5. Виды загрязнения геосистем

Загрязнения воздушной среды. Зашита территорий от загрязне­ния — составная часть природообустройства. Движение воздуш­ных масс может вызывать ветровую эрозию, перенос солей на приморские территории. Изменение атмосферного давления при­водит к газообмену между почвой и приземным воздухом, извест­ны случаи опасной загазованности подземных сооружений (по­

гребов, убежищ) вредными газами из глубоких слоев при резком изменении атмосферного давления, особенно в местах скопления отходов, нефтепродуктов.

Циркуляция воздушных масс — не только мощный климато- и погодообразующий фактор, но и причина круговорота других ве­ществ, в том числе и загрязняющих.

Носителями загрязняющих веществ в атмосфере являются при­земные воздушные потоки, которые образуют приграничный слой атмосферы. Толщина его переменна, зависит от скорости ветра на большой высоте (в свободной атмосфере), от вертикальной стра­тификации (расслоения) воздушных масс, от шероховатости по­верхности земли (от рельефа, растительности). Обычно толщина этого приграничного слоя составляет несколько километров.

Рассмотрим одну из важных для состояния природной среды проблему: загрязнение воздуха примесями, поступающими из фабричных труб или труб электростанций. Предположим, что ос­нование трубы высотой Я находится в начале координат, ось х со­впадает с направлением ветра, ось .у — перпендикулярна оси jc, ось z — направлена вверх. Пассивная примесь, содержащаяся в газо­вых выбросах труб, имеет трехмерное распространение, т. е. кон­центрация примеси в единичном объеме воздуха есть функция ко­ординат х, у, z, а также времени Г. c(t, х, у, і), но для упрощения рассматривают полное количество примеси S (/, х, z), содержащее­ся в параллелепипеде бесконечной длины по оси у (поперек ветра) и с единичным сечением по осям хи z. Принимают, что по длине этого параллелепипеда концентрация распределена по нормаль­ному закону (закону Гаусса):

_е-у²/ 2с²

c(t,x,y,z)= . - s(t,x,z), (7.1)

Ѵ2лст

где а — дисперсия примеси в направлении, перпендикулярном направлению вет­ра, предполагают, что она известна.

(7.2)

dz

dS , ,dS ЭS д

где k(z) — коэффициент вертикального турбулентного обмена (коэффициент диф­фузии).

При продолжительном выбросе наступает установившееся рас­пределение концентраций, т. е. dS/dt = 0, и тогда с и S становятся независимыми от времени 1. Граничные условия формулируются

Тогда, зная скорость ветра u(z), которую принимают постоян­ной по оси х и переменной по оси z, дифференциальное уравне­ние для полного количества тяжелой примеси S (/, х, г), выпадаю­щей со скоростью ѵ_п, м/с, записывают в виде:

так: при z->°° S(x, °°) = 0 и при х—z) = О, на поверхности земли (при z = 0) можно учесть насколько выпадающая примесь сорбируется этой поверхностью: | k(z)dS/dz + (ѵ_п — a)S\ _{г = 0} = 0. Для идеально сорбирующей поверхности, например, для капельно­жидкой примеси, впитывающейся в почву, а = °°, а для отражаю­щей поверхности а = 0 (невесомая пыль на асфальте, в этом случае концентрация примеси увеличивается у поверхности Земли). Как частный случай можно рассматривать невесомую примесь, приняв ѵ_п = 0, которая также может или не может сорбироваться.

На верху трубы (х=0, z= Н) надо учесть мощность выброса примеси, т. е. количество примеси, выбрасываемое вместе с газо­воздушной смесью в единицу времени Q_n, г/с:

Р-3>

где 8(z - Н) — дельта-функция Дирака, или единичная функция, позволяющая имитировать точечный источник, при z* И 8 = 0, J &(z)dz = l.

Даже в такой упрощенной постановке аналитическое решение получить не удается, применяют численные методы решения, из которых затем получают приближенные расчетные формулы. На­пример, по одной из них можно оценить максимальную призем­ную концентрацию невесомой примеси, г/м³,

іДі 1

ЛАНДШАФТОВЕДЕНИЕ 1

Москва «КолосС» 2005 2