Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы промышленной экологии. Курс лекций
.pdf
Для наших целей приблизительных оценок достаточно воспользоваться простыми модельными соображениями. В применение к условиям КМК рассмотрим три предельных приближения локального
атмосферного переноса токсикантов (рис. 4.5). В приближении диффузии, молекулярной или турбулентной, выбросы осуществляются в
объем шара, обратно пропорционально R
ветров выбросы оседают в площадь круга и распределяются обратно
пропорционально R
2
; в пределе, если предположить, что ветер круг-
3
; при строго круговой розе
лый год дует в одном направлении и выпадения происходят в коридоре элементарной ширины, распределение выпадений будет подчиняться соотношению обратной пропорциональности.
Рис. 4.5
В реальной обстановке выпадения из атмосферы осуществляются
по сценарию, промежуточному между вторым и третьим приближениями, и проблема сводится к определению показателя степени в ин-
61
тервале от 1 до 2, в которую надо возвести выпадения, чтобы получить суммарные выбросы из труб. Если изменения этого показателя в
интервале от 1 до 2 принять линейным, то он может быть определен
по соотношению
Y(X) = 1 + 1,11(X – 0,1),
где X – отношение малой и большой осей эллипса, которым аппроксимируется роза ветров в исследуемом районе.
Это справедливо, если принять допущение, что элементы рельефа
и атмосферная устойчивость мало влияют на форму полей загрязнения. Тогда
Yx
−
Вп
⎛⎞
ЭПДВб = ,
Q
max
⎜⎟
ЭПДВп
⎝⎠
()
где ЭПДВб – экологические предельно допустимые выбросы пред-
приятия, тыс. т/год;
Q – текущие выбросы предприятия тыс. т/год;
Вп
– максимальное значение выпадений токсикантов в окрест-
max
ностях предприятия (%), определяемое экспериментально. Для
Карабашского комбината оно равно 84 %;
ЭПДВп – определено по порогу токсического воздействия и равно для Карабашского медеплавильного комбината 25 %.
≈
Для розы ветров в районе этого комбината значение X
0,5. Тогда
Y = 1,44 и
1,44
−
84
ЭПДВб = 3,36 / 5,7.
⎛⎞
QQQ
⎜⎟
25
⎝⎠
=⋅ =
Иными словами, для того чтобы удовлетворить обнаруженному
критерию допустимой нагрузки, выбросы Карабашского медеплавильного комбината должны быть снижены в 5,7 раза. Если такое
снижение выбросов комбината реально осуществить, то пораженная
зона, являющаяся в настоящее время антропогенной пустыней, лишенной высшей растительности, зарастет (разумеется, не сразу) березовым лесом, удовлетворяющим критерию допустимой нагрузки.
Продолжительность такого сукцессионного процесса, по-видимому,
будет не менее 25…30 лет и только при дополнительных рекультивационных работах возможно сокращение этого срока.
62
Полученные экологические нормативы применимы в регионе, ограниченном критерием инвариантности макроклиматической обстановки. Практически это означает, что на равнине они могут быть использованы в круге радиусом 200…250 км или в квадрате со стороной 400…500 км в пределах одного ботанико-географического района.
Таковы основные этапы процедуры экологического нормирования
атмосферных выбросов промышленных предприятий.
Наличие высокой корреляции ОПП травяно-кустарничкового яруса
со всей лесной экосистемой позволяет упростить описанную методику,
сведя исследование биологических параметров только к регистрации
ОПП (%) и ЖСД (жизненного состояния древостоя, баллы). Оба параметра регистрируются визуально методом экспертных оценок.
По такой упрощенной методике проведено нормирование атмосферных выбросов Орско-Халиловского металлургического комбината (ОХМК) в Оренбургской области.
ОПП напочвенной растительности (травяно-кустарничкового яруса)
определяется на глаз как площадь, на которую эта растительность проектируется и измеряется в процентах от площади всей учетной площадки. Учетная площадка обозначается проволочной или деревянной рамкой квадратной формы, размером 0,5 × 0,5 м. Обычно на пробной площади проводится оценка ОПП на 15…20 учетных площадках и в качестве измеренного значения ОПП берется среднее арифметическое.
Диапазон изменения ОПП обычно колеблется от 5 до 150 %. Необходимо приобрести некоторый навык в определении ОПП на глаз.
Для этого группу экспертов (обычных людей без особой подготовки)
тренируют в определении различных ОПП под наблюдением специалиста, имеющего опыт такой работы. Соответствующий навык
набирается довольно быстро (примерно за час).
Жизненное состояние древостоя измерялось на глаз по шестибалльной системе (табл. 4.3).
В табл. 4.4 представлены результаты работы группы экспертов на
пробной площади ЮВ-3,5 в окрестностях ОХМК, и из этой таблицы
следует: ОПП = 89,8 % и ЖСД = 4,1 балла.
63
Шкала оценки жизненного состояния древостоя в баллах
Таблица 4.3
Баллы
5 Здоровый Внешние признаки повреждений отсутствуют
4 Ослабленный
3
2 Отмирающий
1 Сухостой. Деревья обработаны стволовыми вредителями
0
площадь
∑/16 77,5 83,1 93,5 108,8 88,5 82,2 90,0 95,0 89,8
ЖСД 4 5 4 3,5 5 4,5 1,5 5 4,1
Состояние
древостоя
Появление отдельных сухих ветвей в кроне (≤ 20 %),
слабая ажурность кроны, некроз хвои или листьев в
пределах 3…10 %, незначительное снижение прироста
побегов
Суховершинность кроны, ажурность ее увеличена, чис-
Сильно
ослабленный
Сухостной
АБВГДЕЖЗ∑/8
1 90 75 80 90 100 75 90 100 87,5
2 55 60 35 70 75 60 75 60 61,3
3 55 55 70 75 70 50 65 70 63,8
4 100 85 95 115 105 80 95 110 98,1
5 100 90 95 110 100 70 110 105 97,5
6 95 95 110 140 97 110 105 100 106,5
7 80 85 93 100 85 80 95 95 89,1
8 90 95 99 140 90 90 80 95 97,4
9 90 95 103 160 87 95 90 100 102,5
10 60 70 80 60 77 65 80 80 71,5
11 55 75 89 90 65 60 75 85 74,3
12 40 60 90 80 60 60 70 90 68,8
13 65 70 90 90 80 80 95 95 83,1
14 110 110 120 130 120 150 115 120 121,9
15 95 130 140 180 105 100 105 115 121,3
16 60 80 107 110 100 90 95 100 92,8
ло сухих ветвей варьирует от 20 до 50 %, некроз хвои и
листьев от 10 до 50 %, наблюдается периферийное расположение хвои, укорачивание длительности жизни
хвои, желтый цвет хвои или листьев, небольшой прирост побегов
Вегетирует незначительная часть побегов, сухих ветвей
от 50 до 90 %, прироста практически нет, хвоя и листья
желто-бурые, частично осыпающиеся, некрозом охвачено от 50 до 100 % хвои и листьев. Для ели характерно
наличие приземных функционирующих побегов при
сухой остальной части кроны (так называемые розетки). Начало поселения стволовых вредителей
Сухостой, лежащий на земле
Пробная площадь ЮВ-3,5
Признаки
Таблица 4.4
ЭкспертыУчетная
64
Таблица 4.5
Биологические параметры природных систем в зоне влияния
атмосферных выбросов ОХМК
Показатель
ЖСД:
баллы
%
ОПП:
%
%%
ИКС, % 100 69,5 84,0 80,0 48,5 49,0 30,5
ЖСД:
баллы
%
ОПП:
%
%%
ИКС, % 88,8 84,2 78,2 60,2 43,4 56,9 45,2
ЮЗ-11 Ю-5 Ю-4 ЮВ-3,5 Ю-3 Ю-2,7 В-1,5
5,0
100
114,9
100
3,9
100
45,0
77,5
4,3
86
60,6
53
3,0
76,9
53,2
91,6
Пробные площади
1996 г.
4,2
84
96,6
84
1998 г.
2,2
56,4
58,1
100
4,1
82
89,8
78
2,9
74,4
26,8
46,1
2,8
56
46,74150,9
2,5
64,1
13,2
22,7
2,7
54
44
2,9
74,4
22,9
39,4
1,5
30
35,2
31
2,4
61,5
16,8
29,0
Рис. 4.6
65
Полученные результаты для ОХМК представлены на рис. 4.6 и в
табл. 4.5, где в числителе приведены абсолютные значения измеренных
параметров, а в знаменателе – относительные величины, полученные
путем нормирования максимального значения в выборке на 100 %.
Снижение норматива по сравнению с 1996 г. вероятнее всего произошло из-за возможного спада производства, в то время как снижение значения ИКС в 1998 г. по сравнению с 1996 г. можно скорее
всего объяснить засушливым летним сезоном 1998 г.
В целом по всем исследованным комбинатам полученные результаты свидетельствуют о значительном превышении атмосферных выбросов над допустимыми: КМК в 5,7 ± 0,8; КрМК в 3,5 ± 0,5; «Североникель» в 3,7 ± 0,6; «Печенганикель» в 6,3 ± 0,9; ОХМК в 9(6) ± 1,0 раз
(результат в скобках относится к 1998 г.).
Отметим, что относительно большие значения для комбината «Печенганикель», ОХМК и КМК объясняются тем, что в этих регионах
лесные системы находятся на экологических пределах своего существования (на северном, в случае комбината «Печенганикель», и на южном, в случаях КМК и ОХМК).
Наконец, необходимо коснуться еще одного аспекта описанной методики – возможности применения ее для другого объекта – автодороги, являющейся также источником воздействия дымо-газовых выбросов на лесные экосистемы. В качестве объекта исследований была
взята Московская кольцевая автодорога (МКАД) как наиболее напряженная автомагистраль страны (6,5 тыс. автомашин в час).
В последнее время в районе МКАД было замечено резкое ухудшение состояния лесных экосистем. Обратил на себя внимание внезапный и резкий характер воздействия, что обычно свидетельствует о
пороговом свойстве «доза – эффект» зависимостей, поэтому применение методики экологического нормирования атмосферных выбросов металлургических комбинатов к новому объекту – МКАД представлялось вполне логичным.
В течение 1999–2001 гг. с учетом розы ветров Московского региона
были проведены соответствующие измерения зимой и летом на четырех трансектах, перпендикулярных полотну автодороги, в районах:
Ясенево, Рублево, Лосиный остров, Капотня на одних и тех же пробных площадях на расстояниях 10, 30, 70, 110, 200, 400 м от полотна
автодороги (рис. 4.7). В табл. 4.6 и на рис. 4.8 приведены данные для
трансекты «Капотня», обобщенные за весь период измерений.
Порог токсического воздействия на лес в районе 70 % превышен
пока не более чем на 28…30 %.
66
Рис. 4.7
Таблица 4.6
Дозы воздействия и параметры лесных экосистем на трансекте «Капотня»
в 1999–2001 гг.
Расстояние от полотна дороги, м
Элемент
Cu 15,3 92,7 15,7 95,2 8,5 51,5 16,5 100 7,4 44,8
Zn 112 82,5 71,8 53,1 135 100 74,0 54,7 105 77,4 15,8 11,7
Pb 26,4 97,1 27,2 100 9,3 34,2 20,7 76,1 7,9 29,0 12,0 44,1
Cd 0,34 77,3 0,44 100 0,23 52,3 0,29 65,9 0,2 45,5 0,08 18,2
Ni 3,2 82,1 3,9 100 1,2 30,8 0,7 17,9 1,6 41,0
Mn 42,0 100 36,9 87,9 24,6 58,6 39,3 93,6 10,9 26,0 10,7 25,5
Fe 2820 100 2375 84,2 532 18,9 1402 49,7 335 11,9 444 15,7
∑/7 90,2 88,6 49,5 68,0 44,0 28,7
1/ОПП:
%
% %
ЖСД:
баллы,
%
ИКС,
%
10 30 70 110 200 400
мкг/л % мкг/л % мкг/л % мкг/л % мкг/л % мкг/л %
0,0098
72,6
1,1
35,5
54,6 76,2 82,2 91,8 88,7 86,6
0,0097
71,8
2,5
80,6
0,0110
81,5
2,9
82,9
0,0113
83,7
3,1
100
0,0135
1000
2,4
77,4
0,0125
92,6
2,5
80,6
67
Рис. 4.8
Понятие устойчивости лесных экосистем к антропогенным воздействиям в настоящее время трактуется большинством исследователей в двух смыслах: статически и динамически.
Под статической устойчивостью (аналог прочности) понимают
способность экосистем сохранять свои параметры при возрастании
негативного воздействия до определенного предела. Под динамической устойчивостью (аналог гибкости) обычно понимают способность
экосистемы возвращаться в прежнее состояние после снятия нагрузки.
Не вдаваясь в обсуждение смысла этих понятий и принимая их как
данные, мы можем заключить, что обнаруженные пороги токсического воздействия на лесные экосистемы могут трактоваться как пределы
их статической устойчивости. Располагая абсолютными численными
значениями статической устойчивости, выраженными в микрограммах
на литр концентраций микроэлементов в снеговой воде, соответствующих различным порогам, мы имеем возможность вычислить значения их относительной статической устойчивости, для чего необходимо использовать операцию генерализации данных. Результаты
расчетов приведены в табл. 4.7. Используя данные таблицы, можно
сравнить статическую устойчивость лесных биогеоценозов различных широтных зон.
Итак, березняки С.Урала и Ю.Урала оказались примерно одинаковой устойчивости, что подтверждает правильность данной методики. На Кольском полуострове ель устойчивее сосны в 1,9 раза; на
68
Ю.Урале ивняки устойчивее березняков в 1,2 раза, а в целом березняки Урала устойчивее лесов Кольского полуострова почти в 2 раза.
Таблица 4.7
Сравнительная устойчивость различных биогеоценозов
Статическая
устойчивость
Биогеоценоз
Регион
и комбинат
Mn Zn Cu Cd Co Pb Ni
(в числителе в мкг/л, в знаменателе в %)
Березняки
разнотравные
Ельники
кустарничковозеленомошные
Сосняки
кустарничковозеленомошные
Ивняки
пойменные
Ю.Урал
КМК
С.Урал
КрМК
Кольский
Североникель
Кольский
Печенганикель
Ю.Урал
ОХМК
1,6
0,9
13,4
7,5
4,1
2,3
2,0
1,1
179,4
100
150,3
89,3
96,0
57,0
25,7
15,3
22,0
13,1
168,4
100
170,7
31,5
542,0
100
132,4
24,4
28,0
5,2
11,3
2,1
0,85
56,7
1,04
69,3
0,2
13,3
0,3
20,0
1,5
100
2,35
67,1
1,05
30,0
3,5
100
2,0
57,1
1,9
54,3
129,4
99,5
130,0
100
3,5
2,7
2,0
1,5
66,1
50,8
19,4
38,9
8,7
17,4
49,9
100
2,0
4,0
26,7
53,5
54,8
54,5
36,9
19,7
65,8
69
5. ТРАНСГРАНИЧНЫЙ ПЕРЕНОС ТОКСИКАНТОВ
Итак, локальную задачу мы рассмотрели. Переходим к региональному масштабу и вначале более подробно остановимся на строении атмосферы.
Построим вертикальное распределение температуры и давления
атмосферы. Согласно уравнению Больцмана давление атмосферы
падает с высотой экспоненциально. А как на самом деле? Реальное
распределение температуры и давления с высотой показывает локальное относительное увеличение этих параметров на высотах
12…20 км, причем 20 км – в южных широтах, а 12 км – в наших широтах (рис. 5.1). Разная высота атмосферы связана с центробежными
Рис. 5.1
силами при вращении Земли. У экватора эти силы больше и атмосфера «растягивается», у полюсов толщина атмосферы существенно
меньше (рис. 5.2). Например, в Арктике на
берегах северных морей атмосферное
давление на уровне океана такое же, как на
Кавказе на высоте 3000 м. Область
относительно более высоких температуры
и давления как бы разделяет атмосферу на
две части, обмен воздуха между которыми
затруднен. Нижняя часть – тропосфера, в
которой формируется погода, идут дожди,
70
Рис. 5.2
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]