Влияние метеоусловий на уровень
Выбросы вредных (загрязняющих) веществ на выходе из устья источника загрязнения атмосферы обычно имеют несколько большую температуру, чем атмосферный воздух. По этой причине они вначале поднимаются в верх (чем ниже температура подстилающей поверхности, тем выше они поднимаются и лишь постепенно остывая они опускаются вниз и при этом происходит распределение примесей в атмосферном воздухе. Распределение примесей после выхода из устья трубы от стационарных источников показано схематично в рисунке 1.
Расстояние на которое распространяется выброс зависит от высоты трубы, чем выше высота тем длиннее зона влияния выброса.
Уровень загрязнения атмосферного воздуха в данном районе зависит от масштаба выбросов загрязняющих веществ из источника загрязнения атмосферы (ИЗА) (мощность выброса) и характера циркуляции воздушных потоков в этом районе. Если эти два фактора совпадают по направлению и во времени, загрязнение атмосферного воздуха может быть и глобальным, а если не совпадают – региональным, местным или локальным. Под региональным загрязнением понимают загрязнение атмосферного воздуха на территории в сотни километров, которая находится под воздействием выбросов крупных промышленных и сельскохозяйственных комплексов. Местное загрязнение определяется совокупностью выбросов множества источников, расположенных на территории, находящейся в зоне влияния этих источников. Локальное загрязнение может быть обусловлено одним или несколькими источниками, зона влияния которых определяется главным образом изменчивостью скорости и направления ветра.
К резкому возрастанию концентраций вредных веществ в приземном слое атмосферы приводят неблагополучные метеорологические условия. Между уровнем загрязнения атмосферы и климатологическими факторами имеется прямая связь.
На степень и интенсивность загрязнения атмосферы влияют:
рельеф местности, направление и скорость ветра, влажность атмосферного воздуха, осадки – их количество, интенсивность и периодичность, циркуляция воздушных потоков, инверсии (изотермии).
Рельеф и связанная с ним циркуляция воздушных потоков на местности имеют большое влияние на уровень загрязнения атмосферы.
В горных долинах, когда ветры дуют вдоль оси долин, концентрация загрязняющего вещества по краям долин будет возрастать, в подветренной части гор (города) могут возникать завихрения и при этом возможно встречное основному потоку движение воздуха. Такая рециркуляция приводит к повышению уровня загрязнения атмосферы в городе. Поступление чистого воздуха с городских окраин в центр города приводит к снижению загрязнения воздуха в центре, так как этим потоком, нагревающегося в процессе движения от окраины к городу, примеси подхватываются и выносятся в верхние слои атмосферы.
В результате размещения ИЗА с наветренной стороны концентрация загрязняющих веществ в городе возрастает только при определенном направлении ветра (когда ветры дуют от промышленной зоны в сторону города).
Для примера возьмем города Чебоксары и Новочебоксарск.
В Чебоксарах промышленная зона размещена с северной стороны и при северных ветрах концентрация загрязняющих веществ в городе возрастают (особенно в Новоюжном районе).
В Новочебоксарске, когда дуют северо-восточные и восточные ветры в городе происходит увеличение уровня загрязнения.
Инверсия- это затруднение вертикального воздухообмена. При нарушении общей закономерности понижения температуры с высотой в пределах тропосферы при определенных условиях образуются слои воздуха, в которых температура с высотой не понижается, а может остаться постоянным (слои изотермии) или повышается (слои температурной инверсии) Инверсии и изотермии бывают на высоте и у земной поверхности. В случаях, когда инверсия находится на высоте, она называется приподнятой, а когда температура повышается на подстилающей поверхности, называется приземной инверсией.
Если слой инверсии (изотермии) располагается над источниками выбросов, то она затрудняет подъем отходящих газов, способствуя их накоплению в приземном слое.
В условиях инверсии большую роль играет характеристика источников выбросов: высокие или низкие; холодные или теплые и т.д. и объемы выбросов.
При наличии приподнятой инверсии концентрации загрязняющих веществ на приземном слое увеличиваются приблизительно на 35 % (по некоторым источникам - даже до 60 %). К основным причинам возникновения инверсий относятся охлаждение земной поверхности и адвекция теплого воздуха.
Важное значение для рассеивания примесей имеет ветер: его направление, скорость, продолжительность. В случаях низких и холодных выбросов при небольших скоростях ветра (от штиля до 2 м/с), а в случае высоких при опасных скоростях ветра в приземном слое атмосферы также могут наблюдаться повышенные концентрации загрязняющих веществ. Значение опасной скорости ветра зависит от типа источника и определяется по формуле
и = 0,65 
где и – опасная скорость ветра, м/с
V – объем газовоздушной смеси из ИЗА, м3
ΔТ – разность температур выброса ИЗА и атмосферного воздуха,0С
Н – высота трубы, м
Опасная скорость ветра способствует накоплению вредных веществ в приземном слое. Для низких источников (с Н< 10 м) при скорости ветра 0,1 м/с концентрация загрязняющих веществ в приземном слое повысится приблизительно на 50 %, чем при больших скоростях ветра. При слабом ветре и устойчивой атмосфере (застое) концентрация загрязняющих веществ в приземном слое может резко возрастать.
В случае приземных туманов концентрация примесей может возрасти на 80 – 90%. Концентрации примесей пропорциональны продолжительности и ли устойчивости тумана.
Атмосферные осадки вымывают примеси из атмосферного воздуха и чем меньше диаметр капель дождя, тем лучше очищается атмосферный воздух.
Для учета многообразия условий и факторов, влияющих на перенос и рассеяние примесей в атмосферном воздухе каждого географического района (режимы ветра, инверсий, температуры, особенности глобальных, региональных, местных и локальных процессов циркуляции воздуха), возникла необходимость разработки комплексного показателя рассеивающей способности атмосферы. В связи с этим был разработан метод оценки климатических условий рассеяния примесей – метеорологический потенциал загрязнения атмосферы – ПЗА. При установлении ПЗА параметры выбросов считаются постоянными, поэтому ПЗА определяется особенностями климатических и метеорологических условий. В общем виде ПЗА, выраженный в условных единицах, можно представить как отношение среднего уровня концентрации примеси (при заданных выбросах) в конкретном районе qì к среднему уровню концентрации примеси в условном районе q0:
ПЗА = qì/ q0
Поскольку уровень концентрации примесей определяется такими факторами, как приземные инверсии (повторяемость, мощность. интенсивность), ветровой режим (повторяемость скоростей и застойных явлений), высота слоя перемешивания, продолжительность туманов, а также повторяемость других метеопараметров, то уровни концентрации устанавливаются по экспериментальным наблюдениям и вводятся в расчет соответствующими функциональными зависимостями. По территории России значения ПЗА можно принимать в пределах от 2,1 до 4,0.
По совокупности метеорологических и климатических факторов ПЗА имеет не числовое а сравнительное выражение: низкий –Северо-западная часть ЕТР, побережье Белого и Баренцово морей; умеренный – центральный и юго-западный, а также Северо-восточная часть европейской территории страны; повышенный – нижнее Поволжье, Ставропольский край, Северный Кавказ, Приморский край, Сахалин, Камчатка; высокий – Южный Урал, Красноярский край; очень высокий – горные районы восточной Сибири.
При постоянных параметрах уровня загрязнения атмосферы на направление и распространение загрязняющих веществ, влияет интенсивность солнечной радиации, определяющей фотохимические превращения примесей и возникновение вторичных продуктов загрязнения.
Влияние параметров ИЗА на уровень загрязнения атмосферы.
1. Вблизи источников выброса при отсутствии низких и неорганизованных выбросов концентрация примеси небольшая. Она увеличивается и достигает максимального значения на некотором удалении от источника. Расстояние до зоны максимального загрязнения составляет 15 высот трубы при скорости ветра менее 5 м/с.
2. Чем выше высота трубы, тем лучше рассеиваются примеси в атмосфере, прежде чем достигнут подстилающую поверхность.
3. На промышленной площадке загрязнение приземного слоя может быть повышенным за счет неорганизованных и низких источников.
Рассеивающаяся способность атмосферы зависит от вертикального распределения температуры и скорости ветра, вследствие чего возникает турбулентное движение воздуха вверх. Над городом температура больше чем на окраине, что вызывает приток холодного воздуха с окраины.
Прогноз загрязнения атмосферы осуществляется в целях:
1. планирования мероприятий при ожидаемом загрязнении атмосферы.
2. планирование выбросов для сохранения концентрации загрязняющих веществ в пределах ПДК в приземном слое населенных пунктов.
Прогнозы разрабатываются: а) кратковременные (от нескольких часов до нескольких суток), б) научно-технические (10-20 лет), в) глобальные, учитывающие трансграничные переносы загрязняющих веществ.
Одним из главных условий составления прогнозов является установление метеорологических характеристик, при которых достигается максимальная концентрация загрязняющего вещества в приземном слое. Для прогнозов используются статистические и синоптические методы. Статистика - установление экстраполяции между уровнями загрязнения атмосферы (определение концентрации).
При наступлении неблагоприятных метеоусловий промышленными предприятиями выполняются мероприятия для снижения уровня загрязнения атмосферы. Предприятия разрабатывают мероприятия на 3 режима наступления НМУ. При наступлении 1 режима выбросы ЗВ должны уменьшатся на 15 %, при 2 режиме на 40 % и при 3 режиме на 60 %.
Составляется перечень предприятий, которые должны оповещаться местным органом Росгидромета при ожидании наступления неблагоприятных метеоусловий.
Мероприятия на случай неблагоприятных метеоусловий должны разрабатываться в составе томов ПДВ с проведением расчетов рассеивания. При наступлении НМУ должны проводиться отбор проб и анализы загрязняющих веществ на тех источниках, которые учтены в плане мероприятий на случай НМУ. Частота отбора проб на этих источниках должна быть каждые три часа при не снижении уровня загрязнения в селитебной зоне.
Уровень загрязнения г.Чебоксары:
Координаты Чебоксар – 56 градусов и 8 минут северной широты и 47 градусов и 18 минут восточной долготы., а это Восток русской равнины, климат относится к умеренно - континентальному и ПЗА - умеренный.