Оценка влияния рельефа местности на распространение пылевых выбросов Искитимского цементного завода Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 551.511.42.001.572(571.14)

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ РЕЛЬЕФА МЕСТНОСТИ НА РАСПРОСТРАНЕНИЕ ПЫЛЕВЫХ ВЫБРОСОВ ИСКИТИМСКОГО ЦЕМЕНТНОГО ЗАВОДА

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: lezhenin@ommfao.sscc.ru

Владимир Федотович Рапута

Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, 6, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник, тел. (383)330-61-51, e-mail: raputa@sscc.ru

Татьяна Владимировна Ярославцева

ФБУН «Новосибирский НИИ гигиены» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Пархоменко, 7, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, тел. (383)330-61-51, e-mail: tani-ta@list.ru

Ирина Алексеевна Соловьёва

Сибирский центр ФГБУ «Научно-исследовательский центр космической гидрометеорологии "ПЛАНЕТА"», 630099, Россия, г. Новосибирск, ул. Советская, 30, заведующий отделом, тел. (383)222-33-07, e-mail: sol@rcpod.ru

С использованием данных спутникового зондирования загрязнения снежного покрова и метеорологических наблюдений изучены поля выпадения пыли от высотных труб Иски-тимского цементного завода. Установлено существенное влияние рельефа местности на трансформацию поля ветра в нижних слоях атмосферы и формирование доминирующих направлений выноса тяжёлой неоднородной примеси от промышленного предприятия.

Ключевые слова: загрязнение снежного покрова, аэрозоль, спутниковые наблюдения, численное моделирование, атмосфера, рельеф.

ASSESSMENT OF THE INFLUENCE OF OROGRAPHY ON THE DISTRIBUTION OF DUST EMISSIONS FROM THE ISKITIM CEMENT PLANT

Anatoly A. Lezhenin

Institute of Computational Mathematics and Mathematical Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 6 pr. Akad. Lavrentjeva, senior researcher, tel. (383)330-64-50, e-mail: lezhenin@ommfao.sscc.ru

Vladimir F. Raputa

Institute of Computational Mathematics and Mathematical Geophysics SB RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 6 pr. Akad. Lavrentjeva, principal researcher, tel. (383)330-61-51, e-mail: raputa@sscc.ru

Tatyana V. Yaroslavtseva

FGUN «Novosibirsk scientific research institute of hygiene» Rospotrebnadzora, 630108, Russia, Novosibirsk, 7 Parhomenko st., senior researcher, tel. (383)330-61-51, e-mail: tani-ta@list.ru

Irina A. Solovreva

Siberian Center of FGBU State Research Center «Planeta», 630099, Russia, Novosibirsk, 30 Sovetskay st., head of department, tel. (383)222-33-07, e-mail: sol@rcpod.ru

With satellite data on the pollution of snow cover and meteorological observations data the dust sedimentation fields from high chimneys of the Iskitim cement plant are studied. It is shown, that the influence of orography on the wind fields in the lower layers of the atmosphere and on the propagation of a heavy non-homogenous substance from the industrial enterprise is considerable.

Key words: pollution, snow cover, aerosol, numerical modeling, satellite images, atmosphere, orography.

1. Введение.

В настоящее время для описания процессов переноса атмосферных загрязнителей широко используются методы математического моделирования [1 - 3]. Для орографически однородной местности применение этих методов значительных затруднений не представляет. В случае неоднородных условий описание процессов распространения примесей существенно усложняется и требует проведения дополнительных теоретических и экспериментальных исследований.

2. Объекты и материалы исследований.

Объектами исследования являются выбросы загрязняющих веществ от высотных источников Искитимского цементного завода, выпадения пыли на снежный покров в его окрестностях, спутниковые снимки ареалов загрязнения, "розы ветров", рельеф местности.

Город Искитим находится в юго-восточной части Новосибирской области в 55 км от областного центра - города Новосибирска. Цементный завод расположен в северной части города. С севера и востока к промплощадке предприятия примыкает р. Бердь. Основными источниками выброса неорганической пыли в атмосферу являются две близко расположенные 80 метровые трубы с диаметрами 6 метров в верхней части.

Территория Искитимского района представляет собой переход от Приобского плато на западе к предгорной более возвышенной равнине и далее на восток к отрогам Салаира. Абсолютные отметки высот колеблются от 100 до 350 метров. Рельеф сильно расчленен притоками Оби, а также оврагами, увалами, балками.

На рис. 1 представлена схема рельефа местности окрестностей г. Искитима. Анализ этого рисунка показывает, что особенности рельефа данной местности могут оказывать заметное влияние на процессы распространения газовых и аэрозольных примесей в нижних слоях атмосферы.

2. Методы исследования.

На формирование полей длительного загрязнения территории в окрестностях промышленного предприятия оказывают влияние множество факторов. Среди них определяющими являются такие, как расположение и высота источников примеси, характеристики газового и дисперсного состава выбросов, метеорологические условия, рельеф местности и др. Адекватное описание этих

условий для целей численного моделирования процессов загрязнения, в большинстве случаев, проблематично и результаты расчетов зачастую носят сценарный характер.

В этой связи для полноты картины необходим мониторинг состояния загрязнения окружающей среды. Инструментальные исследования загрязнения атмосферного воздуха требуют значительных материальных затрат и носят эпизодический характер. Более экономичными методами является использование природных планшетов: почвенный, растительный и снежный покровы, а также данных дистанционного зондирования Земли.

В зимние периоды 2012/13 г. и 2013/14 г. были проведены масштабные исследования пылевого

Рис. 1. Схема рельефа местности загрязнения снежного покрова

I - положение метеостанции г. Искитима в окрестностях Искитимского цементного завода [4, 5]. Результаты численного анализа данных наблюдений показали, что основные выпадения пыли произошли в северо-западном направлении от промплощадки завода, по долине р. Бердь. При этом в соответствующих зимних розах ветров преобладали ветры южного и юго-западного направлений.

3. Результаты и обсуждения.

Эффективным методом визуализации пространственной картины поля выпадения пыли на снежный покров являются спутниковые наблюдения. На спутниковом снимке от 7 февраля 2014 г. (рис. 2) отчетливо прослеживается ареал загрязнения снежного покрова в окрестностях Искитимского цементного завода. Близкорасположенная метеорологическая станция не фиксировала выпадение осадков в предшествующие 8 дней. Следовательно, шлейф загрязнения, видимый на космическом снимке, мог сформироваться за интервал времени с 30 января по 7 февраля.

На рис. 3 представлены диаграммы повторяемостей направлений и скоростей ветра именно за этот период времени. Данный период времени характеризуется низкими температурами воздуха, штилевыми условиями (10 % случаев), слабыми ветрами и доминирующими (более 70% случаев) южными и юго-западными направлениями ветра.

83" 10'0'в. д. 83°20'0"в. д.

Рис. 2. Спутниковый снимок окрестностей Искитимского цементного завода от 7 февраля 2014 г. (ИСЗ В левом нижнем углу - повторяемость

направлений ветра в период с 30 января по 7 февраля 2014 г.

зг

I-и О

а> ос а. о

I-

ю о 1=

70 60 50 40 30 20 10 о

62

а)

14 10 10

2 3 1 1

СВ СЗ 3 ЮЗ Ю ИПИЛЬ Направление ветра

70 60

^ 50

-О

£ 40

£

а>

I зо

I-ю

8 20 10 о

10

63

21

I

б)

Штиль 12 3 4

Скорость ветра, м/с

Рис. 3. Повторяемость направлений (а) и скоростей ветра (б) на метеорологической станции Искитим в период 30 января - 7 февраля 2014 г.

Исходя из данных метеонаблюдений, основное загрязнение прилегающей местности пылевыми выбросами можно было ожидать в северном и северовосточном секторах от заводских труб. Спутниковые наблюдения (рис. 2) пока-

163

зывают, что основные выпадения загрязняющих примесей произошли в северозападном направлении от цементного завода. Это объясняется орографическими неоднородностями местности, наличием возвышенных форм рельефа в правобережье р. Бердь и устойчивой температурной стратификацией в нижней атмосфере.

Анализ данных мониторинга загрязнения снежного покрова за зимние периоды 2012-2014 гг., показал аналогичную картину [4, 5]. След загрязнения простирается в северо-западном направлении от промплощадки завода, хотя при этом также преобладали ветры юго-западного и южного направлений.

4. Заключение.

С использованием данных метеорологических наблюдений и спутниковых снимков загрязнения снежного покрова установлено существенное влияние рельефа местности на формирование полей выпадения пыли от высотных труб Искитимского цементного завода. Несмотря на преобладание юго-западных и южных ветров, измеренных на метеостанции г. Искитим, основной вынос загрязняющей примеси произошел в направлении на северо-запад, вдоль долины р. Бердь. Это означает, что в данном случае формальное использование данных с метеостанции в общепринятых методиках расчетах полей загрязнений, например ОНД-86 [6], приводит к ошибочным результатам.

Работа выполнена при финансовой поддержке Программы фундаментальных исследований Президиума РАН, проект 4.9-3.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Бызова Н.Л., Иванов В.Н., Гаргер Е.К. Экспериментальные исследования атмосферной диффузии и расчеты рассеяния примеси. - Л.: Гидрометеоиздат, 1991. - 278 с.

2. Атмосферная турбулентность и моделирование распространения примесей / Под ред. Ф.Т.М. Ньистада и Х. Ван Допа. - Л.: Гидрометеоиздат, 1985. - 351 с.

3. Алоян А.Е. Моделирование динамики и кинетики газовых примесей и аэрозолей в атмосфере. - М.: Наука, 2008. - 415 с.

4. Щербатов А.Ф., Рапута В.Ф., Турбинский В.В., Ярославцева Т.В. Оценка загрязнения атмосферного воздуха пылью по данным снегосъёмки на основе реконструкции полей выпадений // Анализ риска здоровью. 2014. № 2. С. 42-47.

5. Щербатов А.Ф., Рапута В.Ф., Турбинский В.В., Хмелёв В.А., Олькин С.Е., Ярославцева Т.В. Мониторинг загрязнения снежного покрова в районе Искитимского цементного завода // Интерэкспо ГЕ0-Сибирь-2014. Х Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 8-18 апреля 2014 г.). - Новосибирск: СГГА, 2014. Т. 1. - С. 163-168.

6. Методика расчёта концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД-86 / Под ред. М.Е. Берлянда, Н.К. Гасилиной, Е.Л. Ге-ниховича и др. - Л: Гидрометеоиздат, 1987. - 94 с.

© А. А. Леженин, В. Ф. Рапута, Т. В. Ярославцева, И. А. Соловьёва, 2015