вклада каждого источника в загрязнение атмосферь
озера.
Практическая ценность.
Предложенная модель позволяет не только рассчитать мгновенные значения концентраций тяжёлых и лёгких примесей в выбранное пространственной области, но и оценить среднюю величину их осаждений нг подстилающую поверхность за длительные промежутки времени порядкг месяцев и сезонов. Модель помогает ответить на вопросы, какое очистноі оборудование необходимо установить на данном предприятии, какої оптимальный режим работы предприятия при наименьшем загрязнениі окружающей среды, как снизить неблагоприятное воздействие выбросов.
Предлагаемая модель может быть использована для временногс статистического и ситуационного прогноза загрязнения атмосферы отдельны: выбранных районов.
Модель может служить основой для построения единого модельног комплекса, реализующего наряду с расчётом распространения трансформации аэрозолей и газовых примесей задачи оценки степей загрязнения выбросами конкретных предприятий при заданном выпуск продукции, определения эффективности мероприятий по совершенствованиі технологии и системы очистки выбросов, исследования влияния выбросе проектируемых предприятий на качество воздуха. Модель может быть таюк
использована для регулирования режима работы предприятий в различные сезоны (месяцы) года.
Часть полученных результатов использовалась при формулировке ряда практических рекомендаций по выявлению основных источников загрязнения, разработке мероприятий по снижению выбросов, для расчёта предельно допустимых выбросов существующих и проектируемых предприятий Иркутской области, что подтверждено актами внедрения.
Апробация работы.
В диссертации изложены результаты, полученные автором за период 1980-1997 гг. при выполнении тем НИР Лимнологического института СО РАН: "Движение водных масс в Байкале" (номер госрегистрации 01824030576), "Изменение компонентов и свойств атмосферной среды и климата озёрных экосистем Восточной Сибири" (номер госрегистрации 01860090344), "Исследование химического состава аэрозоля и атмосферных выпадений в регионе оз. Байкал; верификация моделей по атмосферному переносу в Байкальском регионе" (номер госрегистрации 01920003215) и "Исследование распределения аэрозолей и газовых примесей в регионе оз. Байкал" (номер госрегистрации 01960011464).
Результаты работы докладывались на научных семинарах, 9 конференциях, в том числе трёх международных (по проблемам исследования изменений окружающей среды и климата в регионе оз.Байкал - Иркутск, 1994; II Верещагинской Байкальской конференции- Иркутск, 1995; "Измерения озона и аэрозолей в Восточной Азии"- Иркутск, 1997), 2 симпозиумах, в том числе одном международном (II аэрозольном симпозиуме - Москва, 1995), VI Всесоюзном лимнологическом совещании, VI Всесоюзной Байкальской школе-семинаре, II, 111 и IV Заседаниях Рабочей группы проекта "Аэрозоли Сибири"и
ДР-
Публикации. По теме диссертации опубликованы 23 работы. Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы, приложения, изложена на 145 страницах, включая 32 рисунка и 8 таблиц. Список литературы включает 233 наименования, в том числе 77 на иностранных языках.
Основные защищаемые положения:
1. Наибольший вклад в загрязнение атмосферы над Южным Байкалом с превышением максимальных разовых ПДК для твёрдых взвесей, средних суточных ПДК для окислов серы и азота вносят Байкальский целлюлозно-бумажный комбинат (БЦБК) и предприятия Слюдянки. Из-за различной высоты источников загрязнения примеси от БЦБК распространяются на
большие расстояния, чем от предприятий Слюдянки. Вследствие удалённости и наличия орографических препятствий влияние Иркутско-Черемховского индустриального комплекса на загрязнение атмосферы над Южным Байкалом значительно меньше, чем от БЦБК и предприятий Слюдянки и не превышает средних суточных предельно допустимых концентраций для выбрасываемых в атмосферу примесей.
2. В районе БЦБК при возникновении локальных ветров создаются условия,
приводящие к существенному загрязнению прибрежных районов озера.
3. Построенная нестационарная нелинейная пространственная
математическая модель распространения и трансформации примесей в
атмосфере качественно и количественно достоверно описывает физико-
химические процессы в пограничном слое атмосферы над термически и
орографически неоднородной подстилающей поверхностью, а алгоритм
решения уравнений модели сконструирован с использованием устойчивой и
экономичной разностной схемы.
В процессе исследований автор пользовался советами, консультациями и критическими замечаниями доктора физико-математических наук, Соросовского профессора Ю.С.Куснера (ИГХ СО РАН), А.Н.Судакоеа и рад возможности выразить им свою признательность и поблагодарить их.