Состояние воздушной среды г. Алматы

УДК 574 (075. 8)
Б.К. Асылбекова
КазНТУ
СОСТОЯНИЕ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ г. АЛМАТЫ
Мақалада Алматы қаласының атмосфералық ауасының күйі туралы бақылау
нəтижелері келтірілген. Қаланың физика-географиялық сипаттамасы, ластаушы
заттар мөлшерлерінің динамикасы, ауадағы қышқыл заттектердің əсері анықталған.
Almaty, s atmosphere state and results of it, s ectimation are given in this article. Physic –
geographic conditions have given and many soiling and acid substances were defined in
atmosphere.
Состояние воздушного бассейна является важнейшим показателем экологической
обстановки в городе. Загрязнение воздуха в г. Алматы является острой экологической
проблемой, которая осложняется природно-климатическими условиями. Город
расположен во впадине, где часто наблюдается безветрие, туманы и приземные инверсии,
которые затрудняют рассеивание примесей в пространстве. Кроме того, непродуманная
застройка города препятствует естественному движению воздушных потоков в
горизонтальном направлении. Многочисленные источники выбросов загрязняющих
веществ (автомобилей и промышленности) вносят основной вклад в загрязнение воздуха
[1, 2].
Алматы расположен у подножия северного склона Заилийского Алатау, одного из
острогов горной системы Тянь-Шань, в долинах рек Большая (Улкен) и Малая (Киши)
Алматинки. Алматы – один из немногих городов на планете, имеющих необычное
высотное расположение: северная точка Алматы имеет отметку 670 м над уровнем моря, а
южная отметка города 970 м.
Климат города континентальный, с сухим и продолжительным летом, неустойчивой
зимой, с большими перепадами суточных температур в течение года, со значительным
количеством атмосферных осадков, обусловленных близостью гор, и характеризуется
следующими данными:
- годовое количество атмосферных осадков составляет в среднем 629 мм, которое
приходится в основном на осенне-зимний период;
- средняя температура в летнее время составляет + 20,6 0С при максимальной – + 42
0
С; в зимнее время средняя температура – – 5,6 0С при минимальной – –38 0С.
При общей благоприятности климатических условий предгорная зона Заилийского
Алатау характеризуется исключительно слабыми ресурсами самоочищения атмосферы.
Многолетние наблюдения РГП «Казгидромет» показывают, что повторяемость
слабых (до 1м/с) ветров оценивается летом здесь в 71 %, зимой – в 79 %. Среднегодовое
значение скорости ветра в городе не превышает 1,7 м/с, увеличение до 2,2 м/с
наблюдается лишь в теплое полугодие за счет оживления в этот период фронтальных
процессов и развития горно-долинной циркуляции.
Основной причиной глубокого безветрия в предгорной зоне является влияние горного
хребта, создающего сопротивление перемещению воздушных трансконтинентальных масс
с севера. Оптимальная аэрация горным стоком наблюдается только в верхней южной
части города, в узкой полосе в пределах 20 км от подножий гор.
Инверсии приводят к непрерывному накоплению в приземном слое продуктов
загрязнения. Это накопление выражается в явлениях смога, ставших типичным для города
Алматы. Особенно значительное загрязнение воздушного бассейна наблюдается в
холодное время года, когда темпы транспортных, промышленных и коммунальных
выбросов превышает способность атмосферы к самоочищению.
В условиях слабой естественной вентиляции и большого количества передвижных и
стационарных источников загрязнения атмосферного воздуха является наиболее
актуальной экологической проблемой г. Алматы, негативно влияющей на состояние
здоровья населения.
Несмотря на снижение за последние годы объема выбросов вредных веществ в
атмосферу от стационарных источников, улучшения состояния атмосферного воздуха в
городе Алматы не произошло, т.к. загрязнение воздуха усилилось из–за большого
количества автомобильного транспорта [2].
Уровень загрязнения атмосферного воздуха г. Алматы остается высоким, город попрежнему относится к числу наиболее загрязненных городов Казахстана.
По данным многолетних наблюдений Казгидромета, основными загрязняющими
веществами являются: пыль (взвешенные частицы), диоксид серы, оксид углерода, оксид
и диоксид азота, фенол, формальдегид. Среднегодовые концентрации этих веществ
превышают предельно-допустимые концентрации (ПДК). Содержание в воздухе диоксида
серы не превышает санитарные нормы которые приведены в таблице 1.
Из приведенной таблицы видно, что за последние годы наблюдается увеличение в
атмосферном воздухе формальдегида, главными источниками которого являются выбросы
автотранспорта. Загрязнение воздуха фенолом и диоксидом азота существенно не
изменилось.
Уровень загрязнения воздуха г. Алматы в 3 квартале 2002 г. высокий ИЗА5= 9,6 (во 2
квартале – 10,4). Средние за квартал концентрации формальдегида составили 3,5 ПДК,
пыли –1,3 ПДК, оксида углерода и фенола – 0,7 ПДК, диоксида азота – 1,5 ПДК.
Таким образом, транспорт, промышленные предприятия города и энергоисточники
являются основными источниками загрязнения атмосферного воздуха и водного бассейна
города. В последние годы в связи с реформированием экономики произошли значительные
изменения в хозяйственной структуре города: большинство старых, в том числе крупных
предприятий остановлено, часть из них поменяла профиль. Произошла переориентация
деятельности юридических и физических лиц на оказание сервисных и коммерческих услуг [3,
4].
Таблица 1
Динамика изменения среднегодового уровня загрязнения атмосферного воздуха г.
Алматы отдельными ингредиентами (в долях превышения ПДК) за 2002 – 2005 гг.
Ингредиенты
Пыль
Оксид углерода
Диоксид азота
Фенол
Формальдегид
2002
1,3
0,9
1,5
1,7
6,3
2003
1,1
1,1
1,3
1,3
5,0
2004
1,0
0,9
0,5
1,1
4,6
2005
0,9
0,9
0,7
1,1
4,2
Город Алматы – самый крупный мегаполис в Республике Казахстан, научный,
культурный, исторический, финансовый и производственный центр. И экологические
проблемы города имеют республиканское значение. Для исследования загрязнения
воздушного бассейна г. Алматы были проанализированы данные наблюдений за
содержание вредных веществ в атмосфере города, предоставленные специально для этого
проекта Центром мониторинга загрязнения природной среды Казгидромета. Пост №1
расположен в центральной части города, недалеко от пересечения улицы Сатпаева с
проспектом Сейфуллина. Наблюдения на этом посту производятся четыре раза в сутки (в
1,7,13 и 19 часов местного времени). Перечень подлежащих контролю загрязняющих
веществ состоит из шести ингредиентов: пыль, диоксид серы, оксид углерода, диоксид
азота, фенол и формальдегид.
Таблица 2
Значения предельно–допустимых концентраций отдельных примесей в воздухе
Наименование примесей
Пыль (взвешенные вещества)
Диоксид серы
Оксид углерода
Диоксид азота
Фенол
Формальдегид
Значения ПДК, мг/м3
Максимально
Средне – суточная
разовая
0,5
0,15
0,5
0,05
5,0
2,7
0,085
0,04
0,01
0,004
0,035
0,002
Класс опасности
3
3
4
2
2
2
Наряду с этим проводятся наблюдения за метеорологическими параметрами,
определяющими рассеивание примесей в атмосфере и рассчитывается индекс загрязнения
атмосферы [5].
Состояние загрязнения воздуха оценивается по результатам анализа обработки проб
воздуха, отобранных на стационарных постах. Основными критериями качества являются
значения предельно допустимых концентраций (ПДК) загрязняющих веществ с учетом
класса опасности.
В табл. 3 приведены средние концентрации вредных примесей по месяцам и двум
сезонам года, которые мы выбрали для анализа. Из данных таблицы видно, что в среднем
содержание всех веществ, за исключением формальдегида, выше зимой по сравнению с
летними месяцами. Эту разницу можно объяснить, если рассмотреть источники выбросов.
Например, основным источником выбросов диоксида серы являются котельные и
предприятия теплоэнергетики. Летом этот источник значительно слабее, поэтому и
концентрация SO2 почти в три раза ниже. То же самое можно сказать и о выбросах оксида
углерода. Диоксид азота поступает в воздух частично и от тех же источников, поэтому
зимой их больше. Если сравнить концентрацию диоксида азота с ПДК (Табл. 1), то видно,
что и зимой и летом в городе наблюдается повышенное содержание этой примеси. Что
касается концентрации формальдегида, то она зависит в значительной степени от
температуры, поэтому летом наблюдается более высокие значения этих выбросов.
Проверено сравнение суточного хода загрязнения воздуха в зимние и летние месяцы
2001г.
Таблица 3
Средние концентрации загрязняющих веществ, пост 1, Алматы, 2005 г.
Месяц, сезон
Пыль
Декабрь
Январь
Февраль
Зима
Июнь
Июль
Август
Лето
0,25
0,18
0,18
0,20
0,11
0,013
0,11
0,12
Диоксид
серы
0,0154
0,0224
0,0187
0,0188
0,0062
0,0044
0,0063
0,0056
Оксид
углерода
2,6
2,2
2,8
2,5
1,6
1,7
1,8
1,7
Диоксид
азота
0,072
0,092
0,081
0,082
0,059
0,036
0,060
0,052
Фенол
Формальдегид
0,0022
0,0041
0,0030
0,0031
0,0010
0,0014
0,0018
0,0014
0,0087
0,0113
0,0130
0,0110
0,0161
0,0167
0,0163
0,0163
Пыль: суточный ход концентрации пыли в зимние месяцы более ярко выражен, чем в
летние. В декабре наблюдается явно выраженный суточный ход 0,22 мг/м куб
концентрацией с минимальными взвешенных частиц в атмосфере в 19 часов вечера.
Только в утренние часы содержание пыли в городском воздухе ниже среднесуточной
нормы, которая составляет
0,15 мг/м3. В августе концентрация взвешенных частиц
заметно ниже, чем зимой, суточный ход слабо выражен с небольшим повышением в
полуденные часы.
Диоксид серы: зимой 2001 г. Концентрации диоксида серы редко превышали ПДК,
суточный ход был сходным во все зимние месяцы с явно выраженным минимумом в
утренний срок наблюдений, что объясняется режимом работы котельных и
индивидуальных источников тепла. В летние месяцы суточный ход практически не
выражен из-за отсутствия серьезных источников поступления выбросов SO2 .
Оксид углерода: относится к примесям 4-го класса опасности, в зимние месяцы не
превышает ПДК только в утренние часы. Наиболее опасны концентрация СО в городском
воздухе в вечерние и ночные часы, когда даже среднесуточные значения в отдельные дни
превышает ПДК в несколько раз. В летние месяцы основные источники окиси углерода
(выброса котельных и обогревательных печей) отсутствуют, поэтому наблюдаемые
концентрации ниже ПДК (в среднем не более 1,5–2,0 мг/м3).
Диоксид азота: концентрации превышают ПДК практически в течении всего года, т.
к. основной источник поступления выбросов в атмосферу – двигатели внутреннего
сгорания –не зависит от времени года. В суточном ходе наиболее высокие концентрации
наблюдаются в дневное и вечернее время зимой. В январе 2001 г. суточная амплитуда
составила около 0,40 мг/м куб. В июле суточный ход выражен слабее. Так, в феврале
2001г. в 13 часов концентрация диоксида азота превышала ПДК в 20 раз.
Фенол и формальдегид: зимой концентрации ниже чем летом и имеют аналогичный
ход с минимумом в дневные часы. По сравнению с соответствующими ПДК и зимой и
летом в среднем наблюдаемые значения выше. В летнее время разовые концентрации
формальдегида часто превышают ПДК в несколько раз, так как высокие температуры
способствуют процессам разложения органических вещества, а это основной источник его
поступления в атмосферу.
Гидрометаллургические условия и орографические особенности местоположения г.
Алматы способствуют накоплению вредных выбросов в воздушном бассейне, поэтому без
принятия специальных мер по снижению вредных выбросов в атмосферу экологическая
обстановка в городе не улучшится.
Наблюдения за кислотностью атмосферных осадков и ее связь с режимом ветра
определили методом отбора проб атмосферных осадков, определение их кислотности
проводились в течение нескольких месяцев – с июня по ноябрь 2004 г. и с января по июнь
2005 г. в трех микрорайонах города – Алмагуль, Аксай и Орбита. Для определения рН
атмосферных осадков использовалась упрощенная методика. Кислотность определялась с
помощью лакмусовой бумаги. Результаты наблюдений приводятся в таблице 3.
Анализ этих данных показал, что указанные районы города являются
благополучными в отношении кислотных загрязнений. Хотя в отдельные дни показатель
рН был ниже 5,0. По сравнению с данными Казгидромета, наблюдается неплохое
соответствие значений рН атмосферных осадков, хотя наши данные несколько выше, т. к.
определение показателя кислотности производилась непосредственно сразу после
выпадения дождя.
Ниже в таблице 4. приводятся средние значения показателя рН для указанных
микрорайонов города и число случаев, когда его значение было меньше или равно 5.0
Таблица 4
Средние значения показателя рН
Время наблюдений
Июнь-ноябрь
2004 г.
Январь –июль
2005 г.
Микрорайон
Алмагуль
Аксай
Орбита
Алмагуль
Аксай
Число случаев с
рН≤ 5.0
5
9
6
4
14
Число случаев с
рН≤ 5.0 в %
15
29
18
13
42
Среднее рН
5,68
5,31
5,08
5,70
5,46
Орбита
17
59
5,56
Анализ данных таблицы показывает, что наиболее чистым в отношении кислотных
осадков, а следовательно, наличия примесей соединений серы от выбросов котельных и
теплоэлектростанции, является микрорайон Алмагуль. Микрорайоны Орбита и Аксай
больше подвержены воздействию кислотных осадков, вероятно потому, что находятся
ближе к основным источникам выбросов ТЭЦ. В 2002 г. время наблюдений включало в
себя большую часть отопительного периода, поэтому и число случаев с понижением
значений рН больше. Кроме того, в зимние месяцы повторяемость северных направлений
больше, поэтому основное перемещение выбросов от ТЭЦ чаще было направлено в
сторону города и достигало микрорайона Орбита.
По средним многолетним данным (таблицы 5) число штилей в Алматы в январе
составляет 45 %. Это способствует накоплению вредных примесей в атмосфере города.
Таблица 5
Повторяемость направлений ветра и штилей (%) в г. Алматы
Месяц
Январь
Февраль
Март
Апрель
Май
Июнь
Июль
Август
Сентябрь
Октябрь
Ноябрь
Декабрь
Год
С
19
18
16
14
12
12
10
12
14
14
13
15
14
СВ
8
9
10
10
8
7
8
8
7
8
8
7
8
В
5
5
7
6
6
6
6
6
6
6
6
6
6
ЮВ
9
9
9
13
14
15
16
16
18
19
15
12
14
Ю
24
20
22
27
32
35
36
35
33
30
29
24
29
ЮЗ
13
11
11
9
11
10
11
10
8
8
11
14
11
З
13
15
14
12
10
8
7
7
7
8
13
13
10
СЗ
9
13
11
9
7
7
6
6
7
7
8
9
8
Штиль
45
43
29
19
17
13
12
12
14
25
34
43
26
По данным таблицы 5 видно, что в зимние месяцы в подавляющем большинстве
случаев наблюдается штиль (43-45 %). Учитывая, что продуваемость города затруднена в
связи с неблагоприятными орографическими условиями и неправильной застройкой
города, накопление вредных примесей в атмосфере часто превышает предельнодопустимые уровни, особенно в зимний период. Поэтому использование угля для
отопления в условиях города Алматы должно быть сведено к минимуму. Учитывая рост
парка личного автотранспорта и соответственно, увеличение уровня загрязнения
воздушного бассейна города, необходимы неотложные меры по его оздоровлению.
Как известно, загрязнение атмосферы наносит ущерб природе, здоровью населения,
всем отраслям и объектам хозяйственной деятельности. При этом могут быть нанесены
прямые и косвенные ущербы как в настоящее время, так и в будущем. В связи с этим
очень сложно подсчитать всю сумму экономического ущерба, наносимого загрязнением
атмосферы. Но эта работа наиболее актуальна в настоящее время. Важно отметить, что
Республика Казахстан стала участником общемирового процесса снижения
антропогенного воздействия на атмосферу Земли, подписав ряд природоохранных
экологических конвенций.
Наибольшее загрязнение атмосферного воздуха поступает от энергетических
установок, работающих на углеводородном топливе (бензин, керосин, мазут, дизельное
топливо, уголь и другое), от теплоэлектростанции, котельных, автотранспорта.
Количество загрязнения определяется составом, объемом сжигаемого топлива,
организацией процесса сжигания топлива и режимом работы предприятий.
Основными источниками загрязнения атмосферы в г. Алматы в течение всего года
являются транспортные средства с двигателями внутреннего сгорания. Они поставляют в
атмосферу диоксид углерода, окислы азота и другие вредные и токсичные газы.
Результаты анализа данных наблюдений, предоставленных Казгидрометом показали, что
уровень загрязнения воздушного бассейна г. Алматы остается высоким, особенно зимой
при неблагоприятных погодных условиях, и требует принятия специальных мер по его
оздоровлению. Сравнения содержания вредных веществ в атмосфере в различное время
суток и года показало, что наибольшую опасность для жителей города в зимнее время
представляют такие вредные примеси, как оксид углерода или угарный газ. Обработка
проб атмосферных осадков в микрорайонах Орбита, Аксай и Алмагуль показала, что в
летнее время эти районы города являются благополучными в отношении кислотных
загрязнений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Нуркеев С.С., Мусина У.Ш. Экология. Алматы, 2005. 490 с.
2. Сагимбаев Г.К. Экология и экономика. Алматы, 1997. 216 с.
3. Степановских А.С. Прикладная экология. Охрана окружающей среды. М.:
ЮНИТИ, 2003. 751 с.
4. Казова А.М., Нуркеев С.С., Казова Р.А. Ауаны ластаушы заттардан қорғау. Алматы.
2003. 27 с.
5. Толеген М.Т., Казова Р.А., Мусина У.Ш. Оценка воздействия месторождения
нефтедобычи на атмосферный воздух //Мат. Междун. конф. «Актуальные проблемы
экологий». Караганда: КарГУ, 2003. 54–57 с.
Статья рекомендована д-ром техн. наук, проф. Нуркеевым С.С.
24.07.2006 г.