Система мониторинга состояния атмосферного воздуха г. Таганрога
В настоящее время систематически ведется инструментальный мониторинг атмосферного воздуха г. Таганрога согласно «Программе инструментального мониторинга состояния атмосферного воздуха в г. Таганроге»: измерения концентраций проводятся по 4 загрязняющим веществам: оксид азота, диоксид азота, оксид углерода, сероводород.
Систематически проводятся экспедиционные исследования структуры транспортных потоков (скорость, интенсивность движения, виды транспортных средств).
Разработана система управления и ведения электронной базы данных распределения загрязняющих веществ в атмосферном воздухе г. Таганрога от стационарных источников выбросов крупных промышленных предприятий и передвижных источников выбросов, выявленных в экспедиционных исследованиях структуры транспортных потоков. Электронная база данных была сформирована по результатам инструментального экологического мониторинга состояния атмосферного воздуха г. Таганрога и по результатам специальных расчетов с помощью унифицированной программы расчета загрязнения атмосферы (УПРЗА) «Эколог-Город».
Для прогнозирования распространения загрязнений в приземном слое атмосферы г. Таганрога с помощью программы нейросетевого моделирования и для визуализации полученных данных с помощью программного продукта Arc View ТТИ ЮФУ разработан программный модуль «Воздух г. Таганрога». Данный модуль позволяет получать на электронной карте города распределения концентраций загрязнителей и значения концентраций в конкретной точке, в конкретных метеорологических условиях, по конкретному виду загрязнения.
Наблюдения за состоянием атмосферного воздуха проводятся на двух стационарных постах наблюдений (один стационарный пост принадлежит ГУ «РЦГМС-Р» и находится по адресу ул. Александровская/пер. Гоголевский, второй – комплектная лаборатория для контроля загрязнения атмосферного воздуха, принадлежащая ТТИ ЮФУ – вблизи пересечения ул. Чехова/ул. Шевченко) и одном маршрутном посту наблюдений (измерения проводятся в двух дополнительных точках наблюдения: одна точка находится вблизи пересечения ул. Бакинская и ул. Л. Чайкиной, другая – вблизи пересечения ул. С. Шило и ул. Сызранова). Места расположения дополнительных точек определены согласно рекомендациям РД 52.04.667-2005, РД 52.04.186-89 (ч. 1), ГОСТ 17.2.1.04-77 и «Концепцией создания и развития городской системы экологического мониторинга на 2008–2010 гг.» и согласованы с ГУ «РЦГМС-Р». Схема расположения стационарных и маршрутных постов наблюдения в г. Таганроге представлена на рис. 3.
Стационарные посты, обслуживаемые ГУ РЦГМС-Р, обеспечивают регулярное получение оперативной информации об уровне загрязнения атмосферного воздуха г. Таганрога основными загрязняющими веществами (взвешенные вещества, оксид азота, диоксид азота, оксид углерода). Результаты измерений, полученные на стационарных постах наблюдения, предоставляются ГУ «РЦГМС-Р» с обязательным учетом возмещения затрат на выполнение наблюдений (Постановление Правительства РФ №1425 от 15.11.97 г.)
Кроме того, обязательно учитываются результаты экспедиционных исследований структуры транспортных потоков (скорость, интенсивность движения, виды транспортных средств). На основе изучения схемы улично-дорожной сети города, а также информации о транспортной нагрузке, перечне основных автомагистралей с повышенной интенсивностью движения были определены перекрестки с высокой транспортной нагрузкой: ул. Транспортная / ул. Чехова, ул. Транспортная / ул. С. Шило, ул. Дзержинского / ул. Морозова, ул. Дзержинского / пер. Парковый, пер. Гоголевский/ ул. Петровская; ул. Седова/ул. Транспортная. В 2010 г. был разработан регламент проведения измерений исследований структуры и интенсивности транспортных потоков г. Таганрога и, например, выяснено, что «час пик» для магистрали ул. Транспортная – ул. Чехова характерен в утреннее время с 8 до 9 часов, а для магистрали ул. Дзержинского – ул. Морозова – в вечернее время, с 16 до 17 часов.
Рис. 3. Схема расположения стационарных и маршрутных постов наблюдения в г. Таганроге
Ключевым моментом при проведении мониторинга является регулярность его проведения. Таким образом, образуется большой массив данных метеорологического и химического характера о состоянии воздушного бассейна. Для оценки динамики загрязнения атмосферного воздуха, а также возможности прогнозирования дальнейших изменений используется система управления и ведения базы экологических данных о состоянии атмосферного воздуха по результатам экологического мониторинга. Данная система предполагает работу как с первичными данными, т. е. непосредственно результатами измерений, так и с расчетами, полученными на основании этих измерений (например, поля концентрации с учетом реальных направлений и скоростей ветра).
На первом этапе данные об источниках выбросов предприятий города заносятся в программу «ПДВ Эколог» (разработка НПО «Интеграл», г. Санкт-Петербург).
Данная программа позволяет вести учет и заносить информацию об источниках выбросов и их качественном и количественном составе. Программа выполняет следующие функции:
формирование таблиц проекта нормативов предельно допустимых выбросов (ПДВ) предприятия;
формирование плана-графика контроля за выбросами предприятия с автоматическим расчетом категории источника и определением необходимой периодичности контроля;
моделирование природоохранных мероприятий;
расчет категории предприятия по его воздействию на атмосферный воздух. При этом для определения наиболее значимых категорий используются результаты расчета рассеивания, выполненные в универсальной программе расчета загрязнений атмосферы – УПРЗА «Эколог» (разработка НПО «Интеграл», г. Санкт-Петербург);
определения перечней источников выброса и загрязняющих веществ, подлежащих государственному учету и нормированию. Здесь же происходит расчет концентрации выбросов.
Далее полученные данные экспортируются в программу УПРЗА «Эколог» (версия 3.0, вариант «Стандарт» с блоком учета влияния застройки). Данная программа позволяет рассчитать приземные концентрации загрязняющих веществ в атмосфере в соответствии с «Методикой расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах промышленных предприятий (ОНД-86)». Л., Гидрометеоиздат, 1987. УПРЗА «Эколог» версия 3.0, вариант «Стандарт» с блоком учета влияния застройки является принципиально новой разработкой с использованием последних технологий программирования.
В рамках программы УПРЗА «Эколог» используется возможность создания единой системы координат для промышленных объектов города, что позволяет учитывать их суммарное воздействие на отдельные районы города. Также в рамках программы на основании методики ОНД-86 возможен расчет распределения загрязнений атмосферного воздуха, при конкретных метеорологических параметрах, а именно – скорости и направлении ветра.
Программа УПРЗА «Эколог» является промежуточным неотъемлемым звеном системе управления и ведения базы экологических данных о состоянии атмосферного воздуха по результатам экологического мониторинга, выполняя функции хранения данных о влиянии промышленных предприятий на состояния атмосферного воздуха как в виде первичных данных (характеристики источников выброса, координаты источников выброса и предприятий в целом), так и в виде результатов расчета рассеивания загрязняющих веществ, которые также проводятся в рамках этой программы. Также на уровне Программа УПРЗА «Эколог» происходит привязка всех промышленных объектов к единой системе координат.
Для визуализации полученных данных, а также их хранения используется программный модуль «Воздух г. Таганрога» (разработчик ТТИ ЮФУ). Данный программный продукт позволяет создавать привязку полученных данных с учетом реальных распределений концентраций к карте города, с возможностью получения информации по отобранным параметрам: загрязнения в конкретной точке, с конкретными метеорологическими параметрами, по конкретному виду загрязнений.
На рис. 4 представлена схема управления и ведения базы экологических данных в подсистеме мониторинга состояния атмосферного воздуха «Воздух г. Таганрога».
Рис. 4. Схема управления и ведения базы экологических данных в подсистеме мониторинга состояния атмосферного воздуха
«Воздух г. Таганрога»
Таким образом, алгоритм работы программного модуля прогнозирования загрязнения воздушной среды г. Таганрога представлена на рис. 5.
Рис. 5. Алгоритм работы программного модуля прогнозирования
загрязнения воздушной среды г. Таганрога
На рис. 6 приведен пример распределения NO2 в атмосферном воздухе г. Таганрога по результатам моделирования и измерений концентрации загрязнителя.
Рис. 6. Пример распределения NO2 в атмосферном воздухе г. Таганрога по результатам моделирования и измерений концентрации загрязнителя
Анализ опытной эксплуатации существующей системы мониторинга г. Таганрога показал:
– недостаточное количество стационарных постов наблюдений за уровнем загрязнения атмосферного воздуха для расчета и детального описания пространственного распределения концентраций загрязняющих веществ по всей территории города;
– необходимость учета роста загрязнения атмосферного воздуха г. Таганрога: оксидом азота, диоксидом азота, оксидом углерода, сероводородом;
– потенциальную возможность использования данных системы мониторинга в системе управления дорожным движением на территории города.