CC BY
138
Вестник НВГУ. № 1/2015
МА ТЕМА ТИЧЕСКИЕ И ЕСТЕСТВЕННЫЕ НА УКИ
УДК 551.582 А. Ф. Тетерин
Ю.И.Маркелов
И.П.Александрычев
Екатеринбург, Россия
ПОТЕНЦИАЛ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ В ЗОНЕ ВОСТОЧНО-УРАЛЬСКОГО РАДИОАКТИВНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ
Аннотация. Зона Восточно-Уральского радиоактивного загрязнения сформировалась вследствие двух радиационных инцидентов и радиационной аварии, произошедших на комбинате «Маяк». Радиоактивно загрязненная территория расположена в северной части Челябинской и Курганской областей, южной и юго-восточной части Свердловской области. С целью исследования пространственно-временной изменчивости метеорологических условий, способствующих загрязнению приземной атмосферы, был использован физикостатистический метод, разработанный в Главной геофизической обсерватории имени А.И.Воейкова. По этой методике комплексной характеристикой влияния метеорологических условий на уровень загрязнения приземного воздуха является потенциал загрязнения атмосферы. Для расчетов потенциала загрязнения атмосферы использовались данные по повторяемости приземных инверсий, слабых ветров, застоев воздуха и туманов за период 1980—1991 гг. на восьми метеостанциях, расположенных на территории Уральского управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. В зоне Восточно-Уральского радиоактивного загрязнения метеостанции расположены равномерно и являются репрезентативными для различных районов исследуемого региона.
На исследуемой территории средние годовые значения потенциала загрязнения атмосферы изменяются от 2,52 (метеостанция Аргаяш) и 2,62 (метеостанция Шатрово) до 3,22 (метеостанция Бродокалмак) и 3,12 (метеостанция Верхний Уфалей), т.е. от зоны умеренных до зоны высоких потенциалов загрязнения атмосферы.
В зоне Восточно-Уральского радиоактивного загрязнения во внутригодовом ходе месячные значения потенциала загрязнения атмосферы, как правило, имеют два максимума и два минимума. При максимальных значениях потенциала загрязнения атмосферы формируются наиболее неблагоприятные метеорологические условия для рассеяния примесей в приземной атмосфере. Минимальные величины потенциала загрязнения атмосферы характерны для наиболее благоприятных условий рассеяния. Наихудшие условия рассеяния примесей наблюдаются с декабря по февраль (иногда по март) и с июня по июль. Наилучшие условия рассеяния примесей характерны для центральных месяцев переходных климатических сезонов, т.е. для апреля и октября.
Наибольшая относительная изменчивость годовых и месячных значений потенциала загрязнения атмосферы отмечается в районах расположения метеостанций с наиболее высокими значениями потенциала загрязнения атмосферы, т.е. на метеостанциях Верхний Уфалей, Бродокалмак и Каменск-Уральский.
В качестве практических рекомендаций следует отметить то, что полученные данные о пространственно-временной изменчивости потенциала загрязнения атмосферы в зоне Восточно-Уральского радиоактивного загрязнения необходимо учитывать при планировании и реализации мероприятий с целью управления качеством воздушного бассейна в данном регионе. При повышенных, высоких и очень высоких значениях потенциала загрязнения атмосферы следует уменьшить объемы выбросов загрязняющих веществ от стационарных источников, а также уменьшить интенсивность автомобильного движения. При низких и умеренных величинах потенциала загрязнения атмосферы можно увеличить до определенных пределов объемы выбросов от стационарных источников и количество автомобилей в населенных пунктах.
Ключевые слова: зона Восточно-Уральского радиоактивного загрязнения; метеорологические условия рассеяния примесей; потенциал загрязнения атмосферы; пространственно-временная изменчивость потенциала загрязнения атмосферы.
Сведения об авторах: Тетерин Александр Федорович1, кандидат географических наук, старший научный сотрудник; Маркелов Юрий Иванович2, кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией атмосферы; Александрычев Игорь Павлович3, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник.
Место работы: Институт промышленной экологии УрО РАН, лаборатория атмосферы.
Контактная информация: 620219, г. Екатеринбург, ул. Софьи Ковалевской, д. 20; тел. 3433623251, 3433623334, e-mail: 1 taf@ecko.uran.ru, 2markelov@ecko.uran.ru,3 spin84@mail.ru
Работа выполнена при поддержке Уральского отделения Российской академии наук, проект № 12-М-24-2016.
ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И УСТОЙЧИВОЕ РАЗВИТИЕ
А.Ф.Тетерин и др.
В средствах массовой информации открытая информация о Федеральном государственном унитарном предприятии «Производственное объединение “Маяк”» (ПО «Маяк») и экологических последствиях его деятельности появилась в 1989 г., т.е. через три года после радиационной аварии на Чернобыльской атомной электростанции. Но в нашей стране и до 1986 г. происходили радиационные аварии и инциденты на предприятиях атомной промышленности. Так, по официальным данным в различные годы на ПО «Маяк» произошло два радиационных инцидента и одна радиационная авария (по терминологии Росатома [17]).
Первый радиационный инцидент — технологический и аварийный сбросы в 1949—1952 гг. в верхнем течении р. Теча 76 млн. м3 жидких радиоактивных отходов суммарной активностью 2,7—2,8 млн Ки. Вследствие первого радиационного инцидента повышенное облучение получили 124 тыс. человек, проживавших в прибрежной полосе рек Теча и Исеть в Челябинской и Курганской областях. Зарегистрировано 935 случаев лучевой болезни, впоследствии отмечено увеличение частоты онкологических заболеваний. С 1953 г. из 22 наиболее загрязненных населенных пунктов по р. Теча было отселено 7,5 тыс. человек. Из хозяйственного оборота было изъято 8 тыс. га пойменных сельскохозяйственных угодий [9; 10; 14; 19; 21; 22].
Радиационная авария — химический взрыв емкости хранения радиоактивных отходов на промплощадке ПО «Маяк» 29 сентября 1957 г. с выбросом в окружающую среду 70—80 т радионуклидов суммарной активностью 20 млн Ки. 90% радиоактивных веществ выпали на промышленной площадке. Оставшиеся 10% (2 млн Ки), поднявшись на высоту до 1 км, образовали радиоактивное облако, выпадения из которого через 10—11 часов сформировали Восточно-Уральский радиоактивный след (ВУРС) [1; 4—6; 8; 12; 16]. По оценкам 2004 г. вследствие радиационной аварии 29 сентября 1957 г. на ПО «Маяк» на загрязненных территориях Восточно-Уральского радиоактивного следа в границах плотности загрязнения не менее 0,1 Ки/км2 по стронцию-90 в 574 населенных пунктах проживало 425 тыс. человек, из которых в Челябинской области в 216 населенных пунктах— 134,725 тыс. человек, в Свердловской области в 358 населенных пунктах — 290,275 тыс. человек [7; 21; 21].
Второй радиационный инцидент — дефляция обнажившихся радиоактивных донных отложе-
ний из промышленного водоема оз. Карачай ранней и теплой весной 1967 г. с выбросом в окружающую среду по различным оценкам от 600 до 6000 Ки радиоактивных веществ. Вследствие второго радиационного инцидента площадь загрязнения земной поверхности с плотностью 0,1 Ku/км2 по стронцию-90 или 0,3 Ku/км2 по цезию-137 составила около 1800 км2. Дополнительному облучению были подвержены 40 тыс. человек. Большая часть загрязненной территории наложилась на территорию Восточно-Уральского радиоактивного следа [2; 9; 11; 15; 21; 22].
От двух радиационных инцидентов и радиационной аварии на ПО «Маяк» пострадали частично или полностью Аргаяшский, Каслинский, Красноармейский, Кунашакский, Соснов-ский районы и города Кыштым, Касли, Снежинск и Озерск в Челябинской области; Каменский, Богдановичский, Камышловский, Пыш-минский, Талицкий и Тугулымский районы и города Каменск-Уральский, Камышлов и Богданович в Свердловской области; Далматов-ский, Каргапольский, Катайский, Шадринский и Шатровский районы, города Далматово и Шадринск в Курганской области [9; 21; 22].
Радиационные инциденты и радиационная авария наряду с регламентированными технологическими выбросами сформировали зону Восточно-Уральского радиоактивного загрязнения (ВУРЗ) [21; 22]. На территории ВУРЗ радиоактивному загрязнению подверглись все звенья климатической системы: приземный слой атмосферы, все объекты гидросферы, поверхностный слой литосферы и биосфера.
Границы зоны Восточно-Уральского радиоактивного загрязнения проведены по естественным географическим границам, т.е. по водоразделам и рекам, с учетом административного деления и границ Челябинской, Свердловской и Курганской областей. Регион Восточно-Уральского радиоактивного загрязнения расположен в северной части Челябинской и Курганской областей, южной и юго-восточной части Свердловской области. Территория ВУРЗ занимает площадь около 40 тыс. км2 (рис. 1) [3; 8; 21; 22]. Зона ВУРЗ расположена в непосредственной близости от таких крупных промышленных и областных центров, как Екатеринбург, Челябинск, Курган и Тюмень. На исследуемой территории находятся крупные населенные пункты: г. Каменск-Уральский (третий по численности населения в Свердловской области), г. Шадринск (второй по численности населения в Курганской
Вестник НВГУ. № 1/2015
МА ТЕМА ТИЧЕСКИЕ И ЕСТЕСТВЕННЫЕ НА УКИ
области) и г. Озерск (шестой по численности населения в Челябинской области).
В зоне ВУРЗ антропогенная нагрузка на природную среду очень высока. Здесь действуют предприятия горнодобывающей, химической и атомной промышленности, черной и цветной металлургии, машиностроения, металлообработки, энергетики, деревообрабатывающего производства, строительного комплекса, легкой и пищевой промышленности; развиты такие отрасли сельского хозяйства, как растениеводство и животноводство. Через зону ВУРЗ проходят автомобильные и железные дороги федерального,
регионального и местного значения. В городах на исследуемой территории с конца 1990-х гг. наблюдается неуклонный рост числа автомобилей.
Таким образом, высокая техногенная нагрузка зоны Восточно-Уральского радиоактивного загрязнения вызывает необходимость подробного изучения метеорологических условий, способствующих загрязнению приземной атмосферы. Тем более что по данной проблеме авторам известна лишь одна публикация [13], в которой этот вопрос рассматривается в более крупном масштабе территории бывшего СССР.
Рис. 1. Зона Восточно-Уральского радиоактивного загрязнения
С целью изучения пространственной и временной изменчивости метеорологических условий рассеяния примесей в приземном слое атмосферы в зоне Восточно-Уральского радиоактивного загрязнения был использован физико-статистический метод, разработанный в
1970—1980-х гг. в Главной геофизической обсерватории им. А.И.Воейкова. По данной методике комплексной характеристикой влияния метеорологических условий на уровень загрязнения приземного воздуха является потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА) [13].
ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И УСТОЙЧИВОЕ РАЗВИТИЕ
А.Ф.Тетерин и др.
Для урбанизированных территорий, где преобладают низкие источники (автомобили) и высокие источники с холодными выбросами, ПЗА рассчитывается по аргументам интеграла вероятности, которые в свою очередь определяются через повторяемости приземных инверсий, слабых ветров, застоев воздуха и туманов. В зоне ВУРЗ значения ПЗА рассчитывались по формуле (1) [13]:
ПЗА = 2,5 ехр [0,04 / (z2 - Zl)2 -
- 0,4 zj / (z2 - zj)], (1)
где zi и z2 — аргументы интеграла вероятности Ф(г), при которых интеграл вероятности связан с вероятностями Pi и Р2 реализации определенных метеорологических условий, когда будут наблюдаться концентрации примесей выше qn и l,5qn, где qn— некоторый заданный уровень концентрации примесей атмосфере:
0>(zi) = l-2Pi, (2)
Ф(г2) = 1 - 2Р2, (3)
причем
Pi = Рин + Рсл - Рз + Рт , (4)
Р2 = Рз + Рт , (5)
где Рин — повторяемость приземных инверсий, Рсл — повторяемость слабых ветров, т.е. скорости ветра 0—1 м/с, Р3 — повторяемость застоев воздуха (приземных инверсий при слабом ветре), Рт — повторяемость туманов.
Выражение (1) записано с учетом того, что для условного района минимальные значения
вероятностей Pj и Р2 приняты равными соответственно 0,1 и 0,05.
В качестве количественной характеристики относительной изменчивости месячных и годовых значений ПЗА были рассчитаны коэффициенты вариации (V), как отношение среднего квадратического отклонения (о) к средним значениям (N) ПЗА:
V = 100 о / N (%). (6)
Для расчетов ПЗА в зоне ВУРЗ использовались выборки по соответствующим метеорологическим величинам и атмосферным явлениям за период 1980—1991 гг. на восьми метеостанциях (МС) и на аэрологической метеостанции (АМС) Верхнее Дуброво, расположенных на территории Уральского управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (рис. 1). При вычислении значений ПЗА были использованы данные приземных наблюдений восьми метеостанций: в Челябинской области — МС Аргаяш, Верхний У фал ей и Бродокалмак; в Свердловской области — МС Каменск-Ураль-ский, Камышлов и Тугулым; в Курганской области — МС Далматово и Шатрово. В зоне ВУРЗ три метеостанции (Верхний У фал ей, Камышлов и Тугулым) расположены в лесной зоне, остальные — в лесостепной зоне. Метеостанции на исследуемой территории расположены практически равномерно и являются репрезентативными для различных районов исследуемого региона (табл. 1) [18; 21; 22].
Таблица 1
Физико-географическая характеристика местоположения метеостанций зоны Восточно-Уральского радиоактивного загрязнения и аэрологической станции Верхнее Дуброво
Метео- станция Высота над уровнем моря, м Б.С. Характер рельефа Почва Глубина залегания грунтовых вод, м Природная зона
Аргаяш 254,8 Равнина Обыкновенный и выщелоченный чернозем, местами подзолистые почвы и солончаки 10—11 Лесостепь Зауралья
Бродокалмак 157,7 Слабо- холмистый Слабовыщелоченный среднесуглинистый среднемощный чернозем, серые и темно-серые среднеподзолистые супесчаные и глинистые почвы 3—5 Лесостепь Зауралья
Верхний Уфалей 391,6 Крупно- холмистый Подзолистые, суглинистые, глинистые, торфяноболотные, болотно-луговые и болотно-иловые почвы 2 Горно-лесная восточных предгорий Среднего Урала
Вестник НВГУ. № 1/2015
МА ТЕМА ТИЧЕСКИЕ И ЕСТЕСТВЕННЫЕ НА УКИ
Каменск- Уральский 169,9 Равнина Чернозем 8 Лесостепь Зауралья
Камышлов 126,2 Слабо- холмистый Выщелоченный среднесуглинистый чернозем, песчаные и супесчаные почвы 30 Лесная зона, подзона сосновых и березовых лесов Западной Сибири
Тугулым 89,0 Слабо- холмистый Подзолистые почвы и слабо-выщелоченный тяжелосуглинистый чернозем 4—7 Лесная зона, подзона сосновых и березовых лесов Западной Сибири
Далматово 101,4 Слабо- холмистый Средне- и тяжелосуглинистый выщелоченный чернозем 5—12 Лесостепь Западной Сибири
Шатрово 114,3 Слабо- холмистый Выщелоченный чернозем 1,5—2 Лесостепь Западной Сибири
Верхнее Дуброво 287,3 Слабо- холмистый Суглинистый чернозем 30 Лесная зона, подзона сосновых и березовых лесов Зауралья
Район Восточно-Уральского радиоактивного следа характеризуется четырьмя метеостанциями. МС Аргаяш — это ближайшая к промпло-щадке ПО «Маяк», кроме того, эта МС характеризуют наиболее загрязненную часть радиоактивного следа и верхнее течение реки Течи. МС Каменск-Уральский и Камышлов расположены в средней части ВУРС, а МС Тугулым — в дальней «хвостовой» части радиоактивного следа. МС Верхний У фал ей находится в горнолесной, крайней юго-западной части зоны ВУРЗ. В среднем течении р. Теча расположена МС Бродокал-мак, а в нижнем течении и в месте впадения Течи в р. Исеть — МС Далматово. МС Шатрове находится в лесостепной зоне, крайней юго-восточной части зоны ВУРЗ.
Серьезной проблемой при определении ПЗА является отсутствие исходных данных по приземным инверсиям и застоям воздуха. В этой работе использованы данные четырехсрочного зондирования атмосферы на АМС Верхнее Дуб-рово за период с января по сентябрь 1980 г., с января по апрель 1990 г., за все 12 месяцев 1984— 1989, 1991 гг. Это позволило получить качественные данные по месячным повторяемостям приземных инверсий температуры воздуха за данный период. Естественно, при расчетах ПЗА были использованы значения повторяемостей слабых ветров, застоев воздуха и туманов за тот же период на восьми метеостанциях.
По многолетним средним годовым ПЗА в Главной геофизической обсерватории им. А.И.Воейкова было проведено районирование
территории СССР. По климатическим условиям рассеяния примесей для низких источников выбросов было выделено пять зон: зона I низких ПЗА (значения ПЗА не более 2,40), зона II умеренных ПЗА (2,41—2,70), зона III повышенных ПЗА (2,71—3,00), зона IV высоких ПЗА (3,01— 3,30), зона V очень высоких ПЗА (более 3,30) [13]. В регионе Среднего и Южного Урала пространственное распределение ПЗА достаточно сложное. По многолетним средним годовым ПЗА данная территория располагается в трех зонах: IV, III и II высоких, повышенных и умеренных ПЗА [13].
В регионе ВУРЗ пространственно-временная изменчивость ПЗА имеет достаточно сложный характер. На исследуемой территории многолетние средние годовые ПЗА изменяются от 2,52 (МС Аргаяш, II зона умеренных ПЗА) и 2,62 (МС Шатрово, II зона умеренных ПЗА) до 3,22 (МС Бродокалмак, IV зона высоких ПЗА) и 3,12 (МС Верхний У фал ей, IV зона высоких ПЗА). Это свидетельствует о том, что в наиболее радиоактивно загрязненной части зоны ВУРЗ и в месте расположения ПО «Маяк» (по данным МС Аргаяш), а также в районе МС Шатрово метеорологические условия рассеяния примесей лучше, чем в остальных районах данной территории. Худшие условия рассеяния характерны для районов МС Бродокалмак и МС Верхний У фал ей (рис. 2). Полученные многолетние средние годовые ПЗА находятся в неплохом соответствии с данными районирования СССР по этому району Урала [13].
ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И УСТОЙЧИВОЕ РАЗВИТИЕ
А.Ф.Тетерин и др.
Рис. 2. Многолетние средние годовые ПЗА в зоне ВУРЗ
В течение года многолетние средние месячные ПЗА на территории ВУРЗ изменяются по-разному. Максимальный диапазон изменчивости месячных норм ПЗА равен 1,19 (от 3,61 в июне до 2,42 в октябре) и отмечен на МС Ка-менск-Уральский. Также значительная внутригодовая изменчивость ПЗА характерна для МС Бродокалмак и Верхний У фал ей— соответственно 1,11 (от 3,79 в июне до 2,68 в октябре) и
1,06 (от 3,59 в июне до 2,53 в октябре). Минимальная изменчивость месячных норм ПЗА составляет 0,44 (от 3,03 в декабре до 2,59 в апреле) и наблюдается на МС Камышлов. Кроме того, незначительная внутригодовая изменчивость ПЗА отмечена на МС Аргаяш и Шатрове — 0,49 (от 2,70 в декабре до 2,21 в октябре) и 0,59 (от 2,82 в январе и феврале до 2,23 в октябре) (рис. 3).
Во внутригодовом ходе на исследуемой территории месячные нормы ПЗА, как правило, имеют два максимума и два минимума. При
максимальных значениях ПЗА формируются наиболее неблагоприятные метеорологические условия для рассеяния примесей в приземной атмосфере. Минимальные величины ПЗА характерны для наиболее благоприятных условий рассеяния.
В зоне ВУРЗ первый годовой максимум ПЗА характерен для холодного периода года. Наибольшие значения ПЗА отмечаются в декабре на МС Бродокалмак (ПЗА 3,62, зона V), Ка-менск-Уральский (3,08, зона IV) и Камышлов (3,03, зона IV); в феврале— на МС Верхний Уфалей (ПЗА 3,59, зона V), Тугулым (3,04, зона IV) и Далматово (3,08, зона IV); в декабре — январе — на МС Аргаяш (2,70, зона II), в декабре— феврале— на МС Шатрове (2,81 и 2,82, зона III) (рис. 3).
Второй годовой максимум ПЗА наблюдается в теплый период года. Он отмечается в июне на семи МС (ПЗА от 2,68 до 3,79, зоны от II до V), в июле — на МС Камышлов (2,91, зона III).
Вестник НВГУ. № 1/2015
МА ТЕМА ТИЧЕСКИЕ И ЕСТЕСТВЕННЫЕ НА УКИ
На МС Тугулым в июне и июле достаточно близкие значения ПЗА (2,94 и 2,96, зона III). Необходимо отметить, что на МС Бродокалмак в марте имеется третий пик во внутригодовом ходе ПЗА (3,55, зона V), а на МС Камышлов в феврале (2,97, зона III) и марте (2,96, зона III)
метеорологические условия рассеяния примесей несколько хуже, чем в соседние месяцы. Таким образом, на МС Бродокалмак и МС Камышлов во внутригодовом ходе имеются третьи максимумы ПЗА (рис. 3).
Минимальные величины ПЗА характерны для центральных месяцев переходных климатических сезонов (для весны и осени), т.е. для апреля и октября, когда увеличиваются скорости ветра и уменьшается повторяемость приземных инверсий, застоев воздуха и слабых ветров. В апреле в исследуемой зоне ВУРЗ значения ПЗА изменяются от 2,33 (МС Шатрово, зона I низких ПЗА) и 2,34 (МС Аргаяш, зона I низких ПЗА) до 2,74 (МС Бродокалмак, зона III повышенных ПЗА). В октябре ПЗА варьируются от 2,21 (МС Аргаяш, зона I низких ПЗА) и 2,23 (МС Шатрово, зона I низких ПЗА) до 2,61 (МС Камышлов, зона II умеренных ПЗА) и 2,68 (МС Бродокалмак, зона II умеренных ПЗА). Так как на МС Бродокалмак и МС Камышлов во
внутригодовом ходе ПЗА имеются третьи максимумы, то здесь также имеются третьи минимумы — отчетливо выраженный в январе на МС Бродокалмак (3,27, зона IV) и менее значимый на МС Камышлов (2,93, зона III) (рис. 3).
В зоне ВУРЗ по годовым величинам коэффициенты вариации минимальная относительная изменчивость ПЗА характерна для районов МС Камышлов (2,6%), МС Аргаяш (2,8%) и МС Шатрово (2,9%). А наибольшие колебания ПЗА отмечаются в горно-лесной части исследуемой зоны — в районе МС Верхний У фал ей (8,8%) (табл. 2).
Во внутригодовом ходе в исследуемом регионе по месячным величинам коэффициенты вариации наибольшая относительная изменчивость
ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И УСТОЙЧИВОЕ РАЗВИТИЕ
А.Ф.Тетерин и др.
ПЗА зафиксирована в районах МС Верхний Уфалей (диапазон значений коэффициента вариации от 10,1 до 30,5%), МС Бродокалмак (диапазон от 7,5 до 28,0%) и МС Каменск-
Уральский (диапазон от 6,4 до 24,6%). А наименьшая относительная внутригодовая изменчивость ПЗА свойственна району МС Камыш-лов (диапазон от 5,8 до 11,1%) (табл. 2).
Коэффициенты вариации ПЗА (V, %) в зоне ВУРЗ
Таблица 2
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Год
МС Аргаяш
9,2 10,3 13,7 12,2 6,0 7,5 9,3 9,1 14,8 8,0 10,2 6,2 2,8
МС Верхний Уфалей
28,4 30,5 19,9 15,2 13,6 21,6 П,7 13,0 11,3 10,1 12,5 15,4 8,8
МС Бродокалмак
12,9 12,3 26,4 15,1 13,7 20,5 14,9 17,0 9,6 7,5 11,6 28,0 3,2
МС Каменск-Уральский
15,4 13,6 19,9 12,7 12,1 24,6 11,3 6,4 9,0 9,5 10,9 15,9 3,6
МС Камышлов
9,6 10,4 П,1 9,7 5,8 7,7 6,6 6,2 7,6 6,5 9,3 7,4 2,6
МС Ту гул 1)1 м
14,9 17,5 17,5 12,3 6,9 18,4 13,0 П,1 22,1 8,4 14,3 11,0 4,4
МС Далматово
12,0 19,4 17,0 17,3 8,5 20,5 16,1 19,0 12,8 10,0 12,3 10,0 5,2
МС Шатрово
13,1 12,5 16,0 15,1 7,8 14,0 9,4 8,9 10,5 9,5 10,6 8,0 2,9
В заключение следует отметить, что практически вся территория ПО «Маяк» располагается в зоне повышенных ПЗА. Верхнее течение р.Теча с наиболее радиоактивно загрязненной поймой (до п. Муслюмово) и нижнее течение реки (от п. Верхняя Теча до г.Далматово) находятся в зоне повышенных ПЗА. Остальная часть реки Теча расположена в зоне высоких ПЗА. Головная часть Восточно-Уральского радиоактивного следа локализована в зонах умеренных, высоких и повышенных ПЗА, средняя и хвостовая часть следа — в зоне повышенных ПЗА.
Как ранее было отмечено в [21; 22], в зоне ВУРЗ атмосферные явления, сопровождаемые сильными и средними ветрами, в наибольшей степени способствуют дефляции радионуклидов с подстилающей поверхности в районе расположения ПО «Маяк», в головной части Восточно-Уральского радиоактивного следа и в верхнем течение реки Теча. Но именно в этом же районе зоны ВУРЗ формируются метеорологические условия, наиболее благоприятные для рассеяния выбросов в воздухе.
Наихудшие условия рассеяния примесей в приземной атмосфере зоны ВУРЗ наблюдаются с декабря по февраль (иногда по март) и с июня по июль. Наилучшие условия рассеяния приме-
сей характерны для центральных месяцев переходных климатических сезонов (весны и осени), т.е. для апреля и октября.
Наибольшая относительная изменчивость средних месячных ПЗА отмечается в районах расположения метеостанций с наиболее высокими значениями ПЗА: МС Верхний Уфалей, МС Бродокалмак, МС Каменск-Уральский.
В качестве практических рекомендаций следует отметить то, что полученные данные о пространственно-временной изменчивости потенциала загрязнения атмосферы в зоне ВУРЗ необходимо учитывать при планировании и осуществлении конкретных мероприятий с целью управления качеством воздушного бассейна в данном регионе. При повышенных, высоких и очень высоких значениях ПЗА следует уменьшать объемы выбросов загрязняющих веществ от стационарных источников, а также ограничивать количество автомобилей на городских улицах. При низких и умеренных величинах ПЗА можно увеличить до определенных пределов объемы выбросов от стационарных источников и также увеличить количество автомобилей в городе.
На Урале выявлены изменения и колебания основных характеристик климата (скорости
Вестник НВГУ. № 1/2015
МА ТЕМА ТИЧЕСКИЕ И ЕСТЕСТВЕННЫЕ НА УКИ
ветра, атмосферных осадков и атмосферных явлений) [20; 22]. Это, безусловно, скажется на метеорологических условиях рассеяния примесей в приземном слое атмосферы. Тем более что с начала 2000-х гг. вследствие возобновле-
ния экономического роста в России отмечается рост количества стационарных и передвижных источников, а также увеличение объемов выбросов примесей в атмосферу.
ЛИТЕРАТУРА
1. Авраменко М.И., Аверин А.Н., Лобойко Б.Г., Филин В.П., Глаголенко Ю.В., Дрожко Е.Г., Котов Э.С., Мокров Ю.Г., Романов Г.Н. Авария 1957 г. Оценка параметров взрыва и анализ характеристик радиоактивного загрязнения территории // Вопросы радиационной безопасности. 1997. № 3.
2. Алексахин А.И. История эксплуатации водоема Карачай. Обзорный очерк по архивным и отчетным материалам ПО «Маяк» // Вопросы радиационной безопасности. 2005. № 4.
3. Атлас Восточно-Уральского и Карачаевского радиоактивных следов, включая прогноз до 2047 года / Под ред. Ю.А.Израэля. М., 2013.
4. Бакуров А.С. Научный и практический опыт ликвидации последствий аварии 1957 г. // Вопросы радиационной безопасности. ВУРС-45. Спец, выпуск. 2002.
5. Бакуров А.С., Романов Г.Н., Шейн Г.Н. Динамика радиационной обстановки на территории Восточно-Уральского радиоактивного следа // Вопросы радиационной безопасности. 1997. № 4.
6. Бучдаков Л.А. 45 лет после аварии на химкомбинате «Маяк» // Вопросы радиационной безопасности. ВУРС-45. Спец, выпуск. 2002.
7. Волобуев П.В., Чуканов В.Н., Штинов Н.А., Алексеенко Н.Н. Техногенные радиационные инциденты в Уральском регионе, оценки и уточнения // Урал. Радиация. Реабилитация / Отв. ред. В.Н.Чуканов. Екатеринбург, 2004.
8. Восточно-Уральский радиоактивный след (Свердловская область) / Под ред. В.Н.Чуканова. Екатеринбург, 1996.
9. Генезис и концепция Государственной программы Российской Федерации по радиационной реабилитации Уральского региона и мерах по оказанию помощи пострадавшему населению на период до 1995 года. Екатеринбург, 1993.
10. Дегтева М.О., Воробьева М.И., Толстых Е.И., Шагина Н.Б., Кожеуров В.П. Дозиметрическая система реки Теча: реконструкция доз для оценки риска радиационных последствий // Вопросы радиационной безопасности. 2000. № 4.
11. Дрожко Е.Г., Иванов И.А. и др. Современное состояние подземной гидросферы ПО «Маяк» // Вопросы радиационной безопасности. 1996. № 1.
12. Изучение радиоэкологических, радиационно-гигиенических и социально-хозяйственных последствий массированного радиоактивного загрязнения больших площадей (1958—1984 гг.): Отчет по теме «Мираж» / Сост. Л.А.Милакина, П.М.Стукалов. Озерск, 2005. Т. 3.
13. Климатические характеристики условий распространения примесей в атмосфере. Справочное пособие / Под ред. Э.Ю.Безуглой и М.Е.Берлянда. Л., 1983.
14. Леонтьев Л.И., Данилов Н.И., Смирнов Л.А., Солобоев И.С., Чуканов В.Н. Экологические проблемы Урала // Наука в России. 1999. № 1 (109).
15. Оценка радиационной обстановки на территории, загрязненной в результате ветрового переноса радиоактивных аэрозолей в районе предприятия в 1967 году// Вопросы радиационной безопасности. 1996. № 4.
16. Романов Г.Н. Радиационная авария на ПО «Маяк»: практика контрмер, их эффективность и извлеченные уроки // Вопросы радиационной безопасности. 1997. № 3.
17. Словарь терминов. URL: http://www.po-mayak.ru/wps/wcm/connect/mayak/site/Info/Education/glossary
18. Справочник по климату СССР. Свердловск, 1966. Вып. 9. История и физико-географическое описание метеорологических станций и постов.
19. Терновский И.А., Корсаков Ю.Д. Отчет о санитарно-радиационной обстановке в зоне наблюдения в 1981 г. // Вопросы радиационной безопасности. 1996. № 1.
20. Тетерин А.Ф. Изменения основных характеристик климата на Урале за период инструментальных наблюдений // Весты. Уральского отд-ния РАН. 2013. № 3 (45).
21. Тетерин А.Ф. Метеорологические условия формирования зоны Восточно-Уральского радиоактивного загрязнения. Екатеринбург, 2003.
22. Тетерин А.Ф. Эколого-климатические особенности зоны Восточно-Уральского радиоактивного загрязнения. Екатеринбург, 2011.
ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И УСТОЙЧИВОЕ РАЗВИТИЕ
А.Ф.Тетерин и др.
REFERENCES
1. Avramenko M.I., Averin A.N., Loboyko B.G., Filin V.P., Glagolenko Yu.V., Drozhko E.G., Kotov E.S., Mok-rov Yu.G., Romanov G.N. Avariya 1957 g. Otsenka parametrov vzryva i analiz kharakteristik radioaktivnogo zag-ryazneniya territorii [Accident in 1957: Evaluating the explosion parameters and analysis of radioactive contamination] // Voprosy radiatsionnoy bezopasnosti. 1997. № 3 (in Russian).
2. Aleksahin A.I. Istoriya ekspluatatsii vodoema Karachay. Obzornyj ocherk po arkhivnym i otchetnym materia-lam PO «Мауак» [History of opertions at Karachay water reservoir. Review of archives and records of Mayak Production Association] // Voprosy radiatsionnoy bezopasnosti. 2005. № 4 (in Russian).
3. Atlas Vostochno-Uralskogo i Karachaevskogo radioaktivnykh sledov, vklyuchaya prognoz do 2047 goda [Atlas of the East Ural and Karachai radioactive traces, including ecological forecast up to 2047] / Ed. by Yu.A.Izrael. Moscow, 2013 (in Russian).
4. Bakurov A.S. Nauchnyj i prakticheskiy opyt likvidatsii posledstviy avarii 1957 g. [Scientific and practical experience of eliminating the accident in 1957] // Voprosy radiatsionnoy bezopasnosti. VURS 45. Special issue. 2002 (in Russian).
5. Bakurov A.S., Romanov G.N., Sheyn G.N. Dinamika radiatsionnoy obstanovki na territorii Vostochno-Uralskogo radioaktivnogo sleda [The dynamics of radiation situation in the territory of East Ural Radioactive Trace] // Voprosy radiatsionnoy bezopasnosti. 1997. № 4 (in Russian).
6. Buldakov L.A. 45 let posle avarii na khimkombinate «Мауак» [45 years after the accident at Mayak Chemical Plant] //Voprosy radiatsionnoy bezopasnosti. VURS 45. Special issue. 2002 (in Russian).
7. Volobuev P.V., Chukanov V.N., Shtinov N.A., Alekseenko N.N. Tekhnogennye radiatsionnye intsidenty v Uralskom regione, otsenki i utochneniya [Technogenic radiation incidents in the Urals region, evaluation and update] // Ural. Radiatsiya. Reabilitatsiya / Ed. by V.N.Chukanov. Ekaterinburg, 2004 (in Russian).
8. Vostochno-Uralskiy radioaktivnyj sled (Sverdlovskaya oblast) [East Ural Radioactive Trace (Sverdlovsk region)] / Ed. by V.N.Chukanov. Ekaterinburg, 1996 (in Russian).
9. Genezis i kontseptsiya Gosudarstvennoy programmy Rossiyskoy Federatsii po radiatsionnoy reabilitatsii Uraskogo regiona i merakh po okazaniyu pomoschi postradavshemu naseleniyu na period do 1995 goda [The genesis and concept of the Russian Federation State Program for Radiation Rehabilitation of the Ural region and the measures to assist the affected population for the period up to 1995]. Ekaterinburg, 1993 (in Russian).
10. Degteva M.O., Vorobeva M.I., Tolstykh E.I., Shagina N.B., Kozheurov V.P. Dozimetricheskaya sistema reki Techa: rekonstruktsiya doz dlya otsenki riska radiatsionnykh posledstviy [The dosimetry system of the Techa River: reconstruction of radiation doses for risk assessment of radiation consequences] // Voprosy radiatsionnoy bezopasnosti. 2000. № 4 (in Russian).
11. Drozhko E.G., Ivanov I.A. et al. Sovremennoe sostoyanie podzemnoy gidrosfery PO «Мауак» [The current state of the underground hydrosphere at Mayak Chemical Plant] // Voprosy radiatsionnoy bezopasnosti. 1996. № 1 (in Russian).
12. Izuchenie radioekologicheskikh, radiatsionno-gigienicheskikh i sotsialno-hozyaystvennykh posledstviy mas-sirovannogo radioaktivnogo zagryazneniya bolshikh ploschadey (1958—1984 gg.): Otchet po teme «Mirazh» [Study of radioecological, radiation, hygiene and socio-economic impacts of massive radioactive contamination of large areas (1958—1984). Mirazh operation] / Comp, by L.A.Milakina, P.M.Stukalov. Ozersk, 2005. V. 3 (in Russian).
13. Klimaticheskie kharakteristiki usloviy rasprostraneniya primesey v atmosfere. Spravochnoe posobie [The climatic conditions for the dissemination of impurities in the atmosphere. Refence book] / Ed. by E.Yu. Bezuglaya and M.E.Berlyand. Leningrad, 1983 (in Russian).
14. Leontiev L.I., Danilov N.I., Smirnov L.A., Soloboev I.S., Chukanov V.N. Ekologicheskie problemy Urala [Ecological problems of the Urals region] // Nauka v Rossii. 1999. № 1 (109) (in Russian).
15. Otsenka radiatsionnoy obstanovki na territorii, zagryaznennoy v rezultate vetrovogo perenosa radioaktivnykh aerozoley v rayone predpriyatiya v 1967 godu [Evaluating the radiation conditions in the territory contaminated due to the wind transportation of radioactive aerosols in the vicinity of the production company in 1967] // Voprosy radiatsionnoy bezopasnosti. 1996. № 4 (in Russian).
16. Romanov G.N. Radiatsionnaya avariya na PO «Мауак»: praktika kontrmer, ih effektivnost i izvlechennye uroki [Radiation accident at Mayak Chemical Plant: countermeasures, their effectiveness and lessons learned] // Voprosy radiatsionnoy bezopasnosti. 1997. № 3 (in Russian).
17. Slovar terminov [Glossary]. URL: http://www.po-mayak.ru/wps/wcm/connect/mayak/site/Info/Education/glossary
18. Spravochnik po klimatu SSSR [Handbook on the USSR climate], Sverdlovsk, 1966. Vypusk 9. Istoriya i fizi-ko-geograficheskoe opisanie meteorologicheskikh stantsiy i postov [Issue 9. History and physical-geographical description of meteorological stations] (in Russian).
19. Temovskiy I.A., Korsakov Yu.D. Otchet о sanitamo-radiatsionnoy obstanovke v zone nablyudeniya v 1981 g. [Report on the sanitary and radiation conditions in the observation area in 1981] // Voprosy radiatsionnoy bezopasnosti. 1996. № 1 (in Russian).
Вестник НВГУ. № 1/2015
МА ТЕМА ТИЧЕСКИЕ И ЕСТЕСТВЕННЫЕ НА УКИ
20. Teterin A.F. Izmeneniya osnovnykh kharakteristik klimata na Urale za period instrumentalnykh nablyudeniy [The changes of essential climate characteristics in the Urals within the period of instrumental observations] // Proceedings of the Ural Branch ofRAS. 2013. № 3 (45) (in Russian).
21. Teterin A.F. Meteorologicheskie usloviya formirovaniya zony Vostochno-Uralskogo radioaktivnogo zagryaz-neniya [Weather conditions leading to the development of the East-Ural radioactive contamination zone], Ekaterinburg, 2003 (in Russian).
22. Teterin A.F. Ekologo-klimaticheskie osobennosti zony Vostochno-Uralskogo radioaktivnogo zagryazneniya [Ecological and climatic features in the East Ural radioactive contamination zone], Ekaterinburg, 2011 (in Russian).
A.F. Teterin Y.I.Markelov
I. P.A leksan drych ev
Ekaterinburg, Russia
POTENTIAL OF ATMOSPHERE POLLUTION IN THE EAST-URAL RADIOACTIVE CONTAMINATION ZONE
Abstract. The East-Ural radioactive contamination zone was generated due to two radiation incidents and one accident at Mayak Production Association. The radioactive polluted territory is located in northern part of Chelyabinsk and Kurgan regions, in southern and southeast part of Sverdlovsk region. The researchers have used physical and statistical method developed in the Main geophysical observatory named after A.I.Voejkov to determine the existential spaiotemporal variability of the meteorological conditions promoting pollution of surface atmosphere. According to this method, the complex characteristic showing the influence of meteorological conditions on the level of surface air pollution is considered to be the potential of atmosphere pollution. To calculate the potential of atmosphere pollution, the authors have used the data on frequency of near-surface air temperature inversions, weak winds, air stagnation and fogs during 1980—1991 registered at eight meteorological stations located in territory of the Urals Department of Hydrometeorology and Environment Monitoring. The meteorological stations are located evenly in the East-Ural radioactive contamination zone and are representative for various districts of the investigated region.
The average annual values of atmosphere pollution potential vary from 2.52 (meteorological station in Argayash) and 2.62 (meteorological station in Shatrovo) to 3.22 (meteorological station in Brodokalmak) and 3.12 (meteorological station in Verkhnij Ufaley), i.e. from a zone of middle atmosphere pollution potentials to a zone of high atmosphere pollution potentials.
As a rule, during a year the monthly values of atmosphere pollution potential in the East-Ural radioactive contamination zone have two maxima and two minima. When values of atmosphere pollution potential are maximal, the most adverse meteorological conditions for surface atmosphere impurity dispersion are formed, while the minimal quantities of atmosphere pollution potential are characteristic for favorable dispersion conditions. The worst conditions of impurity dispersion are observed within the period from December till February, sometimes till March and from June till July. The best conditions for impurity dispersion are characteristic for the central months of transition climatic seasons, i.e. in April and October.
The greatest relative variability of annual and monthly values of atmosphere pollution potential is marked in areas of meteorological stations with the highest values of atmosphere pollution potential, i.e. in meteorological stations in Verkhnij Ufaley, Brodokalmak and Kamensk-Uralskiy.
It is worth noting that the obtained data on the existential spaciotemporal variability of atmosphere pollution potential in the East-Ural radioactive contamination zone is important for planning and realizing the measures aimed at quality management of air basin in the given region.
In case of raised, high and very high values of atmosphere pollution potential it is necessary to reduce the emissions of polluting substance from stationary sources, and also to reduce the intensity of transportation. In case of low and middle values of atmosphere pollution potential, it is possible to increase the emissions from stationary sources to certain limits and also to increase the amount of transport in cities and settlements.
Key words: East-Ural radioactive contamination zone; meteorological conditions of pollution dispersion; atmosphere pollution potential; existential variability of atmosphere pollution potential.
About the authors: Alexander Fedorovich Teterin, Candidate of Geography, Senior Researcher; Yuri Ivanovich Markelov, Candidate of Physics and Mathematics, Chief of Atmosphere Laboratory; Igor Pavlovich Aleksandry-chev, candidate of Physics and Mathematics, Senior Researcher.
Place of employment: Institute of Industrial Ecology UB RAS, Atmosphere Laboratory.
