Размещено на http://allbest.ru/

Размещено на http://allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Н.Г.ЧЕРНЫШЕВСКОГО

Кафедра геоморфологии и геоэкологии

ОСОБЕННОСТИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПРИЗЕМНОГО ВОЗДУХА НА ТЕРРИТОРИИ Г. САРАТОВА

студента 3 БАТАЛОВА ИГОРЯ СЕРГЕЕВИЧА

Научный руководитель, доцент, к.с.-х.н М.Ю. Васильева

Заведующий кафедрой, профессор, д.г.н., доцент А.Н.Чумаченко

Саратов 2011

Содержание

Введение

1. Факторы, определяющие условия загрязнения воздуха в городе Саратове

1.1 Физико-географические условия, оказывающие влияние на состояние воздушного бассейна в Саратове

1.2 Источники антропогенного загрязнения воздуха в Саратове

1.2.1 Автотранспорт

1.2.2 Промышленное загрязнение

2. Принципы получения данных и их оценки

2.1 Общие сведения и принципы размещения постов наблюдений за загрязнением воздуха в городах

2.2 Размещение ПНЗ по территории Саратова

2.3 Количественная оценка загрязнения атмосферы

3. Методы проведенных исследований

3.1 Индекс загрязнения атмосферы

3.2 Построение розы ветров

3.3 Цифровое картографирование

3.4 Сравнительный анализ загрязнения атмосферы

Заключение

Список использованных источников

Введение

Быстрое развитие научно-технического прогресса во всех отраслях научного хозяйства наряду с положительным решением проблем улучшения жизни человека, приносит множество отрицательных факторов в окружающую среду негативно влияющих на здоровье общества. Особенно ярко это прослеживается в условиях проживания в крупных городах с развитой промышленностью [1].

Наиболее сложная проблема современных городов - загрязнение и деградация окружающей среды. Город Саратов не исключение. С геоэкологической точки зрения на территории города выделяются два крупных промышленных района Заводской (на юге) и Ленинский (на севере) и наиболее освоенная и техногенно измененная центральная часть, для которой характерны низкое гипсометрическое положение, очень плотная застройка, слабое озеленение, наличие промышленных предприятий [2].

Несмотря на то, что произошел спад производства, и количество выбросов в атмосферу снизилось, но проблема загрязнения городского воздуха продолжает оставаться актуальной, так как город Саратов относится к городам со сложным рельефом, и условия орографии и ветрового режима оказывают существенное влияние на состояние атмосферного воздуха.

Целью курсовой работы было изучение особенностей загрязнения приземного воздуха и ветрового режима на территории Саратова.

Для этого надо было решить следующие задачи:

1) изучить районы расположения пунктов наземного наблюдения (ПНЗ);

2) рассчитать индекс загрязнения приземного слоя атмосферы;

3) построить розу ветров на ПНЗ;

4) создать карт-схемы распространения загрязнений воздуха по территории города Саратова в январе и июле 2009 года.

При написании работы были использованы материалы Доклада о состоянии и об охране окружающей среды Саратовской области в 2009 г., Научно-прикладного справочника по климату СССР, данные 6 пунктов наблюдения за загрязнением атмосферы в г. Саратове в январе и июле 2009 г.

1. Факторы, определяющие условия загрязнения воздуха в городе Саратове

1.1 Физико-географические условия, оказывающие влияние на состояние воздушного бассейна в Саратове

Анализ географических условий различных поселений показывает, что на ранних стадиях развития общества рельеф играл ведущую роль при выборе мест для строительства. Чаще всего выбирался участок у реки, на высокой надпойменной террасе, удобный и для обороны, и для стройки. Однако не всегда территория, выбранная по экономическим и политическим соображениям, оказывалась удачной в экологическом отношении.

Саратов, в отличие от многих равнинных городов, имеет сложный рельеф, где высоты изменяются от 15-20 м до 286 м. Центральная и южная части Саратова расположены в котловине (высота над уровнем моря 50-80 метров), окружённой с трёх сторон невысокими горами Приволжской возвышенности: Соколовая (165 м), Лысая (286 м), Лопатина (274 м), Алтынная (251 м), Увек (135 м). Кроме того, город отличает хорошо разветвленная эрозионная сеть в виде многочисленных оврагов и балок, идущих к Волге. Главные из них к северу от Соколовой горы: Маханный, Сеча, Алексеевский, Дудаковский, Слепыш. В приволжской котловине: Глебучев (с ответвлениями Мясницкий и Кооперативный), Белоглинский, Вакуровский, Безымянный, Залетаевский, Токмаковский [3].

Такой рельеф способствует возникновению на территории города значительных топоклиматических контрастов. Одним, из наиболее очевидных является возникновение локальных потоков воздуха, обтекающих орографические препятствия. Возникающие локальные потоки могут, как способствовать рассеиванию загрязнений, так и повышать их концентрацию на отдельной территории.

Саратов лежит в степной зоне, в области умеренно-континентального климата с жарким летом и довольно морозной зимой. В целом такой климат очень благоприятен для человека. Однако климатические особенности города также сильно влияют на состояние воздушного бассейна, снижая или увеличивая содержание вредных примесей в воздухе. Направление и скорость ветра, температурная стратификация атмосферы (то есть предрасположенность к застаиванию или перемешиванию) являются важнейшими экологическими факторами. Условия к застаиванию чаще всего возникают при антициклонах: высокое давление прижимает к земле тяжелый холодный воздух, создаются условия для образования температурных инверсий, когда восходящие потоки воздуха, уносящие загрязнители, слабы или отсутствуют. При сильном ветре инверсии обычно не возникают. Средняя скорость ветра в городе в январе -2м/с , в июле - 1-2м/с составляет 1-2 м/c, что благоприятно сказывается на рассеянии воздушных примесей. Летом в ветреную погоду город может буквально задыхаться от пыли.

Антициклоны, как правило, возникают в атмосфере в зимнее время, что способствует сохранению воздушных загрязнителей. Поэтому направление ветра в городе необходимо учитывать для определения направления переноса загрязнителей.

Атмосферные осадки имеют свойство вымывать из атмосферы часть вредных примесей. Особенно хорошо действует механизм самоочищения воздуха при грозах. Количество осадков в городе и условия их выпадения (451 мм в год, наиболее сухие месяцы - февраль, март, апрель) можно считать удовлетворительными. Наиболее часто дожди выпадают при ветрах западного и северо-западного направлений. В городе выпадает на 10% больше осадков, чем в его окрестностях, так как в нем изменены условия воздушной циркуляции, облачности и теплового режима. При неблагоприятных метеорологических условиях загрязняющие вещества скапливаются в приземном слое воздуха, выступая в роли ядер консолидации. В результате в атмосфере города наблюдается рост конвективной облачности, увеличивается число дней с туманом и количеством осадков. Поскольку асфальтированные улицы задерживают осадки, а каменные массивы зданий плохо поглощают влагу, в летнее время микроклимат города приближается к климату пустынь с их жарой и крайней сухостью воздуха. Лучше всего природный механизм самоочищения воздуха работает в солнечную погоду сразу после дождя. Однако вредное влияние загрязнителей воздуха проявляется в снижении солнечной активности на 20-30% по сравнению с пригородом.

Из антропогенных форм влияющих на воздушный бассейн города можно назвать Волгоградское водохранилище, вблизи которого меняется режим скорости и направления ветра, аналогичного бризу, но уступающего им в скорости и интенсивности.

Чистота атмосферы города зависит также от характера застройки, количества и качества городской растительности и других факторов антропогенного ландшафта. Влияние застройки на загрязнение воздуха может быть двояким. С одной стороны, хорошо продуваемые длинные улицы, способствуют рассеиванию загрязняющих веществ. С другой стороны тупики, запертые высокоэтажными зданиями, что характерно для центральной части города, не создают условий для рассеяния загрязнителей воздуха.

Зеленые зоны Саратова сосредоточены преимущественно на Лысогорском останцовом массиве Приволжской возвышенности (Лесопарк «Кумысная поляна»), северных и восточных склонах Соколовой горы и центральной части города. В новых окраинных микрорайонах (например, поселки Юбилейный, Солнечный) озеленение слабое. В летнее время территория с плохо закрепленной растительностью подвергается ветровой эрозии, что приводит к местным пыльным бурям.

Озеленение территории города и его окрестностей на данный момент является практически единственным средством решения основных экологических проблем города (уменьшение загрязнения воздуха и воды, снижение уровня шума, обогащение атмосферы кислородом, понижение уровня грунтовых вод на подтопленных территориях, уменьшение эрозии почв и др.)

1.2 Источники антропогенного загрязнения воздуха в Саратове

антропогенный загрязнение воздушный атмосфера

Последние 15 лет привели к снижению промышленного производства, уменьшив долю промышленного загрязнения. Важную роль сыграл переход многих котелен города на газообразное топливо вместо мазута. Все это привело к тому, что суммарный выброс от промышленных источников в городе снизился с 51569 тонн в 1990 году до 18873 тонн тонны в 2009 году. На смену интенсивным выбросам от промышленных источников все большую долю в загрязнении атмосферного воздуха в Саратове вносит автотранспорт. По данным Доклада о состоянии и об охране окружающей среды Саратовской области Вклад автотранспорта в суммарный выброс по городу составил 86,0%, в том числе по диоксиду серы 39,19%, по оксидам азота 96,51%, по летучим органическим соединениям 62,3,0%, по оксиду углерода 96,5%, по саже 89,2% [4].

Крупнейшим загрязнителем воздуха из всех предприятий города являются ТЭЦ, которые дают более половины всех промышленных выбросов в атмосферу.

Средний автомобиль за год сжигает около 200 кг кислорода, выбрасывает более 2 кг окиси серы и 100 кг несгоревших углеводородов и окислов азота. Автомобильные выхлопы соседствуют в воздушной массе с промышленными газами, пылью и бытовыми выбросами, иногда вступая друг с другом в сложные фотохимические реакции, образуя новые, более токсичные вещества.

Неблагоприятное воздействие пыли и газообразных выбросов переносится человеком легче, если в городе много рек, прудов, водных бассейнов.

Система водных объектов Саратова является частью природной среды города, выполняет градообразующие, инженерные и экологические функции. Через городскую территорию протекают малые реки, ручьи, часть из которых преобразована в пруды, являющиеся приёмниками ливневого стока и талого снега с городской территории, а также сточных вод некоторых предприятий.

В настоящее время на территории города насчитывается более 20 прудов. В большинстве своем они построены преимущественно более 40-50 лет, а некоторые и 100 лет назад хозяйственным способом. Большинство прудов имеют незначительные размеры и полностью пересыхают в летний период.

1.2.1 Автотранспорт

По данным Управления ГИБДД ГУВД по Саратовской области на территории города зарегистрировано 251,9 тысяч единиц автотранспорта, из них 85% - легковые автомобили, 15% - грузовые автомобили и автобусы. Общее количество выбросов от автотранспорта составило 115,9 тыс. т [4].

Оксид углерода и оксиды азота поступают в атмосферу только с выхлопными газами, тогда как и не полностью сгоревшие углеводороды поступают как вместе с выхлопными газами, так и из картера, топливного бака и карбюратора; твердые примеси поступают в основном с выхлопными газами и из картера [5].

Автомобильные выхлопные газы - смесь примерно 200 веществ. В выхлопных газах содержатся также альдегиды, обладающие резким запахом и раздражающим действием. К ним относится формальдегид, который обладает особенно сильным действием. В выхлопных газах присутствуют неразложившиеся углеводороды топлива. Среди них особое место занимают предельные углеводороды этиленового ряда, в частности гексан и пектен. Из-за неполного сгорания топлива в двигателе автомашины часть углеводородов превращаются в сажу, содержащие смолистые вещества. Особенно много сажи и смол образуется при технической неисправности мотора и в момент форсирования двигателя. Стремясь получить так называемую «богатую смесь», уменьшают соотношение воздуха и горючего. В этих случаях за машиной тянется хвост дыма, который содержит полициклические углеводороды и в частности, бензапирен. Оксид углерода (II), (IV) и большинство других газовых выделений двигателей тяжелее воздуха, поэтому они скапливаются у земли. Ребенок, сидящий в коляске на тротуаре улицы с большим движением транспорта, вдыхает гораздо больше токсических веществ, чем мать, которая с ним гуляет. Оксид углерода (II) соединяется с гемоглобином крови и мешает ему нести кислород в ткани организма [6].

Наибольшее количество загрязняющих веществ выбрасывается при быстром разгоне автомобиля, а также при движении с малой скоростью. Относительная доля углеводородов и оксида углерода наиболее высока при торможении и на холостом ходу, доля оксидов азота - при разгоне. Автомобили особенно сильно загрязняют атмосферу при частых остановках и при движении с малой скоростью. Создаваемые в городах системы движения в режиме «зеленой волны», существенно сокращающие число остановок транспорта на перекрестках, призваны сократить загрязнение воздуха в городах [5,7].

Не смотря на то, что дизельные двигатели более экономичны, таких веществ как СО, NO2 выбрасывают не более, чем бензиновые, они существенно больше выбрасывают дыма, который к тому же обладает неприятным запахом. Дизельные двигатели не только загрязняют воздух, но и воздействуют на здоровье человека гораздо в большей степени, чем бензиновые [5].

1.2.2 Промышленные загрязнения

К основным источникам очаговых загрязнений атмосферы относятся газопылевые выбросы предприятий химической, металлургической и машиностроительной промышленности, тепловых электростанций и транспортных машин. Эти загрязнения наиболее характерны для городов, промышленных районов и автомобильных магистралей. В воздушной среде городов с автомобильным транспортом, промышленными предприятиями и отопительными установками концентрация различных загрязнителей достигает значительных величин [5].

Выбросы загрязняющих веществ от стационарных источников на территории города в 2009 году составили 18.873 тыс. т. Основной вклад в выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников в 2009 году внесли предприятия транспорта и связи, обрабатывающие, производство цемента, извести и гипса, производство и распределение электроэнергии, газа и воды [4].

В таблице 1.1 приведены самые крупные предприятия загрязнители атмосферы

Таблица 1.1 Количество выбросов загрязняющих веществ крупными предприятиями города за 2009 год, тыс. т. [4].

Крупнейшие в регионе предприятия, имеющие источники выбросов ЗВ в атмосферу	Количество выбросов
	2009 г.
Филиал ОАО «Волжская ТГК» «Саратовская ТЭЦ-5»	2,451
Филиал ОАО «Волжская ТГК» «Саратовская ТЭЦ-2»	1,302
Филиал ОАО «Волжская ТГК» «Саратовская ГРЭС» (ТЭЦ-1)	0,414
ОАО «Саратовский нефтеперерабатывающий завод»	7,986
ООО «Саратоворгсинтез»	1,069

К химической промышленности относится большая группа предприятий. Состав их промышленных выбросов весьма разнообразен, большинство химических соединений являются весьма токсичными для организма человека. К основным выбросам предприятий химической промышленности относятся оксид углерода (IV), оксиды азота (IV), сернистый ангидрид, аммиак, пыль от неорганических производств, органические вещества, сероводород и сероуглерод, хлористые, фтористые соединения [6].

Основные загрязнители атмосферы - оксид углерода (СО) и диоксид серы (S02). Ниже всего концентрация СО у озонового слоя на высотах 9-17 км, а также у земной поверхности, особенно на суше.

Оксид углерода и продукты его фотохимических превращений в атмосфере очень токсичны. Попадая в организм, он вытесняет кислород из его соединений с гемоглобином. На степень отравления оказывают влияние концентрация оксида углерода в воздухе и длительность воздействия его на человека. Диоксид серы (SO2) также очень ядовит, он раздражает слизистые оболочки глаз и дыхательного тракта человека. Длительное вдыхание воздуха даже с малыми концентрациями SO2 ведет к хроническим бронхитам, воспалению легких и другими заболеваниям. Диоксид серы ядовит и для растительности, особенности для хвойных и фруктовых деревьев. Даже каменные облицовочные породы нередко подвергаются разрушению под влиянием постоянного воздействия SO2. Во влажном воздухе он образует сернистую кислоту, которая затем окисляется в серную и выпадает на землю с дождями (кислотные дожди), вызывающими окисление вод внутренних водоемов, почв. Загрязнение атмосферы так же ускоряет разрушение зданий и сооружений, что связано с действием абразивов, а также коррозией [5].

2. Принципы получения данных и их оценки

2.1 Общие сведения и принципы размещения постов наблюдений за загрязнением воздуха в городах

Наблюдения за уровнем загрязнения воздуха в городах Российской Федерации проводятся территориальными органами Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромета). Росгидромет обеспечивает функционирование и развитие единой Государственной службы мониторинга окружающей среды и является федеральным органом исполнительной власти, который организует и проводит наблюдения, оценку и прогноз состояния загрязнения атмосферы, обеспечивая одновременно контроль за получением аналогичных результатов наблюдений различными организациями на территории городов.

В настоящее время сеть мониторинга качества воздуха включает 260 городов, в которых работает 710 станций, регулярные наблюдения Росгидромета проводятся в 226 городах на 649 станциях [5].

Станции расположены в жилых районах, вблизи автомагистралей и крупных промышленных предприятий. В городах России измеряются концентрации более 20 различных веществ. Кроме непосредственно данных о концентрации примесей система дополняется сведениями о метеорологических условиях, о местоположении промышленных предприятий и их выбросах, о методах измерений и т.п. На основе этих данных, их анализа и обработки готовятся Ежегодники состояния загрязнения атмосферы на территории соответствующего Управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей Среды. Дальнейшее обобщение информации проводится в Главной геофизической обсерватории им. А.И.Воейкова в Санкт-Петербурге. Здесь она собирается и постоянно пополняется; на ее основе создаются и публикуются Ежегодники состояния загрязнения атмосферы на территории России. В них содержатся результаты анализа и обработки обширной информации о загрязнении атмосферы многими вредными веществами по России в целом и по отдельным наиболее загрязненным городам, сведения о климатических условиях и выбросах вредных веществ от многочисленных предприятий, о местоположении главных источников выбросов и о сети мониторинга загрязнения атмосферы.

В последние годы информация о качестве воздуха городов в целом по России представляется в Интернете на сайте Главной геофизической обсерватории им. А.И.Воейкова (ГУ ГГО). Здесь можно найти основные особенности загрязнения воздуха и тенденции его изменений за прошедший год. Материалы сайта обновляются ежегодно [8].

В каждом городе оценка степени загрязнения воздуха и тенденция ее изменений рассматривается одновременно с учетом данных наблюдений на всех станциях в городе.

В соответствии с местоположением, станции подразделяются на городские фоновые (в жилых районах), промышленные (в зоне влияние промышленных предприятий), авто (вблизи крупных автомагистралей) и региональные.

Для того чтобы оценить состояние загрязнения воздуха в городах, проводится сравнение уровней загрязнения с предельно допустимыми концентрациями (ПДК) веществ в воздухе населенных мест [9] или со значениями, рекомендованными Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ).

Используемая в России характеристика суммарного загрязнения - индекс загрязнения атмосферы (ИЗА) позволяет учитывать концентрации примесей многих веществ, измеренных в городе, и представить уровень загрязнения одним числом. ИЗА есть суммарное загрязнение воздуха в долях ПДК диоксида серы.

В соответствии с существующими методами оценки уровень загрязнения считается низким, если ИЗА ниже 5, повышенным при ИЗА от 5 до 6, высоким при ИЗА от 7 до 13 и очень высоким при ИЗА равном или больше 14. Ежегодно выделяются города с самым высоким уровнем загрязнения воздуха, в которых ИЗА равен или выше 14 [5].

В Саратове контроль за уровнем загрязнения возложен на Саратовский центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. В настоящее время наблюдения ведутся на 6 автоматических пунктах наземного наблюдения.

При выборе места для размещения поста прежде всего следует установить, что необходимо получить: уровень загрязнения воздуха в крупном районе (площадью в несколько квадратных километров) или локальное загрязнение в конкретной точке, находящейся под влиянием выбросов отдельного промышленного предприятия. Во-первых, пост должен быть расположен на хорошо проветриваемом участке местности, который не подвергается воздействию отдельно стоящих источников выбросов. Благодаря значительному перемешиванию городского воздуха уровень загрязнения в районе поста будет определяться всеми источниками выбросов, расположенными на исследуемой территории. Во-вторых, предпочтительно размещать в зоне возможного появления максимальных концентраций примеси, связанных с выбросами рассматриваемого источника. Обычно такая зона находится в 0,5 - 2 км от низких источников выбросов и в 2 - 4 км от крупных промышленных предприятий. При выборе площади для поста следует учитывать, что если пост разместить на закрытом участке (вблизи высоких зданий, на узкой улице, во дворе, под кронами деревьев или вблизи источников низких выбросов), то он будет характеризовать условия загрязнения, создаваемые в этом конкретном месте. Уровень загрязнения воздуха здесь может оказаться либо заниженным, из-за поглощения газов густой зеленью, либо завышенным из-за застоя воздуха и скопления вредных веществ.

Для характеристики распределения концентрации примеси по городу обычно устанавливается несколько постов. Посты необходимо располагать между жилыми массивами, в парках, в зонах отдыха, в районах размещения основных промышленных объектов, а также в центре и на окраине города для получения интерполированных значений концентраций примеси между постами. Следует учитывать также основные закономерности распределения ветра на территории города. При определенных направлениях ветра выбросы от многочисленных предприятий могут создать общий факел, соизмеримый с факелом выбросов крупного источника. Если повторяемость такого направления ветра велика, то этот факел будет определять формирование зоны наибольших средних концентраций примеси в 2 - 4 км от основной группы предприятий, причем иногда эта зона может располагаться на окраине города с подветренной стороны. В этом случае зона наибольшей максимальной концентрации примеси может не совпадать с зоной наибольшей средней и, следовательно, для изучения уровня загрязнения воздуха посты устанавливаются и в зоне наибольшей средней и в зоне наибольшего максимума. Чтобы определить вероятную зону максимумов, полезно предварительно ознакомиться с рельефом местности, размещением основных источников, розой ветра, а также с результатами расчета полей максимальных концентраций примесей [1].

2.2 Размещение ПНЗ по территории Саратова

В Саратове наблюдения за состоянием загрязнения атмосферы производятся на шести постах (ПНЗ), расположенных в различных районах города с разным сосредоточением промышленных предприятий.

ПНЗ - 1 находится в Заводском районе, на краю летного поля авиационного завода, вблизи оживленной автомагистрали. Недалеко от него расположены предприятия, такие как государственный подшипниковый и авиационный заводы, ТЭЦ - 1. Абсолютная высота равна 81м.

ПНЗ - 2 расположен в том же районе, около ТЭЦ - 2, ОАО «Крекинг», ОАО «Нитрон». Абсолютная высота равна 97м.

ПНЗ - 3 и ПНЗ - 4 в настоящее время не существуют.

ПНЗ - 5 находится в Волжском районе на пресечении улиц Октябрьской и Московской, вблизи от оживленного движения автотранспорта, ПО «Саратов - мебель» и фурнитурного завода. Абсолютная высота равна 50м.

ПНЗ - 6 и ПНЗ - 7 расположены в Ленинском районе. ПНЗ - 6 - в районе завода «Техстекло», абсолютная высота которого равна 151м, а ПНЗ - 7 - на проспекте 50-летия Октября, в районе «Жир - комбината». Абсолютная высота равна 132м.

ПНЗ - 8 расположен в Кировском районе, на пересечении улиц Астраханской и Б.Горной, где недалеко находятся предприятия «Саратов- резино техника», «Лакокраска», мебельная фабрика. Абсолютная высота равна 68м.

Эти посты условно подразделяются на «городские фоновые» - в жилых районах (ПНЗ-1 и ПНЗ-7), «промышленные» - вблизи предприятий (ПНЗ-2 и ПНЗ- 6) и «авто» - вблизи автомагистралей с интенсивным движением транспорта (ПНЗ-5 и ПНЗ-8).

Наблюдения за загрязнением воздуха проводится по неполной программе в 07, 13, 19 часов местного времени за основными примесями пылью, формальдегидом, сернистым газом, окисью углерода и двуокисью азота. Кроме того, на всех постах отбираются пробы на специфические вредные примеси: на ПНЗ-1 - оксид азота, сероводород, хлорид водорода; на ПНЗ-2 - сероводород, аммиак, фенол, хлор; на ПНЗ-5 - фенол, хлор; на ПНЗ -6 - фенол, фторид водорода; на ПНЗ-7 - аммиак, хлор, хлорид водорода; на ПНЗ-8 - сероводород, фенол, фторид водорода, хлор, хлорид водорода [1].

2.3 Количественная оценка загрязнения атмосферы

Количественная оценка загрязнения атмосферы выражается через концентрацию примесей. Концентрация примесей загрязняющих веществ в атмосфере очень изменчива во времени и пространстве и зависит не только от непосредственного количества выбросов в результате хозяйственной деятельности человека, но и от загрязнения воздуха городов дымом от лесных пожаров и пылью во время суховеев и пыльных бурь. Анализ данных измерений концентраций примесей в отдельных пунктах города за сутки, месяц, сезон и год позволяет выделить вещества, которые значительно превышают предельно допустимые концентрации (ПДК) и в основном определяют высокое загрязнение воздуха.

Наряду с концентрациями примесей в воздухе, создающимися в районе отдельных объектов в городе формируется фоновое загрязнение воздуха за счет взаимного наложения и перемешивания выбросов от многих источников. В связи с этим высокие концентрации загрязняющих веществ в воздухе могут отмечаться вне прямого действия отдельных объектов. Фоновое загрязнение воздуха под влиянием метеорологических условий отмечается в целом над всем городом в течение суток. Под влиянием погодных условий фоновое загрязнение при постоянных выбросах от предприятий то усиливается, то ослабевает. Наибольшее усиление концентрации загрязняющих веществ наблюдается особенно при двух типах аномальных условий погоды: безветрии и слабо моросящих осадках, формирующих смог, а также безветрии в сочетании с высокой температурой воздуха [10].

Чтобы оценить уровень загрязнения, необходимо сравнить результаты наблюдений с критериями качества воздуха.

В нашей стране оценка состояния загрязнения атмосферы производится путем сравнения средних и максимальных значений концентрации с гигиеническими нормативами.

Гигиеническими нормативами допустимого содержания в атмосфере вредных веществ являются предельно допустимые концентрации (ПДК). ПДК - это концентрации, при которых загрязнение атмосферы не оказывает на человека и его потомство ни прямого, ни косвенного воздействия, не ухудшает его работоспособности, самочувствия, санитарно - бытовых условий. В качестве основного показателя опасности загрязнения воздуха принимается весовая концентрация примесей [5,7].

Министерство Здравоохранения Российской Федерации периодически утверждает предельно допустимые нормы содержания вредных веществ в атмосфере. К настоящему времени утверждены ПДК более чем 500 вредных веществ.

В таблице 2.1 приведены ПДК для загрязняющих веществ, упоминаемых в работе. ПДК устанавливается для разного периода времени: максимальные разовые (ПДК м.р.), относятся к 20 - 30 минутным интервалом времени и средние суточные (ПДК с.с.) - для неограниченного времени без строгой фиксации его продолжительности.

Таблица 2.1 Предельно допустимые концентрации для некоторых загрязняющих воздушную среду веществ, мг/м³[составлено автором по материалам 11].

Название Элемента	Формула элемента	Класс опасности	ПДКс.с мг/м3	ПДКм.р. мг/м3
Пыль	BB	3	0,15	0,5
Диоксид серы	SO2	3	0,05	0,5
Угарный газ	CO	4	3	5
Оксид азота (IV)	NO2	3	0,04	0,085
Оксид азота (II)	NO	2	0,06	0,4
Сероводород	Н2S	2	-	0,008
Хлороводород	HCL	3	0,2	0,2
Формальдегид	Ф-Д	2	0,003	0,035
Фенол	Ф-Л	2	0,003	0,01
Фтороводород	HF	2	0,005	0,02
Аммиак	NН3	4	0,04	0,2

3. Методы проведенных исследований

Выбор методов определялся исследованиями загрязнения воздуха, возникающего вследствие перемешивания выбросов от многих источников загрязнения.

3.1 Индекс загрязнения атмосферы

В настоящее время для оценки загрязнения атмосферного воздуха используется расчет индекса загрязнения атмосферы ИЗА. В основе его лежит суммирование средних значений концентраций примесей по отношению к ПДК по наиболее значимым ингредиентам.

Для анализа загрязнения воздуха использовались измеренные на отдельных ПНЗ концентрации примесей в мг/м^3.

На практике для определения степени загрязнения воздуха используют два вида нормативов: предельно допустимые средние суточные концентрации (ПДК_с.с.) - для оценки осредненных за продолжительный период концентраций, и максимально разовые (ПДК_м.р.) - для оценки измеренных разовых концентраций [1].

В настоящее время для характеристики воздуха в городе и выявления веществ, вносящих наибольший вклад в загрязнение атмосферы, а так же для сравнительной оценки загрязнения атмосферного воздуха отдельных районов или городов принято использовать стандартный индекс (СИ) и комплексный показатель (КИЗА), иногда его называют ИЗА-5 [1].

В данной работе рассчитывался комплексный индекс загрязнения атмосферы (ИЗА) по 5 веществам, концентрация которых была наибольшей по формуле:

ИЗА==, где

J_i - индекс загрязнения атмосферы i-вещества;

q_c.p.i - средняя концентрация i-вещества за месяц;

ПДК_с.с. - среднесуточная ПДК i-вещества;

c_i - показатель степени, зависящий от класса опасности вещества.

Среднее значение c_i для групп веществ 4-х классов опасности принимается равным: для первого - 1,7; для второго - 1,3; третьего - 1,0; четвертого - 0,9.

Оценка степени экологической опасности осуществлялась по критериям предложенным Л.И.Сверловой [10].

Однако следует заметить, что показательно не учитывает изменчивость концентраций загрязняющих веществ. Он характеризует тенденцию изменения состояния загрязнения атмосферного воздуха в городе, а для крупного населенного пункта - в конкретном районе.

По данным полученным с пунктов наблюдения за загрязнением был рассчитан индекс загрязнения атмосферы за январь и за июль.

Автором была проведена сравнительная характеристика экологической опасности для каждого ПНЗ (табл 3.1) на основе подсчитанного индекса загрязнения атмосферы.

Таблица 3.1 Сравнение степени экологической опасности загрязнения воздуха на территории города Саратова в январе и июле 2009 года (составлено автором)

Экологическая зона (ПНЗ)	ИЗА январь	Степень экологической опасности	ИЗА июль	Степень экологической опасности
ПНЗ-1	7,1	Умеренная	24,72	Экстремально высокая
ПНЗ-2	2,01	Малая	21,61	Экстремально высокая
ПНЗ-5	14,38	Очень высокая	20,76	Очень высокая
ПНЗ-6	14,71	Очень высокая	21,84	Экстремально высокая
ПНЗ-7	8,85	Высокая	18,96	Очень высокая
ПНЗ-8	12,68	Высокая	24,97	Экстремально высокая

3.2 Построение розы ветров

Роза ветров -- векторная диаграмма, характеризующая режим ветра в данном месте по многолетним наблюдениям и выглядящая как многоугольник, у которого длины лучей, расходящихся от центра диаграммы в разных направлениях (румбах горизонта), пропорциональны повторяемости ветров этих направлений. Роза ветров, построенная по реальным данным наблюдений, позволяет по длине лучей построенного многоугольника выявить направление преобладающего ветра, со стороны которого чаще всего приходит воздушный поток в данную местность. Поэтому настоящая роза ветров, построенная на основании ряда наблюдений, может иметь существенные различия длин разных лучей [13].

Роза ветров строится для графического изображения режима ветра в каком-либо районе. Она может быть построена для любого промежутка времени: времени, сезона, месяца по многолетним данным.

Повторяемость различных направлений ветра вычисляют для каждого из 8 румбов за весь период и выражают в процентах к общему числу случаев, когда отмечался ветер. Штили в это число обычно не включают. Их вычисляют отдельно и выражают средним числом за месяц. Это связано с тем, что повторяемость штилей сильно зависит от качества установки и ухода за флюгером. Близость деревьев, зданий, плохая смазка флюгера могут привести к резкому увеличению числа штилей. И если их включать в общее число наблюдений, принимаемых за сто процентов при подсчете повторяемости направлений ветра, то это отрицательно скажется на сравнимости климатических характеристик ветра соседних станций [14].

Однако следует отметить, что такой прием имеет свои недостатки. Во-первых, среднее число штилей зависит от числа сроков наблюдений в сутки. Во-вторых для районов, где штили и слабые ветры имеют очень большую повторяемость эта черта ветрового режима теряется.

В отличие от других климатических графиков розы обычно строятся в полярной системе координат. Координатой служит направление ветра, имеющее восемь фиксированных значений соответствующих восьми румбам (С, СВ, В, ЮВ, Ю, ЮЗ, З, СЗ). В качестве исходных данных для построения розы ветров используются сведения о повторяемости различных румбов. Для каждого направления ветра строится радиус-вектор, численно равный повторяемости ветра данного направления. Количество штилей или их повторяемость указывается числом, которое обычно помещается в кружок в центре графика [13].

В данной работе роза ветров для каждого пункта наблюдения была построена из показаний этих пунктов (Таблица 3.2). Так как данные приходят автоматически, то они закодированы - каждые десять градусов имеют свой код. При подсчете повторяемости учитывалось количество штилей.

Таблица 3.2 Расчетная таблица розы ветров (построена автором по данным шести пунктов наблюдения за загрязнением).

		% от общего числа измерений
№ПНЗ	Месяц	С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ	Штиль
ПНЗ-1	Январь	2	10	15	20	13	8	15	5	12
	Июль	1	22	17	16	5	2	19	14	4
ПНЗ-2	Январь	0	3	13	5	0	7	8	3	60
	Июль	2	21	9	22	1	0	6	14	25
ПНЗ-5	Январь	17	2	0	27	15	2	0	0	38
	Июль	27	9	5	10	5	0	0	4	41
ПНЗ-6	Январь	7	38	3	3	0	0	15	25	8
	Июль	10	26	7	17	15	4	4	6	11
ПНЗ-7	Январь	13	8	5	8	28	7	3	0	27
	Июль	7	30	2	17	15	14	0	1	14
ПНЗ-8	Январь	23	12	2	12	15	2	7	7	22
	Июль	16	11	1	9	12	5	5	16	25

3.3 Метод цифрового картографирования

Цифровое картографирование - это комплекс мероприятий, направленных на создание цифровой картографической продукции.

Картографирование экологических ситуаций - процесс сложный, особенно при выявлении острых экологических ситуаций, требующий прежде всего обобщения большого количества картографических материалов.

В целом последовательность этапов разработки карт экологических ситуаций включает 5 этапов:

1) определение субъекта оценки и картографирование, масштаб исследования;

2) формулировка цели (постановка задачи, выбор критериев оценки)

3) Определение территориального каркаса, территориальных единиц (индивидуальное районирование - проблемные ареалы), «жесткий» территориальный каркас (ландшафтные выделы, контуры использования земель и т.д.)

4) Оценка (оценивание выявленных территориальных единиц по благоприятности их свойств для данного субъекта), разработка оценочных шкал, проведение оценивания

5) Разработка картографической модели, знаковых систем, проектирование легенды, пояснительных текстов и т.п. [12].

При проведении оценки экологического состояния природной среды, для выявления экологических проблем и ситуаций часто используется метод балльных оценок.

На первом этапе подобных исследований ставится задача отбора комплекса факторов, формирующих экологическую ситуацию (экологических проблем). Как правило, наиболее значимыми считаются химическое загрязнение (атмосферного воздуха, питьевой воды, поверхностных вод).

Далее выполняется бальная оценка каждого фактора и суммирование частных оценок для получения интегрального показателя экологической напряженности. На его основе строятся карты районирования городской территории по степени остроты экологической ситуации, комфортности проживания, ценности земельных участков и др. В качестве базовых карт обычно используются карты функционального зондирования городской территории [12].

За основу карты была взята растровая общегеографическая карта г. Саратова масштабом 1:30000 (в 1 см 300 метров). После загрузки в программу MapInfo была произведена регистрация изображения по четырем точкам. Далее шла послойная векторизация каждого вида объектов (линейная гидрография, площадная гидрография, изолинии, жилые кварталы и промышленная зона и т.д.). Нанесены точки расположения пунктов наблюдения за загрязнением и отметки высот. Заносится атрибутивные данные в каждую из таблиц, такие как название, высота, показатель ИЗА. С помощью программы Google Earth была определена абсолютная высота пунктов с точностью до 1м. При помощи встроенного модуля VerticalMapper (Natural Neighbour) была произведена интерполяция точек ПНЗ со значениями индексов загрязнения атмосферы. Далее были подобраны цвета для каждого региона с определенным значением. После произведенных действий был сделан отчет, в котором была создана легенда карты, нанесены названия и результаты расчетов. В результате были построены карты-схемы загрязнения призменного слоя атмосферы за январь 2009 года (Прил. В) и июль 2009 года (Прил. Г).

Использование ГИС-технологий позволило наглядно увидеть основные районы загрязнения воздуха, а так же увидеть основные закономерности в этом.

3.4 Сравнительный анализ загрязнения атмосферы

Анализ таблицы 3.1 показывает, что в целом экологическая обстановка в городе по степени загрязнения воздуха оценивается и летом и зимой как очень высокая.

Однако, можно выделить ПНЗ-2, где в январе степень загрязнения считается низкой, несмотря на то, что количество штилей на данном пункте было максимально (60%). Преобладающее направление ветра - восточное, которое не позволяло выносить загрязнения с центральной части города на данную территорию. В летнее же время, наоборот - преобладали северо-восточные ветра, усиливающие загрязнения, перенося загрязняющие вещества с центральной части.

Известно, что максимальные загрязнения наблюдаются при отсутствии ветра. Были проанализированы ситуации со штилевыми погодными условиями, если в январе наибольшее количество штилей наблюдалось на ПНЗ-2, наименьшее - ПНЗ-6 (8%), то в июле - максимум отличается на ПНЗ-5 (41%), а минимум на ПНЗ-1 (4%).

Следует отметить, что количество штилей в январе и июле на ПНЗ-5 практически одинаковы, но в зимний период наблюдалось значительное увеличение загрязнения, по сравнению с другими ПНЗ.

Эту особенность можно объяснить, во-первых, влиянием Волгоградского водохранилища, во-вторых, в данной части города высокая степень асфальтового покрытия, городской застройки и низкая озелененность, а так же нахождение ПНЗ-5 в самой низкой части города, где зимой воздух застаивается.

В теплую часть года в большей степени, чем в холодную, метеорологические условия способствуют созданию повышенного загрязнения воздуха от высоких источников в связи с частым развитием в дневные часы интенсивного турбулентного обмена. Увеличивается вероятность возникновения приподнятых инверсий, нижняя граница которых расположена над источником выбросов, и штилевых слоев. Этим объясняется максимум в летнее время.

Так же в июле в загрязнение воздуха присутствует пыль, концентрация которой превышает ПДК_с.с., в то время как зимой она полностью отсутствует.

Таким образом, в условиях сложного рельефа городской котловины, неоднородности застройки и наличия промышленных источников в разных районах формируется особый режим загрязнения приземного слоя воздуха.

В центральной части города с плотной застройкой при недостаточном проветривании формируется высокий уровень загрязнения воздуха.

В условиях спада промышленного производства жилой район южной промышленной площадки (ПНЗ-1) оказывается менее загрязненным благодаря меньшей плотности застройки и наличию открытой площадки, несколько снижающейся к акватории водохранилища.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Итогом данной работы стало создание карт-схем загрязнения призменного слоя воздуха г. Саратова в январе и июле 2009 года. Построение карты-схемы позволяет выявить локализацию загрязнения воздуха на территории г. Саратова в зимний и летний периоды. Основные выводы сделанные из этого:

1. Степень загрязнения определяется расположением жилых кварталов, промышленных источников, автомобилей и железнодорожного транспорта, а так же рельефа

2. Рассеивание примесей атмосфере зависит от направления и скорости ветра.

3. При сочетании метеорологических и топографических факторов возможны усиления локальных загрязнений. Преобладающие направления ветра. При штилевых условиях конвективные и горизонтальные движения воздуха сильно ослаблены. Выбросы от источников задерживаются в приземном слое, а это может приводить к увеличению концентраций загрязнения у земли, особенно в пониженных формах рельефа. Совместное действие этих факторов приводит к тому, что загрязнение атмосферы оказывается наиболее сильным в отдельных кратковременных случаях.

4. Загрязнение зимой и загрязнение летом очень сильно отличаются между собой. Зимой загрязнение меньше в полтора-два раза.

Дальнейшая курсовая работа будет нацелена на более глубокое изучение факторов, влияющих на загрязнение, например, таких как рельеф, скорость и, направление ветра, расположение жилых кварталов.

Список ИСПОЛЬЗУЕМЫХ источников

1. Фетисова Л.М., Пужлякова Г.А., Полянская Е.А. Экология атмосферы крупного промышленного центра в условиях сложного рельефа, СГУ, 2004г. - 136с.

2. Лапина, С.Н., Полянская Е.А., Пужлякова Г.А., Фетисова Л.М., Фетисова Н.А. Региональная оценка экологического состояния атмосферы крупного промышленного города / География и окружающая среда. Ответственные редакторы: В.В. Дмитриев, Н.С. Касимов, С.М. Малхазова. - СПб.: «Наука», 2003г. - 688с.

3. Энциклопедия Саратовского края (в очерках, фактах, событиях, лицах). -- Саратов: Приволжское книжное издательство, 2002г. 688 с.

4. Доклад о состоянии и об охране окружающей среды Саратовской области в 2009 г.

5. Безуглая Э.Ю. Мониторинг состояния загрязнения атмосферы в городах, Ленинград, Гидрометеоиздат, 1986г. -197с.

6. Никитин Д.П., Новиков Ю.В. Окружающая среда и человек-М: Высш-шк.,1986г. - 415с.

7. Миланова Е.В., Рябчиков А.М.Использование природных ресурсов и охрана природы- М: Высш.шк.,1986г. - 280с.

8. http://www.main.mgo.rssi.ru - сайт главной геофизической обсерватории им. А.И.Воейкова

9. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. РД 52.04.186-89. М.: Гидрометеоиздат, 1991г. - 328с.

10. Сверлова Л.И. Научные основы современного подхода к оценке уровня загрязнения атмосферного воздуха городов // Успехи современного естествознания. - 2009г. - № 7 - С. 20-22

11. http://www.gosthelp.ru/text/GN21669598Predelnodopusti.html - ГН 2.1.6.695-98 Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест

12. Исаченко А.Г. Экологические проблемы и эколого-географическое картографирование. Изв. ВГО. 1990г. Т123. Вып.4. - 300с

13.http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%BE%D0%B7%D0%B0_%D0%B2%D0%B5%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%B2 - определение розы ветров.

14. Наровлянский Г.Я. Климатология Ленинград, 1964г. - 290с

Размещено на allbest.ru