CC BY
62
Вычислительные технологии Том 13, Специальный выпуск 3, 2008
Роль атмосферных осадков как экологических индикаторов в мониторинге состояния окружающей среды урбанизированных территорий аридных зон
B.C. Горяева, Г. А. Толкачева , . I. К). Шардакова
Научно-исследовательский гидрометеорологический институт,
Ташкент, Узбекистан e-mail: [email protected]
Aspects of atmospheric precipitation as one of the ecological indicators of the environment state are considered. Assessment of pollution of the snow coverin Tashkent is estimated for the first time. A relation between pollution of the snow cover and the atmospheric air is studied. Concentrations of various ingredients influenced the pollution of snow are calculated.
Основные задачи всестороннего анализа окружающей среды — это изучение разнообразных аспектов воздействия различных факторов на элементы биосферы и всеобъемлющий анализ результатов этого воздействия для выявления важнейших его сторон, требующих принятия мер с целью уменьшения нежелательных эффектов воздействия. Результаты такого анализа, в конечном счете, нужны для организации оптимального взаимодействия человека и природы, оценок экологического ущерба, принятия решений по реабилитации окружающей среды.
Республика Узбекистан является участником программы по охране окружающей среды "Атроф-Мухит", и на основании имеющегося международного опыта составлен перечень экологических индикаторов. Однако, несмотря на то что в перечень экологических индикаторов для мониторинга состояния природной среды Республики Узбекистан не вошли атмосферные выпадения (осадки, сухие атмосферные выпадения — CAB), их следует учитывать при оценке состояния окружающей среды. Необходимо отметить следующие важные аспекты использования атмосферных выпадений в качестве комплексных экологических индикаторов мониторинга состояния природной среды:
а) качественные характеристики загрязнения атмосферного воздуха на территориях с различной антропогенной нагрузкой;
б) количественные оценки выпадения из атмосферы осадков и CAB загрязняющих веществ;
в) воздействие осадков и CAB на наземную растительность, подстилающую поверхность, поверхностные воды, технологические конструкции, здоровье населения;
г) наличие фотохимических, физико-химических процессов в загрязненной атмосфере, приводящих к образованию вторичных загрязняющих примесей с более высокой токсичностью для биоты;
© Институт вычислительных технологий Сибирского отделения Российской академии наук, 2008.
д) эколого-экопомический ущерб от воздействия загрязненного воздуха на природные среды и биоту:
е) климато-химические взаимодействия в атмосфере, что очень важно при оценке влияния антропогенного пресса па изменения климата.
В Научно-исследовательском гидрометеорологическом институте (НИГМИ) проводятся исследования химического состава влажных и сухих выпадений как экологических индикаторов загрязнения атмосферы. Создана и пополняется база данных о количественном и качественном составе осадков. Проводится оценка влияния осадков па почву и растения па различных территориях Республики Узбекистан. При контроле качества атмосферного воздуха представляло интерес изучение химического состава снежного покрова па территории промышленной агломерации. Исследования проводились па территории Ташкентской области, а также в районе Чарвакекого водохранилища, рассматриваемого как фоновая точка |1|.
Цель данной работы — исследование химического состава проб снега из точек города с различной антропогенной нагрузкой для оценки экологического состояния урбанизированной территории и возможности использования снега в качестве характеристики, отражающей состояние атмосферного воздуха на дапппой территории.
Химический состав снежного покрова связан с загрязнением атмосферного воздуха, а также последующим загрязнением поверхностных вод и почв. При образовании и выпадении снега в результате процессов сухого и влажного вымывания концентрация загрязняющих веществ в нем оказывается обычно па 2-3 порядка выше, чем в атмо-сферпом воздухе |2|.
В Ташкенте снежный покров наблюдается в период с октября по март. Среднее число дней со снежным покровом равно 43. Средняя декадная высота снежного покрова
*
А
2
2
Рис. 1. Карта г. Ташкента с указанием постов мониторинга, районов и точек отбора
растет от 1...2 до 6...7 см в январе и феврале, а в марте наблюдается спад. Наибольшая их повторяемость приходится па январь (28%) |3|.
В январе 2006 г. впервые были исследованы пробы снега в разных районах города. Отбор проб евежевыпавшего снега проводился на территории города в восьми точках с различной экологической нагрузкой (рис. 1). Исследовалось четыре случая выпадения снега.
Отбор, пробоподготовка и химический анализ талой воды проводились в соответствии с "Временными методическими указаниями по отбору и анализу проб сухих атмосферных выпадений", разработанными в НИГМИ [4]. В пробах определялись: С1-, Р-, Б04-,КО- (ионной хроматографией), МН+ (фотоколориметрией), Са+, НСО- (титрованием), а также тяжелые металлы в жидкой и взвешенной фазах (РЬ, Сс1. Си, методом атомной абсорбции. Полученные результаты представлены на рис. 2-4.
Из рис. 2 следует, что среднее значение минерализации, полученное для территории Ташкента для января, превышает в несколько раз значение минерализации на фоновой территории (район Чарвакекого водохранилища) |1|. На рис. 3 показано, что зпаче-
| 40 35 30 25 20 15 10 5 0
-1
г.Таикент
Чарвакское водохранилище
минерализация
■ Мд2+
□ Са2+
□ НСОЗ-ES042-
■ CI-
тачка отбора
Рис. 2. Значения минерализации в пробах г. Ташкента и Чарвакекого водохранилища (фоновая точка)
минерализация
s 100
90 80 70 60 50 40 30 20 10 О
ШЕ
—
—
рщ,
ш шп
1
в S s S5 sa
Т.1 Т.2 Т.З Т.4 Т. 5 Т.6 Т. 7 Т.8
ПИ NH4+ ■ Мд2+
□ Са2+
□ НСОЗ-S S042-
□ N03-
□ Cl-
□ F-
точка отбора
Рис. 3. Значения минерализации проб снега в различных точках отбора
Рис. 4. Значения концентрации тяжелых металлов в пробах снега в пределах города
пия общей минерализация проб снега в разных точках отличаются. Это связано с тем, что в разных точках отбора уровни загрязнения атмосферного воздуха не однородны. Химический состав его формируется иод влиянием выбросов загрязняющих веществ промышленными предприятиями па территории города и передвижными источниками. Анализ результатов показал, что во всех пробах снега преобладают гидрокарбонаты, что характерно для территории г. Ташкента и Ташкентской области.
При исследовании содержания тяжелых металлов в пробах снега с разных точек отбора также наблюдаются различия. Из рис. 4 видно преобладание цинка и свинца во всех пробах снега. Это объясняется естественным повышенным содержанием цинка в почвах на территории г. Ташкента и загрязнением от автотранспорта. Содержание меди и кадмия в снеге незначительно.
Известно, что значение рН = 5.6 соответствует незагрязненным осадкам. Измеренные значения рН талых вод находятся в пределах 4.4...6.4. На пунктах Т. 3, Т. о, Т. 7 и Т. 8 значения рН сдвинуты в щелочную сторону, это можно объяснить тем, что в выбросах предприятий, расположенных в районах отбора проб, преобладают соединения, имеющие щелочную реакцию, в том числе карбонаты и гидрокарбоиаты, аммоний. В то же время па территориях, где выбросы предприятий имеют кислотную составляющую, происходит закиелепие снежного покрова.
На рис. 5-7 показаны оередпеипые значения концентраций загрязняющих веществ в снеге (а) и в атмосферном воздухе (б). Наблюдаются определенные зависимости между содержанием веществ в снежном покрове и в воздухе. В то же время в промышленных районах, где велик вклад сухих выпадений, концентрация загрязняющих веществ в снеге может превосходить их концентрацию в атмосферном воздухе. Анализ полученных данных показывает хорошую сходимость результатов измерений концентраций загрязняющих веществ в снеге и воздухе.
Связь между загрязнением свежевынавшего снега и атмосферного воздуха определяется коэффициентом концентрации
20 15 10 6 о
дЛ
л
п т
во/'
□ Т1 ВТ.4 от.в ■ та
ПТ12
15
25
26
28
О б
Рис. 5. Осредненные значения концентрации ЭО^" в пробах свежевыпавшего снега (а) и Э02 в воздухе (б)
Рис. 6. Осредненные значения концентрации М03 в пробах свежевыпавшего снега (а) и М02 в воздухе (б)
Рис. 7. Осредненные значения концентрации НСО" в пробах свежевыпавшего снега (а) и СО в воздухе (б)
Здесь Ссн и Св — массовая концентрация загрязняющих веществ в снеге и воздухе, г/г |2, 5|. Рассчитанные коэффициенты концентрации представлены в табл. 1 и 2.
Таким образом, обсуждена роль атмосферных выпадений как экологических индикаторов, впервые проведено исследование снежного покрова на территории г. Ташкента с различной антропогенной нагрузкой, выявлено, что химический состав и показатель рН проб снежного покрова отражают состояние загрязнения атмосферного воздуха. Рассчитаны коэффициенты концентрации загрязняющих веществ в пробах снега.
Таблица 1. Коэффициенты концентрации загрязняющих веществ в снеге, отобранном в рэзныв ДНИ ^СрбДНбб значение относительно города)
Дата Диапазон изменения
(январь 2006 г.) sor НСО^ N03"
15 375...1090 21...68 14...350
25 79...362 21...43 16...75
26 157...626 17...50 14...84
28 492...3589 17...56 7...774
Таблица 2. Коэффициенты концентрации в снеге (январь 2006 г.)
Пост w(sot) W(HCC>3 ) W(N03")
15.01 25.01 26.01 28.01 15.01 25.01 26.01 28.01 15.01 25.01 26.01 28.01
1 471 79 626 492 30 34 17 34 299 75 — 15
4 — 362 — 534 — 22 — 34 — 16 — 46
6 375 — 157 — 68 — 26 — 47 — 14 -
8 933 182 — 577 43 39 — 17 93 16 — 7
12 956 — 289 3589 39 — 50 56 28 — 84 774
Полученные данные могут быть использованы в моделях для оценки состояния загрязнения воздушной среды, при расчетах трансграничного переноса воздушных масс на урбанизированных территориях. Использование снежного покрова в качестве экологического индикатора загрязнения природной среды в городах позволит заметно увеличить эффективность мониторинга загрязнения атмосферы, вод и почв па урбанизированных территориях.
Список литературы
flj Николленко В.А., Нурблев Д.Д. Химический состав атмосферных осадков в районе Чарвакского водохранилища // Исследование загрязнения внешней среды: Тр. САРНИГ-XIII им. Бугаева М.: Гидрометеоиздат, 1979. Вып. 61 (142). С. 66-69.
[2J Негробов О.П., Астлнин И.К., Стародубцев B.C., Астлнинл H.H. Снежный покров как индикатор состояния атмосферного воздуха в системе социально-гигиенического мониторинга // Вест. ВГУ. Сер. Химия. Биология. Фармация. 2005. № 2. С. 149-153.
[3] Климат Ташкента / Среднеазиатский региональный научно-исследовательский институт им. Бугаева / Под. ред. Б.А. Айзенштата, Ц.А. Швер, Г.Н. Леухиной. J1.: Гидрометеоиздат, 1982. 199 с.
[4J Временные методические указания по отбору и анализу проб сухих атмосферных выпадений. Ташкент: CA III ИМИ. 1993. 51 с.
[5J Василенко В.Н., Назаров U.M.. Фридман Ш.Д. Мониторинг загрязнения снежного покрова. J1.: Гидрометеоиздат, 1985. 182 с.
Поступила в редакцию 21 февраля 2008 г.
