ОЦІНКА ТА ПРОГНОЗУВАННЯ СУЧАСНОГО СТАНУ ЗАБРУДНЕННЯ АТМОСФЕРНОГО ПОВІТРЯ У М. КИЄВІ

Краткое содержание

У першому розділі за літературними джерелами проаналізовано стан дослідження основних джерел надходження забруднюючих домішок в атмосферне повітря, розглянуто різноманітні аспекти забезпечення моніторингу стану забруднення атмосфери та прогнозування якості повітря, вивчено механізми взаємовпливу метеорологічних чинників та рівня забруднення приземних шарів повітря.

Дослідження забруднення повітря великих міст в Радянському Союзі були започатковані у Головній геофізичній обсерваторії ім. Воєйкова Берляндом М.Є., Безуглою Е.Ю., Сонькіним Л.Р. в 60-х−70-х рр. минулого століття. Ними були охарактеризовані основні забруднюючі домішки та джерела їх надходження, визначені загальні закономірності впливу метеорологічних чинників на формування рівня забруднення атмосферного повітря. В Україні подібні дослідження здійснювалися Лоєвою І.Д., Маренком А.Н., Кіптенко Є.М., Гусак Ж.К., Дячуком В.А., Раменським Л.А., Пономаренком І.Н., Затулою В.І.

Огляд літературних джерел свідчить про те, що зростання вмісту забруднюючих речовин (ЗР) в атмосферному повітрі міст зумовлене дією стаціонарних та пересувних антропогенних джерел, які забруднюють міське повітря як основними забруднюючими домішками, так і специфічними ЗР та важкими металами. Виявлено, що існуюча на сьогодні в Україні система моніторингу якості атмосферного повітря потребує розвитку та вдосконалення (науково-методичне забезпечення моніторингу, розробка методів оцінки якості повітря та його прогнозування).

Метеорологічні умови є одними з основних чинників, що визначають формування підвищених рівнів забруднення атмосферного повітря. Їхній вплив не завжди є однозначним, що ускладнює встановлення зв’язків між ними та концентраціями ЗР при виконанні моделювання та прогнозування атмосферних процесів. Механізми взаємовпливу метеорологічних чинників та рівня забруднення атмосферного повітря досліджено шляхом визначення впливу окремих метеорологічних чинників на стан забруднення атмосферного повітря, зокрема, температурного режиму, туманів, напрямку та швидкості вітру, опадів та температурних інверсій (Безуглая Е.Ю., Берлянд М.Є., Сонькін Л.Р., Кіптенко Є.М., Козленко Т.В., Пономаренко І.Н., Гусак Ж.К., Кошеленко І.В., Царьов А.М., Огановська Д.К., Матвеєва Т.М., Вельтищева Н.С., Чаліков Д.В., Алексєєв В.В., Кокорін А.О., Зайцев С.І.), певних поєднань метеорологічних чинників (Берлянд М.Є., Безуглая Е.Ю., Сонькін Л.Р.) та впливу рівня забруднення атмосферного повітря великих міст на метеорологічні величини та явища (Берлянд М.Є., Сакалі Л.І., Заболоцкая Т.Н., Мучник В.М., Кошеленко І.В., Гусак Ж.К.).

У другому розділі охарактеризована територія досліджень, вихідні дані та методика досліджень, що використовувалася в роботі.

На формування клімату міста Києва, крім природних кліматотвірчих чинників, впливає ціла низка інших. Клімат сучасного мегаполісу є результатом взаємодії атмосферних процесів і локальних особливостей самого міста. Мікрокліматичні урбаністичні особливості зумовлені географічним положенням і фізико-географічними умовами місцевості, різноманітністю ландшафтів, щільністю забудови та її висотою, співвідношенням твердого покриття та озелененої території, наявністю великих водойм на міській території чи поблизу. Сакалі Л.І. (1967) зазначає, що клімат міста, що утворюється під впливом перелічених чинників, істотно відрізняється від природного.

В результаті аналізу основних джерел забруднення атмосферного повітря нами було встановлено, що антропогенне забруднення атмосферного повітря м. Києва в основному формується за рахунок пересувних джерел, частка яких становить понад 88 % від загального обсягу усіх викидів, та 12 потужних підприємств, що займаються виробництвом та розподілом електроенергії, газу та води. Найбільші об’єми викидів ЗР в повітря від пересувних джерел пов’язані з міськими автомагістралями, вуличними каньйонами та міськими перехрестями. Це призводить до того, що джерела забруднення розосереджені по території всього міста і мають значну лінійну протяжність. Стаціонарні джерела також характеризуються розташуванням в різних районах міста.

Для виконання досліджень сформовано репрезентативну базу даних, статистичні вибірки концентрацій забруднюючих речовин характеризуються надвисокими об’ємами (від 1000 до 5000 значень і більше), які охоплюють усі строки спостережень і включають повний діапазон їх варіації, що формується під впливом добової, сезонної та багаторічної динаміки. За нашими розрахунками, найбільша помилка визначення статистичних параметрів рядів спостережень можлива в діапазоні від 0 до 1000 значень, де спостерігається суттєва варіація виміряних концентрацій ЗР (до 20 %). В діапазоні від 1000 до 2000 значень варіація значень ряду збільшується лише на 1 %, а в діапазоні від 2000 до 4000 значень вона практично не змінюється.

При виконанні роботи була застосована методика розрахунків, що базується на класичних статистичних методах обробки даних і дозволяє об’єктивно оцінити сучасний стан забруднення атмосферного повітря та встановити параметри окремих характеристик метеорологічного потенціалу, в межах яких регулярно спостерігається певний рівень забруднення. Для досягнення цих цілей у структурі методики було передбачено низку послідовних процедур для методично правильного формування статистичних вибірок вихідних даних, встановлення ймовірності появи тих чи інших величин характеристик забруднення атмосфери, розрахунку статистичних параметрів вибірок, встановлення зв’язків між параметрами метеорологічного потенціалу та рівнем забруднення, знаходження пріоритетних факторів формування забруднення атмосфери, їх класифікацію та районування досліджуваної території за рівнем забруднення атмосфери.

Третій розділ присвячено дослідженню динаміки викидів шкідливих домішок в атмосферне повітря та тенденцій зміни стану якості атмосферного повітря.

В динаміці викидів шкідливих речовин в атмосферне повітря міста за період 1985−2006 рр. спостерігається дві різнонаправлені тенденції. Викиди від стаціонарних джерел за період 1985−2006 рр. характеризуються тенденцією до зниження, від пересувних джерел − зниженням за період 1985−1999 рр. та зростанням, починаючи з 2000 р. Оскільки частка викидів від автомобільного транспорту становить близько 84  % (2006 р.) від усього об’єму надходження ЗР в повітря міста Києва, то загальна динаміка обсягів викидів забруднюючих домішок, є подібною до динаміки їх надходження.

Для дослідження багаторічної динаміки концентрацій ЗР в атмосферному повітрі міста нами було використано період 1985−2006 рр., а для характеристики сучасного періоду зростання забруднення − 2000−2006 рр. Ряди часової динаміки середньорічних концентрацій ЗР були апроксимовані лінійними функціями з використанням методу найменших квадратів, реалізованого програмою „Microsoft Excel”. Були розраховані наступні показники: абсолютний і відносний приріст концентрації забруднюючої речовини за період досліджень та швидкість зміни концентрації.

На основі отриманих значень показника відносної зміни концентрації було встановлено, що в сучасний період в повітрі міста відбувається зростання деяких основних ЗР, зокрема, окису (133 %) та двоокису азоту (111 %), специфічних − хлористого водню (19 %) та ВМ, зокрема, міді (2700 %), заліза (100 %) та марганцю (77 %).

Враховуючи складний характер динаміки вмісту досліджених забруднюючих речовин в атмосферному повітрі міста протягом останніх двох десятиліть та сучасну тенденцію забруднення атмосферного повітря м. Києва, що встановилася в останні роки, можна рекомендувати для оцінки сучасного стану якості повітря розрахунковий період 2002−2006 рр. Вибір такого періоду обумовлений не тільки встановленими позитивними тенденціями зміни концентрацій забруднюючих речовин протягом 2000−2006 рр., а й методичними рекомендаціями щодо тривалості періоду осереднення даних моніторингу атмосфери для оцінки рівня забруднення.

У четвертому розділі виконано детальну оцінку сучасного рівня забруднення атмосферного повітря м. Києва шкідливими домішками. З цією метою було охарактеризовано розподіл нормованих максимальних характеристик забруднення атмосферного повітря, проаналізовано повторюваність максимальних концентрацій забруднюючих речовин у різних районах міста та особливості їх річного ходу, виконано порівняльний аналіз забруднення атмосферного повітря на території міста в теплий та холодний періоди, досліджено добовий хід концентрацій ЗР в атмосферному повітрі, вивчено просторовий розподіл основних забруднюючих домішок та виконано класифікацію об’єктів моніторингу забруднення атмосферного повітря багатомірними статистичними методами та районування території за рівнем забруднення атмосферного повітря.

Для характеристики розподілу нормованих максимальних характеристик забруднення атмосферного повітря у м. Києві, нами перед усім була розрахована найбільша повторюваність перевищення ГДК_м.р. (НП) у відсотках за кожен місяць по всіх постах спостереження за забрудненням (ПСЗ). Це дало змогу встановити перевищення ГДК по дев’яти з 21 досліджуваної ЗР. НП перевищення ГДК_м.р характерна для двоокису азоту − в середньому по місту − 54,0 % (на постах № 2, № 17, № 20 − майже 70 %) та окису вуглецю − в середньому по місту − 4,9 % (на постах № 7 та № 9 − понад 10 %).

Дослідження річного ходу повторюваності підвищених концентрацій окремих домішок дало змогу встановити, що в Києві, під впливом цілого комплексу чинників, сформувався річний хід забруднення атмосферного повітря з максимумом у весняно-літній період, зі значним перевищенням ГДК двоокисом азоту та окисом вуглецю. Таким чином, створюються потенційно сприятливі умови для формування фотохімічного смогу в окремих районах міста.

Порівняльний аналіз забруднення атмосферного повітря на території міста в теплий та холодний періоди, здійснений на основі результатів осереднення строкових даних по основних забруднюючих домішках, показав, що в теплий період відбувається збільшення концентрацій окису вуглецю, двоокису сірки та двоокису азоту на 9,5−27 %, що спричинено збільшенням автотранспорту на вулицях міста в цей період, а в холодний період відбувається зростання концентрації пилу в середньому на 5 %, що пов’язано зі збільшенням спалювання викопного палива.

Для дослідження добового ходу концентрацій забруднюючих домішок нами були використані дані строкових спостережень (з дискретністю відбору проб − двадцять хвилин), з яких були розраховані середні концентрації за кожну годину доби окремо для вихідних та робочих днів теплого і холодного періодів. Їх аналіз показав, що під впливом природних та антропогенних чинників в повітрі м. Києва сформувався добовий хід окису вуглецю, двоокису сірки та окисів азоту, що характеризується підвищеними значеннями концентрацій у ранкові години (зростання концентрацій після сходу сонця і до 10-ї − 11-ї, потім − поступове зниження). Для окису вуглецю та двоокису сірки в холодний період спостерігається також другий максимум концентрацій, формування якого розпочинається о 16−18 годині і досягає найбільших значень о 21−24 годині. Найчіткіше виражені ранковий та вечірній максимуми для концентрацій окису вуглецю (в теплий та холодний сезон, в робочі та вихідні дні). Добовий хід концентрацій окисів азоту виражений дуже слабко і характеризується незначними амплітудами концентрацій.