Потенциал самоочищения атмосферы

1. Определение потенциала самоочищения

2. Факторы, обусловливающие потенциал загрязнения атмосферы

3. Пример построения карты рассеивающей способности атмосферы г. Саранска с помощью ГИС-технологий.

1 Определение потенциала самоочищения. Потенциал самоочищения — способность трансформировать привнесенные инородные вещества различного происхождения без нежелательных последствий для здоровья. Самоочищение ландшафтов — способность ландшафтов (геосистем) устранить загрязняющее действие привнесенных веществ или энергии и восстановить после загрязнения свои первичные свойства благодаря природным процессам: разложения, адсорбции (поглощение веществ из растворов или газов водами, растениями, почвами, грунтами и др.; от лат. ad — на, у, при + sorbere — поглощать, всасывать), растворения или разбавления, выноса за пределы ландшафта и др. Самоочищение зависит от хода естественных процессов — скорости и характера химического и биохимического превращения веществ, их выноса или рассеивания и др. С падением интенсивности круговорота веществ и преоб­ладанием процессов их накопления самоочищение ослабевает и может практически отсутствовать.

2 Факторы, обусловливающие потенциал загрязнения атмосферы. Потенциал самоочищения оценивается на основе весовых значений факторов, обусловливающих различия в скоростях процессов очищения. В атмосферном воздухе такими факторами являются интенсив­ность ультрафиолетового излучения, вероятность штилей, количество осадков.

Например, для территории г. Саранска характерна слабая дифференциация дан­ных факторов. Все их значения укладываются в пределах одной гра­дации и практически для всей территории потенциал самоочищения воздушной среды одинаков и для газов составляет 0,58, а для аэро­золей - 0,68.

В современных условиях быстрого развития промышленности, роста городов и освоения новых территорий усиливается воздействие на окружающую среду, которое особенно проявляется в резком возрастании вредных выбросов в атмосферу от антропогенных источников. Программа развития экономики города требует особого внимания к проблемам охраны окружающей среды и, в частности, атмосферного воздуха. Большая ответственность ложится на планирующие и экспертные службы охраны атмосферного воздуха, обязанные оценивать устойчивость территории к существующим и предполагаемым нагрузкам и делать обоснованные выводы о целесообразности строительства планируемого предприятия в том или ином месте. При решении такой задачи как правило нужно рассматривать несколько альтернативных проектов и выбирать из них оптимальные по нагрузке на атмосферный воздух. Для этой цели необходимо, прежде всего, знать потенциал рассеивающей способности атмосферы, под которым следует понимать комплекс метеорологических условий, характерных для той или иной местности и способствующих как накапливанию примесей в атмосфере, так и ее самоочищению. Наблюдения показывают, что даже при постоянных объемах и составах промышленных и транспортных выбросов в результате влияния метеорологических условий уровни загрязнения воздуха могут различаться в несколько раз. Учет этого влияния очень важен. Одним из главных метеорологических параметров влияющих на рассеивание примесей в атмосфере является скорость и направление ветра. Скорость ветра способствует переносу и рассеиванию примесей, так как с усилением ветра возрастает интенсивность перемешивания воздушных слоев. На распространение примесей влияют также упорядоченные вертикальные движения, обусловленные неоднородностью подстилающей поверхности. В условиях пересеченной местности на наветренных склонах возникают восходящие, а на подветренных – нисходящие движения. При нисходящих потоках приземные концентрации увеличиваются, при восходящих – уменьшаются. В некоторых формах рельефа, например в котловинах, воздух застаивается, что приводит к накоплению вредных веществ, вблизи подстилающей поверхности, особенно от низких источников выбросов. В холмистой местности максимумы приземной концентрации примеси обычно больше, чем при отсутствии неровностей рельефа.

Рисунок 1 - Среднегодовая роза ветров над территорией г. Саранска, %

Для построения карты рассеивающей способности атмосферы использовалась методика, разработанная в Главной геофизической обсерватории имени А. И. Воейкова [1]. Согласно данной методики на основе топографического плана территории г. Саранска при помощи геоинформационной системы ArcView 3.1 была первоначально составлена карта распределения склонов по экспозиции, т.е. по направлению их ориентации по сторонам света, и карта углов наклона рельефа. После чего склоны на карте экспозиций были распределены на параллельные ветру, наветренные и подветренные. Учитывая среднегодовую розу ветров на территории г. Саранска в расчетах рассматривались наиболее преобладающие ветра – это соответственно южные и юго-западные (рис. 1.). Затем, совместив карту экспозиций склонов с картой углов наклона рельефа и картой продуваемых и не продуваемых оврагов, предварительно разбив все склоны на три части (верхнюю, среднюю и нижнюю), получили карту ветрового режима в виде поправочных коэффициентов изменения скорости ветра в различных условиях рельефа (по Романовой Е. Н. [2], см. табл. 1.). На полученной карте ветрового режима территории г. Саранска показаны участки с нормальными (К=1–1,1), уменьшенными (К=0,9 и менее) и с увеличенными скоростями ветра (К=1,2 и более). На участках, где происходит уменьшение скорости ветра, происходит накопление загрязняющих веществ, а на территории с увеличенными скоростями происходит интенсивное рассеивание. Рельеф местности в основном оказывает динамическое действие на поток воздуха свободной атмосферы. Если ветер набегает на препятствие, то его движение изменяется, он разделяется на ряд воздушных потоков, обтекающих выступы рельефа местности.

На рассеивание примесей в условиях города существенно влияет планировка улиц, направление и высота зданий, наличие зеленых массивов, образующих как бы разные формы наземных препятствий воздушному потоку и приводящих к возникновению особых метеорологических условий в городе. Трансформация воздушного потока происходит при обтекании различных фрагментов застройки. В одних случаях скорость ветра и его направление уменьшаются, а в других возрастают.

Используя карту этажности городской застройки были определены коэффициенты трансформации воздушного потока по методике, предложенной Серебровским Ф. Л. (метод фрагментов [3]) и построена соответствующая карта. При создании окончательного варианта карты рассеивающей способности атмосферы г. Саранска был также принят во внимание поправочный коэффициент для территорий занятых древесно-кустарниковой растительностью (К=0,5). Перемножив с помощью картографического калькулятора ГИС ArcVew ранее вычисленные поправочные коэффициенты получили окончательный вариант карты рассеивающей способности атмосферы г. Саранска.

Таблица 1 - Коэффициенты изменения скорости ветра в различных условиях рельефа