Воздух городов и его изменения
04.01.2011 г.

  На главную раздела "Научные работы"


Безуглая Э.Ю., Смирнова И.В.




Глава 1 Вредные вещества

в атмосферном воздухе городов


1.1 Сеть наблюдений за состоянием атмосферы

 
 
          Более четырех десятилетий назад создатель гелиобиологической науки Александр Леонидович Чижевский написал: «Мы уделяем больше внимания тому, что мы едим и пьем, однако мы поразительно мало внимания уделяем воздуху, которым дышим» [55]. Эти слова не потеряли своего значения и сегодня. Знания о качестве воздуха, как основной потребности человека, сейчас находятся на одном из последних мест информационных приоритетов. 


          Редко кто знаком с информацией о состоянии проблемы загрязнения атмосферы в городах, поскольку почти отсутствует литература, освещающая правильно и детально состояние качества воздуха в городах России. Подобные сведения редко публикуются для общественности и населения.

          В 2003 г. исполнилось 40 лет системе мониторинга загрязнения атмосферного воздуха. Постановлением Совета Министров СССР от 30 сентября 1963 года Главному Управлению Гидрометеослужбы при СМ СССР было поручено «изучение химического состава (загрязнения) атмосферы на территории Советского Союза». В соответствии с ним в системе Гидрометеослужбы была организована сеть пунктов, на которых производились систематические отборы проб воздуха для определения концентраций вредных веществ в нижнем слое воздуха, а также сеть химических лабораторий для анализа этих проб. Одновременно организовались наблюдения за метеорологическими параметрами, определяющими перенос и распространение загрязняющих веществ в атмосфере, которые в большинстве случаев объясняют многие ситуации. 

          Методическое руководство организацией сети мониторинга в городах было поручено ГГО им. А.И.Воейкова. 


          Научным обоснованием организации сети наблюдений стали результаты широкого комплекса теоретических и экспериментальных исследований распространения примесей в атмосфере. Проводились экспедиционные исследования в районах мощных промышленных источников выбросов в атмосферу. На основе этих исследований в ГГО под руководством Берлянда М.Е., в сотрудничестве с рядом организаций разработаны «Указания по расчету рассеивания в атмосфере выбросов промышленных предприятий» (Генихович Е.Л., Грачева И.Г., Оникул Р.И.), которые в дальнейшем переросли в общесоюзный нормативный документ [42]. 

          Результаты глубоких теоретических и экспериментальных исследований, выполненных в ГГО, были использованы для выработки методических основ организации сети наблюдений. В книге [5] представлены результаты определения необходимого количества станций, числа наблюдений, чтобы выводы были статистически значимыми. Не случайно, что даже сотрясающий все основы производства период перестройки не смог разрушить сеть, хотя нанес ей значительный урон.

          Разработанные принципы создания системы наблюдений, проведения измерений, сбора и обработки получаемой информации сохраняют свое значение и в настоящее время. Методическое обеспечение организации сети наблюдений осуществляли Янковский И.А. и Шайкова Е.А., а в последние годы − Шарикова О.П.

          Для организации работы сети наблюдений под руководством Вольберга Н.Ш. и при участии Кузьминой Т.А. и Павленко А.А. были разработаны и продолжают совершенствоваться методы и приборы отбора и химического анализа проб атмосферного воздуха, методы контроля качества измерений. Анализ результатов наблюдений для определения концентраций бенз(а)пирена и тяжелых металлов проводится в течение всего времени в НПО «Тайфун».

          На основе исследований установлены нормы минимального количества станций, достаточного для построения полей концентрации примесей на территории городов, методы определения перечня веществ, контроль за которыми необходим, созданы программы наблюдений. Разработаны специальные формы регистрации данных, методы статистического анализа, комплексные программные средства обработки и обобщения информации. Результаты этих исследований легли в основу правил, регламентирующих проведение наблюдений за загрязнением атмосферы в городах, методик химического анализа концентраций примесей в атмосфере, методов сбора, обработки и статистического анализа результатов наблюдений. Было создано Руководство по контролю загрязнения атмосферы [50], основные положения которого не устарели и сегодня. 


          За прошедшие годы была проведена сложная работа по организации в городах станций наблюдений и химических лабораторий. Требовались глубокие знания химиков и метеорологов. Выбраны репрезентативные места для расположения каждой станции в зависимости от скорости и направления преобладающего ветра, определен в зависимости от преобладающей в городе промышленности перечень веществ, за концентрациями которых требовались регулярные наблюдения, и решены другие задачи. В «Руководстве» [50] были собраны основные требования к выбору мест для установления станций наблюдений за загрязнением атмосферы. Количество станций в городе устанавливалось таким образом, чтобы обеспечить получение средних показателей загрязнения атмосферы на территории города с погрешностью, не превышающей 20%. Наблюдения выполнялись 3–4 раза в сутки, чтобы зафиксировать суточные изменения концентраций примесей. Сеть наблюдений за состоянием загрязнения атмосферы и создана с учетом этих требований. Программа наблюдений и методы измерений концентраций описаны в Руководстве [50].

          Отличительной чертой созданной сети мониторинга загрязнения атмосферного воздуха является широкий охват и изучение концентраций большого количества вредных веществ, находящихся в атмосфере городов. В каждом промышленном городе постоянно на многих станциях определяются концентрации десятков различных веществ, которые содержатся в выбросах предприятий. Это важное преимущество российской сети, позволяющее выполнить глубокий анализ ситуации. 

          Для обеспечения достоверности данных измерений осуществляется постоянная двухступенчатая проверка проведения химического анализа проб воздуха. Из УГМС стандартные пробы направляются в лаборатории подведомственных городов, а из ГГО − в УГМС. Результаты проверок публикуются в Методических письмах.

          В ГГО создана система сбора, анализа и обобщения результатов наблюдений, поступающих с сети, и составляются ежегодные Обзоры и Ежегодники состояния загрязнения атмосферы. Эта работа осуществляется под руководством Безуглой Э.Ю. при участии Завадской Е.К., Ивлевой Т.П., Смирновой И.В. За прошедшие годы опубликовано более 40 Ежегодников [25–34], в процессе подготовки которых проходило их совершенствование и разработка новых методических документов.


          На основе длительного опытаусовершенствованы способы подготовки территориальных Ежегодников, разработан и издан Руководящий документ [47].
   
          Первый Обзор загрязнения атмосферного воздуха был подготовлен в 1965 году по данным сравнительно небольшого числа наблюдений за загрязнением воздуха. В Обзоре за 1967 г. была представлена информация о загрязнении воздуха в 42 российских городах на 210 станциях наблюдений (рисунок 1.1).

 

Увеличить
Рисунок 1.1− Общее количество городов с наблюдениями за загрязнением воздуха (1), постов (2) на сети Росгидромета

           

          В 1990 году был подготовлен первый Ежегодник, включающий информацию специально по городам России. До этого времени издавались Ежегодники в целом по городам Советского Союза и сведения о загрязнении воздуха в городах России отдельно не выделялись. С этого времени можно проследить тенденцию изменения концентраций примесей по российским городам.

          Вплоть до 1993 г. происходило планомерное увеличение числа городов и пунктов наблюдений. Развитие сети происходило за счет организации наблюдений в городах с населением более 100 тыс. жителей. Однако с 1993 г. в связи с изменением экономической ситуации в стране количество станций и городов, в которых имелась сеть наблюдений, уменьшилось почти на 10%. Уменьшение сети началось за счет сокращения числа экспедиционных, маршрутных наблюдений, наблюдений под факелами выбросов промышленных предприятий. Затем ситуация затронула и основную сеть. Сокращалось число станций, на самих станциях нередко изменялось количество сроков наблюдений, уменьшился перечень веществ, концентрации которых измерялись. Несмотря на эти недостатки, которые можно обнаружить лишь изнутри при внимательном анализе ситуации в каждом городе, в настоящее время сеть позволяет получать огромную информацию о состоянии проблемы загрязнения в России. 

          Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет) является федеральным органом исполнительной власти, который обеспечивает функционирование и развитие единой системы мониторинга природной среды, включая наблюдения, оценку и прогноз загрязнения атмосферы, обеспечивая одновременно контроль результатов наблюдений, выполняемых различными организациями других министерств и ведомств на территории городов. 

          В трудные годы, связанные с резким сокращением финансирования, опытные специалисты УГМС обеспечили постоянный сбор, обработку и анализ информации для подготовки Ежегодников состояния загрязнения атмосферы в городах, и не было года, чтобы такой Ежегодник не был издан. 

          Хочется отметить большой вклад специалистов территориальных организаций Росгидромета по сдерживанию развала сети. Они стояли у истоков создания обширной сети по изучению загрязнения атмосферы в городах и промышленных центрах России, проработали в Управлениях и непосредственно в сетевых подразделениях по изучению загрязнения воздуха многие годы. Преданность своему делу, осознание важности работы для страны позволили им сохранить структуру этой организации. И сейчас огромная армия специалистов работает, чтобы обеспечить информацию о загрязнении воздуха в городах. 

          По результатам наблюдений в 2006 г. сеть мониторинга загрязнения воздуха в России включает 251 город, в которых работает 674 станции. Регулярные наблюдения на сети Росгидромета проводятся в 228 городах на 619 станциях [24]. Города, в которых осуществлялись измерения концентраций примесей, показаны на рисунке 1.2.

          В каждом городе оценка степени загрязнения воздуха и тенденция ее изменений рассматривается одновременно с учетом данных наблюдений на всех станциях в городе.

          В соответствии с местоположением, станции подразделяются на городские фоновые (в жилых районах), промышленные (в зоне влияние промышленных предприятий), авто (вблизи крупных автомагистралей) и региональные. К городским фоновым в настоящее время относится 32% всех станций сети наблюдений, к промышленным — 32%, к авто — 28% и к региональным — 5%.

 

Увеличить

Рисунок 1.2 − Карта сети наблюдений за загрязнением атмосферы в городах России

       

            Как сказано выше, в годы перестройки постепенно сокращалась сеть Росгидромета. Уменьшалось число станций в городах, сокращалось число сроков наблюдений, прекращались наблюдения за концентрациями отдельных примесей. Это привело к тому, что в настоящее время в ряде городов количество станций стало меньше, чем требуется по Руководству. Возникли различия в количестве станций в городах с одинаковой численностью населения. Например, количество станций в крупнейших городах различается в пределах от 4 до 14.


          В Руководстве было установлено 4 срока наблюдений для расчета среднего значения за сутки, при отсутствии возможности количество сроков сокращалось до 3. Лишь при определенных условиях могла возникнуть ситуация сокращения числа сроков до 2. За прошедшие годы повсеместно исчезли станции с четырьмя сроками наблюдений, во многих городах проводятся наблюдения только в один срок, что снижает достоверность получаемых характеристик и делает невозможной оценку работы в городе. 

          Необходимость расчета характеристик загрязнения воздуха с достаточной статистической надежностью выдвигает требования увеличения числа сроков наблюдений за сутки и их количества за год. 

          В зависимости от расположения источников загрязнения воздуха и распределения потоков автотранспорта на территории города под влиянием метеорологических условий рассеивания примесей формируются поля концентраций. Исторически сложившаяся инфраструктура городов определяет наборы примесей, подлежащих мониторингу. Вещества, содержащиеся в выбросах большинства источников (основные примеси), и специфические примеси, характерные для выбросов определенных крупных источников, включаются в перечень веществ, которые следует контролировать. При низких выбросах средние концентрации некоторых из них постоянно близки к 0. Но эти вещества продолжают измерять, часто на всех станциях города. В то же время концентрации примесей, которые превышают повсеместно норму, определяются только на 1–2 станциях. Это приводит к тому, что в городе наблюдается высокое загрязнение воздуха, концентрации нескольких веществ превышают ПДК, но нельзя рассчитать показатель суммарного загрязнения атмосферы, показать поле загрязнения воздуха в городе. 

          Один год определяются средние концентрации одних веществ, в следующий год − других. Все это создало предпосылки для пересмотра программы наблюдений на станциях, разработки оптимальной структуры сети, которая бы при сравнительно невысоких затратах позволяла бы получать максимум информации. 

          Сейчас настало время определить основные проблемы сети и пути их ликвидации. Главная задача состоит в сохранении возможностей, которые существовали для комплексной оценки качества воздуха по городу в целом и в каждом районе. Для этого требуется увеличить количество измерений каждого вещества, превышающего нормы, путем организации одновременных наблюдений на всех станциях в городе. 

          Чтобы создать полную картину качества воздуха в городе, не обязательно вести наблюдения на десятках станций. Достаточно правильно спланировать сеть в городе, изучить качественную сторону выбросов в городе и выполнять измерения концентраций 6–8 веществ регулярно на всех станциях. Статистические расчеты, выполненные определенным образом, позволят определить индекс загрязнения атмосферы по данным каждой станции и получить сравнимые характеристики поля загрязнения воздуха в городе. Даже данные измерений на 4–5 станциях в городе дают возможность получить достаточную информацию об изменении загрязнения воздуха в пространстве и времени. 

          В книге «Мониторинг…» [38], которая создана в Европейском отделении ВОЗ, предлагаются способы обучения специалистов, занимающихся сетью наблюдений, планированию и излагается стратегия мониторинга. Перечисляются оксид углерода, озон, диоксид азота, взвешенные вещества, мелкие пылевые частицы (РМ) и полициклические ароматические углероды, свинец и кадмий. Считается, что этих веществ достаточно, чтобы охарактеризовать ситуацию. В городах России в настоящее время постоянно измеряются концентрации взвешенных веществ, оксида азота, диоксида азота, диоксида серы, оксида углерода, сероводорода, сероуглерода, фенола, формальдегида, бенз(а)пирена (БП), ароматических углеводородов, фторида водорода, хлорида водорода и десяток металлов. 

          Нередко в адрес Росгидромета даже со стороны ученых можно услышать пренебрежительный отзыв о возможностях сети. «Что можно узнать при отживших методах измерений и ручных способах отбора проб?» Безусловно, модернизация сети, замена ручных методов измерений концентраций веществ на автоматические газоанализаторы является одной из главнейших задач. Но и «отжившие методы» разработаны с учетом современных способов химического анализа. На сети используются новейшие программы для обобщения и обработки информации. Поэтому не возникают неожиданности появления высокого загрязнения воздуха там, где такой проблемы нет. Используемые методы позволяют обнаружить, например, фторид водорода именно в тех городах, где есть его крупные источники выбросов, БП — там, где происходит интенсивное сжигание топлива или где метеорологические условия неблагоприятны для рассеивания выбросов.

          Новая стратегия развития сети мониторинга должна опираться на использование новых технических средств измерений, на внедрение автоматических способов измерений. Но при этом надо иметь в виду, что внедрение новых средств измерений не может быть завершено быстро в ближайшем будущем не только из-за финансовых ограничений, но и из-за отсутствия в реальности многих видов необходимых приборов. Можно заменить ручные методы автоматами для измерения NO2, NO, SO2, CO. Но нет газоанализаторов для измерения концентраций формальдегида, бенз(а)пирена. Приборная база в стране развита слабо, а газоанализаторы, приобретенные в других странах, могут оказаться не приспособленными для работы в сложных климатических условиях, особенно в Сибири и на Дальнем Востоке. Наверное, необходимо вначале создать собственные предприятия, производящие такие приборы, средства их поверки и обеспечить сеть специалистами для обслуживания оборудования. Только затем переоснащать сеть.

          В последнее время во многих странах организованы наблюдения за концентрациями озона и мелких частиц (РМ10 и РМ2,5) [122]. Директивы ВОЗ и европейского сообщества призывают к организации таких измерений. Многие страны уже отказались от старых методов определения взвешенных веществ (ТSP) и переходят к измерениям только РМ. Перевооружение сети мониторинга и замены способов измерения концентраций взвешенных веществ на РМ требуют определенных проработок, которые бы позволили ответить на вопрос, следует ли считать такую задачу первостепенной.


В начало
                             Продолжение  

 

Добавить комментарий Сообщение модератору


Защитный код
Обновить