Лекция 23. Виды и посты наблюдений за загрязнением атмосферы и их местоположение

1. Категории постов наблюдений. Необходимые условия расположения поста.

2. ПДК загрязняющих веществ. Актуальность использования аэрокосмической съемки в выявлении загрязняющих веществ атмосферы

ВИДЫ И ПОСТЫ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА ЗАГРЯЗНЕНИЕМ АТМОСФЕРЫ И ИХ МЕСТОПОЛОЖЕНИЕ

Категории постов наблюдений. Необходимые условия расположения поста.

В России существует сеть станций, которая ведет наблюдения за содержанием загрязняющих веществ в атмосфере. Эти станции расположены в 253 городах, в среднем по 2 станции на город. На­блюдениями охвачено до 2/3 городского населения. Число стацио­нарных постов определяется в зависимости от численности населе­ния в городе, площади населенного пункта, рельефа местности и степени индустриализации. В зависимости от численности населе­ния устанавливается:

1 пост - до 50 тыс. жителей; 2 поста - 50-100 тыс. жителей; 2-3 поста - 100-200 тыс. жителей; 3-5 постов - 200-500 тыс. жителей; 5-10 постов - более 500 тыс. жителей; 10-20 постов (стационарных и маршрутных) - более 1 млн жителей.

В основу системы наблюдений положены: регулярность, единство программы наблюдений, репрезентативность положения стационарного поста. Обработка данных производится в ГГО им. А.И. Воейкова в Санкт-Петербурге. Обычно на каждом посту измеряется до 8 загрязняющих веществ, но, учитывая, что каждый про­мышленный центр имеет свою экологическую специфику и набор 3В, возможно измерение до 80 компонентов.

Прерогатива контроля источников загрязнения (выбросов, труб и т.п.) принадлежит отделам охраны окружающей среды самих предприятий в контакте с санитарно-гигиеническими службами. Остальные три уровня контроля выполняются службами, институтами и учреждениями Роскомгидромета.

Посты наблюдений загрязнения (ПНЗ) могут быть подразделены на три категории:

1) стационарные пункты – служат для систематических и длительных наблюдений;

2) маршрутные посты – представляют собой передвижные лаборатории;

3) передвижные (подфакельные) посты – служат для разовых наблюдений под дымовыми и газовыми факелами.

С постов ручного отбора пробы для анализа доставляются в химические лаборатории. В каждом городе количество и местоположение постов определяют с учетом его площади, рельефа местности, развития и видов промышленности и других источников загрязнения, численности населения. В среднем для города с населением до 1 млн. человек устанавливают 2 – 3 поста.

Посты комплексных наблюдений организованы также вокруг крупных действующих (или строящихся) промышленных предприятий, где отмечаются (или возможны) серьезные загрязнения атмосферного воздуха.

Стационарный пост наблюдений – это специально оборудованный павильон, в котором размещена аппаратура, необходимая для регистрации концентраций загрязняющих веществ и метеорологических параметров по установленной программе. Из числа стационарных постов выделяются опорные стационарные посты, которые предназначены для выявления долговременных изменений содержания основных или наиболее распространенных загрязняющих веществ.

Место для установки стационарного поста выбирается, как правило, с учетом метеорологических условий формирования уровней загрязнения атмосферного воздуха. При этом заранее определяется круг задач: оценка средней месячной, сезонной, годовой и максимальной разовой концентраций, вероятности возникновения концентраций, превышающих ПДК, и др.

Перед установкой поста следует проанализировать:

·         расчетные поля концентраций по всем ингредиентам от совокупности выбросов всех стационарных и передвижных источников;

·         особенности застройки и рельефа местности;

·         перспективы развития жилой застройки и расширения предприятий промышленности, энергетики, коммунального хозяйства, транспорта и других отраслей городского хозяйства;

·         функциональные особенности выбранной зоны;

·         плотность населения;

·         метеорологические условия данной местности и др.

Пост должен находиться вне аэродинамической тени зданий и зоны зеленых насаждений, его территория должна хорошо проветриваться, не подвергаться влиянию близкорасположенных низких источников (стоянок автомашин, мелких предприятий с низкими выбросами и т.п.). Количество стационарных постов в каком-либо городе (населенном пункте) определяется численностью населения, рельефом местности, особенностями промышленности, функциональной структурой (жилая, промышленная, зеленая зона и т.д.), пространственной и временной изменчивостью полей концентраций вредных веществ.

Так, например, исходя из численности населения количество постов определяется следующим образом (табл. 13.1).

Таблица 13.1

Количество стационарных постов в зависимости от численности населения

Численность населения, тыс. чел.	Количество постов
< 50	1
50 – 100	2
100 – 200	3
200 – 500	3 – 5
500 – 1000	5 – 10
1000 – 2000	10 – 15
>2000	15 – 20

Для населенных пунктов со сложным рельефом и большим числом источников рекомендуется устанавливать один пост на каждые 5 – 10 км². Чтобы информация о загрязнении воздуха учитывала особенности города, рекомендуется ставить посты наблюдений в различных функциональных зонах – жилой, промышленной и селитебной. В городах с большой интенсивностью движения автотранспорта посты устанавливаются также вблизи автомагистралей.

Для обеспечения оптимальных условий проведения стационарных наблюдений отечественной промышленностью выпускаются стандартные павильоны – посты наблюдений или комплектные лаборатории типа ПОСТ.

Лаборатория ПОСТ – это утепленный, обитый дюралевыми ячейками павильон, в котором установлены комплекты приборов и оборудования для отбора проб воздуха, проведения метеорологических измерений: скорости и направления ветра, температуры, влажности. Практически все стационарные пункты контроля загрязнения оборудованы комплектными лабораториями ПОСТ-1 (более 1000 шт.).

Начали выпускать и устанавливать в городах новые модификации комплектной лаборатории: ПОСТ-2 и ПОСТ-2а. Они отличаются более высокой производительностью и степенью автоматизации. Если общее количество одновременно отбираемых проб за одно обслуживание на ПОСТ-1 составляет 9, то на ПОСТ-2 – 38.

Кроме того, ПОСТ-2 оснащен автоматизированным прибором «Компонент» с узлом отбора проб для определения запыленности воздуха. В качестве побудителя расхода воздуха здесь установлен аспиратор ЭА-1. ПОСТ-2 оборудован также автоматическим прибором контроля относительной влажности и температуры с самописцем. В лабораториях ПОСТ-1 и ПОСТ-2 могут устанавливаться газоанализаторы ГКП-1 и ГМК-3 и др.

Подробное описание воздухо-заборного прибора «Компонент» и анеморумбографа М63МР содержится в эксплуатационных документах.

На стационарных постах наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха и метеорологическими параметрами должны проводиться круглогодично, во все сезоны, независимо от погодных условий.

Для постов наблюдений, как правило, устанавливаются три программы наблюдений:

1) полная;

2) неполная;

3) сокращенная.

По полной программе наблюдения проводятся ежедневно (выходные – воскресенья, субботы – чередуются) в 1, 7, 13 и 19 ч местного декретного времени либо по скользящему графику: вторник, четверг, суббота – 7, 10, 13 ч, понедельник, среда, пятница – 15, 18, 21 ч. Наблюдения по полной программе предусматривают измерения содержания в воздухе как основных, так и специфических загрязняющих веществ.

По неполной программе наблюдения проводятся ежедневно (воскресенья и субботы чередуются), но только в 7, 13 и 19 ч местного декретного времени.

В районах, где температура воздуха ниже 45 °С, наблюдения проводятся по сокращенной программе ежедневно, кроме воскресенья, в 7 и 13 ч по местному декретному времени.

Наблюдения по сокращенной программе допускается проводить также в местах, где средние месячные концентрации меньше 1/20 ПДК_м.р (максимально-разовая предельно допустимая концентрация) или меньше нижнего предела диапазона измерений примеси используемым методом.

При неблагоприятных метеорологических условиях (туман, продолжительная инверсия температур и др.) отбор проб воздуха на всех постах наблюдений должен производиться через каждые 3 ч. Одновременно следует отбирать пробы под факелами основных источников загрязнения на территории наибольшей плотности населения.

Подфакельные наблюдения осуществляются за характерными для данного предприятия примесями.

Стационарный пункт контроля радиоактивного загрязнения атмосферного воздуха представляет собой либо стационарный павильон типа ПОСТ, либо домик размером 3 х 3 х 3 м. Он устанавливается, как правило, на специально оборудованных гидрометеорологических станциях (ГМС), огороженных металлической сеткой с размером ячеек 10 х 10 см. Площадь огороженной площадки составляет 5 х 10 м, а высота сетки – 1,2 – 1,5 м. Площадка должна располагаться на расстоянии не менее десяти высот до ближайшего здания и не менее 30 м от дорог. Площадка должна иметь травяной покров. Не допускается высаживание других растений, тем более кустарников и деревьев.

На территории ГМС не ближе 4 м от домика и ограды устанавливается марлевый планшет для сбора радиоактивных выпадений и термолюминесцентный дозиметр. Установку для отбора проб воздуха лучше размещать в специальной будке с жалюзи, приподнятой над поверхностью земли на 80 – 100 см. Выброс воздуха, прошедшего через фильтры установки типа «Тайфун», должен производиться обязательно в противоположную от планшета сторону. Если стационарный пункт не обеспечен электропитанием (трехфазное напряжение мощностью 5 – 10 кВт), то вместо фильтрующей установки допускается использование марлевого конуса.

Наблюдение за радиоактивностью атмосферного воздуха осуществляется систематически круглый год. Смена марли на планшетах и вертикальных экранах, а также фильтров в установках производится ежедневно в 7 ч 30 мин утра по местному декретному времени. С фильтрующих установок фильтры могут сниматься как через 24 ч – в

7 ч 30 мин, – так и через 12 ч, т.е. два раза в сутки. При двухразовом отборе установлено время работы установок с 7 ч 30 мин до 13 ч 30 мин и с 19 ч 30 мин до 1 ч 30 мин.

Скорость воздуха в установке определяется с помощью расходомеров УС-125 или УС-175-12 три раза в сутки: в 7 ч 30 мин, 13 ч 30 мин и 1 ч 30 мин.

Маршрутный пост наблюдений – место на определенном маршруте в городе. Он предназначен для регулярного отбора проб воздуха в фиксированной точке местности при наблюдениях, которые проводятся с помощью передвижной аппаратуры. Маршрутные наблюдения осуществляются на маршрутных постах с помощью автолабораторий, серийно выпускаемых промышленностью. Такая передвижная лаборатория имеет производительность около 5000 отборов проб в год, в день на такой машине можно произвести отбор 8 – 10 проб воздуха.

Порядок объезда маршрутных постов ежемесячно меняется таким образом, чтобы отбор проб воздуха на каждом пункте проводился в разное время суток. Например, в первый месяц машина объезжает посты в порядке возрастания номеров, во втором – в порядке их убывания, а в третий – с середины маршрута к концу и от начала к середине и т.д.

Передвижной (подфакельный) пост предназначен для отбора проб под дымовым (газовым) факелом с целью выявления зоны влияния данного источника. Подфакельные наблюдения осуществляются по специально разрабатываемым программам и маршрутам за специфическими загрязняющими веществами, характерными для выбросов данного предприятия.

Места отбора проб при подфакельных наблюдениях выбирают на разных расстояниях от источника загрязнения с учетом закономерностей распространения загрязняющих веществ в атмосфере.

Отбор проб воздуха производится последовательно по направлению ветра на расстояниях 0,2 – 0,5, 1, 2, 3, 4, 6, 8, 10, 15 и 20 км от стационарного источника выброса, а также с наветренной стороны источника. Наблюдения под факелом проводятся за типичными для данного предприятия ингредиентами с учетом объема выбросов и их токсичности.

В зоне максимального загрязнения (по данным расчетов и экспериментальных замеров) отбирается не менее 60 проб воздуха, а в других зонах не менее 25. Отбор проб воздуха при проведении подфакельных наблюдений производится на высоте 1,5 м от поверхности земли в течение 20 – 30 мин не менее чем в трех точках одновременно. В течение рабочего дня под факелом можно отобрать пробы последовательно в 5 – 8 точках /1/.

 

2. ПДК загрязняющих веществ. Актуальность использования аэрокосмической съемки в выявлении загрязняющих веществ атмосферы

Преде́льно допусти́мая концентра́ция (ПДК) — утверждённый в законодательном порядке санитарно-гигиенический или рыбохозяйственный норматив. Под ПДК понимается такая максимальная концентрация химических элементов и их соединений в окружающей среде, которая при повседневном влиянии в течение длительного времени на организм человека не вызывает патологических изменений или заболеваний, устанавливаемых современными методами исследований, в любые сроки жизни настоящего и последующего поколений.

На состоянии растений и животных могут отражаться концентрации, существенно меньше ПДК. Например, загрязнения воздуха сернистым газом до концентрации в 10 раз меньшей ПДК вызывает хроническое или кратковременное поражение листьев растений, замедление роста, снижение урожайности

В России Для воздушной среды

o    Для атмосферного воздуха населённых мест и закрытых помещений СанПиН 2.1.6.1032-01

§  ПДК_сс — среднесуточное,

§  ПДК_мр — максимально-разовое,

o    Для воздуха рабочей зоны ГОСТ 12.1.005-88

§  ПДКмр.рз — максимальное разовое в рабочей зоне,

§  ПДКсс.рз — среднесменная в рабочей зоне,

Максимально-разовое значение ПДК устанавливается для предотвращения рефлекторных реакций человека и острых отравлений при кратковременном действии примесей.

Среднесуточное значение ПДК (ПДКс.с.) устанавливается в мг/м³ для предупреждения общетоксического, канцерогенного, мутагенного и сенсибилизирующего действия вещества на организм человека и учитывает возможность накопления в организме и развитие хронической интоксикации. Эта концентрация не должна оказывать прямого или косвенного вредного воздействия на организм человека в условиях неопределённо долгого круглосуточного вдыхания. Значения ПДК с.с. веществ в атмосферном воздухе санитарно-курортной зоны принимается численно на 25% меньше, чем для обычных населённых мест.

 

Классы опасности веществ

Всего существует 5 классов опасности вредных химических веществ.

Из них первые четыре являются вредными и ядовитыми, различаются между собой по уровню токсичного влияния на экосистему и людей.

Вредное воздействие химических элементов уменьшается с каждым классом. Неопасными считаются компоненты, отнесенные по результатам биотестирования к 5 классу.

Далее приведем перечень химических веществ, которые относятся к 1, 2, 3, 4 и 5 классам опасности.

1 класс

Компоненты, относящиеся к первому классу опасности вредных загрязняющих веществ, оказывают чрезвычайно вредное воздействие на окружающий мир. Самостоятельно они не разлагаются. Их нахождение в экосистеме приводит к необратимым отрицательным последствиям — природа не восстанавливается даже после ликвидации источника заражения.

К крайне опасным относятся элементы, соединения:

·         ртуть; селен; гексахлорбутадиен; кадмий; смесь серной кислоты с бихроматом калия;

·         плавиковая кислота; цинк; соли мышьяка, свинца; растворы с солями, оксидами ртути;

·         фтороводород; смеси негалогенированных органических частиц с взрывчатыми веществами.

Основными источниками таких веществ являются промышленные предприятия.

 

2 класс

Загрязняющие вещества второго класса сильно нарушают экосистему, разлагаются более 30 лет. После удаления опасного источника природа долго восстанавливается.

К ним относятся: хлор; хром; каустик; медь; анилин; никель; серная кислота; фенол;

бор; сероводород; сероуглерод; кобальт; молибден; сурьма; формальдегид; нитриты.

 

3 класс

Большую часть загрязняющих компонентов, относящихся к третьему классу опасности, и их смесей вырабатывают химические предприятия, лаборатории. Химические элементы умеренно опасной группы негативно влияют на экологическое равновесие.

Разлагаются более 10 лет отходы и вещества, содержащие: марганец; барий; этиловый спирт; ванадий; серебро; вольфрам; фосфаты; стронций; ацетофен; сланцевая зола; ксилол; этилбензол; изопропиловый, метиловый, пропиловый спирты; акриловая, уксусная кислоты.

Основные источники загрязнений связаны с автомобильной, нефтегазовой промышленностью.

 

4 класс

К малоопасным веществам четвертого класса относятся те, что оказывают небольшое вредное воздействие на биосферу. Они самостоятельно разлагаются от 3 до 10 лет.

После устранения источника загрязнения природа восстанавливается за несколько лет.

Такими ЗВ являются: аммиак; бутан; гексан; сульфаты; алюминий; циклогексан; этанол; метан; этилацетат; бутилен; нафталин; диэтиловый эфир; ацетон; бензин; скипидар.

Вырабатываются при производстве пищевой продукции, товаров повседневного назначения. Также отходы с элементами 4 класса образуются в сельском, рыболовном хозяйстве, при добыче полезных ископаемых.

Актуальность использования аэрокосмической съемки в выявлении загрязняющих веществ атмосферы

Применение аэрокосмической информации позволяет осуществлять мониторинг на больших территориях. Аэрокосмический мониторинг - мониторинг с помощью авиационных и космических средств наблюдения. Использование материалов, полученных при аэрокосмических съемках, при проведении мониторинга, позволяет выявить изменения на исследуемых территориях. В частности аэрокосмический мониторинг применяют для исследований территорий населенных пунктов, с целью выявить изменения за определенный период времени. Такой мониторинг необходим для изучения инфраструктуры и землепользования территорий населенных пунктов, а так же для оценки численности населения.

Результаты аэрокосмического мониторинга позволяют планировать направления развития и расширение населенных пунктов. Часто экологический мониторинг применяют с целью выявления экологических нарушений, так как он перспективен для обнаружения изменений в состоянии окружающей среды урбанизированных территорий. Наблюдения по средствам спутниковых снимков позволяют контролировать состояние атмосферы над населенными пунктами и обнаруживать техногенные выбросы от промышленных предприятий и устанавливать последствия негативного влияния на окружающую среду. При дешифрировании состояния атмосферы по цветовым контрастам хорошо устанавливается запыленность и задымленность вблизи крупных промышленных предприятий и в целом загрязнение воздуха на территории населенных пунктов. На снимках, полученных путем аэрокосмических съемок, при дешифрировании хорошо видно загрязнения вокруг крупных инженерных сооружений и коммуникаций. В интерактивном режиме удается выделить участки поверхностного водосбора в зоне водохранилищ, используемых для питьевого водоснабжения. Что позволяет установить границы и площади водосборов и давать рекомендации об установлении санитарного режима. Проведение дешифрирования тепловых снимков так же позволяет выявить загрязнения водных объектов промышленными и бытовыми выбросами. Такой метод основывается на бесконтактном определении температуры объектов на земной поверхности по плотности потока излучения в инфракрасном диапазоне длин волн. Дешифрирование аэрокосмических снимков тепловым методов дает возможность определить изношенность подземных сетей теплоснабжения, что является большой проблемой в жилищно-коммунальной структуре. Проведение оперативной общей диагностики с помощью тепловой аэросъѐмки дает возможность целенаправленно использовать имеющиеся ограниченные финансовые ресурсы на ремонт и замену теплосетей. Тепловая съемка сканирующим тепловизором с авиационного носителя дает большую полосу захвата и позволяет выполнить площадную съемку на всю территорию

распределения коммуникаций. Космический мониторинг играет особую роль в изучении транспортных зон с целью их диагностики. Используя данные дистанционного зондирования земель можно наблюдать за ходом строительства новых дорог. Использование материалов аэрокосмической съемки высокого разрешения для задач дорожного хозяйства в России до недавнего времени было ограничено. За последние годы космическая информация стала важным компонентом информационного обеспечения автодорожной отрасли, играя порой незаменимую роль в оперативной оценке дорожной обстановки в труднодоступных районах страны. Спутниковая информация широко применяется для территориального планирования и градостроительного зонирования. Определение функциональных зон и их градация, выявление несанкционированных застроек, изменения планировки населѐнных пунктов, оценка густоты застройки и озеленѐнности населенных пунктов и многие другие задачи также входят в этот перечень.

Аэрокосмические средства и методы имеют главнейшее значение для реализации программы создания службы мониторинга окружающей среды, так как именно картографический метод является одним из путей создания глобальной системы мониторинга.

Масштабы картографического представления и периодичность составления оперативных тематических карт мониторинга во многом зависят от характера использования земель и степени развития природно территориального комплекса. Таким образом, основная цель работ по внедрению и развитию методов аэрокосмического мониторинга - совершенствование установления корреляционных связей между оптическими свойствами экологических комплексов отраженными на аэрокосмических изображениях, и их свойствами в системе различных природных признаков. Аэрокосмический мониторинг позволяет одновременно получать объективную информацию и оперативно выполнять картографирование территории.