Практическое занятие 2 анализ природного потенциала загрязнения атмосферы. Экологическое обоснование размещения промышленных объектов

Цель работы: научиться определять класс ПЗА и МПА в заданном регионе для размещения объектов производства.

Теоретический минимум:

Природный потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА) — совокупность метеорологических и климатических факторов, определяющих условия рассеивания выбросов в атмосфере и ее самоочищение.

При районировании территории по ПЗА учитываются:

· Характеристики воздушного переноса (направление, абсолютные значения, интенсивность).

· Факторы, способствующие загрязнению атмосферы (штили, туманы, изотермические инверсии, опасные скорости ветра).

· Факторы, способствующие самоочищению атмосферы (осадки, грады, суммарная радиация, доза ультрафиолетовой радиации, безморозный период и т.д.).

На территории России выделяется шесть классов ПЗА (рис. 1.1). Высокую экологическую опасность при промышленном освоении территории определяет не только высокий потенциал загрязнения атмосферы, но и другие климатические параметры, в частности степень экстремальности природных условий. Кроме того, высокая вероятность экологической опасности появляется при занятости ПЗА уже существующими или прогнозируемыми техногенными нагрузками. При выборе районов с заданной степенью экологичности при размещении промышленного объекта предпочтение отдается территориям с низким потенциалом загрязнения атмосферы при отсутствии факторов, увеличивающих его.

В целом высокой экологической опасностью обладают территории с высоким потенциалом загрязнения атмосферы (ПЗА-I), особенно в районах сильной промышленной освоенности.

Следующая градация — территории с повышенным потенциалом загрязнения атмосферы (ПЗА-II), которым присуща повышенная экологическая опасность, резко возрастающая в промышленно освоенных и урбанизированных районах и в районах действия экстремальных и стихийных процессов.

Для территорий с умеренным потенциалом загрязнения атмосферы (ПЗА-III) характерна низкая экологическая опасность промышленного освоения, за исключением промышленных районов Среднего и Южного Урала и высокоширотных районов с экстремальными природными условиями.

Рис. 2.1 Карта-схема «Районирование территории по природному потенциалу загрязнения атмосферы»

Классы потенциала загрязнения атмосферы (ПЗА): I — высокий опасный (ПЗА-I);

II — повышенный (ПЗА-II); III — умеренный (ПЗА-III); IV — пониженный (ПЗА-IV);

V — низкий (ПЗА-V); VI — очень низкий (ПЗА-VI); VII - территории с высокой занятостью ПЗА промышленностью; VIII - границы районов и подрайонов; IX - индексы районов и подрайонов

Четвертая градация — пониженный потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА-IV) — характеризуется низкой степенью экологической опасности.

Для следующих градаций (ПЗА-V и ПЗА-VI) с низкими значениями потенциала загрязнения атмосферы возрастание экологической опасности происходит в районах действия пыльных бурь и в районах побережий морей с высокой встречаемостью стихийных бедствий и экстремальным климатом.

На территориях с высоким потенциалом загрязнения атмосферы и интенсивной промышленной освоенностью возможно размещать лишь экологически безопасные производства с высокой степенью очистки. На территориях, обладающих резервом ПЗА, возможно размещение с меньшими ограничениями.

Самоочищающая способность атмосферы определяется не только по природному потенциалу загрязнения атмосферы (ПЗА), предложенному Э.Ю. Безуглой (1977 г.), но и по метеорологическому потенциалу атмосферы (МПА), разработанному Т. С. Селегей (1987 г.). Метеорологический потенциал загрязнения атмосферы (МПА) определяется конкретными метеоусловиями и постоянно изменяется. Для определения МПА используются параметры, определяемые на большом числе метеостанций.

Метеорологический потенциал атмосферы (МПА) представляет собой коэффициент, характеризующий преобладание тех или иных процессов (накапливание или рассеивание) в течение года на данной местности, и определяется по формуле:

Км = (Рш + Рт)/(Ро + Рв),

где Рсл – повторяемость слабых ветров (0-1 м/с), %;

Рт – повторяемость дней с туманом, %;

Ро – повторяемость дней с осадками 0,5 мм и более, %;

 Рв – повторяемость скорости ветра более 6 м/с, %.

При Км > 1 преобладают процессы, способствующие накапливанию вредных

примесей, но условия для рассеивания благоприятные.

При Км < 1 преобладают процессы самоочищения атмосферы.

При Км = 1 - 3 – неблагоприятные.

При Км > 3 - крайне неблагоприятные.

ОПИСАНИЕ КЛАССОВ ПЗА

Высокий опасный потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА-I) и худшие условия рассеивания на территории бывшего СССР характерны почти для всей Восточной Сибири, Саян, Алтая, гор Средней Азии, Казахстана и Кольского полуострова (классы 1а и 16). Эти территории обладают высокой экологической опасностью нового промышленного освоения.

Класс Ia характеризуется однородным по всем направлениям переносом, наименьшим на территории. Его объем не превышает 10—12 млн м³/год при минимуме 5—6 млн м³, что определяет предельно малую интенсивность переноса Кип = 1-2. Он наблюдается в Восточной Сибири (Ia¹, Ia², Ia⁴, Iа⁵), в Саянах и на Алтае (Iа³) (см. рис. 1). Факторы, способствующие загрязнению атмосферы, характеризуются высокими значениями: повторяемость инверсий (изотермий) зимой — 95—100%, летом — 70—80%. Вследствие большой меридиональной протяженности района приходящая суммарная радиация варьирует в широких пределах. По радиации, осадкам и расчлененности рельефа выделяются: центральный (Ia¹), северо-восточный (Iа²), юго-западный (Iа³) и юго-восточный подрайоны (Iа⁴,Iа⁵). В подрайонах Iа⁴ и Iа⁵ высокая степень экологической опасности загрязнения атмосферы возможна не только за счет высокого ПЗА, но также за счет будущего промышленного освоения, в частности в зоне тяготения к трассе БАМа (Iа⁴).

Класс Iб — слабый воздушный перенос по большинству направлений в сочетании с умеренным переносом в одном каком-либо направлении. Такие условия наблюдаются на северо-востоке Сибири (I6¹), в горах Средней Азии и Казахстана (Iб²), Предуралье (Iб³), Закавказье (Iб⁴) и на Кольском полуострове (Iб⁵). Повторяемость штилей велика — на северо-востоке Сибири она составляет 40—50%, а менее всего (около 20%) — в Предуралье и горных тундрах Кольского полуострова. Опасные скорости ветра в подрайонах Iб³ и 1б⁵ достигают 20%. Повторяемость инверсий и изотермий также велика.

Территории обладают высокой степенью экологической опасности за счет высокого ПЗА, а также сильной промышленной освоенности территории подрайона Iб⁵; средней, местами сильной промышленной освоенностью подрайона Iа⁴ и средней степенью промышленной освоенности территории подрайона Iб³. В этих подрайонах возможно размещение лишь малоотходных производств с высокой степенью очистки выбросов.

Повышенный потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА-II) с плохими условиями рассеивания выбросов в атмосфере характеризуется воздушным переносом, в 4—5 раз превосходящим худшие условия разноса на территории при преобладании умеренного переноса (Кип = 3-5) в сочетании со слабым или значительным переносом (Кип = 6-8) в какой-либо одной четверти горизонта (классы IIа, IIб, IIв, IIг).

Класс IIа характерен для юго-запада, юга (IIа¹), а также запада ETC (IIa²) и Прибайкалья (IIа³). Объем годового переноса составляет 20-30 млн м³/год (Кип = 4-5). Годовая повторяемость штилей невелика. Инверсий, изотермий в Прибайкалье — до 90%, летом — около 60—70%. Часты туманы (до 40-60 дней в году). Для подрайонов IIа¹ и IIа³ характерна повышенная степень экологической опасности за счет повышенного ПЗА и промышленной освоенности средней степени. В подрайоне IIа² наблюдается высокая степень экологической опасности за счет сильной промышленной освоенности.

Класс IIб характерен для Северного Кавказа (IIб¹), Центральной Якутии (IIб²) и Буреинской низменности (IIб³). На Северном Кавказе воздушный перенос составляет 20-30 млн м³/год (Кип = 5), повторяемость штилей — 10-20%; в прочих подрайонах более значительная — 20-30%, а в подрайоне IIб³ до 40%. Высока повторяемость инверсий в Центральной Якутии: зимой — 95-100%, летом — 80-85%. На Северном Кавказе высока повторяемость дней с туманом до 40-60% в год. Район Буреинской низменности, сильно подверженный влиянию муссонов, характеризуется сезонными колебаниями количества осадков: от 500-600 мм летом до 75 мм зимой. Центральная Якутия отличается засушливым климатом: летом осадки составляют 175-200 мм, зимой — 30-50 мм. Все подрайоны отличаются высокой степенью экологической опасности за счет повышенного ПЗА.

Класс IIв — слабый, умеренный и значительный перенос воздуха при преобладании умеренного наблюдается на Кавказе (IIв¹), в Карпатах (IIв²) и на юге Западной Сибири (IIв³). Повсеместно зимой наблюдается высокая повторяемость инверсий, особенно в Западной Сибири (90-95%), значительна повторяемость штилей. Первые два подрайона (IIв¹, IIв²) характеризуются повышенной степенью экологической опасности за счет высокого ПЗА, а третий (IIв³) — высокой ее степенью за счет сильной промышленной освоенности.

Класс IIг занимает обширную территорию, на которой выделяется девять подрайонов: юго-восточная часть ETC (IIг^1/2), Приазовье (IIг^1/2), северо-восток ETC (IIг^2/1), восток ETC (IIг^2/2), Заволжье (IIr^2/3), северо-восточная половина Западной Сибири (IIг³), равнинный Казахстан (IIг⁴), равнины Средней Азии (IIг^5/1) и юг Средней Азии (IIг^5/2). Для юго-востока ETC, Приазовья и Средней Азии характерен умеренный и значительный северо-восточный перенос (Кип = 7-8). В остальных районах преобладает юго-западный перенос. Повторяемость штилей, как правило, незначительна, но повторяемость инверсий высока. Подрайоны Приазовья, Казахстана и особенно Средней Азии подвержены сильным пыльным бурям. В Средней Азии — самом запыленном районе — число дней с пыльными бурями превышает 40-60 в год. Для подрайонов Средней Азии характерны и самые высокие суммы солнечной радиации - до 140-160 ккал/см²•год - при самых малых в бывшем СССР осадках - 100-200мм/год. В Казахстане осадков также мало — около 300 мм.

Таким образом, территориям с повышенным потенциалом загрязнения атмосферы присуща повышенная степень экологической опасности, которая резко возрастает в районах старого промышленного освоения за счет уже существующей занятости природного фона. Усложнение экологической обстановки в регионе происходит при наложении на условия воздушного переноса экстремальных и стихийных явлений — пыльных бурь, сильных местных ветров, повышенной влажности, экстремальных температур и др.

Умеренный потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА-III) со средними условиями распространения выбросов на территории.

Класс IIIа¹ характеризуется умеренным и значительным с преобладанием умеренного, но местами сильным переносом на Дальнем Востоке (Ша¹). Перенос в юго-восточную четверть при продолжительном зимнем муссоне может достигать 40 - 50 млн м³год (Кип = 8), для остальных четвертей Кип = 4-5. Повторяемость опасных скоростей ветра невелика — более 10%, а штилей значительна — до 30-50%. Инверсии часты во все времена года. Осадков выпадает до 700-800, мм, в теплое полугодие — 500-600 мм. Приток солнечной радиации велик - до 110-120 ккал/см²•год, ультрафиолетовой - 60-65кВт •ч/см²•год. Подкласс IIIa² при такой же интенсивности переноса отличается от предыдущего (IIIа¹) направлением переноса — наиболее значительный перенос направлен в северо-восточную четверть. Наблюдается на севере Сибири и отличается от класса Ша¹ существенно меньшей суммой осадков (350- 400 мм), равномерно распределенных в течение года, а также значительно меньшей суммарной (около 75 ккал/см² • год) и ультрафиолетовой (около 50 кВт- ч/см² • год) радиацией.

Класс IIIб. Характерно распространение умеренного и значительного переноса, который наблюдается на северо-западе ETC (IIIб'/¹ и IIIб¹/²), на Урале (IIIб²/¹ и IIIб²/²) и в северной Якутии по нижнему течению Лены (IIIб³). Во всех трех районах наибольший перенос направлен в северо-восточную четверть (Кип = 9-10). Повторяемость штилей - 10% на северо-западе ETC, наибольшая (около 30%) — в северной Якутии. Северные части районов получают существенно меньшие количества суммарной и ультрафиолетовой радиации. На северо-западе ETC эти величины составляют 80-90 ккал/см² • год и 50 и 60 кВт•ч/ см² •год соответственно, а на Урале 75-90 и 90-105 ккал/см² • год и около 55 и 65 кВт•ч/см² •год соответственно.

Класс IIIв характеризуется умеренным, значительным и по крайней мере в одной четверти сильным переносом, преимущественно в северо-восточном направлении (Кип = 9-10). Повторяемость инверсий и опасных скоростей ветра - 25%, осадков выпадает до 500мм/год, зимой часты инверсии, штили. По притоку солнечной радиации класс подразделяется на два подкласса: северный (IIIв₁) и южный (IIIв₂).

Таким образом, в целом для территорий с умеренным потенциалом загрязнения атмосферы характерна низкая экологическая опасность за счет существующего резерва ПЗА. Исключение составляют сильно промышленно освоенные территории Среднего и Южного Урала и высокоширотные районы с экстремальными природными условиями, в которых отмечается высокая экологическая опасность при размещении промышленных объектов.

Пониженный потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА-IV)

Класс IVa — умеренный значительный перенос с преобладанием значительного наблюдается в центре ETC и подразделяется на два подкласса по величине приходящей радиации — северный (IVa¹) и южный (IVa²) (в северном подрайоне до 85, а в южном — до 95 ккал/см²•год). Наиболее значителен перенос в северо-восточном направлении (Кип = 7-8). Инверсии круглый год. Осадков выпадает 500-600 мм/год.

Класс IV6 — умеренный, значительный и сильный перенос с преобладанием значительного наблюдается на севере ETC и прилегающих к нему районах Западной Сибири. Наибольший перенос происходит в северо-восточном направлении (Кип = 7-8). Повторяемость штилей невелика — около 10%, а опасных скоростей ветра — 25%. Осадков до 400 мм.

Для районов с пониженным потенциалом загрязнения атмосферы (ПЗА-IV) характерна низкая степень экологической опасности, которая возрастает при сильной урбанизированности территории, например в районе IVa².

Низкий потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА-V)

Класс Va - значительный и сильный перенос (Кип = 10-12) в равной степени охватывает районы нижней Волги (Va¹) и Прикаспийской низменности (Va²). Наибольший перенос происходит в двух противоположных направлениях — с северо-востока и с юго-запада. Повторяемость штилей около 10%, опасных скоростей ветра — около 25%, инверсий зимой около 90%, летом — около 70%. Различаются подрайоны по степени засушливости: в северном осадков выпадает 300-400, в южном — 150-200 мм/год; по величине приходящей радиации — 110 и 120 ккал/см²•год соответственно; по числу дней с пыльными бурями, которых больше в Прикаспийской низменности, что повышает потенциал загрязненности атмосферы.

Класс Vб — значительный и сильный перенос, превосходящий минимальный на порядок, наблюдается в Арало-Каспийском районе. Отмечается большая засушливость климата — осадков 100—150 мм/год; большое поступление радиации (до 130—140 ккал/см²•год) и высокая повторяемость пыльных бурь. Характерна низкая степень экологической опасности за счет имеющегося резерва ПЗА, увеличивающаяся в безлесных и подверженных действию пыльных бурь территориях.

Очень низкий потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА-VI) характерен для северных и восточных побережий с сильным и очень сильным переносом (Кип = 11-14), на которых выделяется девять районов: балтийский (VIa), восточноевропейский (VIб), западносибирский (VIв), восточносибирский (VIг), чукотский (VIд), камчатский (VIe), охотский (VIж), сахалинский (VIз) и приморский (VIи). Каждый из районов отличается особенностями воздушного переноса, который во всех случаях велик. Общим для этих районов различного климата — от умеренного морского до субарктического и муссонного — являются частые штормы, малый приток радиации, избыточное увлажнение, обилие туманов. Хорошо проветриваемые побережья Северного Ледовитого и Тихого океанов обладают очень низким потенциалом загрязнения атмосферы, лучшими условиями воздушного переноса на территории России с большим резервом ПЗА, но крайне экстремальные природные условия и явления стихийного характера создают здесь высокую степень экологической опасности при промышленном освоении.

Контрольные вопросы:

1. Как Вы понимаете термин природный потенциал загрязнения атмосферы? От чего зависит ПЗА?

2. Где лучше размещать промышленный объект – на территории с низким или высоким ПЗА?

3. Рационально ли размещать в России промышленные объекты на территориях с очень низким потенциалом загрязнения атмосферы и почему?

4. Что такое метеорологический потенциал загрязнения атмосферы? От чего зависит его величина?

Задание для работы на занятии:

1. Оценить природный потенциал загрязнения атмосферы в регионе размещения, используя карту (рис. 2.1) по вариантам (табл. 2.1).

2. Используя картосхему районирования территории по ПЗА и текстовую характеристику к ней, дать характеристику ПЗА в регионе размещения.

3. Сравнить условия рассеивания выбросов в атмосфере региона с худшими условиями распространения загрязнителей на территории России и условиями Центральной России.

4. Рассчитать МПА для населенного пункта, используя климатические данные по вариантам (табл. 2.2-2.6), заполнить вспомогательную таблицу 2.7.