1. Загальні принципи прогнозування забруднення повітряного середовища хімічно небезпечними об'єктами

При обгрунтуванні вимог до системи спостереження, оцінки і прогнозу забруднення довкілля, велике значення має аналіз методів прогнозування забруднення атмосферного повітря викидами промислових підприємств. Виділяють два основні випадки. Перший випадок - нормального функціонування об'єктів-емітентів шкідливих хімічних речовин, у тому числі об'єктів з СДОР, другий, - до аварій на хімічно небезпечних об'єктах з викидами СДОР.

У обох випадках прогнозування проводиться з використанням закономірностей поширення домішок в приземному (приводному) шарі атмосфери. Враховуються метеорологічні, у тому числі мікрометеорологічні, синоптичні умови, характер міської забудови, а також перемішування викидів, якщо вони обумовлені багатьма джерелами. Мікрометеорологічні умови відображають вплив міської забудови.

Прогнозування забруднення атмосфери має двоякий сенс.

1) У аварійних ситуаціях це прогнозування рівнів забруднення СДЯВ.

2) При нормальних експлуатаційних режимах об'єктів - прогнозування зміни загального рівня забруднення у зв'язку з коливаннями кількості викидів і мінливістю метеоумов. В цілому, зміна рівня забруднення залежить від кількості джерел викидів.

При чималому числі джерел коливання викидів в одному з них не робить істотного впливу на загальну картину. У той же самий час зміна метеоумов може істотно вплинути на рівень забруднення міської атмосфери. В разі потужних по одиночних джерел викидів коливання рівнів забруднення безумовно стають помітними. Проте залежність концентрацій домішок від метеорологічних чинників виявляється все ж більшою мірою. При низьких викидах коливання і значній кількості викидів позначаються сильніше. Наприклад, концентрація оксиду вуглецю поблизу трас в основному визначається числом проходящих машин і у меншій мірі - впливом метеоумов.

2. Методи прогнозування забруднення повітряного середовища міст при нормальних експлуатаційних режимах

В цьому випадку прогнозується зміна рівнів забруднення повітряного середовища. Хоча не виключається і прогноз вперше виниклого забруднення, обумовленого, наприклад введенням в дію нових джерел викидів.

З врахуванням наявності в містах джерел викидів, що відрізняються один від одного з багатьма параметрами, доцільно проводять два види прогнозування:

1) Прогнозування забруднення атмосферного повітря в районах окремих джерел;

2) Прогнозування забруднення атмосфери по місту в цілому.

Перший вид прогнозування застосовується для джерел, яких притаманно істотні особливості і що є в умовах даного міста найбільш значними джерелами викидів шкідливих речовин в атмосферу. Прикладами таких джерел служать промислові, енергетичні і інші підприємства. Цей вид прогнозування прийнятний і для аварійних випадків, відрізняється достатньою простотою, тобто використовуються моделі фізичних процесів поширення домішок для одиночного джерела.

При другому виді прогнозування необхідно враховувати складний механізм забруднення повітряного середовища від великого числа джерел. Це досягається теоретичним аналізом і значною мірою шляхом застосування прогностичних схем, що складаються за матеріалами спостережень, які проводяться для визначення річного і добового ходу метеорологічних і інших параметрів.

При передбаченні вірогідного зростання концентрацій шкідливих речовин в атмосферному повітрі міста передбачається використання прогностичних схем, що розробляються на основі досвіду багаторічних спостережень.

Оперативне прогнозування забруднення атмосфери по місту включає два види прогнозу. 1) Попередній - на добу вперед. 2)Уточнений - на 6 - 8 годин вперед.

2.1 Розглянемо перший вигляд прогнозування детальніше. Сенс його зводиться: 1) до передбачення встановлених заздалегідь умов погоди, що викликає високі концентрації домішок в приземному шарі повітря в районі джерела; 2) до розрахунку створюваних викидами даного джерела концентрацій домішок. Несприятливі метеорологічні умови встановлюються на підставі результатів теоретичних досліджень і розрахунків і охоплюють всі випадки збільшення концентрації за рахунок впливу атмосферних процесів.

Методикою прогнозування передбачається: 1) визначення максимальних концентрацій домішок за нормальних метеорологічних умов для головних джерел забруднення і викидів, вибір підприємств, для яких слід складати прогнози; 2) визначення для кожного з вибраних джерел несприятливих метеоумов, при яких створюється небезпечне забруднення повітря.

Розрахунок максимальних концентрацій може бути проведений за допомогою формул, які витікають з теорії турбулентної дифузії і поширення домішок в приземному шарі атмосфери.

а) для гарячих викидів;

б) для холодних викидів;

Прогнозування повинне здійснюватися для всіх джерел, які за аномально несприятливих метеорологічних умов з врахуванням накладення викидів створюють концентрації, що перевищують встановлені норми.

Несприятливі метеорологічні умови характеризуються такими параметрами як швидкість вітру, напрям вітру, висота нижньої межі інверсії.

Небезпечні швидкості вітру зазвичай розраховуються за відповідними методику, що містяться в нормативних документах. Несприятливими напрямами вітру вважаються такі, при яких перенесення домішок може відбуватися на райони міста з щільною забудовою, райони розташування дитячих і лікувальних установ і тому подібне До несприятливих відносяться також напрями, при яких найбільшою мірою відбувається накладення викидів ряду джерел. (Це випадок коли неможливо користуватися нормативами ГДВ при оцінці забруднення атмосфери).

На підставі виконаних для ряду міст досліджень, виявилося можливим виділити комплекси небезпечних метеопараметрів, які можуть використовуватися при прогнозуванні забруднення повітря. Ці комплекси параметрів наступні:

а) для високих джерел з гарячими викидами:

1. швидкість вітру у приземному шарі землі 3-7 м/с, інверсія на висоті 100-200 метрів над джерелом викидів;

2. штиль у приземному шарі, швидкість вітру 1,5-2 рази перевищує небезпечну швидкість (згідно нормативам);

3. швидкість вітру більше 2 м/с, туман;

4. несприятливий напрям вітру при його швидкості 3-7 м/с;

5. зростання приземних концентрацій під факелом об'єкту до максимального рівня і більш при швидкості вітру 3-7 м/с;

б) для високих джерел з холодними викидами : 1) швидкість вітру у приземному шарі 0-2 м/с, інверсія, нижній кордон якої розташований вищим за джерело; 2) швидкість вітру 0-2 м/с, туман; 3) штиль у приземному шарі Землі, на рівні викидів швидкість вітру 2-4 м/с; 4) фактичне зростання концентрацій під факелом об'єкту при слабкому вітрі

в) для низьких джерел неорганізованих викидів: 1) штиль в приземному шарі повітря, стійка стратифікація атмосфери, приземна інверсія.

Відповідальний і непростий етап прогнозування пов'язаний з вірогідною оцінкою виникнення несприятливих метеоумов. Зокрема швидкість вітру потрібно передбачати з більшою точністю, ніж в звичайних прогнозах. За наявності прогностичних карт тиску це не являє особливих труднощів. У меншій мірі розроблено питання про прогнозування аерологічних характеристик, від яких залежить рівень забруднення повітря, зокрема інверсій, вертикального градієнта температури повітря і ін. Проте можливості прогнозу цих характеристик в даний час є.