CC BY
18
ISSN 1994-7836 (print) ISSN 2519-2477 (online)
УДК 504.5:551.577.13 Article info
Received 03.04.2017 р.
Г. М. Герецун, А Ю. Маскевич
Чернiвецький факультет Нацюнального техшчного ушверситету "Хартвський полтехшчний шститут, м. Чершвщ, Украша
ОЦ1НЮВАННЯ Р1ВНЯ ЕКОЛОПЧНО1 НЕБЕЗПЕКИ М1СЬКОГО СЕРЕДОВИЩА, СПРИЧИНЕНО1 ТЕХНОГЕННОЮ ТРАНСФОРМАЦИЮ
АТМОСФЕРНИХ ОПАД1В
Дослвджено, що вимиваючись iз атмосфери забруднювальш речовини призводять до виникнення техногенно-трансформованих опадiв, якi самi по собi починають вiдiгравати роль чинника еколопчноТ небезпеки. Наявнi на цей час методики не можна безпосередньо використовувати для ощнювання еко-логiчних небезпек, зумовлених техногенною трансформацieю атмосферних опадiв. З'ясовано, що ат-мосфернi опади, як об'ект ощнювання екологiчноТ небезпеки, володшть низкою специфiчних особли-востей. Показано, що основним джерелом мюцевого забруднення довкiлля у Чернiвцях е транспортна мережа. Внесок пересувних джерел у загальну картину забруднення атмосферного повггря Чершвщв е стабiльно високим, зокрема у кислототвiрнi сполуки. Проведено аналiз довготривалих тенIценцiй змiни хiмiчного складу атмосферних опадiв Чернiвцiв. Розроблено градацию значення рН вiдповiдно до рiз-них рiвнiв ступеня еколопчноТ небезпеки. Встановлено кореляцшш залежностi мiж рiвнем забруднення приземного шару атмосфери мюта i складом опадiв. З'ясовано, що модуль надходження хiмiчних сполук на певну територiю з атмосферними опадами можна використовувати для кшьшсноТ оцiнки впливiв атмосферних опадiв на певну територiю i рiвня небезпеки цих впливiв. Адаптовано викорис-тання iнIцексу забруднення води для оцшення рiвня можливоТ екологiчноТ небезпеки, зумовленоТ атмосферними опадами. Показано, що запропоноваш методологiчнi пiдходи дадуть змогу якiсно i кшь-шсно оцiнювати екологiчнi небезпеки, що можуть виникати внаслвдок впливу атмосферних опадiв.
Клю^ое^ слова: екологiчна небезпека; опади; хiмiчний склад; кислотнiсть.
Вступ. Формування на урбанiзованих територiях техногенно-трансформованих опадгв призводить до по-рушення еколопчно! безпеки через прояви низки деста-бiлiзацiйних фактор1в, тобто створення ризиюв еколо-гiчного характеру як для природних систем, так i для людини. Дослiдження факторiв еколопчно! небезпеки, зумовлених впливом атмосферних опадгв, виявлення можливих екологiчних криз в урбоекосистемах мае ве-лике значення у розроблент невiдкладних заходiв еколопчно! стабШзаци урбанiзованих територiй. Рiзним аспектам еколопчно! безпеки дослвдники прид1ляють особливу увагу (Dobrovolskyy, 2008; Orel and Malo-vanyy, 2008; Rybalova et.al., 2010; Shmandiy and Shman-diy, 2008). Розроблет в Укра!т методики дають змогу достатньо повно ощнювати якiсть природних середо-вищ та еколопчний ризик погiршення !х стану. При цьому використовують рiзноплановi шдходи в ощню-ваннi з набором широкого спектра показниюв (Orel and Malovanyy, 2008; Rybalova et.al., 2010; Shmandiy and Shmandiy, 2008; Zvyahintseva, 2009). Однак жодну iз на-ведених методик не можна безпосередньо використову-вати для оцшення еколопчних небезпек, зумовлених техногенною трансформащею атмосферних опад1в.
Метою роботи е встановлення особливостей формування еколопчно! небезпеки урбатзованих територiй шд впливом техногенно-трансформованих опадiв.
Методи дослщження. Методологiчною основою те-оретичних дослвджень роботи е системний аналiз факторов й умов формування еколопчно! небезпеки та по-шук методов управлiння екологiчною безпекою. У про-цесi виконання роботи використано комплексний метод дослiджень, який базуеться на лопчному узагальненнi
та систематизацii шформацшно! бази. Методи регре-сiйного аналiзу використовували для встановлення за-лежностей мiж компонентами атмосферних опадiв i концентрацiями забруднень атмосферного повiтря.
Результата дослвдження. Атмосфернi опади, як об'ект ощнювання екологiчних небезпек, володiють низкою специфiчних особливостей, якi затрудняють ви-користання описаних методик. Незважаючи на те, що опади е складовою частиною пдросфери, умови формування !х властивостей досить iстотно вiдрiзняються вiд умов, якi впливають на формування властивостей по-верхневих i пiдземних вод. Хiмiчний склад дощовоi' води е результатом складних фiзико-хiмiчних процесiв i може виступати показником, який характеризуе стушнь забруднення шару атмосфери. Водночас опади е пею складовою частиною гiдрохiмiчноi системи, яка так чи шакше контактуе з уама елементами урбоекосистеми i цим самим чинить доволi значний вплив на них.
Враховуючи викладене вище, атмосфернi опади як об'ект оцшки екологiчноi небезпеки потрiбно аналiзува-ти за такими основними напрямами:
• характеристика чинниюв, що можуть призвести до виникнення еколопчних небезпек, зумовлених атмосфер-ними опадами;
• анал1з наслщюв можливо! реатзаци еколог1чних небез-пек;
• розроблення заход1в прогнозування для недопущения можливих прояв1в еколог1чних небезпек, спричинених техногенно-трансформованими опадами. Основним джерелом мiсцевого забруднення довкщ-
ля у Чернiвцях е транспорт. Мкто, незважаючи на те, що е одним iз найменших обласних центрiв Укра!ни,
^TyBaHHA 3a flCTy: Герецун r. M. 0|iHKmaHHfl piBHA eKO.norNHoT He6e3neKH MicbKoro cepegpBUiwa, cnpuwuiHeHoT TexHoreHHoro TpaHci^op-
Maiiero aTMoa^epHHx onagiB / r. M. repeiyH, A. W. MaciKeBUw // HayKOBMM BicHUiK H/ITY YKpaTHH. - 2017. - Bun. 27(3). - C. 95-98 Citation APA: Geretsun, G. M., & Masikevich, A. Yu. (2017). Estimation of the Environmental Safety Level of the Urban Environment Caused by Technogeneous Transformation of Atmospheric Sediments. Scientific Bulletin of UNFU, 27(3), 95-98. Retrieved from: http://nv.nltu.edu.ua/index.php/journal/article/view/351
характеризуемся значним автотранспортним наванта-женням. Рiвень автомобшзаци е одним iз найвищих серед обласних центрiв. Внесок пересувних джерел у за-гальну картину забруднення атмосферного повiтря Чер-швщв е стабiльно високим i змшюеться в межах 90,792,3 %. Серед компонент викидiв забруднювальних речовин найбшьший вплив на формування еколопчно'1 небезпеки атмосферних опадiв мають кислототвiрнi сполуки, якi при взаемодií з атмосферною водою перет-ворюються на кислоти i сприяють понижению значения рН опадiв. Унаслiдок викидiв пересувних джерел фор-муеться основна кшькють викидiв кислототвiрних сполук. Так, внесок пересувних джерел у викиди двоокси-ду сiрки становить 60,4 %, оксидiв азоту - 93 %, оксиду вуглецю - 97,4 % i двооксиду вуглецю - 58,3 %.
Середньорiчнi значення рН опадiв iз року в рк змь нюються, iнколи навiть стрибкоподiбно, у зв'язку з пос-лабленням чи посиленням активiзацií процесiв, що зу-
мовлюють забруднення пов1тря (рис. 1).
8 •
Рис. 1. Багаторiчна динамiка змши рН опадiв у Чернiвцях
Рис
Простежено поступове закислення атмосферних опадiв Чернiвцiв. Графiк змiни рН опадiв в часi мае виг-ляд синусощи. У багаторiчнiй динамiцi видшяють 6 пе-рiодiв: 3 зниження i 3 пiдйому значення рН. Причому при переходi до перюду зниження, значення рН змь нюеться стрибкоподiбно. Лiнiя тренду на графшу пока-зуе, що за наявно'1 швидкостi закислення опадiв (0,04 одинищ в рiк) уже через 10 ромв значення рН атмосферних опадiв у Чернiвцях буде на межi 5,5.
Для оцiнення атмосферних опадiв з погляду виник-нення еколопчно'1 небезпеки важливе значення може мати не стшьки концентрацiя юшв у дощовiй водi (ос-кшьки в атмосферних опадах вона завжди е значно мен-шою, шж у поверхневих чи пiдземних водах), а сшввщ-ношення основних юшв (рис. 2).
Атмосферш опади Чершвщв е сульфатно-гщрокар-бонатно-кальцiевого типу. За п'ятирiчний перiод спос-
тережено зменшення вмiсту сульфатних iонiв на 4,2 % i незначне збiльшення пдрокарбонапв i катiонiв каль-цiю. Також зрю вмют нiтратних iонiв i зменшилась кiлькiсть амонiйних сполук. Наслщком таких змiн сшв-вiдношень хiмiчного складу води е пониження рН атмосферних опад1в вщ 6,3 у 2008 р. до 6,1 у 2013 р. 3.7 0-2
37,4 | | сульфата нпрати
2013 р.
Рис. 2. Сшввщношення (%) основних юшв у водi атмосферних опадiв Чернiвцiв
Серед компонентiв викидiв забруднювальних речовин найбiльший вплив на формування еколопчно'1 небезпеки атмосферних опадiв мають кислототвiрнi сполуки, як при взаемоди з атмосферною водою перетво-рюються на кислоти i сприяють пониженню значення рН опадiв. Регресiйний аналiз проводили iз використан-ням програми БТАТКТГКА 6.0. За результатами прове-деного дослщження, найкраще залежностi рН вiд кон-центрацiй кислототвiрних забруднювачiв описуються рiвнянням другого порядку. Найнижчий коефiцiент ко-реляци зафiксовано для залежностi рН - Б02, а найви-щий - для суми оксидiв азоту. Це може бути пов'язано з тим, що концентраци оксидiв азоту в атмосферному по-вiтрi е в десять раз вищими, шж двооксиду сiрки.
Для повнiшого аналiзу впливу компонентiв атмосферних опадiв на довкiлля розраховано середньосезоннi i рiчнi модулi (Р, т/км2) надходження хiмiчних речовин з опадами на територто Чернiвцiв (табл. 1).
Табл. 1. Модулi надходження хiмiчних сполук iз атмосферними опадами на територто Чернiвцiв у 2013 р
Р, т/км Б042- К0э- С1- НСО3- КН4+ № К Са Мв
Середньорiчний 4,2 1,1 0,38 3,75 0,4 1,1 0,53 1,31 0,27
Зима 0,43 0,1 0,04 0,44 0,03 0,12 0,07 0,15 0,03
Весна 0,95 0,41 0,12 0,74 0,12 0,18 0,13 0,29 0,07
Лгго 0,65 0,13 0,08 0,36 0,1 0,06 0,05 0,16 0,05
Осiнь 1,62 0,39 0,12 1,52 0,14 0,51 0,19 0,5 0,08
В осшнш перiод найбiльше на територто мюта над-ходить сульфатiв, хлорвддв, гiдрокарбонатiв, сполук амонiю, натрiю, калто, магнiю. У весняний перiод над-
ходить максимальна кiлькiсть нiтратiв, хлоридт та сполук кальцiю.
Для ефективного прогнозування можливих еколо-гiчних загроз та прийняття управлiнських рiшень iз покращення стану навколишнього середовища, потрiб-но провести якiсну та кшьюсну оцiнку рiвня небезпеки. Враховуючи особливосп атмосферних опад1в та ре-зультати проведених дослiджень, запропоновано як1сну i кiлькiсну оцiнку проводити за такими параметрами:
• для орieнговного ощнювання можливих проявiв небез-пек, зумовлених агмосферними опадами, використову-ваги значения показника рН;
• для Грунтовтшого оцшення використовувати адаптова-ний до умов аналiзу атмосферних опадав шдекс забруд-нення води (1ЗВ);
• для юльюсного оцшення небезпеки впливу атмосферних опадав на певну територш використовувати суму моду-лiв надходження хiмiчних компонентiв опадiв. Формування величини показника рН атмосферних
опадiв вщбуваеться внаслiдок впливу низки природних i антропогенних чинникiв i тому його величина харак-теризуе комплексний вплив багатьох факторiв. За змь ною показника рН легко ввдстежити змiну концентрацп водневих iонiв, не виконуючи складних тдрахункгв.
Для створення шкали оцiнки можливих небезпек за значенням показника рН базувались на ввдомому зна-ченнi нейтрального середовища абсолютно чисто! води та граничного показника рН опадiв, нижче якого вони вважаються кислотними (табл. 2).
Табл. 2. Шкала оцшки еколопчно'! безпеки атмосферних опадiв за значенням рН
Дiапазон значень рН Рiвень еколопчноТ безпеки атмосферних опадiв Ступiнь екологiчноТ безпеки атмосферних опадiв
6,5 < рН < 7,5 Допустимий Безпечний
рН > 7,5; 5,6 < рН < 6,5 Слабонебезпечний
4,5 < рН < 5,6 Недопустимий Небезпечний
рН < 4,5 Високонебезпечний
Мн =
1000
(1)
щовш водi завжди буде отримуватися найвища оцiнка якостi.
Табл. 3. Шкала оцшки еколопчно'1 небезпеки впливу атмосферних опадiв за значенням сумарного модуля
Дiапазон значень Мн Рiвень еколопчноТ небезпеки атмосферних опадiв Сгутнь екологiчноТ небезпеки атмосферних опадiв
Мн < 10 Допустимий Безпечний
10,1 Мн < 20 Слабонебезпечний
20,1 < рН < 30 Недопустимий Небезпечний
рН >30 Високонебезпечний
Пропонована адаптащя цього методу до оцiнювання безпеки атмосферно! води враховуе замiну значення ГДК забруднювача води у формулi 1ЗВ на фонову кон-центрац1ю забруднювача. Вираз 1ЗВ тодi набуде вигляду
1 С
ВО =1 ,
п Сф\
(2)
де: 1ЗО - iндекс забруднення опад1в; С, - концентрацiя компонента у водц Сф ; - фонова концентращя речови-ни; п - число показниюв, як1 використовують для роз-рахунку iндексу.
Отже, можна поргвняти безпеку трансформованих урбанiзацieю опадiв (табл. 4). Дiапазон значень 1ЗО зу-мовлений розмахом вiдмiнностей концентрацш компо-нентiв атмосферних опадiв в рiзних регiонах Укра!ни.
Табл. 4. Клас еколопчно'! безпеки атмосферно'1 води за щдексом забруднення опадiв
Клас еколопчноТ безпеки Оцшка рiвня екологiчноТ безпеки Величина ЕЗВ
I Безпечний IЗВ < 1,0
II Слабонебезпечний 1,0< IЗВ <2,0
III Небезпечний 2,0< IЗВ <3,0
IV Надзвичайно небезпечний 4,0< IЗВ <5,0
Практику використання модуля надходження хiмiч-них сполук на територго вже давно використовують на практищ, найчастше для встановлення внеску атмосферних опадiв у забруднення поверхневих водних дже-рел. Однак його успiшно можна використовувати для оцшення небезпеки впливу атмосферних опадгв на територго. Як критерiй зручно буде користуватися сумою модулiв надходження компонентiв опадгв
-С, ■
де: С, - концентрацiя г-го компонента в опадах; Qi -кiлькiсть опадгв за рiк.
Градуювання ступеня безпеки i величини сумарного модуля надходження хiмiчних компонентiв доцiльно проводити, опираючись на вiдомi значення максималь-них i мiнiмальних модулiв надходження хiмiчних речо-вин з опадами на окремi територi! Укра!ни. Виходячи iз таких мiркувань, запропоновано шкалу оцшки еколо-гiчно! небезпеки вiд впливу атмосферних опадiв (табл. 3).
1ндекс забруднення води давно зарекомендувався як усшшний iнструмент оцiнення якiсного стану поверхневих вод. Однак його використання для оцшки атмосферних опадiв неможливе, оскшьки внаслiдок дуже низьких концентрацiй забруднювальних речовин у до-
Запропонованi методологiчнi п1дходи дадуть змогу яюсно i кiлькiсно ощнювати екологiчнi небезпеки, що можуть виникати внаслвдок впливу атмосферних опа-дiв.
Висновки. На цей час не iснуe единого пiдходу до оцшення атмосферних опадiв як фактора еколопчно! небезпеки, а наявнi методики не можна безпосередньо використовувати для ощнювання еколопчних небезпек, зумовлених техногенною трансформащею атмосферних опад1в. Атмосфернi опади, як об'ект ощнювання еколопчно! небезпеки, потрiбно аналiзувати вiдповiдно до таких основних блоюв: характеристика чинник1в, що можуть призвести до виникнення еколопчних небезпек, зумовлених атмосферними опадами; аналiз наслiдкiв можливо! реалiзацi! екологiчних небезпек; розроблення заход1в прогнозування для недопущения можливих проявив екологiчних небезпек, спричинених техноген-но-трансформованими опадами. Залежностi показника рН вщ концентрацiй кислототвiрних забруднювачгв описуються полiномiнальними рiвняниями другого порядку i фактично е залежностями "доза-вiдгук" пiд час оцiнения еколопчного ризику. З'ясовано, що модуль надходження хгшчних сполук на певну територго з атмосферними опадами можна використовувати для кшь-к1сно! оцшки впливiв атмосферних опад1в на певну те-риторiю i рiвия небезпеки цих вплив1в. Адаптовано використання шдексу забруднення води для ощнювання
piBHs Mo^^HBoi eKonorraHoi Heöe3neKH, 3yM0B.neH0i aT-
Moc^epHHMH onagaMH,
nepe^iK BHKopHCTaHHX g^epe.n
Dobrovolskyy, W. W. (2008). Alhorytm vyznachennya bezpeky eko-lohichnoyi systemy z urakhuvannyam ryzykiv [Algorithm for determining environmental safety system based on risk]. Proceedings DHU im. Petra Mohyly. Ecology. 87(74), 11-15. [in Ukrainian].
Kachynsky, A. B. (2001). Ekolohichna bezpeka Ukrayiny: systemnyy analiz perspektyv pokrashchennya [Environmental safety Ukraine: a systematic analysis of prospects improve]. Kyiv: NISD. [in Ukrainian].
Orel, D. S., & Malovanyy, M. S. (2008). Do kontseptsiyi ekolo-hichnoho ryzyku v Ukrayini [By the concept of environmental risk in Ukraine]. Proceedings of the National University "Lviv
Polytechnic", Chemistry, Technology and Applications substances, 609, 285-289. [in Ukrainian].
Rybalova, O. W., Belan, S. W., & Varivoda, Ye. O. (2010). Vyznac-hennya rivnya ekolohichnoyi nebezpeky v rehionakh Ukrayiny na osnovi otsinky ekolohichnoho ryzyku [Determining the level of environmental hazard in regions of Ukraine on the basis of the environmental risk assessment]. The collection of scientific works, 12, 132-142. [in Ukrainian].
Shmandiy, W. M., & Shmandiy, O. W. (2008). Ekolohichna bezpeka - odna z osnovnykh skladovykh natsionalnoyi bezpeky derzhavy [Environmental safety - one of the main components of national security]. Ecological safety, 1, 9-15. [in Ukrainian].
Zvyahintseva, H. W. (2009) Metodyka z otsinky ekolohichnykh ryzykiv pry zabrudnenni navkolyshnoho pryrodnoho sere-dovyshcha [Methods to assess environmental risks in environmental pollution]. Visnyk of Donetsk Nazional University. A. Natural Sciences, 2, 307-316. [in Ukrainian].
r. M. repeqyH, A. №. MacuKeBun
ОЦЕНКА УРОВНЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ, ВЫЗВАННОЙ
ТЕХНОГЕННОЙ ТРАНСФОРМАЦИЕЙ АТМОСФЕРНЫХ ОСАДКОВ
Иследовано, что вымываясь из атмосферы загрязняющие вещества приводят к возникновению техногенно-трансформиро-ванных осадков, которые сами по себе начинают играть роль фактора опасности. Существующие в настоящее время методики не могут непосредственно использоваться для оценки экологических опасностей, обусловленных техногенной трансформацией атмосферных осадков. Выяснено, что атмосферные осадки в виде объекта оценки экологической опасности обладают рядом специфических особенностей. Показано, что основным источником местного загрязнения окружающей среды в Черновцах является транспортная сеть. Вклад передвижных источников в общую картину загрязнения атмосферного воздуха Черновцов стабильно высокий, в том числе в кислотообразующие соединения. Проведен анализ долгосрочных тенденций изменения химического состава атмосферных осадков Черновцов. Разработана градация значения рН в соответствии с разными уровнями степени опасности. Установлены корреляционные зависимости между уровнем загрязнения приземного слоя атмосферы города и составом осадков. Выяснено, что модуль поступления химических соединений на определенную территорию с атмосферными осадками может использоваться для количественной оценки воздействия атмосферных осадков на определенную территорию и уровня опасности этих воздействий. Адаптировано использование индекса загрязнения воды для оценки уровня возможной опасности, обусловленной атмосферными осадками. Показано, что предложенные методологические подходы позволят качественно и количественно оценивать экологические опасности, которые могут возникать в результате воздействия атмосферных осадков.
Ключевые слова: экологическая опасность; осадки; химический состав; кислотность.
G. M. Geretsun, A. Yu. Masikevich
ESTIMATION OF THE ENVIRONMENTAL SAFETY LEVEL OF THE URBAN ENVIRONMENT CAUSED BY TECHNOGENEOUS TRANSFORMATION OF ATMOSPHERIC SEDIMENTS
With sufficient scrutiny features of environmental hazards their role as a factor of precipitation formation of environmental hazards in urban areas is not studied enough. The methodological basis of research of this work is a systematic analysis of factors and conditions of formation of ecological hazard and scientific management of environmental safety. The authors used methods of regression analysis to study the relationship between the components of precipitation and air pollution concentrations. It is shown that the leaching of pollutants from the atmosphere leads to a technologically-transformed sediments, which themselves are beginning to act as a factor of environmental hazards. Existing methods currently cannot be directly used for assessing environmental hazards caused by man-made transformation of rainfall. It was found that precipitation as the object of evaluation of environmental hazard have a number of specific features. It is shown that the major source of local pollution in the city of Chernivtsi is a transport network. The contribution of mobile sources in the overall picture of air pollution in Chernivtsi is consistently high, including acid-compound. The analysis of long-term trends in precipitation composition of Chernivtsi developed gradation of pH levels according to different degrees of environmental hazards. The authors have found correlations between the level of contamination of surface air cities and composition of precipitation. Chemicals are found to plug flow to an area of precipitation can be used to quantify effects of precipitation on an area and the level of danger of these influences. Water pollution index used to assess the level of environmental hazard caused by precipitation is created. Thus we may conclude that the proposed methodological approaches will enable to qualitatively and quantitatively assess the environmental hazards that may be resulted by the effects of rainfall.
Keywords: environmental hazards; precipitation; ^emical composition; acidity.
1нформащя про aBTopiB:
Герецун Галина Михайлiвна, здобувач, ст. викладач, Чершвецький факультет Нацюнального техшчного ушверситету "Харювсь-
кий полтехшчний шститут", м. ЧершвцЬ Украша. Email: geretsun@ukr.net Маакевич Андрш Юршович, канд. техн. наук, доцент, Чершвецький факультет Нацюнального техшчного ушверситету "Хар-ювський полтехшчний шститут", м. Чершвцо Украша. Email: ecolawchpi@meta.ua
