CC BY
215
ГИГИЕНА
УДК 614. 71/. 72 (470. 41)
ВЛИЯНИЕ КОМПЛЕКСА МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НА ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА ГОРОДА
И.В.Степанова, А.П.Шлычков
Кафедра гигиены, медицины труда с курсом медэкологии и ПДО (зав. - акад. РАМН, проф. Н.Х.Амиров) Казанского государственного медицинского университета, отдел составления, ведения кадастров и мониторинга (начальник - канд. географ. наук А.П. Шлычков) Министерства экологии и природных ресурсов РТ
Величина вклада метеорологических условий в формирование среднего уровня загрязнения атмосферы иногда может составлять от 30 до 50% [ 1 ]. Неблагоприятные метеорологические условия могут создавать значительное повышение в атмосфере концентраций токсических соединений, что определяет негативные изменения в состоянии здоровья населения.
Цель данной работы: анализ и оценка влияния метеорологических условий на загрязнение атмосферного воздуха г. Казани.
Анализ загрязнения атмосферного воздуха проводился по материалам статистической отчетности 2 ТП-воздух за 1986-2002 гг., государственных докладов "О состоянии окружающей природной среды Республики Татарстан" Министерства экологии и природных ресурсов РТ и данных Центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды РТ (ЦГМС РТ). На процессы рассеивания и накопления выбросов промышленных стационарных источников и автотранспорта оказывают влияние комплексные характеристики, которые соответствуют определенной метеорологической ситуации. В качестве таких комплексных характеристик был использован метеорологический потенциал загрязнения атмосферы [2]. Данный метод позволяет выразить рассеивающую способность атмосферного воздуха через показатель возможного уровня загрязнения атмосферы - потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА).
О метеорологической характеристике самоочищения атмосферы судили по коэффициенту Кт [3]. Он представляет собой отношение значений повторяе-
мостеи метеорологических величин и явлений, ведущих к накоплению выбросов загрязняющих веществ, к метеорологическим параметрам, способствующим их рассеиванию.
Для сравнительной оценки уровня загрязнения городского атмосферного воздуха и выявления тенденций его изменения был применен формализованный показатель - комплексный индекс загрязнения атмосферного воздуха
(КИЗА) [4].
Состояние воздушной среды Казани, которому присуща полифункциональная промышленная структура, где доминируют теплоэнергетика, предприятия химического профиля, строительной отрасли и машиностроения, характеризуется относительно стабильным составом загрязнителей. Большой вклад в загрязнение атмосферного воздуха города вносит и автотранспорт.
Несмотря на заметное уменьшение общего количества государственных автотранспортных средств (135023 ед.) в 2002 г. по сравнению с таковым в 1998 г.
250 т 200 150
тыс.т
100 50 0
1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 год
|ИПромышленные выбросы ИАвтотрэнспорт
Рис.1. Динамика валовых выбросов в атмосферный воздух промышленными стационарными источниками и автотранспортом в г. Казани (тыс.т).
(139886 ед.), количество выбросов от годового пробега автотранспорта в 2002 г. достигло 72,3 тыс.т. против 37,6 тыс.т. в
Рис. 2. Многолетняя годовая роза ветров г. Казани.
1998 г., что составило 65,1% от общих валовых выбросов. Вместе с тем данные формы 2ТП-воздух не учитывают выбросы от индивидуального автотранспорта, что занижает суммарный выброс в 1,88-1,93 раза [5].
Динамика валовых выбросов загрязняющих веществ (ЗВ) от промышленных стационарных источников и автотранспорта г. Казани с 1986 по 2002 г. показывает, что до 1998 г. наблюдалось постоянное снижение выбросов промышленными стационарными источниками и автотранспортом, обусловленное промышленным спадом производства в эти годы (рис.1).
Среди вредных веществ, выбрасываемых в атмосферный воздух города стационарными источниками и автотранспортом, основными ЗВ являются диоксид серы, оксид углерода, оксиды азота и твердые вещества. Динамика выбросов основных веществ по всем ингредиентам за период наблюдения характеризуется существенным снижением (величина достоверности аппроксимации для линии тренда И2 колеблется
от 0,59 до 0,82).
Допуская относительную консервативность естественных источников загрязнения, более или менее установившуюся стабильность техногенных факторов, мы можем отметить, что наиболее изменчивым фактором загрязнения атмосферного воздуха, подверженным значительным колебаниям во времени и пространстве, остаются метеорологические условия. Однако при всем их
разнообразии можно констатировать существование более или менее устойчивых черт климата и погоды (сезоны года и циркуляция атмосферы), формирующих определенный режим загрязнения атмосферного воздуха. Своеобразие климата Казани состоит в существовании различий метеорологического режима между отдельными районами города, которые определяются типом подстилающей поверхности, характером застройки, неравномерностью источников тепловых выбросов и эмиссии ЗВ. В таких случаях более высокие температуры воздуха наблюдаются на возвышенностях, низкие - в пониженных формах рельефа (в оврагах, на берегу водоемов). В городе существует два основных очага повышенных значений температуры. В зависимости от сезона, времени суток и типа погоды температура воздуха в этих очагах тепла может превышать температуру воздуха других районов города на 3-4° С и более. Широкий залив в устье реки Казанки делит городской остров тепла на два указанных основных очага тепла. Сама долина р. Казанки и выходящие к ней жилые кварталы располагаются в очаге холода. Наибольшие контрасты температуры воздуха между очагами тепла и холода (до 4-5° С) наблюдаются в ранние утренние часы зимой и летом при ясной погоде [6].
Сезонные изменения циркуляционных процессов вызывают изменения ветрового режима. В зимние месяцы чаще наблюдаются ветры южного направления, тогда как летом увеличивается повторяемость северо-западных ветров. В целом в течение года преобладают ветры юго-западного направления (рис.2). Более сильные ветра наблюдаются в зимнем периоде года, когда среднемесячное значение скорости ветра составляет 4,2-4,5 м/с (среднегодовое - 3,9 м/с). Такое распределение повторяемости ветров ведет к переносу загрязняющих веществ от источников эмиссии, расположенных в городе, в северно-восточном направлении. В связи с этим в Советском районе города, поселках Нагорный и Дер-бышки можно ожидать более высокие концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, чем в юго-западных частях Вахитовского и Приволжского районов.
с
з
в
ю
Таблица 1
Уровни и характеристика ПЗА в 1986-2002 гг. (г. Казань)
Таблица 3 Критерии самоочищения атмосферы
Год Значения ПЗА Характеристика ПЗА
1986 2,5 Умеренный
1987 2,47 Умеренный
1988 2,24 Низкий
1989 2,31 Низкий
1990 2,28 Низкий
1991 2,28 Низкий
1992 2,24 Низкий
1993 2,44 Умеренный
1994 2,80 Повышенный
1995 2,80 Повышенный
1996 3,0 Высокий
1997 2,9 Повышенный
1998 2,8 Повышенный
1999 3,0 Высокий
2000 2,7 Повышенный
2001 2,67 Повышенный
2002 2,8 Повышенный
Таблица 2
Критерии, характеризующие потенциал и коэффициент загрязнения атмосферного воздуха Казани
Зона Характеристика ПЗА Значения ПЗА Значения Кт
I Низкий 1,8—2,4 0,2—0,54
и Умеренный 2,4—2,7 0,54—0,90
ш Повышенный 2,7—3,0 0,90—1,26
Рис. 3. Зависимость между потенциалом загрязнения и коэффициентом самоочищения атмосферы.
В 1986-1993 гг. значения ПЗА в г. Казани колебались от 2,2 до 2,5, с 1994 по 2002 г. - от 2,7 до 3,0 (табл.1). Интерес представляет то, что в последние годы возможность рассеивания ЗВ в атмосферном воздухе города несколько снизилась. На протяжении изученных лет на территории города чередуются периоды умеренного (2,5-2,7) и повышенного (2,8-3,0) ПЗА, что предполагает значительные различия степени загрязненнос-
Зона Характеристика Значение Кт*
I Благоприятные > 1,25
II Ограничено благоприятные 1,25—0,8
III Неблагоприятные 0,8—0,3
IV Крайне неблагоприятные < 0,3
ти атмосферного воздуха. Если в годы с умеренными значениями ПЗА (19861987 г., 1993 г.) создаются равновесные условия как для рассеивания, так и для накопления выбросов промышленных предприятий и транспорта в приземном слое атмосферного воздуха, то в годы с повышенными и высокими значениями ПЗА (1994-2002 гг.) эколого-гигиени-ческая ситуация становится более неблагоприятной.
В последние годы постоянный контроль за величиной ПЗА стал невозможным вследствие нерегулярности проводимых аэрологических наблюдений, поэтому нами была изучена возможность использования коэффициента Кт для восстановления значений ПЗА. Определяется хорошая сопряженность многолетнего хода значений ПЗА и Кт (рис.3). Зависимость между величинами ПЗА и К выражается уравнением регрессии:
т ПЗА = 0,83 К +1,95.
г т
С помощью уравнения регрессии и
критериев, характеризующих ПЗА за предшествующий длительный период наблюдений рассчитаны значения Кт, соответствующие низкому, умеренному и повышенному уровням ПЗА, по которым можно судить о самоочищающей способности атмосферного воздуха (табл. 2). Коэффициент парной корреляции между значениями ПЗА и Кт равняется 0,98. Фактор К определяет т96% дисперсии ПЗА. Анализ предложенного Т.С. Селегей Кт [3] показывает, что он характеризует условия накопления, а не рассеивания выбросов загрязняющих веществ. Поэтому коэффициентом самоочищения нужно считать величину, обратную 1
Кт (Кт*): К*т= ^ . В этом случае количественная оценка метеорологических условий самоочищения атмосферы по критерию Кт с выделением четырех зон, имеющих различные характеристики рассеивания выбросов промышленных стационарных источников и автотранспорта, имеет следующий вид (табл. 3).
2,9 т
2,7 --
2,5
2,3 --
Кт
2,1
0,5
0,8
1,1
Значения ПЗА можно рассчитать с достаточной точностью с помощью прикладных программ на персональном компьютере используя уравнение регрессии. Фактические и расчетные значения ПЗА за длительный период наблюдения практически совпадают, не отличаясь друг от друга статистически (коэффициент парной корреляции - 0,96).
Оценка многолетней изменчивости уровня загрязнения атмосферы Казани с использованием КИЗА5 была выполнена по оригинальной компьютерной программе, разработанной отделом составления, ведения кадастров и мониторинга Министерства экологии и природных ресурсов РТ. В 1998 г. КИЗА5 был равен 3,42, в 1989 г. - 4,3, в 1990 г. -4,1, в 1991 г. - 4,91, в 1992 г. - 3,86, в 1993 г. - 3,49, в 1994 г. - 4,34, в 1995 г. -3,8, в 1996 г. - 4,27, в 1997 г. - 4,1, в 1998 г. - 3,89, в 1999 г. - 4,79, в 2000 г. -3,69, в 2001 г. - 4,6, в 2002 г. - 6,08.
Как показывает анализ, уровень загрязнения атмосферного воздуха Казани характеризуется в основном как пониженный, за исключением КИЗА5, равного 6,08 в 2002 г. [7]. Основной вклад в загрязнение атмосферы г. Казани вносят формальдегид, диоксид азота, оксид углерода, пыль, оксид азота. В последние три года наблюдается ухудшение качества атмосферы Казани, что обусловлено как увеличением выбросов в атмосферу за этот период на 21,8 тыс. т [8], так и ухудшением условий рассеивания выбросов загрязняющих веществ.
Таким образом, анализ изменений метеорологических параметров за последние два десятилетия показывает, что в Казани наметились неблагоприятные с эколого-гигиенических позиций тенденции - возрастает величина потенциала загрязнения атмосферы и снижается коэффициент, отражающий способность атмосферного воздуха города к самоочищению от загрязняющих веществ, что при установившемся режиме выбросов вредных веществ может играть важную роль в формировании экологического состояния воздушного бассейна. В такой ситуации концентрации вредных ве-
ществ, даже ниже гигиенических регламентов, могут представлять опасность для здоровья населения.
При разработке профилактических мероприятий, направленных на сохранение состояния здоровья населения должны учитываться не только качественный и количественный состав выбросов вредных веществ в атмосферу и характеристика источников выбросов, но и местные климатические особенности, влияющие на уровень загрязнения атмосферы городской территории.
ЛИТЕРАТУРА
1. Беэуглая Э.Ю., Расторгуева Г.П., Смирнова И.В. Чем дышит промышленный город. - Л., 1991.
2. Беэуглая Э. Ю. К определению потенциала загрязнения воздуха / / Тр. ГГО. - 1968. - Вып. 234. -С. 69-79.
3. Селегей Т. С. Метеорологический потенциал самоочищения атмосферы Сибирского экологического района // Тр. Зап. Сиб. НИИ, 1988. -Вып. 86. - С. 84-89.
4. РД52.04.186-89. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. - М., 1991.
5. Экология человека на урбанизированных и сельских территориях. /Под редакцией Н.Н.Верещагина, В.М. Боева. - Оренбург, 2003.
6. Климат города Казани / Под науч. ред. Н.В.Колобова. - Казань, 1976.
1. Ежегодник состояния загрязнения атмосферы в городах на территории России 1995 г. / Под ред. Э. Ю. Безуглой - СПб, 1996.
8. Государственный доклад "О состоянии природных ресурсов и охраны окружающей среды Республики Татарстан в 2002 году". - Казань, 2003.
Поступила 25.05.04.
EFFECT OF COMPLEX OF METEOROLOGIC CONDITIONS ON ATMOSPHERIC POLLUTION OF THE CITY
N.U. Stepanova, A.P. Shlychkov
S u m m а г у
Effect of complex characteristics (meteorologic potential of atmospheric pollution, atmospheric self-purification factor and complex index of atmospheric pollution), promoting accumulation or dissipation of pollutants on atmospheric pollution is studied. The analysis of changes of meteorologic parameters during last decade showed that climate peculiarities and complex meteorologic characteristics play important part in ecologic state of air in Kazan.
