Материал: Санитарно-защитные_зоны_для_промышленных_источников_загрязнения_атмосферного_воздуха

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

накоплению в приземном слое. Если слой приподнятой инверсии расположен на достаточно большой высоте от труб промышленного предприятия, то концентрация примесей будет существенно меньше. Слой инверсии, расположенный ниже уровня выбросов, препятствует переносу их к земной поверхности.

Инверсии температуры в нижней тропосфере определяются в основном двумя факторами: охлаждением земной поверхности вследствие радиационного излучения и адвекцией теплого воздуха на холодную подстилающую поверхность. Такие инверсии часто связаны с охлаждением приземного слоя за счет затрат тепла на испарение воды или таяние снега и льда. Формированию инверсий способствуют также нисходящие движения в антициклонах и сток холодного воздуха в пониженные части рельефа. На побережьях морей и крупных водоемов в теплое время года инверсии возникают при морских бризах.

Нередко инверсии образуются в долинах между горами. Спускающийся с гор холодный воздух подтекает под более теплый воздух долины и образуется «озеро» холода. В таких условиях решение вопроса о размещении промышленных предприятий оказывается особенно трудным.

В холодный период года наблюдаются более частые и длительные инверсии. Сезонные изменения температурного градиента являются одной из главных причин соответствующих колебаний концентраций загрязнений атмосферы в современных городах. Этим же можно объяснить обратную связь между температурой воздуха и уровнем загрязнения. Наиболее высокие концентрации наблюдаются при низких температурах в период зимних инверсий. Зимние инверсии в России распространяются на большие площади. Область распространения их совпадает с областью распространения антициклонов. Поэтому при антициклонической погоде обычно наблюдаются высокие концентрации атмосферных загрязнений.

Для расчетного обоснования СЗЗ для стационарных объектов, загрязняющих атмосферный воздух, наибольшее значение имеют приземные инверсии температуры. Именно они чаще всего создают благоприятные условия для формирования высоких уровней загрязнения воздуха. В различных географических районах России отмечается различная повторяемость приземных инверсий температуры. Эти различия должны учитываться математическими моделями рассеивания примесей в атмосфере, используемыми для расчета размеров СЗЗ. По данным Главной геофизической обсерватории им. А.И. Воейкова, среднегодовая частота их появления в пределах страны в основном увеличивается с запада на восток и уменьшается на побережьях морей и океанов. Наиболее редко они отмечаются (20–30%) в районах, прилегающих к странам Балтики и Белоруссии, а

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

также на побережье Каспия и на Кавказе. На остальной части Европейской территории страны их повторяемость меняется в пределах 30–40%. Рост повторяемости приземных инверсий начинается за Уралом над бассейном р. Оби (Салехард, Тобольск) – там она достигает 45–50%, а над территорией Восточной Сибири и Дальнего Востока – 60% и более. Выделяются две зоны особенно высокой повторяемости приземных инверсий: в районах, прилегающих к Байкало-Амурской магистрали (Иркутская область, Забайкалье, Приамурье), и в бассейнах рек Индигирки и Колымы. Здесь приземные инверсии сохраняются значительную часть года с наибольшей повторяемостью в Чаре (60%). В Приморском крае, на побережье Охотского моря и на Камчатке повторяемость снова уменьшается до 30–40%.

Скорость и направление ветра также являются метеорологическими факторами, в значительной мере определяющими интенсивность процесса рассеивания загрязнителей в воздушном бассейне. В штиль выбросы медленнорассеиваются,частицывыпадаютисосредоточиваютсявнебольшом радиусе вокруг источника загрязнения, создавая в приземном слое воздуха высокие концентрации. При ослаблении ветра до штиля происходит накопление примесей, но в это время значительно увеличивается подъем перегретых выбросов в верхние слои атмосферы, где они рассеиваются. Однако если во время штиля наблюдается инверсия, то может образоваться «потолок», который будет препятствовать подъему выбросов. Тогда концентрация загрязнителей у земли редко возрастает. Таким образом, штиль и малые скорости ветра формируют высокий уровень загрязнения воздуха.

Для расчета величины СЗЗ важно знать повторяемость различных скоростей ветра в районе дислокации рассматриваемого объекта. Многочисленные случаи опасных загрязнений приземного слоя атмосферы связывают с так называемыми малыми скоростями ветра. На территории России имеются обширные районы, где скорости ветра 0–1 м/с наблюдаются в 60% всего времени года и более. В частности, в Восточной Сибири этот показатель достигает 70–80%.

Для учета условий вероятного застоя воздуха при определении границ СЗЗ необходимо использовать данные о повторяемости малых скоростей ветра (0–1 м/с) как по месяцам, так и в различные часы суток. Такой информацией располагают местные метеорологические станции Госкомгидромета.

Высокие скорости ветра ускоряют процесс рассеивания загрязнителей воздуха, т.е. играют положительную роль в снижении загрязненности атмосферы. Однако рост скорости ветра способствует рассеиванию до определенных пределов. В специальной литературе существует понятие «опасная скорость ветра». Экспедиционными наблюдениями установлено, что при скоростях ветра 1–2 м/с наблюдаются наивысшие концентрации

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

загрязнителей в атмосфере населенных мест, где преобладают низкие холодные выбросы промышленных предприятий. В районах размещения промышленных предприятий с высокими трубами и горячими выбросами высокие концентрации регистрируются при скоростях ветра 4–7 м/с. В современных промышленных центрах обычно имеется два пика подъема концентраций в зависимости от скорости ветра. Первый характерен для низких выбросов в связи с выхлопными газами автотранспорта, а второй – для высоких за счет выбросов крупных промышленных предприятий.

Господствующее направление ветров также имеет большое значение в рассеивании выбросов стационарного источника загрязнения атмосферы на участках местности, расположенных с наветренной стороны; загрязнения сравнительно с подветренной стороной от источника невелики. Эта закономерность должна лежать в основе градостроительных решений при размещении промышленных предприятий относительно жилых районов. Однако надо иметь в виду, что в течение года дуют ветры всех направлений и загрязнению в большей или меньшей степени подвергается окружающая территория во всех направлениях.

Санитарный врач при экспертизе материалов по организации СЗЗ должен располагать розой ветров не только годовой, но и по месяцам и считаться в первую очередь с направлением господствующих ветров летних месяцев, когда население особенно широко пользуется отрытым воздухом. Установлено, что в большинстве городов страны в разные сезоны года почти всегда наблюдаются одно или несколько «загрязняющих» направлений ветра, иногда совершенно противоположных, независимо от месторасположения источников загрязнения атмосферного воздуха. Особое значение направление ветра приобретает при решении вопросов размещения загрязняющих атмосферу объектов в местностях с резко пересеченным рельефом.

Завершая обзор метеорологических параметров, определяющих интенсивность распространения примесей в атмосферном воздухе, следует упомянуть о влажности воздуха и атмосферном давлении.

Для большинства загрязнителей имеется прямая зависимость от влажности воздуха. Исключение составляют лишь соединения, способные гидролизоваться. Это связано с тем, что атмосферная влага конденсируется на частицах аэрозоля, утяжеляя их, а газообразные компоненты выброса в ней растворяются. Все это способствует накоплению загрязнителей в более узком слое приземной атмосферы. Однако в случае возникновения дождя накопившиеся загрязнения выпадают на землю и концентрация их в воздухе снижается.

При росте атмосферного давления также увеличиваются концентрации загрязнителей в воздухе. Такое явление характерно для антициклонической

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

погоды. В основе роста загрязнения воздуха при такой метеорологической ситуации лежат влияние малых скоростей ветра и температурной инверсии, возникающих в областях высокого барометрического давления. Этим, вероятно, объясняется прямая связь высоты барометрического давления и величины загрязнения атмосферного воздуха над населенными пунктами.

Влияние влажности воздуха и атмосферного давления на интенсивность рассеивания примесей намного меньше, чем температуры, скорости и направления движения воздуха. Поэтому современные методики расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий, не учитывают эти метеорологические параметры.

Орография местности, наряду с метеорологическими факторами, обязательно должна учитываться при обосновании границ санитарнозащитных зон для объектов, загрязняющих атмосферный воздух населенных мест. Неровности местности ослабляют рассеивание загрязнителей в приземном слое атмосферы. В условиях холмистого рельефа значительно изменяется характер движения воздуха, что, как правило, приводит к изменению поля концентраций. В низинах наблюдаются явления застоя воздуха, что повышает опасность загрязнения приземного слоя атмосферы за счет промышленных выбросов. При пологом рельефе (угол менее 3–4°) загрязнение примерно соответствует таковому над ровной поверхностью. При высоте отметок 50–100 м с углом наклонов склонов 5–6° отличие максимальных концентраций загрязнений достигает 50% при высоте трубы 50 м в зависимости от положения источника выброса на местности. Влияние рельефа уменьшается с повышением высоты источника и при последней в 200 м составляет примерно 30%.

Увеличение концентрации может наблюдаться и при расположении источников промышленных выбросов на возвышенностях, но находящихся вблизи подветренных склонов, где снижаются скорости ветра и возникают нисходящие течения.

Таким образом, максимальные концентрации тем больше, чем ближе расположен на плато источник к подветренному склону или чем ниже на подветренном.

Максимум концентрации при расположении источника на подветренном склоне больше, чем на ровном месте, примерно на 30% при высоте трубы 50 м и на 20% при высоте 200-метровой трубе.

Влияние пересеченного рельефа на уровень загрязнения атмосферного воздуха, как правило, усиливается особенностями температурного градиента в долинах. Такая закономерность наиболее выражена в районах, где может происходить длительный застой загрязнителей при сочетании слабых ветров с температурными инверсиями, например: в глубоких

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

Глава 4

котловинах, в районах частого образования туманов (в том числе ниже плотин гидроэлектростанций и вблизи прудов-охладителей электростанций в районах с суровой зимой), в районах возможного возникновения фотохимического смога. Действующими строительными

правилами в таких районах не рекомендуется размещение промышленных предприятий с выбросами вредных веществ в атмосферный воздух. При необходимости строительства в таких районах следует принимать дополнительные меры по охране воздушного бассейна от загрязнителей, согласованные с Госкомгидрометом и Роспотребнадзором РФ.

Степень разбавления выброса атмосферным воздухом находится в прямой зависимости от расстояния, которое этот выброс прошел до данной точки. Это связано с тем, что с удалением от источника выброса увеличивается поперечное сечение факела (рис. 4.1), которое возрастает пропорционально квадрату расстояния и, следовательно, концентрации должны снижаться обратно пропорционально квадрату расстояния. На самом деле это падение происходит более медленно. Одна из причин этого явления состоит в том, что дымовой факел, касаясь земли, деформируется, благодаря чему сечение его увеличивается меньше, чем квадрат расстояния.

Значение этой поправки нарастает по мере удаления от источника, поэтому концентрация загрязнений в воздухе падает с замедлением.

Факт уменьшения концентраций с расстоянием подтвержден многочисленными экспедиционными наблюдениями для разных веществ и источников разной мощности. Именно эта закономерность лежит в основе отечественногосанитарногозаконодательстваосанитарно-защитныхзо- нах между промышленными предприятиями и селитебной территорией.

Высота выброса также оказывает определенное влияние на величину приземной концентрации. При этом чем выше труба, тем при прочих равных условиях меньше концентрации. Объясняется это тремя моментами: 1) чем выше труба, тем больше сечение дымового факела в точке прикосновения его к земле и во всех дальнейших точках; 2) чем ниже труба, тем ближе наблюдательная точка к осевой линии факела, где концентрация относительно выше; 3) чем выше труба, тем больше скорость ветра в точке выброса и, следовательно, интенсивнее процессы перемешивания выброса с атмосферным воздухом.

Увеличение высоты трубы с 50 м до 100, 200 и 250 м при неизменной величине выброса снижает наземную максимальную концентрацию