CC BY
47
УДК 504.054
DOI 10.18522/0321 -3005-2016-3-76-79
ПРИМЕНЕНИЕ РАСЧЕТНОГО МОНИТОРИНГА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
ГОРОДСКИХ ЭКОСИСТЕМ
© 2016 г. Г.В. Куповых, О.О. Дахова, Б.М. Хучунаев
Куповых Геннадий Владимирович - доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой высшей математики, Институт компьютерных технологий и информационной безопасности Южного федерального университета, пер. Некрасовский, 44, г. Таганрог347928, е-mail: kupovykh@sfedu.ru
Дахова Оксана Олеговна - кандидат географических наук, доцент, кафедра географии, Институт химии и биологии Кабардино-Балкарского государственного университета им. Х.М. Бербекова, ул. Чернышевского, 173, г. Нальчик, КБР, 360004, е-mail: dakhva@rambler.ru
Хучунаев Бузигит Муссаевич - доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник, заведующий лабораторией микрофизики облаков, Высокогорный геофизический институт, пр. Ленина, 2, г. Нальчик, КБР, 360030, e-mail: buzgigit@mail. ru
Kupovykh Gennadii Vladimirovich - Doctor of Physical and Mathematical Science, Professor, Head of Department of Mathematics, Institute of Computer Technology and Information Security of the Southern Federal University, Nekrasovskii Lane, 44, Taganrog, 347928, Russia, e-mail: kupovykh@sfedu.ru
Dakhova Oksana Olegovna - Candidate of Geographical Science, Associate Professor, Department of Geography, Institute of Chemistry and Biology of the Berbekov Kabardino-Balkarian State University, Chernyshevskii St., 173, Nalchik, KBR, 360004, Russia, e-mail: dakhva@rambler.ru
Khuchunaev Buzigit Mussaevich - Doctor of Physical and Mathematical Science, Senior Researcher, Department of Physics of Clouds, High-Mountain Geophysical Institute, Lenin Ave, 2, Nalchik, KBR, 360030, Russia, e-mail: buzgigit@mail.ru
Исследуется загрязнение атмосферного воздуха промышленными предприятиями (на примере г. Нальчика). Было выявлено, что некоторые загрязняющие вещества превышают предельно допустимую концентрацию. Рассчитан индекс загрязнения атмосферы. Впервые определены зоны повышенного загрязнения г. Нальчика. Сделан вывод о значительном антропогенном загрязнении воздушного бассейна исследуемой территории.
Ключевые слова: атмосферный воздух, загрязняющие вещества, индекс загрязнения атмосферы, предельно допустимая концентрация, промышленные предприятия.
In this paper we investigate air pollution by industrial enterprises (the example of the city of Nalchik). It has been revealed that some contaminants exceed maximum permissible concentration. Calculate the air pollution index. For the first time revealed high pollution areas of the city of Nalchik. Concluded that signficant anthropogenic pollution of the air basin of study area.
Keywords: atmospheric air, polluting substances, air pollution index, maximum permissible concentration, industrial enterprises.
Интенсивное воздействие человека на природу, негативные, часто необратимые последствия антропогенного влияния обусловливают необходимость глубокого и всестороннего анализа проблемы взаимодействия общества и природы. Жизнь четверти городского населения России протекает в экологически неблагополучной обстановке, связанной с загрязнением воздушного бассейна городов, а 3 % городских жителей живут в условиях чрезвычайно опасного уровня загрязнения.
Экологическое состояние воздушного бассейна городов в основном определяется количеством источников выбросов и концентрацией загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу. Исследование этих процессов является первым этапом в решении проблемы обеспечения нормальных экологических условий населению с минимальным ущербом для экономики города. В связи с этим
возрастает актуальность исследования состояния воздушного бассейна курортных территорий.
Под загрязнением атмосферы следует понимать изменение ее состава при поступлении примесей естественного или антропогенного происхождения. Вещества-загрязнители бывают трех видов: газы, пыль и аэрозоли. К последним относятся диспергированные твердые частицы, выбрасываемые в атмосферу и находящиеся в ней длительное время во взвешенном состоянии.
При оценке загрязнения атмосферы важен также период времени, в течение которого загрязняющие вещества сохраняются в ней. Скапливаясь в атмосфере, загрязнители взаимодействуют друг с другом, гидролизуются и окисляются под действием влаги и кислорода воздуха, а также изменяют свойства под воздействием радиации. Вследствие этого продолжительность пребывания токсичных приме-
сей в атмосфере тесно связана с их химическими свойствами. В табл. 1 приведено время пребывания некоторых веществ в атмосфере [1, 2].
Таблица 1
Время пребывания веществ в атмосфере
Элемент или соединение Среднее время пребывания
в атмосфере
Гелий 107 лет
Азот 106-2-107 лет
Кислород 5-103-104 лет
Диоксид углерода 5-10 лет
Водород 4-8 лет
Метан 4-7 лет
Оксид диазота 2,5-4 года
Озон 0,3-2 года
Оксид углерода 0,2-0,5 года
Диоксид азота 8-11 сут
Вода 10 сут
Сульфат-ион 10 сут
Оксид азота 9 сут
Аммиак 5-6 сут
Ион аммония 6 сут
Нитрат-ион 5 сут
Диоксид серы 2-4 сут
Дигидросульфид 0,5-4 сут
Органический углерод 2 сут
Весьма опасна способность многих загрязняющих соединений вступать в реакцию друг с другом и образовывать в ряде случаев еще более вредные вещества [3].
Город Нальчик - столица Кабардино-Балкарской Республики, расположен в предгорьях Большого Кавказа на р. Нальчик (бассейн Терека) в 1873 км к югу от Москвы. Географическая широта Нальчика - 43°29', географическая долгота - 43°37'.
Состояние атмосферного воздуха и окружающей среды г. Нальчика в целом считается относительно чистым и безвредным в связи с тем, что в структуре промышленно-производственного комплекса не оказалось предприятий, производственно-хозяйственная деятельность которых была бы связана с выбросами в атмосферу большого количества высокотоксичных веществ (крупные ТЭЦ, чугунно-литейные и сталеплавильные мощности, нефте- и газоперерабатывающие комплексы, предприятия по производству химических и белково-витаминных концентратов, резинотехнических изделий и т.п.). Кроме того, некоторые предприятия, наносившие ранее определенный вред атмосфере, с середины 90-х гг. прекратили свою производственную деятельность, либо работают вполсилы, либо перешли на выпуск другой, менее обременительной для атмосферного воздуха продукции [4].
В Нальчике находится большое количество предприятий различных отраслей промышленно-
сти. Нами исследовано 72 промышленных предприятия, наиболее крупными из которых являются ОАО «Нальчикский машиностроительный завод», ОАО «Нальчикский завод высоковольтной аппаратуры», ОАО «Гидрометаллург», ОАО «Телемеханика» [5]. Основная часть промышленных объектов расположена в северо-западной, северной и северовосточной частях города.
Из всех загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу г. Нальчика, концентрация 13 загрязняющих веществ превышает предельно допустимую концентрацию (ПДК). Из них всего 9 соединений (оксид железа, марганец и его соединения, диоксид азота, аммиак, сероводород, углеводороды С1-С5, масло минеральное нефтяное, неорганическая и древесная пыль) охватывают селитебные ландшафты города [6].
Было проведено сравнение данных, полученных расчетным методом с инструментальными замерами. В качестве инструментальных использовались материалы Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (Роспотребнадзор), которые проводят контроль за состоянием окружающей среды. Обязательными исследуемыми веществами в атмосферном воздухе являются неорганическая пыль, диоксид азота, оксид углерода и диоксид серы.
По данным Роспотребнадзора, на перекрестке пр. Ленина и ул. Ногмова из 40 исследованных проб в 4 случаях концентрация диоксида азота составляет 1,1-2,0 ПДК. На перекрестке пр. Ленина и ул. Кешокова из 20 исследованных проб в 4 случаях концентрация диоксида азота составляет 1,1-2,0 ПДК. На перекрестке ул. Ватутина и Головко из 20 исследованных проб в одном случае концентрация диоксида азота составляет 1,1-2,0 ПДК.
На перекрестках пр. Ленина - ул. Головко, пр. Ленина - ул. Кешокова, ул. Кирова - пр. Кулиева, ул. Ватутина - ул. Головко в некоторых случаях наблюдается повышенное содержание в атмосферном воздухе фенола, и концентрация его составляет 1,1-5,0 ПДК.
В районе гидрометаллургического завода из 86 исследованных проб в 8 случаях концентрация аммиака - 1,1-2,0 ПДК и в 5 случаях - 2,1-5,0 ПДК. Из 91 исследованной пробы в 7 случаях концентрация сероводорода составляет 1,1-2,0 ПДК, в 15 случаях - 2,1-5,0 и в 5 случаях - больше 5,1 ПДК.
Концентрация оксида углерода и диоксида серы, поступающая в атмосферный воздух г. Нальчика, не превышает ПДК.
Было проведено сравнение концентраций загрязняющих веществ, полученных расчетным и инструментальным методами, контролируемых на постах наблюдений (табл. 2).
Таблица 2
Расчетные и измеренные концентрации загрязняющих веществ, контролируемых на постах наблюдений
Наименование перекрестков Перечень веществ, контролируемых на постах наблюдений Расчетные значения, мг/м3 Измеренные значения, мг/м3
Пр. Ленина -ул. Кешокова Диоксид азота 0,06206 0,084
Пыль неорганическая 0,06532 0,060
Диоксид серы 0,06916 0,035
Оксид улерода 0,59200 1,000
Пр. Кулиева -ул. Кирова Диоксид азота 0,03195 0,062
Пыль неорганическая 0,07040 0,080
Диоксид серы 0,07470 0,060
Оксид углерода 0,46500 0,450
Ул. Мальбахова -ул. Идарова Диоксид азота 0,02253 0,142
Пыль неорганическая 0,06848 0,015
Диоксид серы 0,05808 0,025
Оксид углерода 0,57330 1,200
Ул. Идарова -ул. Кабардинская Диоксид азота 0,01425 0,228
Пыль неорганическая 0,07158 0,015
Диоксид серы 0,06878 0,040
Оксид углерода 0,83190 2,500
Ул. Байсултанова -ул. Ватутина Диоксид азота 0,03500 0,074
Пыль неорганическая 0,06113 0,140
Диоксид серы 0,24420 0,070
Сероводород 0,05148 0,00136
Оксид углерода 0,77000 0,500
Для определения согласованности результатов расчетов и данных, полученных инструментальным методом, был рассчитан коэффициент корреляции, который составил 0,91, это показывает хорошую согласованность между данными, полученными расчетным и инструментальным методами.
Для оценки степени суммарного загрязнения атмосферы рядом веществ в городах России используется комплексный показатель - индекс загрязнения атмосферы (ИЗА). Он показывает, какому уровню загрязнения атмосферы (в единицах ПДК диоксида серы) соответствуют фактически наблюдаемые концентрации веществ в городской атмосфере, т.е. во сколько раз суммарный уровень загрязнения воздуха превышает допустимое значение по рассматриваемой совокупности примесей в целом [7].
Для расчета ИЗА использовали 5 веществ, которые определяют основной вклад в создание высокого уровня загрязнения городов - марганец и его соединения, диоксид азота, формальдегид, аммиак и неорганическая пыль с содержанием 20-70 % диоксида кремния.
Индекс загрязнения атмосферы г. Нальчика показал, что низкий уровень загрязнения наблюдается в районе Долинска (4,8) и Вольного Аула (3,7). Курортная зона (Долинск) и жилая зона Вольный Аул по значению ИЗА характеризуются относи-
тельно благоприятными экологическими условиями. Состав этих зон различен. В Вольном Ауле преобладают ландшафты одноэтажной жилой застройки, курортная зона состоит из рекреационных ландшафтов в виде крупных санаторных комплексов, ландшафтов культурных лесов (городского парка) и урбанистических ландшафтов, объединяющих два подтипа: ландшафты общественной застройки и зеленых насаждений. Сближают эти зоны близость к центру города с высоким уровнем химического загрязнения и подветренное положение по отношению к имеющим до 18 % повторяемости в годовом цикле ветрам с северо-востока, которые переносят вредные примеси от района сосредоточения индустриальных ландшафтов.
Повышенное загрязнение наблюдается в районе Александровки (6,3). В этом районе преобладают селитебные ландшафты одноэтажной застройки.
Высокое загрязнение наблюдается в районах Искожа (7,5), Центра (7,9), Еврейской колонки (8,3), Затишья (9,3), Стрелки (10,7), Горной (13,5). Очень высокое загрязнение наблюдается в районе железнодорожного вокзала (21,4).
Эти районы характеризуются зонами с достаточно неблагоприятными экологическими условиями. Урбанистические ландшафты зоны Искож
состоят из ландшафтов многоэтажной жилой и общественной застройки. Сеть автодорожных ландшафтов внутри зоны редка, однако внешние транспортные магистрали обеспечивают значительное количество загрязняющих веществ. Остальные жилые зоны характеризуются различным сочетанием ландшафтов одноэтажной и многоэтажной жилой застройки, а также достаточно густой сетью автодорожных ландшафтов [8].
Значительные массивы урбанизированных ландшафтов на территории города находятся в различных по степени неблагоприятности экологических условиях. Особенно это относится к жилым зонам в центральной части города. В наименьшей степени подвержены воздействию негативных экологических факторов зоны и слагающие их ландшафты, расположенные на периферии городской территории, которые удалены и от напряженных транспортных магистралей, и от источников промышленного загрязнения.
Выводы
1. Определено, что из всех загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу Нальчика от промышленных предприятий и автомобильного транспорта, концентрация 13 загрязняющих веществ превышает ПДК. Из них 9 соединений (оксид железа, марганец и его соединения, диоксид азота, аммиак, сероводород, углеводороды С1-С5, масло минеральное нефтяное, неорганическая и древесная пыль) охватывают селитебные ландшафты города.
2. Проведено сравнение концентраций загрязняющих веществ, контролируемых на постах наблюдений и получено их хорошее согласование (коэффициент корреляции составляет 0,91).
3. Констатируется, что низкий уровень загрязнения наблюдается в районах Долинска (4,8) и Вольного Аула (3,7). Повышенное загрязнение -в районе Александровки (6,3). Высокое загрязнение - в районах Искожа (7,5), Центра (7,9), Еврейской колонки (8,3), Затишья (9,3), Стрелки (10,7), Горной (13,5). Очень высокое загрязнение наблюдается в районе железнодорожного вокзала (21,4).
Литература
1. Бретшнайдер Б., Курфюрст И. Охрана воздушного
бассейна от загрязнений: Технология и контроль / пер. с англ. Н.Г. Вашкевича. Л., 1989. 287 с.
2. Другов Ю.С., Беликов А.Б., Дьякова Г.А., Тульгинский В.М.
Методы анализа загрязнений воздуха. М., 1984. 384 с.
3. Марцинкевич Г.И. Использование природных ресурсов и
охрана природы. 2-е изд. Мн., 1985. 215 с.
4. ПлешховХ.Х. Охрана окружающей среды КБР. Нальчик,
2007. 136 с.
5. Дахова О.О. Антропогенное загрязнение воздушного бас-
сейна г. Нальчика // Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций: материалы 9-й науч.-практ. конф., май 2009 г. М., 2009. С. 30-31.
6. Дахова О.О. Загрязнение воздушного бассейна г. Нальчи-
ка промышленными предприятиями // Тез. докл. науч. конф. к 100-летию акад. Е.К. Федорова. М., 2009. С. 23.
7. Методика расчета комплексного показателя атмосферы.
СПб., 2002. 8 с.
8. Перекрест В.В., Разумов В.В. Ландшафтно-экологическое
районирование территории г. Нальчика по комплексу факторов среды // Экология урбанизированных территорий. 2008. № 3. С. 54-60.
References
1. Bretshnaider B., Kurfyurst I. Okhrana vozdushnogo
basseina ot zagryaznenii: Tekhnologiya i kontrol' [Air protection from pollution: Technology and control]. Transl. from English N.G. Vashkevich. Leningrad, 1989, 287 p.
2. Drugov Yu.S., Belikov A.B., D'yakova G.A., Tul'ginskii
V.M. Metody analiza zagryaznenii vozdukha [Methods for analysis of air pollution]. Moscow, 1984, 384 p.
3. Martsinkevich G.I. Ispol'zovanie prirodnykh resursov i
okhrana prirody [The use of natural resources and environmental protection]. 2nd ed. Minsk, 1985, 215 p.
4. Pleshkhov Kh.Kh. Okhrana okruzhayushchei sredy KBR
[KBR environmental protection]. Nalchik, 2007, 136 p.
5. Dakhova O.O. [Nalchik anthropogenic air pollution].
Problemy prognozirovaniya chrezvychainykh situatsii [Problems of forecasting of emergency situations]. 9 scientific-practical. conf. May, 2009. Moscow, 2009, pp. 30-31.
6. Dakhova O.O. [Air pollution Nalchik industrial enterprises].
Tez. dokl. nauch. konfer. 100-letie akad. E.K. Fedorova [Mes. rep. scientific. conf. 100th anniversary of acad. E.K. Fedorov]. Moscow, 2009, p. 23.
7. Metodika rascheta kompleksnogo pokazatelya atmosfery
[The method of calculating the complex index of the atmosphere]. Saint Petersburg, 2002, 8 p.
8. Perekrest V.V., Razumov V.V. Landshaftno-ekologicheskoe
raionirovanie territorii g. Nal'chika po kompleksu faktorov sredy [Landscape-ecological zoning of the territory of Nalchik on a range of environmental factors]. Ekologiya urbanizirovannykh territorii, 2008, no 3, pp. 54-60.
Поступила в редакцию_17 июня 2016 г.
