Выпадения промышленнных аэрозолей для оценки загрязнения снега в бассейнах рек
жүктеу/скачать 0.5 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Федеральном государственном бюджетном учреждении “Главная геофизическая обсерватория им.А.И.Воейкова” (ФГБУ ГГО)
- ФГБУ ГГО
| ПРИМЕНЕНИЕ КАРТОГРАФИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РАСЧЕТА
ВЫПАДЕНИЯ ПРОМЫШЛЕНННЫХ АЭРОЗОЛЕЙ ДЛЯ ОЦЕНКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ СНЕГА В БАССЕЙНАХ РЕК А.А.Быков, Е.Л.Счастливцев, С.Г.Пушкин Институт вычислительных технологий СО РАН (Кемеровский филиал), г.Кемерово E-mail: AABykovAA@yandex.ru ВВЕДЕНИЕ Согласно санитарной классификации предприятия по добыче угля открытым способом (разрезы) относятся к 1-му классу опасности, для которых проводится расчетная оценка рисков для здоровья населения [1]. При расчете острых рисков [2] необходимо вычисление максимальных разовых концентраций загрязняющих веществ (ЗВ) с использованием модели ОНД-86 [3], разработанной в Федеральном государственном бюджетном учреждении “Главная геофизическая обсерватория им.А.И.Воейкова” (ФГБУ ГГО). Хронические и канцерогенные риски при вдыхании вычисляются исходя из среднегодовых концентраций ЗВ, для расчета которых в ФГБУ ГГО разработана нормативная модель [4]. Рассмотренные модели относятся только к концентрациям ЗВ в атмосфере и не рассматривают вопросы выпадения ЗВ на поверхность (почва, вода, растительность). Сложившаяся в настоящее время практика расчета рисков для здоровья населения ограничивается воздействием на человека только атмосферного загрязнения. Однако [2] предполагает учет всех путей поступления ЗВ в организм человека. Таким образом, изучение процессов вторичного поступления ЗВ из атмосферы в почву, воду и продукты питания требует разработки соответствующих расчетных моделей и систем обеспечения этих моделей исходными данными.
Авторами разработана и доведена до практического использования локальная долгосрочная модель расчета выпадения пылевых частиц на подстилающую поверхность. Модель реализована в составе широко используемого в Сибирском регионе для нормативных расчетов программного комплекса “ЭРА” (www.logos-plus.ru). Это позволяет использовать накопленные в форматах данного комплекса исходные данные об источниках для дополнительных научных исследований. Построение модели, основные соотношения и первые результаты сравнения с данными экспериментов представлены в [5]. В работе авторов [6] проведен обзор литературных источников по дисперсному составу пылевых выбросов, сопровождающих основные процессы угледобычи. В [7] начаты работы по исследованию влияния составляющих модели на результаты вычислений. В результате обработки рядов стандартных наблюдений с метеостанций Кузбасса (взяты с сайта www.rp5.ru) проведена оценка [8] влияния годовой изменчивости метеопараметров на результаты расчетов выпадения пылевых частиц от типичного карьерного отвала. Там же показано, что из всех входных данных наибольшее влияние (в 2-3 раза и более) на результаты моделирования оказывают погрешности в задании дисперсного состава суммарного выброса. В настоящей работе приводятся результаты применения модели для оценки интегрального выпадения пылевых частиц, соединений азота и серы в снеговой покров для бассейнов малых района расположения разреза Бунгурский Южный, где ведется интенсивная разработка угольных месторождений открытым способом. ИСТОЧНИКИ ВНЕШНЕГО ФОНОВОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ Источниками фонового загрязнения являются близлежащие города: Новокузнецк, Прокопьевск, Осинники, Калтан. Минимальное расстояние до них составляет 12 - 40 км, поэтому влияние на загрязнение атмосферы района выбросов предприятий и автотранспорта этих городов достаточно ощутимо. Оценочные расчеты распространения и выпадения ЗВ, выполненные с использованием названной модели и частично агрегированных данных по источникам выбросов показывают, что выпадение пылевых частиц от городов в снеговой покров рассматриваемого района составляет от 0,5 до 1.0 г/м2. В фоновых областях, вдали от источников, их вклады экспериментально выделить очень непросто. Поэтому такая модельная информация полезна на предварительных стадиях планирования экспериментальных работ. К сожалению, информацию о пылевой составляющей загрязнения снегового покрова, до настоящего времени, получают только эпизодически, в результате проведения специальных геохимических исследований, ссылки на которые приведены в таблице 1. Из таблицы видно, что фоновое пылевое загрязнения снега находится на уровне 4—8 мг/м2 в сутки. Период с устойчивым снежным покровом для исследуемой территории имеет среднюю продолжительность 174 – 190 дней (примерно с 4 ноября по 31 марта). Таким образом, ориентировочный коэффициент пересчета из мг/м2 в сутки в г/м2 за зиму составляет 0.18. И фоновые значения снегового загрязнения по результатам таблицы 1 изменяются от 0.72 до 2.36 г/м2 при полученных авторами расчетных оценках от 0.5 до 1.0 г/м2 за зимний период. Следует заметить, что в данных замеров всегда присутствуют пылевые частицы природного происхождения, которые в расчетах не задавались.
исследований загрязнения снегового покрова
ОСНОВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТЕРРИТОРИИ Источниками загрязнения, непосредственно расположенными на исследуемой территории, являются разрезы: Бунгурский-Южный (ОАО Сибэнергоуголь), Тагарышский-Коксовый (ООО Стройсервис), Бунгурский - Северный (ООО Сибирский Цемент; 2 участка), ФЛ ООО Разрез Степановский, старые отвалы, автодороги и печное отопление населенных пунктов (рисунок 1). Авторы располагают электронными базами данных и картами-схемами расположения всех источников для разрезов Бунгурский-Южный и Степановский в форматах ПК ЭРА (предоставлены собственниками только для научных исследований). Поскольку расчеты являются исследовательскими, то отрабатываемые территории остальных разрезов заданы суммарными площадными пылящими источниками, выбросы которых получены с использованием средних удельных показателей [13] по годовой производительности. С южной стороны, непосредственно к производственной территории разреза Бунгурский-Южный прилегают старые отвалы и территории бывших горных работ. Они занимают площадь 9-10 км2 и имеют значительные поверхности, не покрытые растительностью. Объезд и осмотр показывают, что данные поверхности подвержены выветриванию как в зимний, так и в летний периоды. Старые отвалы представлены в расчете 7-ю площадными источниками с суммарным выбросом около 30 тонны в год (3 грамма в год с квадратного метра), который равномерно распределен по источникам в зависимости от их площади. Влияние данной группы источников (только пылевые частицы) весьма незначительно. В состав источников предприятия при нормативных расчетах входят только те дороги и движущийся по ним автотранспорт, которые находятся в пределах землеотвода. Однако транспортировка угля к железнодорожным складам продолжает являться источником выделения газообразных ЗВ и пыли. Поэтому для расчета выпадения в бассейны рек в состав источников добавлены дороги общего пользования, по которым осуществляется перевозка угля. Кроме того, любая дорога, тем более без асфальтового покрытия, является источников выделения пыли не только в летнее, но и в зимнее время. Очевидно, что снег на такой дороге весьма загрязнен пылевыми частицами и вместе с ними распространяется по ветру. В итоге дороги заданы в виде 39-и прямолинейных участков различной длины с суммарным выбросов пыли 30 тонн в год. При этом 24 тонны приходится на дороги, по которым осуществляется перевозка угля. И наконец, достаточно существенным источником выброса угольной золы (особенно в зимний период), являются печные трубы индивидуальной застройки населенных пунктов (таблица 2). Таблица 2. Оценка выброса в атмосферу пылевых частиц (зола угольная) от печного отоплении населенных пунктов.
Каждую трубу в отдельности задавать нецелесообразно, поэтому принято задавать сельские населенные пункты площадными источниками с выбросом, пропорциональным количеству дворов. Выброс рассчитывается как для котельной с ручной загрузкой на неподвижные колосники из условия сжигания порядка 5-7 тонн угля за зиму. Расположение всех групп источников можно увидеть на рисунке 1, где показаны изолинии расчетного выпадения пылевых частиц без учета фоновых концентраций от городов. РАСЧЕТНАЯ ОЦЕНКА ВЫПАДЕНИЯ В БАССЕЙНЫ РЕК С помощью модельных расчетов получены оценки количества ЗВ, выпадающих на территории водосборных бассейнов рек промышленного района, часть из которых
Рис 1. Изолинии расчетного выпадения (г/м2) пылевых частиц за зимний период 2011-2012 годов от всех групп источников (без фона от городов).
Ниже представлены результаты таких расчетов для территории, прилегающей к промплощадке разреза Бунгурский-Южный. Расчеты проведены в сумме для всех рассмотренных групп источников. Бассейн реки задается на цифровой карте в виде произвольного полигона (рисунок 2, А). Для каждого полигона определяется его покрытие расчетными точками, в которое по границе входят все вершины ломаной. Внутри полигона создается прямоугольная сетка с заданным шагом. Этот же шаг используется и для разбиения границы, если длина между соседними вершинами достаточно велика. При вычислении интеграла по бассейну (полигону) последний покрывается минимальным описывающим прямоугольником (часть показана на рисунке 2, В). Прямоугольник покрывается сеткой с начальными шагами dX и dY. В каждой ячейке суммарное выпадение вычисляется как
Рис. 2. Карта-схема расположения бассейнов рек с расчетной пылевой нагрузкой (А); схема расчета интеграла во внутренней ячейке и вблизи границы бассейна (В). произведение Pc*S+, где Pc - среднее выпадение по окружающим ячейку расчетным точкам, а S+ - площадь пересечения ячейки с полигоном. Затем шаг покрытия описывающего прямоугольника уменьшается до тех пор, пока результаты интегрирования различаются более заданного предела. Для размеров нашей территории шаг 250 м обеспечивает точности интегрирования на уровне 5%, а шаг 100 м – на уровне 2%. В таблице 3 приведено суммарное и удельное (на единицу площади) выпадение ЗВ в бассейны рек от всех групп источников выброса. Кроме пылевых частиц, расчеты проведены для диоксидов азота и серы, данные по которым частично взяты из нормативных баз данных, а частично рассчитаны по удельным показателям. Полужирным шрифтом в таблице 3 выделены максимальные значения. Таблица 3. Расчетная оценка выпадение ЗВ в бассейны рек за зимний период
ЗАКЛЮЧЕНИЕ В ранее разработанную модель расчета выпадения атмосферных аэрозолей на подстилающую поверхность добавлен модуль расчета интеграла скалярной величины, заданной на произвольном множестве точек полигона. С помощью данного модуля проведен расчет выпадения пылевых частиц, соединений азота и серы в бассейны малых рек угледобывающего района Южного Кузбасса. На основе расчетных оценок бассейны рек ранжированы по удельному выпадению (г/м2), которые меняется в пределах 0.2 - 7.3 для пылевых частиц, 0.015 – 0.066 для нитратов и 0.01-0.018 для сульфатов. В нашей стране нет законодательно установленных (как ПДК в атмосфере) нормативов допустимого осаждения примесей на почву и экосистемы. Однако в рекомендациях по отнесению территорий к зонам экологического бедствия [14] можно найти критические уровни выпадения пыли и основных закисляющих примесей для экосистем северных и центральных районов России. Они составляют 100, 0.32 и 0.28 г/м2 в год для пыли, соединений серы и азота соответственно. И хотя непосредственно в промышленных зонах разрезов расчетные величины осаждения пыли (115 г/м2) и нитратов (0.26 г/м2) сравнимы к указанными критериями, но территории бассейнов рек в среднем еще достаточно далеки до степени загрязнения, когда их можно рассматривать как зоны чрезвычайной экологической ситуации. Список литературы
жүктеу/скачать 0.5 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
