Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Исследование особенностей загрязнения атмосферы на территории города
1.1. Пространственная динамика загрязнения атмосферы на городской территории 10
1.2. Временная изменчивость концентраций загрязнителей в атмосфере города 18
1.3. Влияние метеорологических факторов на динамику загрязнения атмосферы 21
1.4. Организация натурных наблюдений 24
Выводы к главе 1 28
ГЛАВА 2. Зонирование территории красноярска для проведения наблюдений и оценки качества воздушной среды
2.1. Физико-географические особенности Красноярска 29
2.2. Зонирование территории Красноярска 31
2.3. Описание выделенных на территории Красноярска зон
2.3.1. Зоны транспортного типа 38
2.3.2. Зоны селитебного типа 44
2.4. Методы измерений 46
Выводы к главе 2 47
ГЛАВА 3. Особенности загрязнения атмосферы на территории Красноярска
3.1. Режим проведения наблюдений 48
3.2. Динамика автотранспортных потоков на территории Красноярска 49
3.3. Особенности пространственного распределения загрязнителей в атмосфере Красноярска
3.3.1. Пространственная динамика концентраций СО и NO 51
3.3.2. Пространственная динамика концентраций NO2 и Оз... 54
3.3.3. Пространственная динамика концентраций SO2 57
3.4. Сезонная изменчивость концентраций загрязнителей в атмосфере Красноярска
3.4.1. Сезонная изменчивость концентраций СО, NO и NO2 58
3.4.2. Сезонная изменчивость концентраций S02 и 03 66
Выводы к главе 3 70
ГЛАВА 4. Влияние метеорологических факторов на загрязнение атомосферы Красноярска
4.1. Суточная динамика концентраций загрязнителей в атмосфере Красноярска 71
4.1.1. Неустойчивое состояние атмосферы в зимний период.. 72
4.1.2. Неустойчивое состояние атмосферы в летний период.. 75
4.1.3. Смена метеорологических режимов 78
4.1.4. Режим с устойчивым состоянием атмосферы 80
4.2. Характеристика условий рассеяния загрязнителей на территории Красноярска 82
4.3. Динамика экстремально высокого загрязнения атмосферы . 84
Выводы к главе 4 89
ГЛАВА 5. Влияние плотности застройки на загрязнение атмосферного воздуха
5.1. Влияние интенсивности движения автотранспорта на загрязнение атмосферы 90
5.2. Влияние плотности застройки на загрязнение атмосферного воздуха 92
5.3. Оценка состояния воздушного бассейна Красноярска 97
Выводы к главе 5 102
Выводы 103
Заключение 104
Приложение 107
Литература 113
- Влияние метеорологических факторов на динамику загрязнения атмосферы
- Особенности пространственного распределения загрязнителей в атмосфере Красноярска
- Характеристика условий рассеяния загрязнителей на территории Красноярска
- Влияние плотности застройки на загрязнение атмосферного воздуха
Введение к работе
В общей задаче охраны окружающей среды проблема обеспечения чистоты атмосферы является особо важной. Обусловлено это тем, что вследствие загрязнения воздуха происходит рост числа различных заболеваний. Следовательно, загрязненный воздух необходимо рассматривать как источник потенциальной опасности (риска) для населения и среды его обитания. Вместе с этим, многие важнейшие виды деятельности человека, связанные с социально-экономическим развитием, приводят к загрязнению воздушного бассейна [1].
Особенностью загрязнения атмосферы в условиях города является неравномерное распределение примеси на городской территории. Во многих случаях повышенные концентрации загрязнителей могут наблюдаться вблизи источников загрязнения. С ростом интенсивности автотранспортных потоков в городах наиболее загрязненные территории переместились из промышленных зон в места компактного проживания населения. Кроме этого, пространственно-временная изменчивость выбросов, равно как и изменяющиеся условия рассеяния загрязнителей в атмосфере, обусловливают сложный характер изменчивых полей концентраций загрязняющих веществ в городских условиях.
Для оценки загрязнения воздушного бассейна на территории города необходимо проводить наблюдения и исследовать особенности пространственно-временной динамики распределения атмосферных примесей [1-6]. При этом для уменьшения вредного воздействия антропогенного загрязнения атмосферы на здоровье человека существуют два основных подхода, каждый из которых предъявляет свои специфические требования к построению системы мониторинга атмосферного воздуха.
Один из них, традиционный, базируется на управлении источниками выбросов. Целью такого подхода является обеспечение повсеместного (на всей территории города) соблюдения нормативных требований по качеству атмосферного воздуха [4, 5]. Для реализации такого подхода необходима система
мониторинга, ориентированная на выявление нарушений нормативов качества воздуха, которые могут произойти в любом месте и в любое время на городской территории. В историческом плане именно такие системы мониторинга и получили наибольшее распространение в городах России. При этом основным методическим документом, детально регламентирующим все аспекты мониторинга, остается изданное в 1991 г. «Руководство по контролю загрязнения атмосферы» [5, 7-Ю].
Согласно действующим принципам организации наблюдений, изложенным в [5], наблюдения за уровнями загрязнения атмосферного воздуха в городах принято проводить с помощью стационарных постов наблюдения, которые предназначены для регулярных наблюдений в одной точке (в месте расположения поста). При этом отбор проб атмосферного воздуха на постах осуществляется в дискретные моменты времени с интервалом в 6 часов. В большинстве городов России имеется 3-6 стационарных постов, в крупнейших - 6 - 20 постов, а в городах с населением менее 250 тыс. жителей - 1 — 2 поста [4].
Длительный опыт обработки и анализа информации об уровнях загрязнения атмосферы показывает, что при таком подходе к наблюдениям трудно зафиксировать максимальные концентрации примесей с высокой обеспеченностью. Кроме невозможности определения достоверного максимального значения, не удается установить изменения содержания примесей в суточном и годовом ходе. Развитие городской среды (появление новых микрорайонов, автомагистралей, парков) приводит к тому, что расположенные ранее на хорошо проветриваемых участках местности стационарные посты впоследствии оказываются на «закрытых» участках и характеризуют сугубо локальные условия [5, 11-14].
В результате действующая система мониторинга качества атмосферы не позволяет получать данные, необходимые для количественной оценки экспозиции населения в условиях загрязненной воздушной среды и определения характера ее воздействия на здоровье населения [15].
Другой подход к управлению качеством атмосферы в городе, не отрицая методологии первого, основывается на управлении здоровьем населения, а точнее — факторами, которые определяют степень воздействия загрязненного воздуха на здоровье человека. Для его реализации, во-первых, необходимо более детальное, чем при первом подходе, знание о пространственно-временном распределении концентраций вредных примесей. Во-вторых, необходима информация о плотности распределения населения по территории. Такой подход при наличии достаточного объема информации позволяет оценивать факторы, влияющие на здоровье населения. При этом существующие недостатки в организации наблюдений могут быть в известной степени устранены с помощью передвижных лабораторий, оснащенных автоматическими газоанализаторами.
Передвижные лаборатории используются для решения целого ряда задач, таких как: проверка репрезентативности размещения стационарных постов; уточнение границ санитарно-защитных зон предприятий и выявление неорганизованных выбросов; исследование автотранспортного загрязнения; экспериментальная оценка газозащитной эффективности планировочных элементов города [16-20].
Применение автоматических газоанализаторов существенно дополняет информацию, сокращает сроки ее поступления, что позволяет организовать оперативный контроль и прогноз уровней загрязнения атмосферы, проводить мероприятия по их уменьшению [21-23]. При этом эффективное применение передвижных автоматизированных газоаналитических систем для исследования особенностей пространственно-временного распределения загрязнителей на территории города возможно лишь в случае, если разработана стратегия отбора проб. Такая стратегия необходима для оптимального использования отведенного для наблюдений времени, а также для определения количества пунктов наблюдения и мест их расположения на контролируемой территории.
Цель исследования:
Настоящая работа заключается в экспериментальном исследовании с помощью передвижной лаборатории особенностей пространственно-временной динамики распределения загрязнителей атмосферы в условиях города. В качестве объекта исследования выбран г. Красноярск.
Задачи исследования:
Обосновать и разработать методический подход к проведению наблюдений за уровнями загрязнения приземного слоя атмосферы в условиях города.
Провести наблюдения за изменчивостью концентраций загрязнителей в атмосфере Красноярска с высоким пространственно-временным разрешением.
Исследовать влияние плотности застройки на уровень загрязнения атмосферы в условиях города.
Научная новизна:
Развит метод проведения наблюдений за уровнями загрязнения атмосферы в условиях города, основанный на зонировании городской территории по плотности застройки с учетом местной орографии.
Получены сопряженные данные по загрязнению атмосферы в условиях г.Красноярска с высоким пространственно-временным разрешением.
Предложена классификация типов сезонного изменения содержания в атмосфере основных загрязнителей.
Обнаружен эффект порогового изменения локальной концентрации загрязнителей при увеличении плотности застройки.
Практическая значимость:
Создана база данных по загрязнению атмосферы Красноярска основными поллютантами. Повышено качество оценки экологического состояния урбанизированной территории.
Положения, выносимые на защиту:
Предложенный метод проведения наблюдений за уровнями загрязнения атмосферного воздуха в условиях города позволяет эффективно выявить особенности пространственно-временной изменчивости концентраций загрязнителей атмосферы на городской территории.
Особенности пространственно-временного распределения концентраций загрязнителей в условиях города определяются динамикой автотранспортных потоков, а также орографической и температурной неоднородностью территории.
В условиях города наблюдается эффект порогового изменения концентрации загрязнителей атмосферы связанный с увеличением плотности застройки территории.
Публикации:
По результатам работы имеется 19 публикаций, в том числе статьи в российских журналах - «Экология и промышленность России», «Вычислительные технологии», «География и природные ресурсы».
Апробация работы:
Результаты работы докладывались на следующих конференциях и семинарах: «Уровень жизни населения Красноярского края: проблемы, пути их решения» (Красноярск 2001), «Физика окружающей среды» (Томск 2002), «Моделирование неравновесных систем» (Красноярск 2002), «Непрерывное экологическое образование и экологические проблемы Красноярского края» (Красноярск 2003), «Гомеостаз и экстремальные состояния организма» (Красноярск 2003), «Достижения науки и техники - развитию сибирских регионов» (Красноярск 2003), «Вычислительно-информационные технологии для наук об окружающей среде. CITES-2003» (Томск 2003), «Современные методы математического моделирования природных и антропогенных катастроф» (Красноярск
2003), «Аэрозоли Сибири» (Томск 2003), «Лесной и химический комплексы -проблемы и решения» (Красноярск 2004), «ENVIROMIS - 2004» (Томск 2004), «Вычислительно-информационные технологии для наук об окружающей среде. CITES-2005» (Новосибирск 2005).
Гранты:
На разных этапах работа была поддержана грантами: Индивидуальные гранты (стипендии) Красноярского краевого фонда науки на 2002 и 2004 годы, грант ККФН-РФФИ «Енисей 2005» №05-05-97709.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, выводов, приложения и списка цитируемой литературы, изложена на 134 страницах, включает 48 рисунков и 20 таблиц; библиография - 188 наименований.
Влияние метеорологических факторов на динамику загрязнения атмосферы
Метеорологические условия, особенно скорость ветра, оказывают заметное влияние на уровень загрязнения воздуха [103]. Согласно литературным данным [104-106] оксид углерода не участвует в фотохимических и химических реакциях между различными веществами, находящимися в атмосфере, а также не вымывается осадками. Это объясняет причину обнаружения наибольших концентраций оксида углерода на узких, плохо аэрируемых улицах. Распространяясь от потока движущихся машин, выхлопные газы загрязняют воздух на бульварах, в скверах и жилых помещениях близрасположенных домов.
Исследуя зависимость концентрации диоксида азота от скорости ветра и интенсивности движения автомобилей, можно обнаружить, что при скорости ветра до 1.5 м/с концентрации N02 прямо пропорциональны интенсивности движения. С дальнейшим увеличением скорости ветра (2 — 2.5 м/с) на содержание этого газа в воздухе заметно сказывается фактор рассеивания, что выражается в изменении угла наклона кривой концентраций [35].
При замерах (зимой и летом) отмечено, что даже незначительное изменение направления ветра приводит к сносу всего валового выброса к одной из сторон автомагистралей. При этом на подветренной стороне улиц наблюдаются значительно большие концентрации оксида углерода, чем на наветренной. Описанный эффект проявляется при скоростях ветра до 10 м/с. Многочисленными наблюдениями выявлено ослабление скорости ветра среди городской застройки. Так в работах [107, 108] указывается, что при условиях умеренного геострофического ветра ослабление ветра в городе составляет 20 - 30%. В некоторых случаях ветер в городе может усиливаться, в частности, за счет сгущения ветровых потоков вдоль улиц.
Особенностью ветровых потоков в городе (в городском каньоне) также является возникновение вихрей, из-за чего направление ветра в каньоне противоположно направлению потока над крышами зданий. Появление таких вихрей в каньонах было показано в [109] и затем подтверждено [110-112]. Эта особая форма воздушного потока в городских каньонах приводит к большому градиенту концентрации вдоль улицы. Например, в [113] показано, что в случае, если ширина улицы примерно равна высоте зданий, перпендикулярно дующий ветер генерирует вихрь, очищающий воздух вблизи наветренной стороны улицы и уносящий загрязнение к противоположной. При других соотношениях размеров ветровой режим меняется, и загрязненный воздух либо сдувается из уличного каньона, либо образует двойной вихрь, который интенсивно перемешивает воздух.
Вызываемая движением автомобилей турбулентность также может быть важным фактором в рассеянии поллютантов на городской территории, в особенности в условиях слабого ветра, типичного для городских каньонов. В многочисленных экспериментах было замечено, что концентрации увеличиваются с увеличением отношения количества автомобилей к скорости ветра и с увеличением плотности трафика. Безразмерный показатель отношения количества автомобилей к скорости ветра и показатель плотности были предложены как универсальные параметры, описывающие зависимость концентраций от турбулентности, порождаемой автомобилями [114-116].
Поведение оксида углерода и NO2 в воздухе улиц в условиях различной относительной влажности оказалось неодинаковым. Если в силу общей для атмосферных загрязнений закономерности концентрации СО с увеличением влажности несколько возрастают, то концентрации NO2 наоборот снижаются, по-видимому, вследствие особенностей химизма диоксида азота, т.е. его способности соединяться в атмосфере с водяными парами с образованием азотной и азотистой кислот [35].
В работе [103] рассмотрено влияние состояния устойчивости атмосферы на содержание оксида углерода вблизи автомагистралей. С этой целью были проанализированы концентрации СО в случаях с приземными инверсиями и в безинверсионном состоянии. Анализ показал, что при приземных инверсиях концентрации СО в несколько раз выше, чем в соответствующих точках при безинверсионном состоянии. Аналогичные выводы получены в [117, 118].
Результаты измерений концентраций загрязняющих веществ, выполненные с помощью передвижной лаборатории в районе крупных автотрасс, показывают [18], что концентрации загрязнителей в дневные часы в случае конвективной атмосферы практически всегда находятся на уровне ПДКмр, и превышают его в 2 - 5 раз (в среднем по всем примесям) в случае устойчивой атмосферы или штилевых условий.
На основе изложенного можно прийти к выводу, что степень загазованности воздуха городов находится в сложной зависимости от многочисленных факторов, касающихся как источников, так и планировочной ситуации, организации движения, метеорологических условий и др.
Правильное понимание особенностей загрязнения атмосферы, а также закономерностей поведения загрязнителей в окружающей среде позволит более успешно бороться с загрязнением воздуха, используя технические, градостроительные и экономические мероприятия. При этом гигиеническая оценка качества атмосферного воздуха на территории города, автомагистралях и в прилегающей жилой застройке может быть дана только на основе натурных наблюдений с определением содержания в атмосфере основных для исследуемой территории загрязнителей.
Особенности пространственного распределения загрязнителей в атмосфере Красноярска
Для исследования влияния рассмотренных выше факторов на пространственно-временную динамику загрязнения атмосферного воздуха на территории г. Красноярска в выделенных зонах (рис.2.6) проводились наблюдения. Измерения концентраций оксида углерода СО, оксида N0 и диоксида азота N02, диоксида серы SO2 и озона Оз выполнялись с помощью передвижной станции (газоаналитической системы) фирмы «Thermo Environmental Instruments Inc.», США.
Передвижная станция (газоаналитическая система) представляет собой автоматизированный газоаналитический комплекс, в котором концентрация оксида углерода СО в атмосферном воздухе измеряется с помощью автоматического анализатора (М48-34337-247). Работа анализатора основана на методе недисперсионной инфракрасной спектрометрии. Это автоматизированный метод непрерывного действия с диапазоном измерений от 0.5 до 200 мг/м [162].
Концентрации оксида NO и диоксида азота NO2 измеряется с помощью хемилюминесцентного анализатора (М42-34164-246) с диапазоном измерений от 0.001 мг/м до 2700 мг/м . Согласно директиве Европейского союза по стандартам качества атмосферного воздуха использование хемилюминесцентных анализаторов для измерения концентраций оксидов азота является общепринятым эталонным методом [163, 164].
Для измерения концентраций диоксида серы SO2 в состав газоаналитического комплекса входит флуоресцентный анализатор (М43А-39629-361) с диапазоном измерения от 0.1 до 280 мг/м3.
Измерения концентраций озона Оз выполняются с помощью УФ фотометрического анализатора (М49-34618-248) [165]. Диапазон измерения от 0.004 до 2.1 мг/м3.
Эти автоматические анализаторы американской фирмы «Thermo Electron» с цифровыми дисплеями имеют соединение с компьютером через логгер данных (Data Logger M8800). Первичные данные представляют собой одноминутные средние значения концентраций указанных параметров. Границы относительной погрешности измерений концентраций составляют для SO2, NO, NO2 и 03 - ±20%, для СО - ±15 %. Для градуировки газоанализаторов применялись входящие в комплект газоаналитической системы: калибратор (М146-34306-247), генератор «нулевого воздуха» (Ml 11-34899-249) и стандартные образцы (газовые смеси в баллонах и источники микропотоков веществ). Газоаналитический комплекс собран на передвижной платформе Ford Е-350, снабжен метеостанцией и дизель генератором. Устройство пробоотбора представляет собой систему тефлоновых трубок с побудителем потока, фильтром тонкой очистки и электромагнитными клапанами для коммутации потоков отбираемого воздуха. Отбор пробы осуществляется на высоте 3.5 м. Качество результатов измерений обеспечивалось проведением внутреннего контроля, а также поверкой средств измерений. Предложена методика зонирования территории города по плотности застройки с учетом местной орографии. Проведено зонирование территории Красноярска. Выделено 17 территорий (зон), расположенных в различных частях города и характеризуемых различными параметрами застройки (рис.2.6). Результаты, приведенные в данной главе, опубликованы в работах [166-172]. В данной Главе описан режим проведения наблюдений. Рассмотрены динамика автотранспортных потоков и особенности пространственно-временной изменчивости концентраций загрязнителей атмосферы на территории Красноярска. Измерения на территории г. Красноярска выполнялись с марта 2001 года в стационарном и экспедиционном режимах. Наблюдения проводились в ноябре - декабре 2002 г. (зимний период), с апреля по сентябрь 2003 г. (летний период) и с октября 2003 г. по октябрь 2004 г. Общее количество дней, в которые проводились наблюдения, за период с марта 2001 по октябрь 2004 г, составило 484 (8272 часа). Пункты наблюдения располагались внутри зон, на автомагистралях и в городской застройке (на различном удалении от дорог). В выделенных зонах выполнялись стационарные круглосуточные измерения и маршрутные измерения в течение дня и в ночное время. Выполнялись также непрерывные измерения в процессе перемещения измерительного комплекса по автомагистралям. Программа наблюдений включала оценку интенсивности движения на автомагистралях внутри каждой зоны. Оценка метеорологических условий проводилась по результатам температурно-ветрового зондирования. В выделенных на территории Красноярска зонах проводились измерения концентраций загрязнителей и наблюдения за интенсивностью движения автотранспорта. Интенсивность движения автотранспорта определялась путем подсчета количества проходящих транспортных единиц без деления на категории в течение 20 мин каждого часа. На основании результатов наблюдений вычислялись средние значения интенсивности движения автотранспорта в течение суток (/авт./сут. - среднее за 24 ч) и за отдельные часы / авт./ч в течение дня (с 7 до 23ч).
Характеристика условий рассеяния загрязнителей на территории Красноярска
Наиболее неблагоприятными метеорологическими факторами, способствующими увеличению загрязнения атмосферы, являются температурные инверсии [3, 4, 60, 78, 181]. При этом, в случае с низкими источниками загрязнения, усиление устойчивости сопровождается увеличением загрязнения атмосферы, а для высоких выбросов, наоборот, увеличение концентрации загрязнителей в приземном слое атмосферы будет наблюдаться при усилении турбулентного обмена. Поэтому наиболее неблагоприятные метеорологические условия (НМУ) для рассеяния автотранспортных выбросов создаются при приземных инверсиях, а для промышленных источников - при приподнятых.
Для характеристики состояния пограничного слоя атмосферы в период проведения работ по исследованию особенностей пространственно-временного распределения загрязнителей на территории Красноярска использовались данные наблюдений на аэрологической станции. Анализ данных температурно-ветрового радиозондирования позволил получить информацию о ветровом режиме и развитии температурных инверсий в районе Красноярска.
Рассмотрим особенности метеорологических режимов, которые наблюдаются в Красноярске в зимний и летний периоды. При этом в качестве характеристик условий рассеяния рассматривались повторяемости различного типа инверсий и скоростей слабого ветра (0-3 м/с) у земли (табл.4.5).
Можно видеть (табл. 4.5), что температурные инверсии на территории Красноярска наблюдаются в течение всего года. Наибольшая их повторяемость приходится на зимний период. При этом слабые скорости ветра характерны как для зимнего, так и для летнего периода.Таким образом, видно, что в течение всего года Красноярск находится в неблагоприятных для рассеяния выбросов метеорологических условиях. Особенно ухудшаются условия рассеяния примесей в зимний период, когда повторяемость инверсионного распределения температуры и слабых ветров наибольшая. Для управления качеством атмосферного воздуха в городе большое значение имеет изучение метеорологических условий формирования экстремально высокого загрязнения атмосферы. Рассмотрим наиболее типичную для Красноярска метеорологическую ситуацию, в которой наблюдается экстремально высокое загрязнение атмосферы. Такая ситуация имела место 19 ноября 2002 г. В этот период Красноярск находился на северо-западной периферии антициклона. Характерными особенностями этого типа погоды является слабый ветер и общая тенденция к нисходящему движению воздуха. По мере развития антициклона мощные слои воздуха в нем медленно оседают , что приводит к их нагреванию и возникновению инверсий температуры [65]. Рассмотрим вертикальные профили температуры, построенные по данным аэрологического зондирования атмосферы 19-го и 20-го ноября 2002 г (рис.4.5). Можно видеть (рис.4.5), что в 7 ч. над городом наблюдались две инверсии: приземная и приподнятая, выполняющие роль запирающих слоев. Верхняя граница приземной инверсии находилась на высоте 860 м, а нижняя граница приподнятой - на высоте 1371 м. В течение дня происходила трансформация инверсионных слоев и к 19 ч 19.11.02 верхняя граница приземной инверсии спустилась на уровень 616 м., а нижняя граница приподнятой — на уровень 766 м. Изменилась также мощность приподнятой инверсии (возросла с 95 м до 283-х). При этом расстояние между границами инверсий сократилось. За следующие 12 ч. (с 19 ч. 19.11.02 до 7 ч. 20.11.02) нижняя граница приподнятой инверсии опустилась до 703-х м, а ее мощность понизилась с 283-х до 56-и м.
Рассмотрим, как менялись значения концентраций загрязнителей в атмосфере Красноярска в процессе перестройки инверсионных слоев (рис.4.6).
Можно видеть (рис.4.6), что до 13 ч. в атмосфере города (зона 10) наблюдался повышенный (но не экстремально высокий) уровень загрязнения. Концентрация СО в этих условиях находилась на уровне ПДКмр., а концентрации NO и NO2 превышали этот уровень. Наблюдался пониженный уровень содержания озона в атмосфере. При этом концентрация SO2 не значительно превышала средний уровень загрязнения атмосферы для рассматриваемой территории (зона 10).
Такое поведение концентраций является характерным для условий с приземной инверсией, в которых основной вклад в загрязнение атмосферы вносят низкие (автотранспортные) источники. Несмотря на то, что в это же время в атмосфере наблюдался второй задерживающий слой (приподнятая инверсия на высоте 1371 м), его влияние на загрязнение атмосферы не проявлялось. Связано это с тем, что эффект задерживающего слоя усиливается с расстоянием, он тем меньше, чем выше расположен слой над источником [3].
Оседание воздушных масс (опускание нижней границы приподнятой инверсии) приводит к тому, что выбросы от низких и особенно от высоких источников поступают в постепенно уменьшающийся объем воздуха. При этом создаются условия, в которых выбросы от высоких источников попадают в приземный слой атмосферы, что приводит к значительному увеличению загрязнения воздуха.
Влияние плотности застройки на загрязнение атмосферного воздуха
Предложенная в работе методика проведения наблюдений за уровнями загрязнения атмосферы, основанная на зонировании городской территории по плотности застройки с учетом местной орографии, позволила выявить все основные особенности, характеризующие динамику загрязнения атмосферы в условиях города. Более того, был обнаружен новый эффект - пороговое изменения локальной концентрации загрязнителей при увеличении плотности застройки.
Плотность застройки и средняя высота строений в зоне, а также высота расположения зоны, в достаточной степени характеризуют локальные условия рассеяния загрязнителей.
Учет местной орографии (высоты расположения зоны над ур.м.) и особенностей распределения автотранспорта по территории города при проведении наблюдений позволяет выделить влияние высоких (промышленных) источников загрязнения на фоне низких (автотранспортных). При этом исследование суточной динамики концентраций позволяет оценить величину этого влияния в зависимости от текущего метеорологического режима.
Плотность застройки выступает характеристикой плотности населения. Это позволяет использовать полученную в ходе наблюдений информацию для оценки экспозиции и уровней воздействия загрязнителей на здоровье людей.
Полученная с высоким пространственно-временным разрешением информация о динамике распределения загрязнителей атмосферы на городской территории открывает возможность для построения и развития математических моделей, описывающих процессы загрязнения городской атмосферы. Результаты, полученные в данной работе, позволяют дать несколько рекомендаций по управлению качеством атмосферного воздуха в условиях Красноярска.
Общей рекомендацией служит ограничение плотности застройки новых микрорайонов. В районе расположения автомагистралей плотность застройки не должна превышать значения в 15%.
Для снижения уровня загрязнения атмосферы и уменьшения экспозиции населения на территории г. Красноярска необходимо ограничить интенсивность движения в отдельных зонах транспортного типа. Так, для снижения уровня загрязнения атмосферного воздуха до ПДКСС. (см. раздел 5.3) на территории зоны #21 необходимо, чтобы в зимний и летний период интенсивность движения автотранспорта в ней не превышала значения 1600 авт./ч. В зонах #9, #7 и 4 необходимо ограничение интенсивности движения только в зимний период.
В период неблагоприятных метеорологических условий на территории Красноярска необходимо ограничивать интенсивность движения автотранспорта во всех зонах транспортного типа.
Для эффективного управления качеством атмосферного воздуха на территории Красноярска в системе мониторинга загрязнения атмосферы необходимо использовать около 20 (исходя из количества выделенных зон) стационарных постов наблюдения, оснащенных автоматическими анализаторами для непрерывного измерения концентраций загрязнителей. Кроме этого, для контроля залповых и аварийных выбросов, а также для контроля санитарно-защитных зон предприятий в систему мониторинга должно входить не менее двух передвижных лабораторий с тем же набором определяемых загрязнителей, что и на стационарных постах.
Кроме средств измерения, для управления качеством атмосферного воздуха необходим долгосрочный метеопрогноз, направленный на прогнозирование метеоусловий, уровня, а также длительности загрязнения атмосферы отдельных территорий города.
Автор выражает глубочайшую признательность своим Учителям: профессору Юрию Владимировичу Захарову и профессору Владиславу Григорьевичу Суховольскому. Автор благодарен О.В. Тасейко и А.А. Леженину за сотрудничество, помощь в проведении наблюдений и поддержку на всех этапах работы.
