Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://www.iki.rssi.ru/ehips/MoscowReg/Podolsk-report.htm
Дата изменения: Wed Jun 11 16:03:22 2003
Дата индексирования: Tue Oct 2 14:22:47 2012
Кодировка: Windows-1251
Демонстрационный пример расчета загрязнения воздуха в г. Подольске

Демонстрационный пример расчета загрязнения воздуха в г. Подольске от двух предприятий.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Таблицы

Рисунки

Работа рассматривалась как имеющая в первую очередь методический характер. Поэтому выводы относятся к методике расчета, с тем, чтобы их можно было использовать и в других подобных работах. Все расчеты проводились с помощью программного комплекса EHIPS, разработанного в ИКИ РАН.

Исходные данные и методика

Картосхемы, использованные в работе, взяты с сайтов свободного доступа в Интернете. Использованы также детальные планы и схемы города и территории предприятий. Городская территория была разбита на участки согласно расположению жилых массивов, санитарно-защитной зоны предприятий и окружающей ее части города.

Рисунок 1 Карта г. Подольска, использованная в работе, с условными наименованиями территорий, на которые был разделен город для целей данной работы.

Было использовано 2 расчетных сетки: детальная, покрывающая территорию предприятий и ее ближние окрестности, и крупная, покрывающая весь город, но с худшим пространственным разрешением.

Рисунок 2 Клетки мелкой расчетной сетки.

Рисунок 3 Клетки крупной расчетной сетки.

Приняты следующие данные по предельно допустимым концентрациям (максимально разовым и среднесуточным). Они соответствуют цифрам, использованным в официальных расчетах ПДВ предприятия.

Таблица 1 ПДК, принятые в качестве референтных уровней для сравнения с модельными концентрациями, мг/м3

Вещество ПДК м.р. или ОБУВ ПДК с.с.
Азота диоксид 0,085 0,04
Серы диоксид 0,5 0,05
Кремния диоксид 0,02  
Ортофосфорная кислота 0,02  
Ксилол 0,2 0,2
Трикрезол 0,005  
Диметилформамид 0,03 0,03
N-метилпирролидин 0,3  

В части, посвященной расчету риска, использованы другие показатели токсичности веществ. Для аэрозолей это дополнительная смертность на 1000 человек населения в год, рассчитанная по соответствующему показателю для 10-микронной фракции взвешенных частиц, считая ее равной 0,55 от общей концентрации аэрозолей. Для остальных веществ (а также для тех аэрозолей, для которых этот показатель определен) это индекс опасности, рассчитанный как отношение к соответствующей референтной концентрации, рекомендуемой EPA. Эти данные сведены в следующую таблицу.

Таблица 2 Референтные уровни для оценки риска.

Вещество Дополнительная смертность на 1 мг/м3 Референтная концентрация RFC
Азота диоксид   0,04
Серы диоксид   0,08
Кремния диоксид 0,0041  
Ортофосфорная кислота   0,01
Ксилол   0,3
Трикрезол   0,004
Диметилформамид   0,03
N-метилпирролидин    

Для некоторых веществ, как видно, нет общепризнанных коэффициентов токсичности, которые можно было бы использовать при оценке риска. Но эти вещества не являются доминирующими для рассматриваемых предприятий, и мы сочли возможным их опустить при расчете риска, ограничившись их учетом только в расчетах концентраций.

Точная оценка ожидаемой дополнительной смертности по всему городу невозможна, т.к. мы не располагали детализацией численности населения по территориям внутри города, которая позволила бы рассчитать риски по угрожаемым территориям. Сделана приближенная оценка на основе полной численности населения города. Полная численность населения города была принята равной 195 000 по состоянию на 2000 г. EHIPS позволяет проводить расчет риска согласно рекомендациям EPA - с детальным заданием сценариев экспозиции по территориям и группам населениям, учетом дозовой нагрузки и т.д. Однако в данной работе для этого не было исходных данных.

Расчет проводился по методике, положенной в основу ОНД-86, с дополнениями, описанными в книге [М.Е.Берлянд. Современные проблемы атмосферной диффузии и загрязнения атмосферы. Гидрометеоиздат. Л., 1975]. Эти дополнения позволяют учесть текущую температуру воздуха, скорость и направление ветра (но не текущую устойчивость атмосферы и высоту инверсии). Метеоданные имелись на период сентябрь 2001 - сентябрь 2002 г. с интервалом в 3 часа. Расчеты средних значений велись в двух вариантах - в одном не учитывались нулевые значения, которые получались, когда ветер дул в сторону от расчетной точки, в другом - учитывались. Второй вариант более корректен с формальной точки зрения, но практика показывает, что он хуже соответствует усреднению данных прямых измерений - возможно, за счет неучета фоновых концентраций. Он рассмотрен в конце данной работы.

Таблица 3 Схема цветокодирования, использованная на приводимых ниже картах. Минимальное значение - фиолетовый цвет, максимальное - красный. Между ними цветокод линеен по значению. Черный цвет - значения ниже установленного минимума. Белый цвет - значения выше установленного максимума, либо 'нет данных'.

Палитра Палитра Палитра Палитра Палитра Палитра Палитра Палитра Палитра Палитра Палитра Палитра Палитра Палитра

Среднегодовые значения

Далее приводятся результаты расчета модельных концентраций в наиболее агрегированной форме. Они даны как в естественных единицах, так и по отношению к ПДК м.р. или ОБУВ. Мы не использовали ПДК с.с., поскольку этой величины нет для наиболее важного загрязнителя - трикрезола.

Таблица 4 Среднегодовые концентрации в среднем по зонам города, мг/м3

  Диоксид азота Диоксид серы Фосфорная кислота Диоксид кремния Ксилол Трикрезол N метил пирролидон Диметил формамид
Город 0.0003809 0.002244 0.0001014 0.000239 0.0001481 0.0003471 0.0001176 3.58910-5
СЗЗ 0.0006189 0.003612 0.0003312 0.0007945 0.0006461 0.0008598 0.0003586 0.0001048
Ближний район 0.0008682 0.005118 0.0001883 0.0003882 0.0003072 0.000972 0.0002902 9.36110-5
Добрятино 0.000496 0.002917 8.28810-5 0.000181 0.0002243 0.0008371 0.0002466 7.55110-5
Южный район 0.0003432 0.002026 0.0001273 0.0003265 7.85610-5 0.0001766 6.69710-5 2.03210-5
Красная горка 0.0002754 0.001629 6.02910-5 0.0001474 5.71610-5 0.0001349 5.05710-5 1.48310-5
Ерино 0.0001513 0.0008989 2.1810-5 4.94910-5 2.10810-5 4.57910-5 1.59610-5 4.83910-6
Володарского 0.0001331 0.0007901 2.30210-5 5.5710-5 2.07210-5 4.33310-5 1.54510-5 4.69210-6
Промышленный район 0.0002257 0.001332 6.82810-5 0.0001811 4.510-5 0.0001044 3.92110-5 1.15810-5
Жилой район 0.0001311 0.0007779 2.31110-5 5.59510-5 1.89510-5 4.28810-5 1.50510-5 4.56210-6
Периферия 0.0006531 0.003853 6.92410-5 0.0001414 0.0001108 0.0003784 0.0001063 3.45310-5
Центр 0.0002936 0.001727 0.0001199 0.0003081 9.91610-5 0.0002226 8.88410-5 2.54410-5

Таблица 5 Среднегодовые концентрации в среднем по зонам города - отношение к ПДК м.р. или ОБУВ

  Диоксид азота Диоксид серы Фосфорная кислота Диоксид кремния Ксилол Трикрезол N метил пирролидон Диметил формамид
СЗЗ 0.007282 0.007225 0.01656 0.03972 0.003231 0.172 0.001195 0.003495
Ближний район 0.01021 0.01024 0.009415 0.01941 0.001536 0.1944 0.0009675 0.00312
Добрятино 0.005835 0.005835 0.004144 0.009048 0.001121 0.1674 0.0008221 0.002517
Южный район 0.004038 0.004052 0.006364 0.01632 0.0003928 0.03532 0.0002232 0.0006774
Красная горка 0.00324 0.003258 0.003015 0.00737 0.0002858 0.02698 0.0001686 0.0004942
Ерино 0.00178 0.001798 0.00109 0.002474 0.0001054 0.009158 5.32110-5 0.0001613
Володарского 0.001566 0.00158 0.001151 0.002785 0.0001036 0.008666 5.1510-5 0.0001564
Промышленный район 0.002655 0.002665 0.003414 0.009053 0.000225 0.02088 0.0001307 0.0003861
Жилой район 0.001542 0.001556 0.001155 0.002797 9.47610-5 0.008577 5.01810-5 0.0001521
Периферия 0.007684 0.007707 0.003462 0.007068 0.0005542 0.07568 0.0003542 0.001151
Центр 0.003454 0.003454 0.005994 0.0154 0.0004958 0.04452 0.0002961 0.000848

Вывод: среднегодовые концентрации в среднем по зоне не представляют опасности даже для наиболее загрязненной зоны СЗЗ. Однако это само по себе не значит, что в отдельных точках зоны не может быть опасности.

Для определения наличия среднегодовой опасности в отдельных клетках построены карты среднегодовых концентраций по каждому загрязнителю. Они нормированы на 0,1 или 0,2 ПДК с.с. или ОБУВ, а для загрязнителей с очень малыми концентрациями - на 0,01 или 0,02 ПДК с.с. или ОБУВ. Для трикрезола, у которого наибольшие относительные концентрации, принята нормировка на ПДК м.р. То же для загрязнителей, у которых нет ПДК с.с.

Рисунок 4 Среднегодовые концентрации диоксида азота. Максимум - красный цвет - равен 0,1 ПДК с.с. Рисунок 5 То же, на сетке из крупных клеток
Рисунок 6 Среднегодовые концентрации диоксида серы. Максимум - красный цвет - равен 0,2 ПДК с.с., белый цвет - превышение этого значения. Рисунок 7 То же, на сетке из крупных клеток

Рисунок 8 Среднегодовые концентрации ортофосфорной кислоты. Максимум - красный цвет - равен 0,02 ОБУВ. Рисунок 9 Среднегодовые концентрации двуокиси кремния. Максимум - красный цвет - равен 0,1 ОБУВ.

Рисунок 10 Среднегодовые концентрации ксилола. Максимум - красный цвет - равен 0,01 ОБУВ.

Рисунок 11 Среднегодовые концентрации трикрезола. Максимум - красный цвет - равен ПДК м.р.

Рисунок 12 Среднегодовые концентрации трикрезола. Максимум - красный цвет - равен ПДК м.р. То же, что на предыдущем рисунке, на детальной сетке.

Рисунок 13 Среднегодовые концентрации N-метилпирролидона. Максимум - красный цвет - равен 0,01 ПДК м.р. Рисунок 14 Среднегодовые концентрации метилформамида. Максимум - красный цвет - равен 0,01 ПДК с.с.

Выводы.

  1. Сделанный выше вывод об отсутствии среднегодовой опасности справедлив и для каждой точки всех зон, включая СЗЗ, за исключением одной точки, в которой концентрация трикрезола незначительно превышает ПДК м.р. При этом для тех загрязнителей, для которых имеются ПДК с.с., использовались именно они, а для остальных - ПДК м.р.
  2. Наиболее опасный загрязнитель - трикрезол, за ним с большим отрывом идет диоксид серы. Поэтому в дальнейшем мы и сосредоточимся на этих двух веществах.
  3. Ситуацию по трикрезолу невозможно корректно рассмотреть, беря только среднегодовые значения, поскольку единственное нормативное значение для него - максимально разовое. Поэтому следует рассмотреть меньшие временные интервалы, для которых ПДК м.р. можно применять с меньшей натяжкой, - дни и отдельные часы.
Дальнейший анализ сосредоточен на малых временных интервалах: от суток до трех часов - минимального интервала между метеоданными, т.е. между моментами моделирования. Последние результаты мы будем для краткости именовать почасовыми.

Максимальные среднесуточные значения: пространственный разрез

В разных клетках в течение года достигаются разные максимальные значения концентрации. Для характеристики этого вида опасности в среднем по зоне, ниже приводятся значения максимумов отдельных клеток, усредненные в пределах каждой зоны. Т.е. сначала для каждой клетки находился годичный максимум среднесуточных концентраций, а потом эта величина усреднялась по клеткам, лежащим в каждой зоне.

В тех случаях, когда значение в клетке таблицы превышает порог опасности (ПДК с.с. или ПДК м.р., в зависимости от используемой схемы агрегации по времени), оно выделяется цветокодом: зеленым - значения относительного превышения от 1 до 2, желтым - от 2 до 5, красным - свыше 5.

Таблица 6 Годовой максимум среднесуточных концентраций в клетке, усредненный по зонам города, мг/м3

  Диоксид азота Диоксид серы Фосфорная кислота Диоксид кремния Ксилол Трикрезол N метил пирролидон Диметил формамид
Город 0.005638 0.03314 0.001826 0.003702 0.002058 0.004445 0.00178 0.000546
СЗЗ 0.009003 0.05268 0.004606 0.009234 0.008037 0.01008 0.004986 0.001529
Ближний район 0.008717 0.05108 0.002322 0.004024 0.002795 0.008209 0.002979 0.000977
Добрятино 0.009176 0.05382 0.001457 0.002731 0.003707 0.01049 0.00422 0.001283
Южный район 0.005498 0.03242 0.002525 0.005561 0.001459 0.003067 0.001198 0.0003607
Красная горка 0.005199 0.0305 0.001499 0.003399 0.001199 0.003271 0.00123 0.0003605
Ерино 0.003191 0.01883 0.0006068 0.001044 0.0005147 0.00113 0.0004011 0.0001206
Володарского 0.002792 0.01662 0.0006829 0.001604 0.000519 0.001142 0.0004127 0.0001256
Промышленный район 0.004168 0.02462 0.001926 0.003962 0.0008813 0.00197 0.0007355 0.0002205
Жилой район 0.00249 0.01477 0.000749 0.001179 0.0003698 0.0007875 0.0002721 8.36410-5
Периферия 0.005585 0.03284 0.0008367 0.001379 0.001058 0.003431 0.0009843 0.0003273
Центр 0.006204 0.03637 0.00288 0.006608 0.002099 0.00532 0.002159 0.0006182
Для сравнения приводим те же данные, отнесенные к величине ПДК м.р. или ОБУВ для соответствующего загрязнителя.

Таблица 7 Годовой максимум среднесуточных концентраций в клетке, усредненный по зонам города, по отношению к ПДК м.р. или ОБУВ.

  Диоксид азота Диоксид серы Фосфорная кислота Диоксид кремния Ксилол Трикрезол N метил пирролидон Диметил формамид
Город 0.06633 0.06628 0.09132 0.1851 0.01029 0.8889 0.005932 0.0182
СЗЗ 0.1059 0.1054 0.2303 0.4617 0.04018 2.015 0.01662 0.05096
Ближний район 0.1026 0.1022 0.1161 0.2012 0.01398 1.642 0.009928 0.03257
Добрятино 0.108 0.1076 0.07283 0.1365 0.01853 2.097 0.01407 0.04276
Южный район 0.06468 0.06484 0.1262 0.2781 0.007295 0.6134 0.003993 0.01202
Красная горка 0.06117 0.061 0.07495 0.1699 0.005997 0.6541 0.004099 0.01202
Ерино 0.03754 0.03766 0.03034 0.05221 0.002573 0.2261 0.001337 0.004021
Володарского 0.03285 0.03325 0.03415 0.08019 0.002595 0.2283 0.001376 0.004187
Промышленный район 0.04903 0.04925 0.09631 0.1981 0.004406 0.394 0.002452 0.00735
Жилой район 0.02929 0.02953 0.03745 0.05896 0.001849 0.1575 0.000907 0.002788
Периферия 0.0657 0.06567 0.04184 0.06895 0.005289 0.6862 0.003281 0.01091
Центр 0.07299 0.07274 0.144 0.3304 0.01049 1.064 0.007198 0.02061

Ниже соответствующие результаты приведены в графической форме. Для сравнения рядом также приведены и среднегодовые значения, которые уже обсуждались выше. Видно, что, за исключением разницы примерно на порядок, среднегодовые и максимальные суточные значения имеют один и тот же паттерн как по территориям, так и по загрязнителям.

Рисунок 15 Годовые средние по зонам города, мг/м3 Рисунок 16 Годовой максимум среднесуточных концентраций в клетке, усредненный по зонам города, мг/м3

Ниже дана та же информация, отнесенная к ПДК с.с., для тех загрязнителей, у которых этот параметр определен.