Мониторинг загрязнения воздушного бассейна г. Бийска Алтайского края аэрозольнымикомпонентами | Вестн. Том. гос. ун-та. 2012. № 362.

Мониторинг загрязнения воздушного бассейна г. Бийска Алтайского края аэрозольнымикомпонентами

Проведен мониторинг загрязнения атмосферы и рассмотрены пространственно-временные характеристики запыленности воздушного бассейна г. Бийска. Показана зависимость концентрации пыли в воздухе от сезонного хода климатических показателей. Исследованы тенденции изменения концентрации пыли в условиях современного изменения климата. Выявлены значимые статистические зависимости различных характеристик ветрового режима от средних значений скорости ветра.

Monitoring of pollution of air in Biysk (Altai Territory) by aerosol components.pdf Атмосферный воздух является одним из основныхжизненно важных компонентов окружающей природ-ной среды, неотъемлемой частью среды обитания че-ловека, растений и животных. Проблема загрязненияатмосферы остается одной из главных в современныхгородах, в том числе в г. Бийске Алтайского края.В настоящее время г. Бийск является вторым по чис-ленности населения и в промышленном отношениигородом в Алтайском крае, в котором находится132 промышленных предприятия, из них - 44 большихи средних, 88 - малых.Основным источником загрязнения окружающейсреды, в том числе атмосферы, являются предприятиятопливной энергетики (ОАО «Бийскэнерго»), отопи-тельные котельные, а также предприятия химическойпромышленности (ОАО «Бийская химическая компа-ния», ФГУП «Бийский олеумный завод», ФГУП «ФНПЦАлтай»), машиностроения (ГУП БПО «Сибприбормаш»,ОАО «Бийский котельный завод», ООО ПКФ «Бийскиймашиностроительный завод», деревообрабатывающейпромышленности (ЗАО «Бийская мебельная фабрика») идр. Почти все предприятия расположены в городскойчерте и сосредоточены, главным образом, в Приобскомрайоне г. Бийска в западной его части.Характерной особенностью воздуха г. Бийска явля-ется его значительная запыленность. Наиболее высокиеуровни запыленности воздуха отмечаются в районахспичечной фабрики, котельного завода, организаций«Бийскэнерго», табачной фабрики, ДРСУ, олеумногозавода. Высокая запыленность наблюдается вблизиглавных магистралей города: ул. Трофимова, ул. Мер-лина, пер. Коммунарский, ул. Васильева и др.В загрязнении атмосферы высока доля автотранспорта.По данным за 2008 г. в Бийске насчитывалось 68 тыс.единиц автотранспорта.Оценка загрязнения атмосферного воздуха в совре-менном городе является важнейшим методологическимвопросом мониторинга загрязнения окружающей среды,так как от этого зависят природоохранные мероприятияи распределение средств на их выполнение. Сохранениеблагоприятного состояния атмосферного воздуха необ-ходимо для обеспечения оптимальных условий жизни ихозяйственной деятельности человека.В предлагаемой статье рассмотрено современноесостояние загрязнения атмосферы в Бийске аэрозоль-ными компонентами естественного и антропогенногопроисхождения.На загрязнение воздуха в городских условиях вли-яют 3 основные группы факторов:1) экономический фактор, определяющий располо-жение жилых домов, промышленных предприятий иинтенсивность движения автотранспорта - основныхисточников антропогенного загрязнения;2) уровень загрязнения атмосферы аэрозолями ча-стично определяется метеорологическими факторами,влияющими как на эффективность удаления примесейот первоначальных источников загрязнения, так и наувеличение концентрации пыли в воздухе;3) на распространение примесей в атмосфере ока-зывают влияние местные орографические факторы(например, расположение в долине, на возвышенности,в котловине и пр.).Совместное действие этих факторов приводит к то-му, что загрязнение атмосферы оказывается наиболеесильным в отдельных кратковременных случаях, спо-собных вызвать серьезные последствия.Следует учитывать не только местные локальные оча-ги загрязнения, но и вещества, которые могут быть пере-несены из других регионов (трансграничный перенос за-грязняющих веществ). Отделить их друг от друга часто непредставляется возможным.Многие атмосферные примеси поступают из есте-ственных источников. К твердым естественным приме-сям относятся пыль, образующаяся при физическомвыветривании земной коры, частицы соли морскогопроисхождения, частицы дыма, образующиеся прилесных пожарах, пыльца, переносимая из покрытыхрастительностью районов.Взвешенные вещества (пыль) оказывают неблаго-приятное воздействие на функционирование организ-мов, экосистем и биосферы в целом. Приведем лишьнекоторые сведения из литературных источников овлиянии пыли на здоровье человека.По данным Всемирной организации здравоохраненияпри концентрации пыли в атмосферном воздухе0,08 мг/м. ощущается дискомфорт. При дальнейшемувеличении содержания пыли до 0,25-0,5 мг/м. наблю-дается ухудшение состояния больных с легочными за-болеваниями. Постоянное пребывание людей в атмо-сфере с концентрацией пыли выше 0,5 мг/м. приводит кболее частым заболеваниям и возрастанию смертности.Действие пыли на кожный покров сводится в основномк механическому раздражению [1]. Вследствие такогораздражения возникает зуд, а при расчесах может по-явиться покраснение и некоторая припухлость кожногопокрова.Пылинки могут проникать в поры потовых и саль-ных желез, закупоривая их и тем самым затрудняя ихработу. Это приводит к сухости кожного покрова, ино-гда появляются трещины, сыпь.При попадании пыли на слизистые оболочки глаз иверхних дыхательных путей ее раздражающее действиепроявляется наиболее сильно. Слизистые оболочки посравнению с кожным покровом более тонки и нежны,их раздражают все виды пыли. Пыль, попавшая в глаза,вызывает воспалительный процесс их слизистых обо-лочек - конъюктивит, который выражается в покрасне-нии, слезотечении, иногда припухлости и нагноении.На органы пищеварения могут оказывать действиелишь некоторые токсические пыли, которые, попавтуда даже в относительно небольшом количестве, вса-сываются и вызывают интоксикацию (отравление).Действие пыли на верхние дыхательные пути сво-дится к их раздражению, а при длительном воздей-ствии - к воспалению.Негативное влияние пыли в атмосфере сказываетсяи на современных промышленных производствах,связанных с микроэлектроникой, инновационныминанотехнологиями и т.д. На таких предприятиях вы-нуждены принимать различные меры по очистке воз-духа. По этим причинам изучению качества атмо-сферного воздуха и мероприятиям по удалению за-грязняющих веществ уделяется большое внимание.Вкладываются большие средства в создание болеесовершенных очистительных устройств, осуществля-ется перевод объектов энергетики и автотранспортана газовое и другие более экологически чистые видытоплива.Мониторинг качества воздуха в г. Бийске проводитКомплексная лаборатория по мониторингу загрязненияокружающей среды (КЛМС) на трех стационарныхпостах наблюдения за загрязнением атмосферного воз-духа (ПНЗ). Условно названные «городскими фоновы-ми», посты расположены в жилых районах на юго-западе (квартал АБ) (ПНЗ-2) и центральной части горо-да (поселок Котельщиков) (ПНЗ-11), а «транспорт-ным» - ПНЗ-5 в пер. Коммунарский (северо-восточнаячасть города). План-схема расположения постовнаблюдения (ПНЗ) представлены на рис. 1. На всехэтих пунктах измеряются концентрации пыли, диокси-да серы, оксида и диоксида азота, оксида углерода,3,4-бензапирена и ряда других специфических дляг. Бийска примесей в воздухе: сажи, формальдегида,хлористого водорода, растворимых сульфатов.Рис. 1. Схема расположения постов наблюденияТ а б л и ц а 1Средняя концентрация пыли на пунктах ПНЗ в г. Бийске за период 1985-2009 гг., мг/м3Пункт I II III IV V VI Месяц VII VIII IX X XI XII ГодПНЗ-2 0,04 0,05 0,04 0,17 0,22 0,12 0,13 0,14 0,15 0,15 0,08 0,03 0,11ПНЗ-5 0,06 0,07 0,08 0,39 0,36 0,27 0,25 0,27 0,26 0,34 0,13 0,04 0,21ПНЗ-11 0,04 0,04 0,03 0,09 0,10 0,07 0,08 0,08 0,08 0,09 0,05 0,04 0,07Значительное превышение ПДК в среднем за годотмечается только на ПНЗ-5. В среднем по городу за-пыленность составляет 0,17 мг/м., что чуть выше ПДК,однако с апреля по ноябрь концентрация пыли суще-ственно превышает ПДК [2]. Предельно допустимаясреднесуточная концентрация пыли в атмосфере со-ставляет 0,15 мг/м3 [4].Больше всего концентрация пыли - на ПНЗ-5(пер. Коммунарский, центр города, федеральная трассаНовосибирск - Бийск - Ташанта), концентрация всреднем за год составляет 0,21 мг/м3. На ПНЗ-2 (юго-запад) составляет 0,11 мг/м3. В центральной части го-рода ПНЗ-11 - 0,07 мг/м3.На ПНЗ-2 и ПНЗ-11 средняя концентрация не пре-вышает ПДК (0,15 мг/м3). Годовой ход на всех трехпунктах носит синхронный характер (рис. 2). Макси-мум концентрации пыли наблюдается в переходныесезоны года (апрель, май и октябрь). Наименьшая кон-центрация пыли отмечается в холодный период, когдамерзлая подстилающая поверхность покрыта снежнымпокровом.Определялся коэффициент корреляции между зна-чениями концентрации пыли на разных ПНЗ г. Бийскав различные месяцы года [5]. В холодный период года(с декабря по март) концентрация пыли в атмосферегорода минимальная, значения коэффициента корре-ляции (0,70-0,90) статистически значимы на уровнезначимости 0,05 и показывают большую тесноту свя-зи концентрации пыли на всех пунктах наблюдений(табл. 2).Рис. 2. Годовой ход средних значений концентрации пыли на ПНЗ (1985-2009 гг., г. Бийск)Т а б л и ц а 2Коэффициенты корреляции между значениями концентрации пыли в атмосфере на ПНЗ г. БийскаПНЗ МесяцI II III IV V VI VII VIII IX X XI XIIПНЗ-2-ПНЗ-11 0,67 0,88 0,67 0,57 0,45 0,70 0,64 0,58 0,69 0,66 0,79 0,58ПНЗ-5-ПНЗ-11 0,77 0,78 0,75 0,47 0,48 0,52 0,60 0,52 0,63 0,58 0,66 0,75ПНЗ-2-ПНЗ-5 0,70 0,89 0,86 0,27 0,04 0,46 0,02 0,11 -0,05 0,28 0,56 0,79В другие сезоны года теснота связи величин кон-центрации пыли на разных ПНЗ уменьшается благода-ря местным факторам, влияющим на увеличение кон-центрации пыли в атмосфере (увеличенный поток ав-тотранспорта, влияние локальных источников и др.).В теплое время года значимые коэффициенты кор-реляции наблюдаются лишь между пунктами наблюде-ний, расположенными на расстоянии до 4-5 км (междуПНЗ-2 и ПНЗ-11, ПНЗ-5 и ПНЗ-11). Статистическиезависимости между концентрациями пыли на отдален-ных друг от друга ПНЗ-2 и ПНЗ-5 на расстояние около10 км статистически незначимы. Это подтверждаетпредположение о местном (локальном) происхождениипыли в атмосфере г. Бийска.Результаты непрерывного мониторинга за концен-трацией пыли в Бийске за продолжительный период с1985 по 2009 г. позволили сделать следующие выводы.На всех ПНЗ г. Бийска происходит постоянное сниже-ние концентрации пыли. Максимум содержания пыли ввоздухе зарегистрирован на ПНЗ-2 в 1985 г., 1997-1999 гг., на ПНЗ-5 - в 1991 и 1993 гг., на ПНЗ-11 - с1994 по 1997 г. Наиболее загрязненной можно назватьтерриторию центральной части города (ПНЗ-5), гдебольшой вклад в загрязнение пылью атмосферноговоздуха вносит автотранспорт.Анализ концентрации взвешенных веществ за весьпериод наблюдений показал, что средние годовыеуровни загрязнения превышали ПДК в среднем в 1,2-2,7 раза до 2000 г. Наибольшее превышение среднего-довой нормы было зарегистрировано в 1985 г. и соста-вило 0,4 мг/м3 (2,7 ПДК).Средняя многолетняя концентрация пыли в атмо-сфере г. Бийска и ее изменчивость в различные месяцыприведены в табл. 3.Т а б л и ц а 3Средняя многолетняя концентрация (мг/м3) и среднее квадратическое отклонение (σ)взвешенных частиц в атмосфере г. Бийска (1985-2009 гг.)Показатель Месяц I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII ГодСреднее 0,09 0,08 0,08 0,24 0,26 0,20 0,19 0,19 0,19 0,22 0,13 0,09 0,17σ 0,08 0,06 0,07 0,10 0,12 0,11 0,11 0,10 0,09 0,12 0,10 0,07 0,08Концентрация пыли в атмосфере осредненная длявсего г. Бийска, имеет хорошо выраженный годовойход (рис. 3). Наибольшие значения концентрациипыли характерны для теплого периода года. Макси-мальные значения концентрации пыли (значительнобольше ПДК) наблюдаются в весенний период (ап-рель-май) и осенью (октябрь). Наиболее вероятнаяпричина такого годового хода - усиление скоростиветра в переходные сезоны года. В летний периодскорости ветра уменьшаются, увеличивается числодней с осадками и количество осадков. Дополни-тельную роль в уменьшении концентрации пыли ле-том в атмосфере играет полив улиц. В зимний пери-од года поверхность почвы замерзает, образуетсяустойчивый снежный покров и концентрация пыли вгороде уменьшается.Рис. 3. Годовой ход средних месячных концентраций пыли в г. Бийске (1985-2009 гг.)Значительный интерес представляет анализ дина-мики концентрации пыли в Бийске за весь периоднаблюдений с 1985 г. Известно, что в городе дей-ствовало и продолжает работать большое количествопромышленных предприятий, в том числе общерос-сийского значения. Постоянные источники повы-шенной запыленности - отрасли металлургического,химического и текстильного производства, строи-тельство, хозяйственная деятельность, транспорт.Основными источниками загрязнения атмосферноговоздуха являются предприятия топливной энергети-ки (ТЭЦ-1, тепловые сети, отопительные котельные),деревообрабатывающей, химической и пищевойпромышленности, рассредоточенные по всей терри-тории города. Неоднократно г. Бийск характеризо-вался как один из самых загрязненных городов Рос-сии [6]. На рис. 4 приведена динамика загрязненияпылью атмосферы Бийска за длительный период с1985 г.В 1985-1988 гг. зарегистрированы максимумы кон-центрации пыли за исследуемый период. Концентрацияпыли превышала ПДК в два и более раза. С 1989 г. от-мечено снижение уровня загрязнения воздуха. В 1992-1993 гг. наблюдалось небольшое увеличение уровнязагрязнения воздуха пылью, но начиная с 1995 г. про-исходит снижение средних годовых концентрацийвзвешенных веществ.В отдельных случаях концентрация пыли значи-тельно превышала ПДК. В 1993 г. самое высокое со-держание пыли 8,6 ПДК зарегистрировано в мае вПриобском районе и 27 ПДК - в октябре при выездныхэпизодических наблюдениях КЛМС г. Бийска на рас-стоянии 1 км от ТЭЦ-1. Был обнаружен главный ис-точник загрязнения атмосферы - золоотвал ТЭЦ-1 (не-далеко от ПНЗ-2).Небольшие увеличения содержания пыли в атмо-сферном воздухе города наблюдались в 1995, 1997,1999 гг. В 1995 г. максимум пыли зарегистрирован воктябре при усилении ветра до 20 м/с - 16,8 ПДК. В це-лом по городу за этот период было зарегистрированочетыре случая выше 5 ПДК пыли. В 1997 и 1999 гг. мак-симум зарегистрирован также при усилении ветра в ап-реле (8,4 ПДК) и в мае (11,4 ПДК) соответственно.Наибольшее число случаев с высокой концентрациейпыли в Бийске было связано с большой скоростью ветра,поднимающего пыль в воздух.В 2000 г. впервые зарегистрировано среднегодовоесодержание пыли в воздухе г. Бийска ниже ПДК.Устойчивые тенденции уменьшения концентрации пы-ли сохраняются и по настоящее время. Только в от-дельных случаях наблюдались небольшие превышенияПДК пыли в теплый период года при значительномусилении скорости ветра.Современные тенденции изменения концентрациипыли в воздухе по сезонам приведены на примере цен-тральных месяцев (рис. 5). Во все сезоны года вг. Бийске отмечается устойчивая тенденция уменьше-ния концентрации пыли.Анализ значений концентрации пыли в Бийскепоказал, что наблюдается уменьшение ее концентрацииво все месяцы года. В табл. 4 приведены коэффи-циенты тренда концентрации пыли.Рис. 4. Динамика среднегодовых концентраций пыли (1985-2009 гг., г. Бийск)Рис. 5. Динамика загрязнения атмосферы пылью (1985-2009 гг., г. Бийск)Т а б л и ц а 4Коэффициенты наклона линейного тренда уменьшения концентрации пыли в атмосфере г. Бийска, мг/м3 годI II III IV V VIМ есяц VII VIII IX X XI XII Год-0,009 -0,007 -0,008 -0,007 -0,010 -0,011 -0,010 -0,009 -0,007 -0,012 -0,007 -0,007 -0,009Рис. 6. Динамика средней месячной скорости ветра в г. Барнауле (Алтайский край)Следует отметить, что уменьшение концентрации пы-ли происходит во все сезоны года лишь с несколькобольшими темпами в теплый период года. Это означает,что наблюдается одновременное уменьшение концентра-ции пыли как антропогенного, так и природного проис-хождения за счет пыли, поднимаемой с подстилающейповерхности. Этому в определенной степени благоприят-ствуют уменьшение объемов промышленного производ-ства в городе, а также заметное улучшение состояния до-рожного фонда и значительное внимание к его благо-устройству. Свою роль играет и уменьшение среднихгодовых скоростей ветра, которое наблюдается в послед-нее время в Западной Сибири. В качестве примера приве-дены значения скорости ветра на метеорологическойстанции Барнаула (рис. 6) в январе и июле.Уменьшение скорости ветра отмечено и в другихрегионах России.Авторами сделана попытка оценить раздельновклад в загрязнение пылью атмосферы в г. Бийске засчет антропогенного фактора и трансграничного пере-носа, а также пыли, поднимаемой с подстилающей по-верхности. Отдельно рассмотрена концентрация пылиза холодный период года (ноябрь - март) и за теплыйпериод (апрель - октябрь). Авторы исходят из предпо-ложения, что городские источники пыли поддержива-ют ее концентрацию круглый год (без учета работыотдельных котельных, печей в жилом частном сектореи т.д.).В теплый период года концентрация пыли заметноувеличивается за счет естественной почвенной пыли.Следует учитывать относительно небольшое количе-ство осадков в исследуемом регионе Алтайского края.Средняя концентрация пыли в теплый период состав-ляет 1,44 мг/м3, а в холодный - 0,40 мг/м3. Простыерасчеты показывают, что почвенная пыль в г. Бийскесоставляет около 70% от ее общего содержания. По-этому для уменьшения запыленности в городе в теплыйпериод (концентрация больше ПДК) следует продол-жать улучшать состояние и благоустройство дорог вгороде.Проводилось изучение статистических харак-теристик средних месячных концентраций пыли в Бий-ске в зависимости от климатических показателей, вли-яющих на возможности самоочищения атмосферы отпыли.Учитывалась зависимость средних концентрацийпыли от средних месячных скоростей ветра, числа днейс осадками в городе, повторяемости туманов, скоро-стей ветра больше 6 м/с и штилей.По данным наблюдений метеорологических стан-ций были получены зависимости показателей повторя-емости скоростей ветра более 6 м/с и штилей (рис. 7).Рис. 7. Зависимость повторяемости скоростей ветра более 6 м/с (а) и штилей (б) в от средней месячной скорости ветра, %Приведенные уравнения регрессии статистическидостоверно отражают полученные зависимости ииспользованы для определения параметров приналичии данных только о средних месячных скоро-стях ветра.Наиболее высокая статистически значимая корреля-ционная связь наблюдается между величиной концен-трации пыли в г. Бийске и повторяемостью штилей.Эта зависимости имеет отрицательный знак, т.е. чембольше повторяемость штилей, тем меньше концен-трация пыли.Коэффициент корреляции статистически значим(р = 0,05) и изменяется в разные месяцы в пределах0,40-0,71. Наиболее тесные связи отмечаются в теплыйи холодный периоды, а в переходные сезоны - не-сколько меньше. Статистически значимых зависимо-стей концентрации пыли с другими климатическимипараметрами не наблюдается.

Ключевые слова

мониторинг, качество воздуха, пыль, предельно допустимые концентрации, аэрозоли, monitoring, air quality, dust, maximum permissible concentration of aerosols

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Дутт Елизавета ВладимировнаТомский государственный педагогический университетаспирант кафедры географииsevvv@mail.tomsknet.ru
Севастьянов Владимир ВениаминовичНациональный исследовательский Томский государственный университетд-р геогр. наук, профессор кафедры метеорологии и климатологииsevvv@mail.tomsknet.ru
Всего: 2

Ссылки

Экология Алтайского края. URL: http// www.info@altaionline.ru (дата обращения 01.04.2012).
Ежегодник состояния загрязнения атмосферного воздуха в городах и промышленных центрах, расположенных на территории деятельности Западно-Сибирского межрегионального территориального управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды за 1986- 20
Охрана атмосферного воздуха. URL: http://www.air-protection.ru (дата обращения 03.02.2012).
Руководящий документ. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. М. : Гос. комитет СССР по гидрометеорологии. Министерство здравоохранения СССР, 1991. 693 с.
Громыко Г.Л. Статистика. М. : Изд-во Моск. ун-та, 1976. 335 с.
Селегей Т.С. Оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха городов Сибири // География и природные ресурсы. 1994. № 1. С. 76-81.
 Мониторинг загрязнения воздушного бассейна г. Бийска Алтайского края аэрозольнымикомпонентами | Вестн. Том. гос. ун-та. 2012. № 362.

Мониторинг загрязнения воздушного бассейна г. Бийска Алтайского края аэрозольнымикомпонентами | Вестн. Том. гос. ун-та. 2012. № 362.

Полнотекстовая версия