Потенциал загрязнения атмосферы

Неблагоприятные метеоусловия (НМУ) для рассеяния загрязняющих веществ (ЗВ) наблюдаются в следующих случаях:

- при слабых ветрах и опасной скорости ветра;

- при инверсиях;

- застойных явлениях;

- малой высоте слоя перемешивания;

- туманах и др.

Общая оценка процесса рассеяния ЗВ должна учитывать всю совокупность этих факторов. Их сочетание определяет возможный при заданных выбросах уровень загрязнения атмосферы, т.к. оно определяет ее рассеивающую способность (РСА). Характеристикой, противаоположной РСА, является потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА).

ПЗА - количественная величина, характеризующая метеорологическую предрасположенность региона к формированию некоторого уровня загрязнения.

В нашей стране ПЗА выражают через отношение средних концентраций примеси при одинаковых выбросах в конкретном () и условном () районах, различающихся по условиям рассеяния примесей. При расчетаз ПЗА обычно используют период осреднения один год.

Распределение концентрации примеси в атмосфере подчиняется логарифмически нормальному закону. Поэтому среднюю концентрацию примеси () можно получить из выражения:

где q_n- некоторая концентрация примеси, например соответствующая 50% вероятности.

Реальная концентрация qможет превышать заданный уровеньq_nв 1 или а раз при некоторых вероятностях Р₁и Р₂реализации неблагоприятных метеоусловий.

Для городских условий, в которых преобладают низкие источники выбросов, а также высокие с холодными выбросами можно принять а = 1,5, т.е. условия существенного загрязнения связаны с превышением q_n в 1,5 раза (сравните со способом расчета параметра Р =m/n).

В этом случае уравнение для расчета средней концентрации будет иметь вид:

Экспериментальные наблюдения показали, что вероятность превышения q_n связана с реализацией следующих метеоусловий: приземных инверсий (ин), слабых ветров (сл), туманов (т) и застойных явлений (з). Поэтому вероятность Р₁(q>q_n) может быть рассчитана с учетом повторяемости этих метеоусловий:

где Р_ин, Р_сл, Р_з, Р_т- число часов с данным явлением к общему числу часов в определенный интервал времени. Эта формула справедлива для низких источников.

Вероятность превышения 1,5q_nв городах связана с туманами и застоями воздуха, поэтому:

(для низких источников).

Параметры z₁иz₂- аргументы интеграла вероятности:

Ø(z₁) = 1 - 2 Р₁;Ø(z₂) = 1 - 2 Р₂

Численные значения интеграла показывают вероятность того, что при большом числе наблюдений доля случаев превышения q_nи 1,5q_nбудет приближаться к вероятности Р₁и Р₂появления соответствующих НМУ.

По полученным значениям Ø(z₁) иØ(z₂) аргументы интеграла вероятностиz₁иz₂могут быть вычислены с помощью математических таблиц (Сегал Б.И., Семендяев К.А. Пятизначные математические таблицы. М.1962).

Для условного района выбирают минимальные значения Р₁и Р₂, равные 0,1 и 0,05 соответственно. Тогда ПЗА будет равен:

Величина ПЗА показывает, во сколько раз средний уровень загрязнения атмосферы в конкретном районе, определяемый реальной повторяемостью неблагоприятных для рассеяния примесей метеоусловий, будет выше, чем в условном.

Экспериментальные наблюдения показывают, что существует корреляция между уровнем загрязнения атмосферы в городах с примерно одинаковым уровнем промышленного развития и ПЗА. В районах с низким ПЗА, т.е. высокой рассеивающей способностью атмосферы, уровень загрязнения атмосферы в целом ниже, чем в районах с высоким ПЗА.

По значениям ПЗА, которые на территории стран СНГ изменяются более чем в 2 раза, выделено 5 зон:

Зона	Iнизкий	IIумеренный	IIIповышенный	IVвысокий	Vочень высокий
ПЗА	1,8 - 2,4	2,4 - 2,7	2,7 - 3,0	3,0 - 3,3	3,3 - 4,0

Величина (а) и параметры, определяющие условия рассеяния, при которых наблюдаются концентрации выше заданных уровней, зависят от параметров выбросов вредных веществ (нагретые, холодные, высокие, низкие). Поэтому оценки ПЗА относятся к заданному типу источников.

Для оценки ПЗА в случае нагретых выбросов из высоких источников приняти, что а = 2, т.е. рассматривается двукратное превышение средней концентрации.

За q_nпринимается половина расчетной максимальной концентрации С_м/2.

Наблюдения показали, что вероятности Р₁и Р₂реализации условийq>Cм/2 иq> 2См/2 связаны с повторяемостью приподнятых над трубой инверсий (Р_ин), повторяемостью слабых ветров (Р_сл) и повторяемостью опасной скорости ветра (Р_Um) для некоторого диапазона скоростей, например 0 - 3 или 4 - 7 м/с.

Поэтому

Поскольку а = 2, средняя концентрация будет равна:

Тогда ПЗА в случае преобладания нагретых выбросов из высоких источников будет рассчитываться по уравнению: