CC BY
45
УДК 504.064
КРИТЕРИИ ДЛЯ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ИНФОРМАЦИИ СТАНЦИЙ КОНТРОЛЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
Сергей Владимирович Михайлюта
Сибирский федеральный университет, 660041, Россия, г. Красноярск, пр. Свободный, 79,
кандидат технических наук, старший научный сотрудник, тел. (923)280-47-80, e-mail: [email protected]
Анатолий Александрович Леженин
Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, 6, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, тел. (383)330-64-50, e-mail: [email protected]
Сформулированы и показаны основные критерии релевантности, которым должны отвечать первичные данные, получаемые с городских станций контроля загрязнения атмосферного воздуха. На примере г. Красноярска и некоторых районов США проведено сравнение характеристик контролируемых территорий и показателей загрязнения. Приведены примеры несоответствия получаемых данных параметрам эмиссии вследствие недостаточного учета особенностей воздухообмена и переноса загрязняющих веществ внутри квартальных территорий, предложены пути и методы решения выявленных проблем при организации наблюдений за состоянием и загрязнением атмосферного воздуха в городах.
Ключевые слова: загрязнение атмосферного воздуха, выбросы в атмосферу, мониторинг, роза ветров, загрязняющие вещества, концентрации, возвратные траектории.
URBAN AIR POLLUTION MONITORING STATIONS, THE INFORMATION QUALITY EVALUATION
Sergey V. Mikhailuta
Siberian Federal University, 660041, Russia, Krasnoyarsk, 79, pr. Svobodny, Ph. D., senior researcher, tel. (923)280-47-80, e-mail: [email protected]
Anatoly A. Lezhenin
Institute of Computational Mathematics and Mathematical Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 6, pr. Akad. Lavrentjeva, Ph. D., senior researcher, tel. (383)330-64-50, e-mail: [email protected]
The main criteria of relevancy are stated and showed on the basis of effective regulatory documents. Initial data that are obtained from city control stations of air pollution monitoring shall comply with these criteria. Comparison of the controlled parameters in the territory and pollution indices are given by the example of Krasnoyarsk City and some areas of the USA. Examples of the obtained data inconsistency with parameters of emission are given which are caused by insufficient consideration of air exchange peculiarities and transfer of pollutants within the district areas. Ways and methods are proposed in order to solve the revealed problems when organizing monitoring over the state and pollution of atmospheric air in cities.
Key words: atmospheric air pollution, emissions to atmosphere, monitoring, wind diagram, pollutants, concentration, reverse paths.
Введение. До настоящего времени в РФ не установлены целевые индикаторы эффективности государственной экологической политики в области охраны атмосферного воздуха, учитывающие информацию системы мониторинга о качестве воздуха в городах [1].
При этом, в развитых странах информация со станций мониторинга атмосферного воздуха является базисом экологической политики [2]. Центральным вопросом, определяющим ее эффективность, является правильное использование релевантных данных, получаемых в ходе измерений.
Основными документами, регламентирующими порядок и организацию измерений концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе в населенных пунктах и в районах расположения источников загрязнения, остаются РД 52.04.186-89 и РД 52.18.770-2012. В этих документах, в соответствующих разделах неявно заложены требования обеспечения релевантности первичных данных, путем регламентации выбора перечня контролируемых показателей, мест расположения пунктов наблюдения, режимов выполнения измерений и отбора проб.
Релевантность, по отношению к первичным данным получаемых в ходе любых измерений при выполнении задач мониторинга загрязнения атмосферного воздуха, определяет их качество, а именно, способность отображать парциальные или интегральный вклады различных источников (по фактическим объемам эмиссии) в загрязнение контролируемых территорий и зависимость этих вкладов от метеорологических условий.
В данной работе на основе действующих нормативных документов сформулированы и показаны основные критерии релевантности для первичных данных, получаемых со станций контроля загрязнения атмосферного воздуха.
1. Актуальные цели и задачи систем наблюдений. Государственное управление в области охраны атмосферного воздуха основывается принципах, сформулированных в Федеральном Законе [3]. При этом все эти принципы напрямую зависят от качества первичных данных получаемых в ходе любых измерений и наблюдений. Иными словами, на практике, Закон об охране атмосферного воздуха, поправки к нему и иные акты обязаны обеспечивать систему и единый подход для всех субъектов и организаций, как оказывающих влияние, так и защищающих воздух.
При этом система мониторинга в первую очередь должна соответствовать следующим основным целям:
1. Своевременно представлять достоверные (релевантные) данные о загрязнении воздуха.
2. Поддерживать соответствие между стандартами качества атмосферного воздуха и объемами эмиссии.
3. Поддерживать исследования загрязнения воздуха для охраны здоровья населения.
Для достижения этих целей необходимо выполнение специальных требований, как к параметрам измерительных систем, так и к расположению пунктов
наблюдения и станций контроля для обеспечения необходимого качества данных измерений.
Так, например, в процессе внедрения требований Clean Air Act семь основных типов станций или сетей для измерения загрязнения воздуха были разработаны и внедрены в США [4]. Это позволяет поддерживать качество воздуха, в населенных пунктах, где выполняются измерения, на относительно безопасном для здоровья уровне. Например, максимальная концентрация бенз(а)пирена, зарегистрированная в США в городе Grand Junction, составляет
Л
0,28 нг/м [5], в то время как в Красноярске - 30,2 нг/м [6].
Ниже показано, с чем связаны такие большие расхождения в показателях состояния и загрязнения атмосферного воздуха.
2. Примеры не релевантности данных. Важность соблюдения условий, обеспечивающих адекватность (сопоставимость с параметрами эмиссии и метеорологическими режимами) получаемых в ходе мониторинга данных можно продемонстрировать на простых примерах. Например, анализ розы ветров на станциях контроля расположенных в городской застройке г. Красноярска показывает [7], что все станции характеризуются только ограниченными секторами направлений ветра и, соответственно, не информативностью для получаемых данных.
Под воздействие застройки ветровой режим в городе существенно искажается, возникают устойчивые направления ветра не типичные для набегающего на город ветрового потока. Это требует специальных процедур и измерений для выяснения вопросов о том, какую информацию приносят эти "новые", "искаженные ветра".
Следствием таких изменений является результат, при котором данные получаемые со станций оказываются не согласованными с параметрами эмиссии загрязняющих веществ.
Так, доминирующим источником фтористого водорода в г. Красноярске является алюминиевый завод. Официальная информация об инвентаризации выбросов, представленная в государственных докладах [8, 9], показывает, что объем выбросов фтористого водорода связан (коэффициент корреляции 0,8) с общим объемом эмиссии алюминиевого предприятия (Рисунок 1а).
В свою очередь изменение выбросов фтористого водорода должно отражаться на регистрируемых значениях концентрации этого загрязняющего вещества (Рис. 1б). Но на рис. 1б мы видим совершенно иную картину. Несмотря, на значительное уменьшение выбросов HF, данные с постов мониторинга не показывают снижение уровня загрязнения атмосферного воздуха фтористым водородом в Красноярске. Данный пример не согласованности данных, связан с нарушением правил размещения станций контроля.
Другим примером несоответствия параметров системы мониторинга целям и задачам управления качеством воздуха и, как следствие, не релевантности получаемых данных являются несогласованность показателей.
100 95 90
-Э 85 ? 80 75
ЕЕ 70 ? 65
3 60
ъ 55 £ 50:
IX
з:
1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 р0д —■— Объем выбросов РУСАЛ Красноярск
—•— Объем выбросов ОТ
Рис. 1а. Объемы эмиссии загрязняющих веществ РУСАЛ Красноярск (валовый и ИБ)
1 1 1 1
0
0.
3.0055 3.0050 3.0045 .0040
- Концентрация ИР Объем выбросов ИР
Рис. 1б. Изменение объема выбросов ИБ и соответствующие среднегодовые концентрации фтористого водорода в атмосфере г. Красноярска [9]
2.0
0
0.5
0.0
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
2008
Так, приказ МПР РФ №579 [10] определяет перечень веществ, подлежащих государственному учету и нормированию. Рассеиваясь в атмосферном воздухе эти вещества, могут создавать значительные, опасные для здоровья уровни загрязнения. При этом на сетях мониторинга могут контролироваться только несколько общераспространенных веществ, не отражающих специфику промышленных выбросов на контролируемых территориях.
Если сравнивать г. Красноярск [9, 11] с некоторыми районами США [5], охваченными государственной системой мониторинга атмосферного воздуха по концентрациям наиболее распространённых загрязняющих веществ (бенз(а)пирен, формальдегид, этилбензол), то можно увидеть следующе: -г. Красноярск, в отличие от районов США, в которых организованы наблюдения в целях управления качеством атмосферного воздуха, характеризуется не сопоставимо высоким объемом выбросов от автотранспорта (64,5 тыс. тонн в год на 400 тысяч автомобилей). Это явно свидетельствует об неадекватных оценках этих объемов, что в свою очередь, не позволяет оценить соотношение вкладов в загрязнение атмосферного воздуха в системе промышленные источники - автотранспорт. При этом высокие уровни загрязнения не обоснованно могут приписываться не тем источникам.
3. Критерии релевантности и пути их обеспечения. Можно сформулировать три основных критерия релевантности, которым должны отвечать станции контроля загрязнения атмосферного воздуха:
1. Правильный выбор мест размещение станций, характеризующих всю подконтрольную территорию. Для этого нужны специальные процедуры для уточнения параметров воздухообмен на контролируемых территориях.
2. На станциях должны измеряться концентрации именно тех веществ, которые выбрасываются в атмосферный воздух от источников, в зоне воздействия которых расположены измерительные станции.
Так, например, на государственных сетях мониторинга состояния и загрязнения атмосферного воздуха в США в перечень контролируемых показателей
входят [5]: 61 показатель летучих органических соединений, 80 предшественников озона, 22 полициклических органических соединения, 11 металлов и шестивалентный хром. Это позволяет формировать по результатам измерений объективную информацию и обосновывать целевые показатели для эффективных источников загрязнения.
3. Данные получаемые со станций контроля обязаны соответствовать параметрам эмиссии загрязняющих веществ, на которые ориентированы станции (соответствие концентраций объемам эмиссии). Это достигается за счет выбора режимов выполнения наблюдений и измерений при определённых метеорологических условиях.
Заключение. Существующая практика и подходы, реализуемые при проведении наблюдений за концентрациями загрязняющих веществ в атмосферном воздухе городов, значительно уступают современным представления о физических закономерностях в переносе и распределении примесей на неоднородной урбанизированной территории. Как следствие результаты такого мониторинга могут вводить в заблуждение и не отражать реальное состояние и загрязнение атмосферного воздуха, а также роль источников в этом процессе.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Пешков Ю.В. Сеть мониторинга состояния и загрязнения атмосферного воздуха. Проблемы и перспективы // Труды научно-практической конференции «Загрязнение атмосферы городов». - Санкт-Петербург: ГГО им. А.И. Воейкова, 2013. - С. 9.
2. Michelle L. Bell (2011) et. al. Quantifying the human health benefits of air pollution policies: Review of recent studies and new directions in accountability research // Environmental science & policy. - 2011. - V. 14. - P. 357-368.
3. Федеральный закон от 04.05.1999 N 96-ФЗ (ред. от 13.07.2015) "Об охране атмосферного воздуха"
4. EPA-454/B-13-003. QA Handbook for Air Pollution Measurement Systems. Volume II. Ambient Air Quality Monitoring Program, May, 2013. - 348 p.
5. EPA-454/R-13-007a. National Monitoring Programs Annual Report (UATMP, NATTS, CSATAM). Volume 1: Main. Eastern Research Group, Inc. Morrisville, NC 27560, August 2013. -1203 pp.
6. Государственный доклад о состоянии и охране окружающей среды в красноярском крае в 2014 году. МПР КР, 2015. - 297 с.
7. Михайлюта С.В., Леженин А.А., Тасейко О.В., Битехтина М.А. Экологическая индустрия: ветровые потоки в городской застройке Красноярска // Инженерная экология. - 2012. - №3. - С. 26-37.
8. Государственные доклады (1999-2011) «О состоянии и охране окружающей среды в Красноярском крае за 1998 - 2010гг.». - Красноярск. 1999 - 2011 гг.
9. Ежегодники (1995-2011) «Состояние загрязнения атмосферного воздуха городов на территории Красноярского края, республик Хакасия и Тыва в 1994-2010 гг.», Красноярский ЦГМС-Р, Красноярск, 1995-2011 гг.
10. Приказ Минприроды России от 31.12.2010 N 579 (ред. от 18.07.2013)
11. Сводные тома предельно допустимых выбросов для городов Красноярского края, 2012 год URL: http://www.krasecology.ru/About/PDV
© С. В. Михайлюта, А. А. Леженин, 2016
