По Усть-Каменогорску

Министерство охраны окружающей среды Республики Казахстан
РЕСПУБЛИКАНСКОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ «КАЗАХСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ИНСТИТУТ ЭКОЛОГИИ И КЛИМАТА»
УДК 551.510.50.42
№ госрегистрации
Инв. №
УТВЕРЖДАЮ
Вице-министр
охраны окружающей среды
Республики Казахстан
________________М.А. Турмагамбетов
«___» _____________2011 г.
ОТЧЕТ
О НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ
по теме:
ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКОЙ ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМЫ
ОПЕРАТИВНОГО ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА (НА ПРИМЕРЕ Г. ТЕМИРТАУ И
Г. УСТЬ-КАМЕНОГОРСК)
(промежуточный)
И.о. генерального директора
РГП «КазНИИЭК»
С.К. Цой
Алматы 2011
СПИСОК ИСПОЛНИТЕЛЕЙ
Научный руководитель,
д.г.н. доцент
А.В. Чередниченко
Специалист,
д.г.н. профессор
В.С. Чередниченко
Специалист
к.г.н., доцент
А.С. Чурсин
Специалист
Т.Г. Царева
2
Специалист
А.С. Мадибеков
Специалист
Э.М. Танаев
Специалист
Э.М. Ермаханова
Специалист
А.А. Оспанова
3
РЕФЕРАТ
Отчет без приложений 60 с, 5 приложений, рис. 17, табл. 17, источников 18
СОСТОЯНИЕ МОНИТОРИНГА, КАЧЕСТВО ВОЗДУХА, УСТЬ-КАМЕНОГОРСК, ТЕМИРТАУ,
КАЧЕСТВЕННЫЕ,
КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ,
ЗАГРЯЗНЯЮЩИЕ
ВЕЩЕСТВА,
ОБОРУДОВАНИЕ, ПРИБОРЫ, ОПЕРАТИВНЫЙ МОНИТОРИНГ.
Проанализировано нынешнее состояние мониторинга атмосферного воздуха и
перечень контролируемых ЗВ в городах Усть-Каменогорске и Темиртау. Показано, что оно
удовлетворительное.
Изучено состояние загрязнения воздуха. Показано, что в Усть-Каменогорске оно
недооценивается, хотя общий уровень считается высоким. В Темиртау уровень
загрязнения воздуха тоже высокий.
Нынешняя сеть мониторинга не может быть включена в оперативную систему
мониторинга. Для этого требуется оснащение её автоматическими устройствами
измерения и расширение сети.
Результаты исследования способствуют решению следующих задач:
- анализ существующей системы мониторинга атмосферного воздуха в городах УстьКаменогорск и Темиртау;
- оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха в городах Усть-Каменогорск и
Темиртау по данным мониторинга за последние 5 лет;
- анализ источников загрязнения атмосферного воздуха.
4
РЕФЕРАТ
Қолжазба 88 беттен, суреттен 17, кестеден 17, 18 қолданылған әдебиеттер тізімінен
тұрады.
МОНИТОРИНГ КҮЙІ, АУА САПАСЫ, ӨСКЕМЕН, ТЕМІРТАУ, САПАЛЫ, САНДЫҚ
СИПАТТАМАЛАРЫ, ЛАСТАУШЫ ЗАТТАР, ЖАБДЫҚТАР, ҚҰРАЛДАР, ЖЕДЕЛ МОНИТОРИНГ.
Өскемен және Теміртау қалаларындағы ластаушы заттардың бақылау тізімі және
қазіргі
жағдайдағы
ауа
атмосферасының
мониторинг
күйі
талданды.
Оның
қанағаттанарлық екені көрсетілген.
Ауаның ластану күйі зерттелген. Жалпы деңгейі жоғары болып саналғанымен, оның
Өскемен қаласында толық бағаланбағандығы көрінеді. Теміртауда да ауаның ластану
деңгейі жоғары.
Қазіргі мониторинг желісі мониторингтің жедел жүйесіне қосыла алмайды. Ол үшін
оны автоматты өлшеу құралдарымен жабдықтау және желіні кеңейту талап етіледі.
2011 жылдың зерттеу мақсаты:
- Өскемен және Теміртау қалаларындағы қызмет ететін атмосфера ауасының
мониторинг жүйесін талдау.
5
- Соңғы бес жылғы мониторинг мәліметтері бойынша Өскемен және Теміртау
қалаларындағы атмосфералық ауаның ластану деңгейін бағалау.
Атмосфералық ауаның ластану көздерін талдау.
СОДЕРЖАНИЕ
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ, УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, ТЕРМИНОВ..................
6
ВВЕДЕНИЕ..........................................................................................................................................КІРІ 7
СПЕ..............................................................................................................................................
9
ЧАСТЬ 1. ГОРОД УСТЬ-КАМЕНОГОРСК..............................................................................
10
1.1 Физико-географическое описание региона и климат..............................................................
10
1.1.1 Краткое физико-географическое описание региона............................................................
10
6
1.1.2 Краткая характеристика климата региона............................................................................
14
1.1.3 Температурный режим...........................................................................................................
14
1.1.4 Осадки.......................................................................................................................................
17
1.1.5 Ветровой режим.......................................................................................................................
18
1.2 Современное состояние экологического мониторинга атмосферы в г. УстьКаменогорске.....................................................................................................................................
21
1.3 Количественные и качественные характеристики загрязнения атмосферного
воздуха................................................................................................................................................
21
1.4 Научное обоснование количественного и качественного состава приборов и оборудования для
ведения экологического мониторинга...........................................................
35
ЧАСТЬ 2. ГОРОД ТЕМИРТАУ...................................................... ....
37
2 . 1 Физико-географическое описание региона и климат............................................................
37
2 . 1 . 1 Температурный режим………………………………………………………………
37
2.1.2 Осадки…………………………………………………………………………….
38
2.1.3 Ветровой режим ………………………… ……………………………………..
39
2.2 Источники воздействия на окружающую среду......................................................................
41
2.3 Анализ существующей системы мониторинга атмосферного воздуха в г. Темиртау.........
50
2.4 Оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха.................................................................
53
2.5 Обоснование количественного и качественного состава сети постов отбора проб, оборудования и
приборов для ведения экологического мониторинга воздушного
бассейна.............................................................................................................................................
55
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
56
Список литературы
59
Приложения
61
7
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ, УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, ТЕРМИНОВ
В настоящем отчете о НИР применяют следующие термины с соответствующими
определениями:
Индекс загрязнения атмосферы – комплексный показатель степени загрязнения
атмосферы, рассчитываемый как сумма средних концентраций в единицах ПДК с учетом
класса опасности соответствующего загрязняющего вещества.
Предельно-допустимые концентрации – максимальное количество вредного
вещества в единице объема или массы, которое при ежедневном воздействии в течение
неограниченного времени не вызывает каких-либо болезненных изменений в организме
человека.
Загрязнение воздуха - любое нежелательное изменение состава земной атмосферы
в результате поступления в нее различных газов, водяного пара и твердых частиц.
Экологический мониторинг (мониторинг окружающей среды) - это комплексная
система наблюдений за состоянием окружающей среды, оценки и прогноза изменений
состояния.
Обозначения и сокращения
ВВ
Вредные вещества
ВОЗ
Всемирная Организация Здравоохранения
г.
Город, год, гора
8
ГЭС
ДУ
Допустимый уровень
ЗВ
Загрязняющие вещества
ИЗА
Индекс загрязнения атмосферы
МР
Методические рекомендации
МУ
Методические указания
НИР
Научно-исследовательская работа
НМУ
НТД
Нормативно-техническая документация
оз.
Озеро
ПДВ
ПДК
Предельно-допустимая концентрация
ПДУ
Предельно-допустимый уровень
р.
Река
РГП
Республиканское государственное предприятие
СанПиН
Санитарные правила и нормы
СЗЗ
СТ РК
Стандарт Республики Казахстан
ВВЕДЕНИЕ
Проблема чистоты воздушных бассейнов наших промышленных городов остаётся
одной из важнейших. Правда, в последние годы ситуация несколько улучшилась, однако
это явилось в основном результатом спада производства, чем усилиями по уменьшению
выбросов.
Усть-Каменогорск и Темиртау являются городами, в которых расположены
крупнейшие промышленные предприятия Казахстана, включая металлургию и химическое
производство. Естественно, что выбросы загрязняющих веществ там высокие. В Усть-
9
Каменогорске ситуация усложняется ещё и тем, что он расположен в горном,
неблагоприятном для рассеивания примесей районе.
Контроль за экологическим состоянием атмосферного воздуха в этих городах был
начат давно (около 40 лет назад) и для этого были созданы в каждом из них сети отбора
проб воздуха и химические лаборатории. Созданная сеть мониторинга не прекращала
работу даже в труднейшие годы экономической стагнации (для сравнения –
экологический мониторинг в Алматы был прерван на несколько лет). Все это говорит о
высоком уровне внимания к проблеме со стороны местных властей Усть-Каменогорска и
Темиртау.
Проблема мониторинга качества воздуха остается важной в первую очередь потому,
что качество воздуха - это здоровье людей. Требуется также отслеживать степень
эффективности мероприятий, проводимых с целью уменьшения выбросов и снижения
концентраций ЗВ в атмосфере города, контролировать появление новых ЗВ.
В связи с возросшими требованиями мониторинга, к оперативности получения
результатов появилась необходимость в создании оперативной сети мониторинга, которая
позволяла бы отслеживать в реальном масштабе времени не только общий фон, но и
локальные загрязнения в городе. Очевидно, что существующая сеть мониторинга решать
такие задачи не может. Данное исследование и должно позволить найти оптимальные
пути по созданию оперативной системы мониторинга в каждом из городов (задачи
исследования содержатся в технической спецификации).
Города Усть-Каменогорск и Темиртау расположены в существенно разных
климатических условиях, обеспечивающих рассеяние и накопление примесей, они
различаются по специфике промышленности, числу жителей, структуре системы
мониторинга. По этой причине мы сочли целесообразным, объединив их в одном отчете,
выполнить анализ климатических условий, количественных и качественных характеристик
загрязнения, источников загрязнения раздельно. Выводы и рекомендации будут общими,
но по каждому городу и сети мониторинга – отдельно.
10
11
КІРІСПЕ
Біздің өнеркәсіп қалаларымыздың тазалығы ең маңызды мәселелердің бірі болып
табылады. Соңғы жылдары жағдай біршама жақсарды, бірақ бұл зиянды заттарды
тастауды азайтудан емес, өндірістің азаюынан болып келеді.
Қазақстанның ең ірі өнеркәсіп кәсіпорындары орналасқан, металлургия және химия
өндірісі кіретін, Өскемен және Теміртау қалалары болып саналады. Әрине, мұнда
ластаушы заттардың тасмталымдары жоғары. Өскемен таулы, қоспаның таралу ауданы
жайсыз жерде орналасқандықтан жағдай қиындап отыр.
Бұл қалалардағы атмосфералық ауаның экологиялық жағдайына бақылау ертеден
басталған (40 жыл бұрын) және ол үшін
әрқайсысында ауаның сынама жүйесі және
химиялық сұрыптау зертханалар құрылған. Құрылған бақылау жүйесі жұмысын қиын
жылдары да тоқтатқан жоқ (салыстыру үшін Алматы да экологиялық барлау бірнеше
жылға үзілген). Бұның барлығы Өскемен мен Теміртаудың жергілікті әкімшілік жағынан
мәселеге жоғары деңгейде көңіл аударатынын көрсетеді.
Ауа сапсы мониторингі бірінші маңызды мәселелер болып саналады, өйткені ауа
сапасы-халық денсаулығы. Жаңа ластаушы заттардың пайда болуын бақылау, қала
атмосферасында ластаушы заттарыдың шоғырлануын төмендету және тасталымды азайту
үшін жүргізілетін іс шаралардың тиімді дәрежесін тексеру талап етіледі.
Мониторингке өскен талапқа байланысты, жедел нәтиже алу үшін нақты уақыт
аумағындағы жалпы жағдайды ғана емес, қалаларда да жергілікті ластануды көрсету үшін
12
жедел мониторинг желісін құру мүмкіншілігі пайда болды. Әрине, қызмет ететін
мониторинг желісі бұл маңызды мәселелерді шеше алмайды. Осы зерттеулер бізге жедел
мониторинг желісін құруға қолайлы жол табуға мүмкіндік береді (Зерттеу мақсаттары
техникалық мамандамада бар).
Өскемен және Теміртау қалалары қоспалардың жинақталуын және таралуын
қамтамасыз ететін климаттық жағдайлары әртүрлі жерде орналасқан, олар моиторинг
желісінің құрамымен, тұрғындар санымен, өнеркәсіп өзгешілігімен ерекшелінеді. Сол
себепті біз олардың климаттық жағдайларын талдауды орындауды, ластаушының сапалы
және сандық сипаттамаларын бір есепке қосуды, ластаушы көздерін жеке қарастыруды
жөн деп есептедік. Қортындылар мен ұсыныстары жалпы, ал әр қала және мониторинг
желісі бойынша жеке беріледі.
ЧАСТЬ 1. ГОРОД УСТЬ-КАМЕНОГОРСК
1.1 Физико-географическое описание региона и климат
Изучая условия загрязнения конкретного города, приходится учитывать не только
орографию территории, на которой он расположен, но и орографию достаточно большого
региона, в котором он находится. Эта необходимость обусловлена тем, орография горного
региона, в котором расположен Усть-Каменогорск, оказывает влияние не просто на
рассеяние примесей, но на сами метеорологические процессы, формирующие эти условия
рассеяния. По этой причине мы рассмотрим сначала общие метеорологические условия в
регионе, как результат его влияния на метеорологические процессы в целом, а затем на
этом фоне будем рассматривать условия Усть-Каменогорска.
1.1.1 К р а т к о е ф и з и к о - г е о г р а ф и ч е с к о е о п и с а н и е р е г и о н а
Регион расположен на северо-востоке республики (рис. 1.1) в бассейне верхнего
13
Иртыша, занимая казахстанскую часть Алтая, Зайсанскую котловину, хребты Саур и
Тарбагатай. На востоке он граничит с Китайской Народной республикой, на северо-западе
и западе — с Павлодарской областью, на севере - с Алтайским краем [6,7].
КАЗАХСТАН
Рисунок 1.1 - Положение Восточно-Казахстанского региона.
Рельеф местности характеризуется наличием гор, предгорий, плато, равнин и
котловин. Большая часть территории региона имеет характер горной страны. Почти все
правобережье Иртыша занято горной системой Алтая. Казахстанский Алтай делится на три
района: западные отроги Центрального Алтая, Южный Алтай и Калбинский хребет.
Западные отроги Центрального Алтая занимают всю северо-восточную часть
региона. Самыми северными на границе c Россией являются Тигирецкие и Коргонские
белки. Южнее располагаются хребты Холзун и Листвяга. За ними идут Катунские белки с
высшей точкой Алтая – г. Белухой (4506 м), северные склоны которой находятся в
Алтайском крае России, а южные – в пределах Казахстана. На южном склоне которой
лежит Большой Берельский ледник.
Южный Алтай начинается от горного узла Табын-Богдо-Ола западнее плоскогорья
Укок. Он представляет собой горную систему, включающую в себя несколько хребтов,
плоскогорий и межгорных впадин.
14
Характерными
плосковершинность
чертами
горных
строения
хребтов,
гор
наличие
Алтая
являются
межгорных
ступенчатость
котловин
и
(Орловская,
Бобровская, Верхне-Калбинская степь и др.).
Продолжением Южного Алтая на запад, за рекой Иртыш, являются Калбинские
горы. Наиболее высокой точкой является гора Сары-Шоку. Калбинские горы имеют вид
приподнятой глыбы с плоской и волнистой вершиной. С юго-запада горы как бы обрезаны
долиной р. Чар.
Зайсанская котловина разделяет системы гор Алтая и Саур-Тарбагатая. Она
представляет собой межгорную впадину, в центре которой находится озеро Зайсан. Оно
лежит на абсолютной высоте 380 м. Поверхность котловины в основном равнинная, лишь
кое-где выступают отдельные возвышенности. На левобережье Иртыша разнообразие
вносят бугристые и барханные пески. У подножия гор образуются рыхлые наносы.
Южная окраина Зайсанской котловины замыкается горной системой Саура и
Тарбагатая, которые располагаются вдоль границ Китая и Казахстана. Хребет Саур более
высок, высшая точка его – г. Музтау – имеет высоту 3816 м. На западе он понижается и
переходит в хребет Манрак (г. Шорбас – 2053 м), который почти достигает озера Зайсан. В
районе Музтау имеются ледники. Неширокой Чиликтинской долиной Саур отделен от
Тарбагатая.
Тарбагатай в пределы региона заходит своей восточной частью и представляет
собой ряд глыб, приподнятых на разную высоту. Вершины их плоские, без оледенения.
Главной водной артерией региона является р. Иртыш (в верховьях - Черный Иртыш).
На территории региона насчитывается около 10000 водотоков. Наиболее крупные из
них р. Уба – 278 км, р. Бухтарма – 336 км, р. Курчум – 230 км и р. Иртыш в пределах
области 504 км (от оз. Зайсан). После окончания строительства Бухтарминской ГЭС оз.
Зайсан стало частью обширного Бухтарминского водохранилища, сохранив в то же время
все признаки озера.
Поскольку реки региона имеют преимущественно снеговое питание, вода в них в
15
период половодья маломинерализована, в межень минерализация увеличивается. По
химическому составу воды в основном гидрокарбонатно-кальциевые от неясно- до
резковыраженного характера в течение года и пригодна для всех видов бытового и
сельскохозяйственного водоснабжения, полива полей и технических нужд [6,7].
Почвенный покров региона, как продукт гидрометеорологических условий,
разнообразен. В равнинной части на севере распространены черноземы и темнокаштановые почвы, на юге – светло-каштановые и бурые. В характере распределения
почвенного покрова гор ясно выражена вертикальная поясность. У подножия гор Южного
Алтая и Саура преимущественно горные темно-каштановые почвы. Они имеют отчетливо
выраженный гумусовый горизонт мощностью 35-40 см. Содержание гумуса в них 3.5-4.5 %
[6, 7].
У подножия Тарбагатая и Калбинских гор - светло-каштановые почвы. Выше, на
высоте 600-800 м над уровнем моря, они сменяются темно-каштановыми почвами.
До высоты 500-700 м на севере и 800-1500 м на юге идет пояс горных черноземов.
Эти почвы имеют мощный гумусовый горизонт в 60-70 см и содержат 6-10 % гумуса.
Третий пояс – горных серых лесных и дерново-подзолистых почв – расположен на
высоте 800-2000 м на севере, на хребте Саур - на высоте 1650-2300 м. Их механический
состав глинистый и тяжелосуглинистый. Мощность гумусового горизонта составляет 3040 см, содержание гумуса 4-6 %, цвет – коричневый или коричневато-серый. В горноподзолистых почвах гумусовый горизонт не выражен, почва имеет палево-серый цвет.
Четвертый пояс – горно-луговые почвы, которые начинаются с высоты около 2000 м.
По внешнему облику эти почвы напоминают горные черноземы. Мощность гумусового
горизонта составляет 60-70 см, содержание гумуса достигает 20-25 %, а на глубине 1015 см снижается до 6-7 %. Выше 2000 м идут каменные россыпи и дальше - ледники.
На севере Зайсанской котловины развиты бурые пустынно-степные почвы. На
западе - светло-каштановые почвы на суглинистых отложениях, чередующиеся с пятнами
солонцов и солончаков. На восточном и южном побережьях озера распространены
обширные массивы бугристых и бугристо-грядовых песков. В дельтах рек выражены
16
лугово-болотные почвы [6, 7].
Растительный покров, как и почвенный покров, отличается большим разнообразием
и подчинен как широтной, так и вертикальной зональности.
Предгорные
равнины
северо-западной
части
региона
характеризуются
преобладанием ковыльно-разнотравных степей. На левобережье Иртыша, в предгорьях
Калбинских гор развиты ковыльно-типчаковые степи.
В горных районах региона растительный покров распределен так: горно-степной
пояс на высоте от 400 до 800 м на севере, от 600 до 1300 м – на юге. Здесь почти все
распахано, за исключением крутосклонных участков, где произрастает разнотравноковыльная и кустарниковая растительность. Кустарники – таволожка, шиповник,
жимолость, акация, боярышник – образуют заросли по логам и склонам гор. По долинам
рек растут ива, шиповник, черемуха, калина, смородина, переплетенные хмелем и
ежевикой.
На высоте от 800 до 1700 м на севере и до 2300 м на юге идет лесной пояс. Сначала
идут лиственные леса, состоящие из березы бородавчатой, осины, изредка - тополя.
Потом они сменяются хвойными, состоящими из лиственницы, пихты, ели с примесью
сосны, а еще выше – кедра. На свободных полянах развиты большетравные луга,
состоящие из ежи, овсеца пушистого, тимофеевки степной, костра безостого и др.
Выше лесного пояса развиты субальпийские и альпийские луга. Здесь встречаются
кобрезиевые, ожиковые, манжетковые луга, с участием горечавки, астры, лютиков,
примул и др. Луга эти используются под летние пастбища.
Выше альпийских лугов расположены каменные россыпи и участки горной тундры.
Еще выше идут снега и ледники.
В Калбинских горах и Тарбагатае у подножия развиты сухие степи и почти совсем не
выражен лесной пояс.
В Зайсанской котловине развиты полынные и полынно-солянковые пустынные
степи.
17
В пойме Иртыша растут березово-осиново-тополевые леса, кустарниковые заросли
и заливные луга.
1.1.2 Краткая характеристика климата региона
Дать всесторонний анализ климата региона Казахстанского Алтая в рамках данной
работы
невозможно
самостоятельная
по
серьезная
техническим
работа.
причинам.
Ограничимся
Кроме
поэтому
того,
здесь
это
была
только
бы
теми
характеристиками климата, без которых невозможно изучать условия диссипации
загрязняющих веществ в атмосфере. Нами, соответственно, и рассмотрены только
режим температуры, осадков и ветра в регионе. Во всех таблицах в данном подразделе
кроме станций Казахстанского Алтая приведены и данные по станции Семипалатинск,
расположенной на равнинной территории, прилегающей к Алтаю. Это сделано для
сравнения и привязки при необходимости результатов, полученных для гор и для
равнины.
1.1.3 Температурный режим
Средние годовые температуры воздуха в местах региона, где ведется активная
хозяйственная деятельность, в основном положительные. Только в Зыряновске средняя
годовая температура воздуха ниже нуля (минус 0.8 ˚С). Это, по сути, самая низкая
температура воздуха на всей территории Казахстана. Еще более низкая температура
(минус 3.9 ˚С) отмечается на горной станции Орловский поселок, расположенной здесь же
недалеко от Зыряновска [6,7]. Самая высокая средняя годовая температура отмечается в
Зайсане (4.0 ˚С), несколько ниже в Самарке (3.0 ˚С). В крупных промышленных центрах
Усть-Каменогорске и Лениногорске (по клим. справочнику), а ныне Риддере, она
составляет 2.7 и 1.9 ˚С соответственно. В целом же, как видно из (табл. 1.1), разброс
18
величин средних годовых температур довольно широк – от 4.0 ˚С в Зайсане до – 0.8 ˚С в
Зыряновске и до более низких температур в высокогорье (табл. 1.1).
Таблица 1.1 - Средняя месячная и годовая температура воздуха (˚С)
Станции
Месяцы
1
2
3
Год
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Усть-Каменогорск
-17.6 -16.0 -7.7
4.7
13.4
18.8
20.8
18.3
12.4
5.0
-.6.2 -14.1
2.7
Лениногорск
-12.9 -12.2 -6.4
2.9
10.3
15.3
17.0
14.8
9.8
2.6
-7.0 -11.6
1.9
Зыряновск
-23.3 -21.2 -12.1
1.5
12.1
17.1
18.9
16.4
10.5
2.2
-11.2 -20.0 -0.8
Шемонаиха
-17.8 -16.8 -9.1
3.6
12.5
18.0
20.0
17.3
11.7
3.7
-7.4 -14.8
1.7
Самарка
-18.1 -16.3 -7.6
5.9
13.8
19.3
21.5
19.6
13.8
5.4
-6.4 -15.3
3.0
Зайсан
-17.3 -15.1 -6.6
6.7
15.2
20.6
22.9
21.1
15.2
6.3
-5.9 -14.9
4.0
Семипалатинск
-16.4 -15.8 -8.6
4.6
14.1
19.8
21.9
19.3
13.0
4.4
-6.0 -13.6
3.1
Экстремумы температур во всем регионе, включая и Семипалатинск, совпадают:
минимум в январе и максимум в июле. Наиболее низкие температуры имеют место в
Зыряновске (минус 23.3 ˚С) и Зайсане (минус 17.3 ˚С), а наиболее высокие - в Лениногорске
(минус 12.9 ˚С). Таким образом, пространственная изменчивость средних месячных
температур января превышает 10 ˚С, несмотря на относительно малую площадь региона
(табл. 1.1). Кроме Лениногорска, на всех станциях температуры января ниже, чем в
равнинном Семипалатинске.
Самая высокая средняя месячная температура июля наблюдается в Зайсане
(22.9 ˚С). На остальных станциях эти температуры несколько выше 20 ˚С.
19
Амплитуда годового хода средних месячных температур для всех станций близка к
40 ˚С. Она наибольшая для Зыряновска (42.2 ˚С) и наименьшая – для Лениногорска
(29.9 ˚С). И можно видеть, что большая амплитуда годового хода температуры в
Зыряновске обусловлена низкими температурами в январе, а относительно небольшая
амплитуда в Лениногорске – высокими январскими и низкими июльскими температурами
(табл. 1.1).
Какова изменчивость температуры в регионе из года в год? В таблице 1.2 даны
средние максимальные, а в (табл. 1.3) – средние минимальные месячные температуры
воздуха на станциях региона. Средние годовые температуры воздуха могут колебаться в
широких пределах: от 7-9 ˚С в экстремально теплые до минус 4 ˚С и ниже - в экстремально
холодные годы. Наибольший размах температур в Зыряновске - от 7.7 ˚С до 7.5 ˚С, а
наименьший – в Зайсане – от 5.4 ˚С до 4.8 ˚С (рис. 1.2, 1.3).
Для станций региона мы вычислили разности между средними максимальными
(max) и между средними годовыми температурами воздуха (mid), а также между
средними (mid) и средними минимальными (min) годовыми температурами воздуха (табл.
1.4). Можно видеть, что в то время как средние годовые температуры воздуха для станций
региона существенно разные, отклонение от них как в сторону максимума, так и в сторону
минимума для всех станций примерно одинаково: около 6 – 7 ˚С в ту и в другую сторону.
Средние температуры января и июля могут понижаться или повышаться на такую же
величину.
20
Рисунок 1.2 - Среднемесячные температуры воздуха в январе
в Восточно-Казахстанском регионе (˚С).
Рисунок 1.3 - Среднемесячные температуры воздуха в июле
в Восточно-Казахстанском регионе (˚С).
1.1.4 Осадки
Регион Казахстанского Алтая можно отнести в целом к хорошо увлажненным
территориям Казахстана, если учесть, что на 30 % его территории выпадает менее 200
мм/год и только на 20 % территории - 400 мм/год [6,7]. Это следует из (табл. 1.2) и
(рис. 1.4).
21
Рисунок 1.4 - Распределение количества осадков в Восточно-Казахстанском регионе (мм).
Таблица 1.2 - Месячное и годовое количество осадков (мм)
Месяцы
Станции
Год
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Усть-Каменогорск
25
26
33
35
48
56
62
49
36
46
46
36 498
Лениногорск
17
17
25
52
87
87
104
82
70
67
43
24 675
Зыряновск
42
33
31
38
60
60
72
54
43
60
58
54 605
Шемонаиха
24
25
27
33
47
49
60
42
33
44
41
35 460
Самарка
26
22
23
26
35
41
46
34
29
38
47
33 400
Зайсан
10
9
17
32
42
42
40
29
25
27
21
17 311
Семипалатинск
19
16
20
18
26
37
40
28
20
28
30
24 306
Самое большое количество осадков из станций, приведенных в (табл. 1.2), выпадает
в Лениногорске (675 мм), достаточно много в Зыряновске (605 мм) и Усть-Каменогорске
(498 мм). Наименьшее количество осадков отмечается в Зайсане (311 мм), это примерно
22
столько же, как и на прилегающей равнине, например, в Семипалатинске (306). В то же
время на станциях Орловка, Малая Ульба выпадает – 800-1500 мм осадков [6, 7].
Осадки имеют выраженный годовой ход с максимумом в летнее время, что
является характерным признаком континентальности региона [6].
Вторичный максимум, однако, прослеживается в холодный период в Зыряновске,
Самарке, Усть-Каменогорске.
Изменчивость количества осадков от года к году довольно большая. В отличие от
температуры воздуха изменчивость осадков асимметрична по отношению к среднему
количеству. Вероятность отклонения осадков в большую сторону в два раза ниже, чем в
меньшую. Другими словами, засухи почти в два раза вероятнее, чем избыточное

увлажнение.
Значительное количество осадков выпадает в виде снега. Средняя за холодный
сезон высота снежного покрова достигает 86 см в Зыряновске, оставаясь высокой (около
0.5 м) и на других станциях. Исключение составляет Зайсан, где средняя высота снежного
покрова составляет 22 см. В общем, следует отметить, что для Казахстанского Алтая
характерно наличие устойчивого снежного покрова в течение 5 месяцев в году и более.
Для сравнения в Семипалатинске снежный покров держится до 4 месяцев, он неустойчив,
средняя его высота 27 см, т.е. в 2-3 раза ниже, чем в Усть-Каменогорске, Лениногорске и
Зыряновске и примерно столько же, как в Зайсане.
1.1.5 Ветровой режим
Известно,
что
орографически
сложные
регионы
являются
значительным
препятствием для воздушных потоков [6] и Казахстанский Алтай не является исключением.
В таблице 1.3 приведены средние месячные и годовые скорости ветра на станциях
региона, а в (табл. 1.4) - повторяемость направлений ветра и штилей. Можно видеть, что
скорости ветра в регионе не велики. Ни на одной из станций средняя за год скорость ветра
не превышает 3 м/с. На станции Зыряновск она составляет только 0.8 м/с.
23
Наличие большого числа металлургических предприятий по переработке цветных
металлов, развитая горнодобывающая промышленность и, естественно, энергетические
предприятия, обеспечивают значительные выбросы в атмосферу ряда загрязняющих
веществ, а малые скорости ветра в сочетании с постоянно существующими в холодную
часть года инверсиями температуры, создают чрезвычайно неблагоприятные условия для
их рассеяния или выноса из региона. Это приводит к большим концентрациям
загрязняющих веществ у поверхности земли.
Таблица 1.3 - Средняя месячная и годовая скорость ветра (м/с)
Месяцы
Станции
Год
1
2
3
2.0 2.0
4
5
6
7
8
9
10
11
12
2.8
3.2
2.6
2.2
2.1
2.2
2.7
2.9
2.5
Усть-Каменогорск
2.2
2.5
Лениногорск
2.6 2.4
2.6 2.6
2.7
2.2
1.9
1.9
2.3
3.3
2.9
2.6
2.5
Зыряновск
0.3 0.4
0.6 1.0
1.6
1.2
0.9
0.9
0.8
0.8
0.6
0.4
0.8
Самарка
0.8 1.0
1.4 2.5
2.7
2.2
2.1
2.1
1.8
1.6
1.4
0.9
1.7
Зайсан
1.5 1.7
2.1 3.5
4.2
3.9
3.8
3.3
3.1
2.7
2.0
1.6
2.8
Таблица 1.4 - Повторяемость направления ветра и штилей (%) на станции Зайсан
Румбы
Месяцы
Штиль
С
СВ
В
ЮВ
Ю
ЮЗ
З
СЗ
Январь
3
4
15
11
10
17
33
7
55
Февраль
3
5
20
11
10
13
31
7
52
24
Март
4
8
14
9
9
13
32
11
44
Апрель
6
8
8
5
14
16
27
16
22
Май
6
7
5
2
18
22
24
15
15
Июнь
7
6
4
4
22
21
21
15
14
Июль
7
6
4
4
21
22
20
16
14
Август
9
8
5
3
19
19
19
18
16
Сентябрь
7
10
6
4
19
20
20
14
20
Октябрь
5
8
7
6
16
21
25
12
32
Ноябрь
3
5
10
8
11
17
36
10
48
Декабрь
2
5
16
8
10
15
36
8
58
Год
5
7
9
6
15
18
27
13
32
Повторяемость штилей на станции Зайсан колеблется от 58 % зимой до 14-20 % в
весенне-летний период (табл. 1.4). В направлении наибольшую повторяемость имеют
ветры западных, северо-западных, юго-западных и южных румбов. В зимние месяцы
повторяемость восточных румбов возрастает до 14-20 % за счет некоторого уменьшения
северо-западных.
Станция Зайсан имеет самый длинный ряд наблюдений в регионе, однако она
расположена на его периферии. Рассмотрим поэтому данные о ветре на станции УстьКаменогорск – крупнейшем промышленном центре края (табл. 1.5). Можно видеть, что в
Усть-Каменогорске юго-восточные ветры имеют наибольшую повторяемость (33 %),
несколько меньшую северо-западные (26 %).
Таблица 1.5 - Повторяемость направления ветра и штилей (%), на станции УстьКаменогорск
25
Румбы
Месяцы
С
СВ
В
ЮВ
Ю
ЮЗ
З
СЗ
Штиль
Январь
2
1
3
48
10
7
5
24
43
Февраль
1
2
3
39
5
6
9
35
41
Март
2
3
3
30
5
7
17
33
31
Апрель
8
3
5
24
5
10
12
33
27
Май
10
4
5
25
7
10
12
27
23
Июнь
15
6
8
22
4
9
12
24
27
Июль
15
6
8
22
4
9
12
24
27
Август
10
7
8
19
3
10
13
30
33
Сентябрь
6
5
5
23
4
12
15
30
36
Октябрь
2
1
7
36
10
16
11
17
27
Ноябрь
2
1
6
51
8
9
6
17
25
Декабрь
1
2
4
57
6
8
6
16
34
Год
5
3
6
33
6
10
11
26
31
Здесь четко просматривается влияние орографии: ветер дует вдоль долины Иртыша
вверх или вниз по течению. Повторяемость штилей несколько ниже, чем в Зайсане, но
высокая – 31 % за год. Зимой она превышает 40 %. С увеличением расстояния от Иртыша,
сравнительно близко к которому расположена станция, повторяемость штилей возрастает
по экспедиционным данным до 60 %.
26
1.2
Современное
состояние
экологического
мониторинга
атмосферы в г. Усть-Каменогорске
Город Усть-Каменогорск расположен в речной долине у слияния рек Иртыша и
Ульбы, в основном вдоль правого берега Иртыша. Долина окружена со всех сторон
отрогами горных хребтов. В 120 км к северо-востоку расположен хребет Холзун, высшая
точка которого 2674 м (г. Линейный белок). От Холзуна к юго-западу отходят три хребта:
Ульбинский, Ивановский и Убинский, по высотам мало уступающие Холзуну (1895, 2778,
и 1967 м соответственно). С южной стороны долины расположен Калбинский хребет,
который ориентирован почти широтно. Отроги Ивановского хребта подходят ближе всего
к городу, на расстояние 3-4 км, закрывая долину с востока. Эти отроги отделены от
отрогов Калбинского хребта, подходящего очень близко к городу с юго-востока, только
узким ущельем, через который и протекает Иртыш. Высоты отрогов обоих хребтов
достигают в окрестностях города 800 м. В этом районе восточнее города расположена
Усть-Каменогорская ГЭС.
Севернее города, на расстоянии около 35 км расположен Ульбинский хребет,
ориентированный в этом месте почти широтно. К юго-западу и западу, местность тоже
постепенно повышается, переходя в отроги Калбинского и Убинского хребтов, и
представляет собою обширную сильно всхолмленную равнину.
Своеобразие местоположения района сказывается на условиях формирования
климата, протекании погодообразующих процессов и, соответственно, на условиях
формирования уровней загрязнения и рассеяния примесей в атмосфере. Факторами,
способствующими уменьшению концентрации примесей в атмосфере, как известно [1-5, 810], являются:
 перенос воздуха (т. е. ветер);
 турбулентное и конвективное перемешивание;
 осадки;
 солнечная радиация (для некоторых видов примесей).
Все вышесказанное, т. е сложный рельеф, а также климат (слабые ветры, высокая
повторяемость штилей), о чем говорилось выше, предполагают ожидать очень сложную
картину пространственного распределения ЗВ по территории города.
27
Наблюдения, т. е. отбор проб и их анализ, в г. Усть-Каменогорске осуществляет
Восточно-Казахстанский
центр
гидрометеорологии.
Он
является
дочерним
государственным предприятием РГП Казгидромет.
Непосредственно данный вид работ осуществляет «Группа мониторинга состояния
атмосферного воздуха» комплексной лаборатории мониторинга состояния окружающей
среды г. Усть-Каменогорск. Она является оперативно-производственным подразделением
Восточно-Казахстанского Центра по
деятельности
приказами,
руководствуется
инструкциями
и
Гидрометеорологии
действующим
указаниями
(ВК ЦГМ) и
законодательством,
Казгидромета
и
в своей
постановлениями,
Уставом
дочернего
государственного предприятия ВК ЦГМ.
Основными задачами «Группы мониторинга состояния атмосферного воздуха»
комплексной лаборатории мониторинга состояния окружающей среды являются:
- организация и выполнение систематических наблюдений за уровнем загрязнения
атмосферы в селитебных (жилых) зонах города Усть-Каменогорска;
- получение достоверных данных о состоянии атмосферы;
- сбор, обобщение, анализ и представление информации об уровнях загрязнения
атмосферного воздуха в соответствии с руководящими документами.
Все работы, предусмотренные планом работы для «Группы мониторинга состояния
атмосферного воздуха» выполнялись в соответствии с нормативами, изложенными в РД
52.04.186-89 «Руководство по контролю загрязнения атмосферы»[8] и ГОСТ 17.2.1.03-86
«Правила контроля качества воздуха населенных пунктов».
Расположение пунктов отбора проб воздуха в г. Усть-Каменогорске соответствует РД
52.04.186-89 «Руководство по контролю загрязнения атмосферы»[8], «Методическим
рекомендациям по проведению комплексных обследований и оценке загрязнения
природной среды в районах, подверженных интенсивному антропогенному воздействию,
Астана 2003 г.» и ГОСТ 17.2.3.01-86 «Правила контроля качества воздуха населенных
пунктов».
28
Комплексная
лаборатория
мониторинга
состояния
окружающей
среды
аккредитована в ноябре 2008 года на соответствие требованиям СТ РК ИСО МЭК 170252007.
Группа мониторинга состояния атмосферного воздуха комплексной лаборатории
мониторинга состояния окружающей среды:
- оснащена необходимыми средствами измерений, необходимым количеством
стандартных образцов для проведения испытаний, аттестованными смесями для
установления
градуировочных
характеристик
и
проведения
внутрилабораторного
контроля точности измерений;
- обеспечена
необходимым
и
достаточным
количеством
реактивов,
регламентированных методиками, соответствующей квалификации и сроком годности,
химической посудой и другими необходимыми материалами;
- имеются и регулярно заполняются рабочие журналы, в которых отражаются
результаты
анализов,
результаты
внутрилабораторного
контроля
точности
и
воспроизводимости измерений;
- внешний контроль точности измерений ежегодно осуществляет вышестоящая
лаборатория Казгидромета;
- помещение лаборатории обеспечивает необходимые условия для проведения
анализа и предотвращения искажения результатов от воздействия внешних факторов.
Согласно программе работ по отбору и анализу проб атмосферного воздуха в
городе Усть-Каменогорске, финансируемых Казгидрометом, наблюдения проводились на
5 стационарных постах 3 раза в сутки (07, 13 и 19 часов местного времени) кроме
воскресенья и праздничных дней:
- ПНЗ-1 (ул. Рабочая, 6 санитарно-защитная зона промышленных предприятий);
- ПНЗ-5 (ул. К. Кайсенова, 30 центр города);
- ПНЗ-7 (ул. Первооктябрьская, 126 северо-западная часть города р-н ст. Защита);
29
- ПНЗ-8 (ул. Егорова, 6 р-н теплиц п. Новая Согра);
- ПНЗ-12 (пр. К. Сатпаева, 12 р-н КШТ).
Наблюдения проводились за содержанием в воздухе 8 ингредиентов (взвешенных
веществ (пыли), диоксида серы, диоксида азота, фенола, формальдегида, хлора, мышьяка
и его н/о соединений, оксида углерода).
Дополнительно за счет средств из местного бюджета в течение 2005-2008 гг.
проводились наблюдения на трех стационарных постах:
- ПНЗ-1 (ул. Рабочая, 6 санитарно-защитная зона промышленных предприятий);
- ПНЗ-5 (ул. К. Кайсенова, 30 центр города);
- ПНЗ-7 (ул. Первооктябрьская, 126 северо-западная часть города р-н ст.Защита).
Отбор проб выполнялся через каждые три часа ежедневно (01, 04, 07, 10, 13, 16, 19,
22) включая выходные и праздничные дни с целью определения в воздухе 17
ингредиентов (взвешенных веществ (пыли), диоксида серы, диоксида азота, фенола,
формальдегида, хлора, мышьяка и его н/о соединений, оксида углерода, серной кислоты,
фтористого
водорода,
хлористого
водорода,
свинца,
кадмия,
меди,
бериллия,
бенз(а)пирена и γ-фона).
Проводились дополнительные исследования за содержанием пяти загрязняющих
примесей (бенз(а)пирена, диоксида серы, диоксида азота, оксида углерода и
формальдегида) на четырех крупных автомагистралях города, где нет стационарных
постов:
- перекресток пр. Независимости – пр. Абая;
- перекресток ул. Мызы – ул. Протозанова;
- перекресток пр. Независимости – ул. Бульвар Гагарина;
- перекресток ул. Ушанова – ул. Пролетарская.
Схема города и расположение постов на его территории приведены на (рис. 1.5)
30
ПНЗ-1 – ул. Рабочая, 6
ПНЗ-5 – ул. К. Кайсенова, 30
ПНЗ-7 – ул. Первооктябрьская, 126
ПНЗ-8 – ул. Егорова, 6
ПНЗ-12 – пр. К. Сатпаева, 12
Рисунок 1.5 - Карта-схема г. Усть-Каменогорска и расположение в нем стационарных
пунктов отбора проб воздуха.
Также проводились дополнительные исследования в дни с НМУ и при нештатных
ситуациях на передвижной лаборатории в различных районах города за содержанием
(диоксида серы, диоксида азота, оксида углерода, серной кислоты, фенола, хлора,
хлористого водорода, фтористого водорода).
Несмотря на наличие учащенных наблюдений за анализируемый период
существующая сеть стационарных постов представляется недостаточной. Сеть в состоянии
отслеживать долговременные колебания концентраций ЗВ в городе в целом. В
соответствии с Руководством по контролю [8] для городов равнинных территорий
рекомендуется иметь 1 пост на 50 тыс. населения. Нынешнее количество постов едва
удовлетворяет этому условию. Что же касается рекомендаций о необходимости иметь
более густую сеть в орографически сложных районах, то этого нет. В Усть-Каменогорске
сосредоточена разнообразная промышленность, с очень сильными и разнообразными
31
источниками выбросов, сосредоточенными на относительно небольшой площади. В
сочетании со сложной орографией это требует особо тщательного контроля за воздушным
бассейном, поскольку вероятны (и они есть) локальные области загрязнений высокого
уровня, не обнаруживаемые и не фиксируемые редкой сетью постов.
Для отслеживания короткопериодных колебаний необходимы более частые
наблюдения, включая наблюдения в выходные дни, а для улавливания локальных
возмущений необходима более густая сеть. Среди пяти существующих постов есть пост
№ 12, а всего несколько лет ранее был и пост № 16 (Опытная станция) и пр. Очевидно
поэтому, что и в прошлые годы недостаток постов был заметен для специалистов.
Следует отметить, что данные наблюдений, поступившие от ВК ЦГМ в КАЗНИИЭК в
распоряжение исполнителей данной темы, были полными и высокого качества.
Проанализировав все имеющиеся в нашем распоряжении материалы, мы пришли к
следующему выводу:
- В целом существующая сеть наблюдений позволяет улавливать (регистрировать)
общее распределение загрязняющих веществ в воздушном бассейне города и изменение
в долгопериодном масштабе;
- В тоже время существующая сеть наблюдений не позволяет отслеживать
короткопериодные колебания концентраций, а также локальные области загрязнения, как
результат особых местных условий, залповых выбросов и пр. Для отслеживания
короткопериодных
колебаний
необходимы
более
частые
наблюдения,
включая
наблюдения в выходные дни, а для улавливания локальных возмущений необходима
более густая сеть. Среди пяти существующих постов есть пост № 12, а всего несколько лет
назад был и пост № 16 (Опытная станция) и др. Очевидно поэтому, что и в прошлые годы
недостаток постов был заметен.
- Главным, однако, недостатком существующей сети является то, что в силу
принятой методологии наблюдений она не может быть задействована в какую бы то ни
было
оперативную
систему
отслеживания
экологической
ситуации
в
городе.
Существующая методология такова, что по большинству загрязняющих веществ на пунктах
32
наблюдений не измеряются, а только отбираются пробы воздуха для их последующего
анализа в химической лаборатории. Следовательно, между временем отбора проб и
получением результатов анализа проходит длительное время. Кроме того, полученные
результаты ещё надо будет занести в память оперативной сети или системы.
- Усть-Каменогорск, как это видно с описания его физико-географического
положения, данного нами выше, расположен в орографически сложном районе,
окруженном по сути довольно высокими горами. Согласно [4] и др. для таких районов
эффективных моделей расчета полей концентраций не существует. Поэтому «Расчет полей
приземных концентраций загрязняющих веществ по городу…, включая прилегающие
районы», предстоящий в 2012 г согласно технической спецификации, не будет успешным,
если одновременно по достаточно густой сети (автоматической) не будут вестись
параллельные наблюдения, с тем чтобы затем
расчеты по модели можно было бы
скорректировать на реальные результаты измерений.
Конкретные предложения и рекомендации по составу сети наблюдений и
оборудованию будут даны на втором этапе выполнения темы.
1.3 Количественные и качественные характеристики загрязнения
атмосферного воздуха
Город Усть-Каменогорск расположен в речной долине у слияния рек Иртыша и
Ульбы, в основном вдоль правого берега Иртыша. Долина окружена со всех сторон
отрогами горных хребтов. В 120 км к северо-востоку расположен хребет Холзун, высшая
точка которого 2674 м (г. Линейный белок). От Холзуна к юго-западу отходят три хребта:
Ульбинский, Ивановский и Убинский, по высотам мало уступающие Холзуну (1895, 2778,
и 1967 м соответственно). С южной стороны долины расположен Калбинский хребет,
который ориентирован почти широтно. Отроги Ивановского хребта подходят ближе всего
к городу, на расстояние 3-4 км, закрывая долину с востока. Эти отроги отделены от
отрогов Калбинского хребта, подходящего очень близко к городу с юго-востока, только
33
узким ущельем, через который и протекает Иртыш. Высоты отрогов обоих хребтов
достигают в окрестностях города 800 м. В этом районе восточнее города расположена
Усть-Каменогорская ГЭС.
Севернее города, на расстоянии около 35 км расположен Ульбинский хребет,
ориентированный в этом месте почти широтно. К юго-западу и западу, местность тоже
постепенно повышается, переходя в отроги Калбинского и Убинского хребтов, и
представляет собою обширную сильно всхолмленную равнину.
Своеобразие местоположения района сказывается на условиях формирования
климата, протекании погодообразующих процессов и, соответственно, на условиях
формирования уровней загрязнения и рассеяния примесей в атмосфере. Факторами,
способствующими уменьшению концентрации примесей в атмосфере, как известно
[1,2,8,9], являются:
 перенос воздуха (т. е. ветер);
 турбулентное и конвективное перемешивание;
 осадки;
 солнечная радиация (для некоторых видов примесей).
Концентрация ВВ, как известно, определяется не только объемами выбросов, но в
очень большой степени метеоусловиями. Поэтому, помимо данных о концентрациях ВВ за
этот же период использовались метеорологические данные в виде синоптических карт, в
т. ч.
высотных
-
для
изучения
крупномасштабных
процессов,
способствующих
формированию экстремальных уровней загрязнения.
Производство всех видов наблюдений, а также отбор проб воздуха и хим. анализ
выполнялись в строгом соответствии с существующими нормативными документами.
При анализе данных широко использовались методы статистической обработки,
картографический,
пространственный
аэросиноптический
анализ.
Особенности
применения каждого из них, как и результаты, содержатся в следующих разделах, а также
в наших работах [11-18].
34
Для анализа пространственно-временного распределения концентраций вредных
веществ (ВВ) в воздушном бассейне города использовались данные наблюдений на пяти
постах отбора проб за период с 2005 по 2010 гг. включительно, т. е. за 6 лет. В таблице 1.6
приведены величины ПДК, которыми мы будем пользоваться при анализе данных.
Таблица 1.6 - Значения предельно-допустимых концентраций отдельных примесей в
воздухе населенных мест по Республике Казахстан
Значения ПДК, мг/м3
Наименование примесей
максимально
разовая
Класс опасности
среднесуточная
Оксид углерода
5,0
3
4
Оксид азота
0,4
0,06
3
0,085
0,04
2
Взвешенные вещества
0,5
0,15
3
Фенол
0,01
0,003
2
Формальдегид
0,035
0,003
2
Свинец
0,001
0,0003
1
Аммиак
0,2
0,04
4
Диоксид серы
0,5
0,05
3
Сероводород
0,008
-
2
Хлор
0,1
0,03
2
Фтористый водород
0,02
0,005
2
Диоксид азота
35
Озон
0,16
0,03
1
Хлористый водород
0,2
0,1
2
-
0,0015
1
Хром (VI)
В таблице 1.7 приведено распределение средних годовых концентраций ЗВ в
воздушном бассейне города за пять лет.
Таблица 1.7 - Изменение среднего уровня (qср, мг/м3) загрязнения и выбросов вредных
веществ (м.тыс.т/год) за 2005-2009 годы в г. Усть-Каменогорск
Годы
Примесь
Характеристика
2005
2006
2007
2008
2009
Тенденция (Т)
qср
0,3
0,2
0,2
0,2
0,2
-0,02
n
726
10554
9078
6837
6558
qср
0,097
0,059
0,048
0,055
0,093
n
7266
10554
9078
9591
9015
qср
1
1
1
1
1
n
5442
8760
7266
5031
4752
qср
0,07
0,06
0,06
0,06
0,1
Диоксид азота
n
7266
10554
9078
9591
9015
Хлор
qср
0,03
0,01
0,00
0,00
0,00
Пыль
Диоксид серы
Оксид углерода
36
-0,001
0,0
0,006
-0,007
n
4198
9654
7728
1806
1806
qср
0,004
0,003
0,006
0,008
0,004
n
6354
9660
8172
3612
3612
qср
0,004
0,004
0,003
0,002
0,004
Фенол
n
6354
9660
8172
8688
8112
н/о соединения
qср
0,002
0,0004
0,000
0,000
0,000
мышьяка
n
4364
5840
4844
1806
1806
qср
0,02
0,02
0,01
0,01
0,01
Серная кислота
n
3034
8760
6600
7344
6552
Бенз(а)пирен
qср
2,9
3,13
2,84
2,65
1,89
(нг/куб.м.)
n
976
2920
2200
612
546
qср
0,001
-
-
-
-
n
2208
-
-
-
-
qср
0,001
0,001
0,002
0,001
0,001
n
2581
8760
6600
7344
6552
qср
0,00
-
-
-
-
n
2208
-
-
-
-
qср
0,04
-
-
0,08
0,06
n
2275
-
-
5508
4914
Кадмий
qср
0,01
0,01
0,03
0,04
0,01
Марганец
qср
-
-
-
-
-
Медь
qср
0,04
0,03
0,06
0,07
0,19
Никель
qср
-
-
-
-
-
Свинец
qср
0,46
0,22
0,21
0,2
0,14
Цинк
qср
0,27
1,6
0,35
-
-
Формальдегид
Сероводород
Фтористый водород
Аммиак
Хлористый водород
0,001
0,000
0,000
-0,003
-0,250
-
0,000
-
-
Металлы (мкг/куб.м)
37
0,003
0,034
-0,066
-
Можно видеть, что средние годовые концентрации ЗВ мало изменяются от года к
году. Вместе с тем видно, что эти концентрации по ряду веществ высокие. Так,
среднесуточные концентрации пыли составляют 2-1.5ПДК, SO2-около 2ПДК, NOX-2ПДК,
бенз(а)пирена - более 2ПДК, формальдегида и фенола - 2ПДК и более. Таким образом,
даже на уровне средних за год среднесуточных величин концентраций ЗВ видно, что в
воздушном бассейне Усть-Каменогорска они значительны. Прежде всего в воздухе
присутствуют в значительном количестве пыль, двуокись серы, оксиды азота,
формальдегид и фенол, а также бенз(а)пирен. Очевидно поэтому, что проблема чистоты
воздушного бассейна города существует, и она требует решения, первым шагом к
Индекс загрязнения атмосферы г.Усть-Каменогорска
которому является четкое представление
об уровне загрязнения и его динамике.
за 2005-2010 г.г.
Рассмотрим, как изменялся средний индекс загрязнения атмосферы за эти годы (рис. 1.6).
9,9
10,0
8,7
7,8
ИЗА5
8,0
6,0
6,5
7,2
7,2
4,0
2,0
ИЗА
0,0
2005
2006
2007
2008
2009
2010
год
Рисунок 1.6 - Многолетний ход индекса загрязнения атмосферы
в г. Усть-Каменогорск за 2005-2010 гг.
Можно видеть, что индекс был максимальным в 2009 г. (9.9) и наименьшим в 2006 г.
(6.5). Наибольшие за год концентрации двуокиси серы действительно наблюдались в
2009 г., однако наименьшие – в 2007, а не в 2006 г. (см. табл. 1.7 и рис. 1.6). Минимальные
среднегодовые концентрации формальдегида отмечались вместе с минимумом ИЗА в
2006 г., однако его максимум - в 2008 г., а не в 2009 г. В межгодовом ходе концентраций
38
максимум бенз(а)пирена вообще пришелся на 2006 г., когда имел место минимум ИЗА.
Таким образом, нами не обнаружено тесной связи между средней за год величиной ПЗА и
средними годовыми величинами концентраций основных ЗВ.
В то же время из анализа данных следует, что вычисление ИЗА ведется не вполне
корректно. Так, в комплексный ИЗА никогда не включался индивидуальный ИЗА
бенз(а)пирена, хотя его концентрации постоянно высокие. Так, в таблице 1.8 приведена
повторяемость в течение 2010 г. максимально разовых концентраций ЗВ в числе случаев и
в процентах к общему числу измерений.
Таблица 1.8 - Повторяемость проб воздуха в %, превышающих максимально разовую (м.р.)
ПДК за 2010 год
Число проб,
Общее число
Наименование примесей
превышающих
проб
м.р. ПДК
Отношение числа проб,
превышающих м.р. ПДК
к общему числу проб в %
2010 г.
Бенз(а)пирен
611
243
39,8 %
Диоксид азота
7020
1933
27,5 %
Фенол
6264
255
4,1 %
Взвешенные вещества
3102
100
1,6 %
Оксид углерода
5508
45
0,8 %
Хлористый водород
5508
33
0,6 %
Фтористый водород
5508
31
0,6 %
Диоксид серы
7020
9
0,1 %
Хлор
1512
2
0,1 %
39
Мышьяк и его
неорганические соединения
1512
-
-
Формальдегид
3024
-
-
Можно видеть, что бенз(а)пирен превышает этот уровень в 40 % случаев, а диоксид
серы почти в 30 %. Однако не трудно заключить, что средние суточные концентрации
превышаются по этим ингредиентам практически ежедневно, что и подтверждается
величинами средних годовых концентраций (табл. 1.7). В то же время бенз(а)пирен ни
разу в подсчет комплексного ИЗА не включался. Бенз(а)пирен относится к первому классу
опасности и при приведении его к двуокиси серы имеет степень приведения 1,7. Понятно,
что
при
среднемесячных
концентрациях
бенз(а)пирена
4-6ПДК
в
городе
его
индивидуальный ИЗА сравним с комплексным, вычисляемым без него. И тогда
комплексный показатель ИЗА увеличится почти в два раза, т. е. до уровня «чрезвычайно
высокого». В другие годы ситуация была совершенно такой же.
В течение года день ото дня и даже от месяца к месяцу выбросы ЗВ основными
источниками загрязнения меняются мало. Основные изменения происходят из-за
изменения условий рассеяния примесей, т. е. из-за изменения метеорологических
условий. Поэтому далее мы рассмотрим годовой ход концентраций загрязняющих веществ
на примере двух смежных лет, сравнивая между собой концентрации ЗВ и метеоусловия.
В Приложении Г, приведены основные характеристики метеорологических условий за
2008-2009 гг.
Можно видеть, что в 2008 г. было 138 дней с НМУ, а в 2009 г. только 120. Однако
средний годовой индекс загрязнения атмосферы в 2008 г. был только 7.8, а в 2009 г. 9.6.
Число дней со штилем в эти годы было равным. Однако число дней с осадками в 2008 г.
было 93 и выпало 275 мм осадков, а в 2009 г. – 153 дня и 653 мм осадков. Казалось бы
осадки должны были бы способствовать очищению атмосферы, однако уже по величинам
ПЗА этого не обнаруживается. И действительно, сравнительный анализ годового хода
концентраций основных ЗВ показывает, что они были выше в дождливом 2009 г. Средние
40
концентрации ЗВ за период 2008-2009 гг. в атмосферном воздухе г. Усть-Каменогорск в
долях ПДК в сравнении приведены в таблице 1.9.
Таблица 1.9 - Состояние загрязнения атмосферного воздуха г. Усть-Каменогорск в 20082009 годы
№
Примеси
01.01.2008 - 31.12.2008
01.01.2009 - 31.12.2009
п/п
1
Диоксид азота
1,4
2,5
2
Хлор
0,1
0,2
3
Мышьяк и его н/о соединения
0,1
0,0
4
Оксид углерода
0,3
0,3
5
Бенз(а)пирен
2,7
1,9
6
Фенол
0,8
1,5
7
Формальдегид
2,5
1,5
8
Диоксид серы
1,1
1,9
9
Взвешенные вещества (пыль)
1,1
1,1
10
Серная кислота
0,1
0,1
11
Фтористый водород
0,2
0,1
12
Хлористый водород
0,8
0,6
13
Свинец
0,7
0,5
14
Кадмий
0,13
0,02
15
Медь
0,04
0,11
Годовой ход концентраций ЗВ за эти же годы приведен на (рис. 1.6, табл 1.7).
Величины концентраций пыли в городе имеют выраженный годовой ход с максимумом
зимой и минимумом летом. Поскольку в зимний период поступление пыли от земной
поверхности минимально из-за наличия снежного покрова, то очевидно, что это результат
промышленных выбросов. Выраженный годовой ход в нагрузке, а. следовательно, и в
41
выбросах имеют только тепловые станции и системы отопления частного сектора. Годовой
ход и величины концентраций пыли в анализируемые смежные годы близки.
Годовой ход концентраций оксидов азота в эти годы заметно отличается. В 2008 г. –
это выраженный годовой ход с максимумом в зимний период (около 3ПДК в январе) и
минимумом в летние месяцы (менее 0.5ПДК). В 2009 г. максимум в январе был примерно
таким же (2.7ПДК), однако к лету снижение было очень медленным и минимум имел
место только в августе, составив 2.2ПДК. Летнего значительного снижения концентраций,
характерного для города [11-15], в 2009 г. по сути не было.
Концентрации двуокиси серы в 2008 г. имели место в январе (2.5ПДК). К апрелю они
снизились до 0.7-0.8ПДК и только в октябре снова резко возросли до 2ПДК. В 2009 г.
концентрации SO2 тоже составляли около 2.5ПДК, сохраняясь до конца марта, после чего
резко снизились до 1.5ПДК. В течение всего лета снижения концентраций ниже 1ПДК не
было.
Фенол, как и уже рассмотренные выше ЗВ, имеет такой же выраженный годовой ход
в 2008 г. с максимумом в январе-феврале (2.2ПДК) и минимумом в летний период (около
0.5ПДК). В 2009 г., однако, тоже наблюдался основной максимум в январе, после которого
концентрации снижались очень плавно, оставаясь в летний период выше 1 ПДК с
максимумом в 1.8ПДК. Осенью его концентрации снизились до 1 ПДК.
Концентрации формальдегида в отличие от большинства ЗВ имеют очень хорошо
выраженный максимум в летнее время, а минимум – в зимнее. В 2008 г. его концентрации
с 0.5ПДК в январе резко выросли до величин около 3.5ПДК и наблюдались в течение
летних месяцев, после чего они резко снизились осенью до 1ПДК. В 2009 г. рост
концентраций формальдегида от 0.5ПДК в январе до 3.8ПДК в августе был плавным, после
чего концентрации начали также плавно понижаться до 0.5ПДК в декабре.
Концентрации фенола в 2008 г. имели выраженный годовой ход с максимумом в
холодный период (4-8ПДК) и минимумом летом (0.8ПДК). В 2009 г., однако, концентрации
фенола от зимы к лету снижались медленно и летом оставались выше 1ПДК, заметно
увеличиваясь в отдельные месяцы теплого периода.
42
Выполненный выше анализ показывает, что несмотря на казалось бы более
благоприятные метеорологические условия 2009 г. (меньшее число дней с НМУ,
количество осадков в 2.5 раза больше, чем в 2008 г. и они равномерно распределились в
течение года, одинаковая повторяемость штилей) концентрации ЗВ в 2009 г. были заметно
выше, чем в 2008 г. Обычный для Усть-Каменогорска летний минимум концентраций
оксидов азота, двуокиси серы, бенз(а)пирена и фенола не просматривался. Минимум
пыли имел место, но её концентрации оставались выше 1 ПДК, что не характерно для
города.
Единственной
метеорологической
особенностью
2009 г.
по
сравнению
с
предыдущим была необычно высокая повторяемость юго-восточного ветра, с которым ЗВ
могли бы поступать, например, со стороны Зыряновска. Отсутствие, однако, поста в районе
Аблакетки не позволяет проверить эту гипотезу. Высокие уровни загрязнения воздушного
бассейна в Лениногорске (Риддере) и Глубоком. Анализ динамики концентраций ЗВ в УстьКаменогорске дает основания предполагать, что сформировалась обширная межгорная
область, в которой имеет место обмен загрязняющими веществами [11-18]. Однако
отсутствие постов на входе в долину как со стороны п. Глубокое, так и Риддера, не
позволяет изучить этот вопрос. Кроме того, в Усть-Каменогорске отсутствует вертикальное
зондирование атмосферы, в результате отсутствуют важные данные о наличии и высоте
инверсий, распределении ветра с высотой в нижнем слое атмосферы. Наличие таких
данных облегчило бы анализ динамики ЗВ в регионе, облегчило бы прогноз
неблагоприятных для рассеяния ЗВ метеоусловий.
Выполненный выше сравнительный анализ динамики ЗВ за пять лет, а затем за два
смежных года позволил сделать следующие выводы:
- Уровень загрязнения воздушного бассейна г. Усть-Каменогорск достаточно
высокий в течение всего года;
- Основными загрязняющими веществами являются пыль (преимущественно в
холодный период), бенз(а)пирен - круглый год. При этом превышение его максимально
разовых концентраций имеет место в 40 % наблюдений;
43
- Наблюдается сильная зависимость концентраций ЗВ от метеоусловий. Вместе с тем
имеются ситуации, когда годовой ход концентраций трудно объяснить метеоусловиями
из-за отсутствия важнейших характеристик этих условий, а также недостаточной густоты
сети (например, 2009 год).
- Наличие станции акустического или радиоакустического зондирования нижнего
слоя атмосферы существенно облегчило бы анализ динамики ЗВ и прогноз НМУ для
города.
1.4 Научное обоснование количественного и качественного состава приборов и
оборудования для ведения экологического мониторинга
Существующая сеть наблюдений обеспечивает измерение концентраций ЗВ и их
динамику
в
долгопериодном
масштабе.
Число
постов
формально
практически
соответствует требованиям Руководства [8], также [10].
В то же время нынешняя сеть не позволяет отслеживать короткопериодные
колебания концентраций, а также локальные области загрязнения, как результат особых
местных условий, залповых выбросов и пр. Для отслеживания короткопериодных
колебаний необходимы более частые наблюдения, включая наблюдения в выходные дни,
а для улавливания локальных возмущений необходима более густая сеть. Среди пяти
существующих постов есть пост № 12, всего несколько лет ранее был и пост № 16
(Опытная станция) и др. Очевидно поэтому, что и в прошлые годы недостаток постов был
заметен.
Главным, однако, недостатком существующей сети является то, что в силу принятой
методологии наблюдений она не может быть задействована в какую бы то ни было
систему оперативного отслеживания экологической ситуации в городе.
Существующая методология такова, что по большинству загрязняющих веществ на
пунктах наблюдений они не измеряются, а только отбираются пробы воздуха для их
44
последующего анализа в химической лаборатории. Следовательно, между временем
отбора проб и получением результатов анализа проходит длительное время. Кроме того,
полученные результаты ещё надо будет занести в память оперативной сети или системы.
Усть-Каменогорск, как это видно с описания его физико-географического
положения, данного нами выше, расположен в орографически сложном районе,
окруженном по сути довольно высокими горами. Согласно [4], а также [1, 2] и др. для
таких районов эффективных моделей расчета полей концентраций не существует. Поэтому
«Расчет полей приземных концентраций загрязняющих веществ по городу…, включая
прилегающие районы», предстоящий в 2012г согласно технической спецификации, не
будет успешным, если одновременно по достаточно густой сети (автоматической) будут
вестись параллельные наблюдения, с тем чтобы затем расчеты по модели можно было бы
скорректировать на реальные результаты измерений. Обычно пункты измерений
располагают через два или пять км на площади города и прилегающей территории. В
нашем конкретном случае это площадь 25*25 км. Сеть должна быть оснащена
автоматическими датчиками и осуществлять учащенные измерения концентраций
основных ЗВ. От такой сети потребуется информация только сезонного характера и для
разных направлений ветра. Затем она может быть свернута.
Для успешного постоянного контроля над концентрациями ЗВ в воздушном
бассейне города сеть постов необходимо расширить. Прежде всего, необходимы посты в
районах
Аблакетки,
Прапорщиково,
выше
Согры,
чтобы
отслеживать
обмен
загрязняющими веществами между соседними промышленными районами. Нужен также
пост на полпути в Согре, чтобы понять особенности обмена выбросами ЗВ между Согрой и
городом. В самом городе не ведутся наблюдения в части города, простирающееся вдоль
Иртыша. Прежде всего необходим пост в районе «старой» телемачты, а также в 1,5-2.0 км
северо-западнее и юго-восточнее. Общее число постов должно составлять 15-20.
В случае принятия решения о расширении сети количество и местоположение
постов, в т. ч. возможность организации наблюдений на высотах 60 и 100 м можно будет
уточнить при обсуждении на месте.
Дискретность наблюдений автоматических постов должна быть 1ч с возможностью
ее изменять и при наличии возможности получать необходимые данные по запросу.
45
На постах, по крайней мере, на первое время, должны быть сохранены отбор проб и
их анализ по классической методике нынешней дискретностью наблюдений и с
хим. анализом в лаборатории. Это необходимо для контроля над автоматическими
преобразователями. Со временем эти функции сможет выполнять передвижной пункт
отбора проб и хим. лаборатория.
Измерение метеорологических параметров на каждом посту должна осуществлять
автоматическая метеорологическая станция (одна из моделей).
Конкретные предложения и рекомендации по перечню приборов, ГОСТов,
окончательной структуре сети наблюдений и оборудованию будут даны на втором этапе
выполнения темы.
46
ЧАСТЬ 2. ГОРОД ТЕМИРТАУ
2.1 Физико-географическое описание региона и климат
Город Темиртау - город областного подчинения, который входит в состав
Карагандинской области, расположенной в центральной части Республики Казахстан.
Карагандинская область занимает наиболее возвышенную центральную часть Казахского
мелкосопочника - Сарыарки, которая представляет собой своеобразную, весьма
неоднородную в геоморфологическом отношении, сильно приподнятую территорию
(абсолютная высота 400-1000 м). Такое почти открытое ветрам положение города,
несмотря на заметную всхолмленность территории самого города, способствует выносу ЗВ
за его пределы.
Город Темиртау образован 1 октября 1945 года на базе бывшего поселка
Самаркандский. Строительство города и его промышленных объектов связано с периодом
освоения Карагандинского угольного бассейна и строительства металлургического завода,
который в декабре 1944 года вступил в строй. В настоящее время территория города
составляет 30195 га. Численность населения – 172 тыс. человек.
В самом городе Темиртау нет метеорологической станции. По этой причине
климатическая справка подготовлена на основе наблюдений метеорологической станции
Караганда, расположенной в 40 км. Нам представляется, что это допустимо.
Климат района г. Темиртау резко континентальный с холодной зимой и жарким
летом, обусловленные удаленностью территории от больших водных пространств, а также
свободным доступом теплого сухого субтропического воздуха пустынь Средней Азии и
холодного, бедного влагой арктического воздуха.
2.1.1 Температурный режим
47
Среднемесячная температура наиболее жаркого месяца – июля – 20,4 ˚С, самого
холодного месяца – января – 14,3 ˚С ниже нуля. Средняя продолжительность периода со
среднесуточной температурой воздуха выше 0 ˚С - 202-209 дней, выше плюс 5 ˚С – 171-180
дней, выше плюс 10 ˚С – 124-149 дней и выше плюс 15 ˚С – 81-108 дней. В отдельные годы
продолжительность периодов варьирует в пределах плюс/минус 25 дней. Суточная
амплитуда температур в зимние месяцы достигает 28-30 ˚С. Средняя продолжительность
безморозного периода 134 дня в году. В экстремальные годы без заморозков бывает
почти полгода – 182 дня (1999 г.). Среднегодовая относительная влажность воздуха 66 %.
Сухих дней (с влажностью не более 80 %) – 63-90 [6, 7].
Ниже, в таблице 2.1 и на (рис. 2.1) приведены значения среднемесячной и годовой
температуры по данным многолетних наблюдений метеостанции Караганда.
Таблица 2.1 – Средняя месячная и годовая температура воздуха, ˚С
Станция
I
II
III
Караганда
-14,3
-13,9
-7,7
IV
V
4,8 12,8
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
год
18,5
20,4
17,9
12,0
3,4
6,3
-12,1
3,0
48
Рисунок 2.1 – Средняя месячная и годовая температура воздуха, ˚С.
2.1.2 Осадки
Осадки выпадают почти равномерно в течение всего года с максимумом в конце
весны – первой половине лета. В июле имеет место максимум осадков (42 мм), который
превышает минимум в январе-марте в два раза (см. таблицу 2.2).
В
среднем
за
год
выпадает
223 мм
осадков,
что
позволяет
отнести
рассматриваемый регион к зоне сухих степей. Межгодовая изменчивость осадков велика.
В отдельные годы количество осадков может в два раза превышать норму или составлять
только 50 % от нормы. Максимальные наблюдаемые суточные максимумы осадков
достигают 45-66 мм/сут. В отдельные годы, возможно отсутствие осадков в течение
месяца и более. Максимальная интенсивность осадков за 20 мин – 0,9 мм/мин, за 1 час –
0,3 мм/мин [6,7]. Годовой ход осадков представлен в (табл. 2.2) и на (рис. 2.2).
Таблица 2.2 – Среднее месячное и годовое количество осадков, мм
сезон
Станция
Караганда
I
19
II
17
III
19
IV
23
V
36
VI
39
VII
VIII
42
31
49
IX
23
X
29
XI
24
XII
22
Год
324
XI-III
IV-X
101
223
Рисунок 2.2 – Среднее месячное и годовое количество осадков, мм.
2.1.3 Ветровой режим
Незащищенность территории от проникновения воздушных масс различного
происхождения (теплого субтропического воздуха со Средиземноморья и пустынь Аравии
и Средней Азии, а также холодных арктических воздушных масс) благоприятствует
интенсивной ветровой деятельности. Средняя годовая скорость ветра 3.6-4.6 м/с.
Наиболее «ветреными» бывают чаще всего февраль, март и октябрь. Самые низкие
среднемесячные показатели имеют место в августе и сентябре. Наивысшие скорости ветра
зафиксированы в Караганде: 40 м/с по флюгеру и 45 м/с по анеморумбографу. Расчетные
максимумы с повторяемостью: 1 раз в 25 лет – 30-35 м/с; 1 раз в 100 лет – 38,4 м/с. Летом
наиболее часты ветры северного, северо-западного и западного направлений. Зимой,
весной и осенью чаще других отмечаются юго-западные ветры, которые обусловлены
северной периферией гребня высокого давления, ориентированного к западу, ось
которого в среднем климатическом расположена южнее широты Караганды [6,7]. Средняя
месячная и годовая скорость ветра по метеостанции Караганда приведена в таблице 2.3 и
на (рис. 2.3).
50
Таблица 2.3 – Средняя месячная и годовая скорость ветра
Станция
Караганда
I
II
4,7
5,1
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
Год
5,2
4,8
4,8
4,5
4,0
3,8
3,9
4,6
4,9
4,9
4,6
Рисунок 2.3 – Средняя месячная и годовая скорость ветра.
Графики распределения ветра по направлениям для января и июля, а также за год
приведены на рисунках 2.4 - 2.6.
51
Рисунок 2.4 – Роза ветров за январь.
Рисунок 2.5 – Роза ветров за июль.
Рисунок 2.6 – Роза ветров за год.
Снежный покров
Устанавливается устойчивый снежный покров обычно в середине ноября и
разрушается в среднем в первых числах апреля. Снежный покров сходит, как правило, до
середины апреля. Толщина снега из наибольших за зиму в среднем 17-26 см,
максимальная – до 52 см. Средние запасы воды в снежном покрове 37-78 мм,
максимальные – до 175 мм.
Испарение
С водной поверхности за год испаряется от 730 мм до 900 мм. Расчетное годовое
испарение
с
поверхности
почвы
по
данным
института
«Центрказгипроводхоз»
(г. Караганда, 1984 г.) составляет от 246 мм до 335 мм. Таким образом, осадки составляют
только 30 % от величины возможного испарения с поверхности воды.
Промерзание почвы
Ввиду устойчивых низких температур в течение зимнего периода и малой высоты
снежного покрова или его полного отсутствия глубина промерзания почвы в
52
рассматриваемом регионе, как и во всем центральном и северном Казахстане велика. В
среднем многолетнем оно изменяется от 170 до 200 см. Возможная наибольшая глубина
проникновения отрицательных температур может достигать 350 см [6,7].
2.2 Источники воздействия на окружающую среду
Строительство города и его промышленных объектов связано с периодом освоения
Карагандинского угольного бассейна и строительства металлургического завода, который
в декабре 1944 года вступил в строй. В настоящее время территория города составляет
30195 га. Численность населения – 172 тыс. человек.
В общем объеме промышленного производства Карагандинской области удельный
вес продукции, выпускаемой предприятиями города Темиртау, по состоянию на 1 января
2007 года составил 22,3 %. Производство чугуна, проката плоского из железа или стали,
кокса, карбида кальция, труб из черных металлов, цемента по 100 %. Структура
промышленного производства города Темиртау представлена следующими отраслями:
металлургическая промышленность и обработка металлов, энергетика, химическая
промышленность,
строительная
промышленность,
пищевая
и
мукомольная
промышленность, производство прочих неметаллических минеральных продуктов.
Основные
предприятия,
обеспечивающие
жизнедеятельность
города
Темиртау
следующие: АО «Arcelor-Мittal Temirtau» (другое наименование – АО «Арселор Миттал
Темиртау», более раннее – Испат-Кармет), химико-металлургический завод (ХМЗ) ТОО
«ТЭМК», ТОО «Central Asia Cement», ТОО «КЗАЦИ», КарГРЭС-1 ТОО «Вassel Group LLS».
Современная инфраструктура г. Темиртау помимо существующей жилой застройки
и коммунальной инфраструктуры включает в себя районы двух крупных промышленных
зон: Западной и Восточной.
53
- Западная промзона ситуационно располагается на западном побережье
Самаркандского водохранилища между районом «Старый город» и районом «Западный»
жилой застройки г. Темиртау;
-
Восточная
промзона
располагается
на
левом
берегу
Самаркандского
водохранилища.
Ситуационное расположение промышленных зон г. Темиртау представлено на
рисунке 2.8.
В г. Темиртау имеют место следующие виды промышленности: электроэнергетика,
черная металлургия, производство стройматериалов и химическая. Согласно таблице 2.7 и
рисунку 2.4 доля вклада в загрязнение окружающей среды перечисленных видов
промышленности г. Темиртау является наиболее значительной.
Таблица 2.7 – Доля отраслей промышленности в загрязнении окружающей среды
Отрасли промышленности
Доля в выбросах сернистого газа, %
Энергетика
57,0
Цветная металлургия
21,0
Черная металлургия
15,0
Производство стройматериалов
3,0
Химическая
2,0
Нефтехимическая
2,0
54
Машиностроение
-
Пищевая
-
Прочие
-
Всего
100
Рисунок 2.4 - Доля отраслей перерабатывающей промышленности в загрязнении
окружающей среды.
Следует, однако, заметить, что показанные выше «доли вклада» предприятий
получены на основе сравнения величин выбросов по томам ПДВ и только сернистого газа.
Данные о величинах выбросов по отраслям (рис 2.4) –тоже не показатель вклада в
приземные концентрации. Вклад в приземные концентрации ЗВ этих предприятий может
оказаться совсем другим, поскольку он зависит еще от высоты источника, его положения
относительно пунктов отбора проб, объективности представляемых данных и пр. Данный
вопрос требует своего рассмотрения в дальнейшем.
В Западной промзоне расположены следующие наиболее значительные объекты
промышленности
г. Темиртау:
КарГРЭС-1
ТОО «Bassel
Group
LLS»,
химико-
металлургический завод ТОО «ТЭМК» (район бывшего завода «Карбид»), накопители
отходов этих предприятий: золоотвалы КарГРЭС-1, шламонакопитель бывшего завода
55
«Карбид», также в этом районе располагаются городские очистные сооружения и
полигон ТБО.
В Восточной промзоне размещается металлургический комбинат АО «Арселор
Миттал Темиртау», накопители отходов этого комбината хвостохранилища № 1, 2, и 3,
шламоотвал ТЭЦ-2, которая входит в состав производственной инфраструктуры
металлургического комбината, отвал химических отходов и полигон отходов 1-ого класса
опасности.
Схема размещения промышленной инфраструктуры г. Темиртау приведена на
рисунке 2.5.
- существующая жилая застройка г. Темиртау
- промышленные зоны г. Темиртау
- накопители отходов промышленных предприятий г. Темиртау
Рисунок 2.5 – Ситуационная схема размещения промышленной инфраструктуры
г. Темиртау.
56
Помимо этого в городскую черту попадает могильник для ртутьсодержащих отходов,
построенный в рамках проекта по очистке р. Нура и территории завода Карбид от ртути.
В настоящее время в городе Темиртау помимо крупных предприятий, перечисленных
выше, действует 1062 менее крупных и мелких предприятий. Из них в обрабатывающей
промышленности – 132, в сфере производства и распределения электроэнергии, газа и
воды – 13, строительных организаций – 214, торговых – 331, транспортных и предприятий
связи – 45, прочих – 427, в соответствии с (рис. 2.6). Здесь число предприятий принято за
100 %.
11%
1%
37%
18%
29%
4%
обрабатывающая
произв. эл/энергии, газа и воды
строительная
торговая
транспорт и связь
прочие
Рисунок 2.6 – Распределение промышленности г. Темиртау по видам.
57
Помимо перечисленных источников, на окружающую среду интенсивно влияет
транспорт.
Ниже даётся краткая характеристика перечисленных выше, наиболее значительных
источников воздействия на окружающую среду города.
Черная металлургия
Металлургический комбинат АО «Арселор Миттал Темиртау» – одно из крупнейших
металлургических предприятий РК, основная площадка расположена к востоку от
г. Темиртау на левом берегу Самаркандского водохранилища.
Размер СЗЗ составляет 1000 м, площадь СЗЗ – 340 га.
Объем годовой продукции составляет – 5,5 млн. тонн. В состав товарной продукции
АО «Арселор Миттал Темиртау» входят кокс, химические материалы переработки кокса,
чугун, слябы, горячекатаный и холоднокатаный прокат в листах и рулонах, жесть белая и
черная, кровля, алюмоцинковый лист и рулоны, профилированный лист с покрытием,
тепловая и электрическая энергия.
В ходе осуществления производственной деятельности предприятие оказывает
воздействие на все компоненты окружающей среды, основное воздействие оказывается
на атмосферный воздух, водные ресурсы, земельные ресурсы и почвы.
Теплоэлектроэнергетика
Основным поставщиком тепло- и электроэнергии в г. Темиртау помимо ТЭЦ АО
«Арселор Миттал Темиртау» является ТОО «Bassel Group LLS» (КарГРЭС-1).
Установленная мощность: электрическая – 108,0 МВт; тепловая – 280 Гкал/час.
Выработка электроэнергии с шин 350 млн. кВт/ч. Отпуск электроэнергии с шин
350 млн. кВт/ч.
Отпуск тепла – 100 тыс. Гкал.
58
КарГРЭС-1 работает на угле Борлинского месторождения с теплотворной
способностью 3400-3500 кал/кг и зольностью 43,9-45,0 %.
Размер СЗЗ установлен в 1000 м.
ТОО «Bassel Group LLS» (КарГРЭС-1) дислоцирована в северо-западной части
г. Темиртау в непосредственной близости от Самаркандского водохранилища. На северозапад от электростанции расположен литейно-механический завод. На юго-восток от
станции предприятие ХМЗ ТОО «ТЭМК» (бывший завод «Карбид»). Селитебная зона
расположена в 500 м на запад от электростанции.
Практически вся энергия в городе производится за счет сжигания ископаемых
топлив – угля, газа, что вызывает отрицательные воздействия на окружающую среду:
загрязнение атмосферы продуктами сгорания и тепловыми выбросами, загрязнение
водных объектов сточными водами; изъятие из пользования территорий для накопителей
отходов и др. Основные источники загрязнения – тепловые электростанции, производство
энергии на которых сопровождается в первую очередь загрязнением атмосферного
воздуха.
Энергетика – наиболее крупная отрасль по объему выбросов в атмосферу. Следует
объективно признать, что уровень современных технологий производства электроэнергии
не в состоянии обеспечить полного исключения промышленных выбросов в окружающую
среду.
Характерными выбросами энергетического комплекса являются:
- сернистый газ;
- оксид углерода;
- оксиды азота;
- сажа;
- оксид ванадия;
- бенз(а)пирен;
59
- и другие токсичные ингредиенты.
В зоне действия КарГРЭС-1 и других котельных города образуется повышенный
уровень загрязнения воздуха диоксидом азота, формальдегидом, бенз(а)пиреном, сажей
и другими веществами. Необходимо отметить, что основная доля выбросов приходится на
пыль неорганическую, диоксид серы, азота диоксид, оксид углерода.
Химическая промышленность
В г. Темиртау также функционируют предприятия химической промышленности,
наиболее крупным из которых является химико-металлургический завод ТОО «ТЭМК».
Промплощадка химико-металлургического завода (далее по тексту ХМЗ) ТОО
«ТЭМК» расположена в Западной промзоне г. Темиртау, между районами «Старый город»
и «Соцгород», северо-западнее последнего: на склоне сопки Могильная, на берегу
Самаркандского водохранилища. Помимо ХМЗ здесь функционируют предприятия ТОО
«Bassel Group LLS» (КарГРЭС-1), котельная ТОО «Окжетпес», предприятия автотранспорта и
другие менее крупные промышленные предприятия города. Ближайшая селитебная зона
находится на расстоянии 500 м в западном направлении от площадки завода.
Основные виды продукции, выпускаемой на ХМЗ ТОО «ТЭМК» в настоящее время,
являются
карбид
кальция
(39 570 т/год),
обожженная
известь
(36 938 т/год),
ферромарганцевые сплавы (6,921 тыс. т/год) и углекислота (252,0 тыс.м3).
Основные загрязняющие вещества, выбрасываемые в воздух – твердые вещества
(зола, пыли), оксид углерода, диоксид серы, ЛОС, оксиды азота, углеводороды. Основная
доля приходится на оксид углерода.
Горнодобывающая промышленность
Рудник «Нурказган»
Рудник Нурказган административно входит в состав Угольного Департамента
«Борлы» ТОО «Корпорация Казахмыс».
60
Месторождение Нурказган (Самарское) расположено в Бухар-Жырауском районе
Карагандинской области в 8 км от г. Темиртау.
На месторождении выделяются несколько участков: Западный (основной),
Восточный и Северный. Для отработки месторождения образован рудник Нурказган, на
котором в 2001 г. начаты вскрышные работы, а с 2003 г. производится попутная добыча
золотомедных руд на Западном участке месторождения.
Годовой объем добычи руды – 4 млн. т. Добытая руда с Нурказганского
месторождения доставляется для переработки на Жезказганскую и Балхашскую фабрику.
В дальнейшем планируется переход на подземный способ разработки месторождения без
изменения объема добычи.
Промышленность строительных материалов
Промышленность строительных материалов вносит значительный вклад в
загрязнение атмосферного воздуха г. Темиртау. Наиболее существенная доля отрасли по
выбросам твердых веществ (около 15 % общего промышленного выброса этих веществ по
области). Выброс вредных веществ в атмосферу производится в основном в виде пыли и
взвешенных веществ, диоксида серы и оксидов азота.
Наиболее сильно загрязняют воздух цементные, асбестоцементные предприятия,
предприятия по производству кровельно-изоляционных материалов, карьеры по добыче
сырья.
Вокруг предприятий, производящих цемент, асбест и другие строительные
материалы повышенной летучести, образуются зоны максимального загрязнения
окружающей среды радиусом до 2 км, с повышенным содержанием в воздухе пыли из
частиц цемента, асбеста и других вредных веществ.
Среди производств строительной промышленности г. Темиртау наибольшее
количество выбросов продуцируют следующие предприятия: АО «Central Asia Cement» и
АО «КЗАЦИ».
АО «Central Asia Cement»
61
Цементный завод АО «Central Asia Cement» расположен в п. Актау, который входит в
состав г. Темиртау. Завод эксплуатируется с 1953 года. Из оборудования эксплуатируются 4
цементные мельницы и отделение сушки шлака. Производственная мощность завода в
настоящее время составляет 800 тыс. тонн цемента в год. Размер СЗЗ цементного завода
составляет 1000 м.
На территории, попадающей в границы нормативной СЗЗ промплощадки
цементного завода, расположены жилые здания поселков Старый и Новый Актау.
Согласно гл. 2, п. 22 подпункта 4 СанПиН «Санитарно-эпидемиологические требования к
проектированию производственных объектов» размещение жилых и общественных
зданий и сооружений в пределах СЗЗ предприятий не допускается [9].
Транспорт
Большой
вклад
в
загрязнение
атмосферного
воздуха
в
городах
вносит
автотранспорт.
Город имеет развитую инфраструктуру. Протяженность автодорог города составляет
– 259 км. Пассажирские перевозки осуществляют 5 транспортных предприятий: ТОО «TTS»,
ТОО «Kала-Кoлік», АО «Трансагентство», ПК «СТЭКА», ТОО «СУ-3». Протяженность
трамвайного пути – 48,8 км.
В отходящих газах автотранспорта содержатся оксиды углерода, оксиды азота,
углеводороды, альдегиды, сажа, бенз(а)пирен, железо, медь, цинк, бром, свинец,
трихлорметан. Считается, что влияние транспортных выбросов проявляется на расстоянии
1–2 км от автотрассы и распространяется на высоту 300 м и более. Доказано, что при
величине транспортного потока 314 единиц/час запылённость превышает 1ПДК.
Жилищно-коммунальное хозяйство
Деятельность
организаций
жилищно-коммунального
хозяйства
оказывает
негативные влияния на окружающую среду в результате: изъятия большого количества
природных
ресурсов
для
целей
хозяйственного,
питьевого
и
промышленного
водоснабжения; сброса неочищенных бытовых и промышленных сточных вод и
62
поверхностного стока с урбанизированных территорий, выбросов в атмосферу от
котельных систем теплоснабжения, размещения на свалках бытовых и промышленных
отходов. Жилищный фонд состоит из 1132 жилых многоэтажных домов, 6173 –
индивидуальных.
Значительную проблему представляет утилизация и складирование твердых
коммунальных отходов. В городе не внедрена система раздельного сбора отходов.
Полигоны размещения бытовых отходов представляют значительную опасность, так как
являются мощным загрязнителем атмосферного воздуха (метан, сернистый газ,
растворители и др.), почвы и грунтовых вод (тяжелые металлы, растворители,
полихлорбифенилы, диоксиды, инсектициды и др.). Полигоны складирования ТБО, как
правило, подвержены частым возгораниям. В ходе сгорания мусора образуются
чрезвычайно токсичные вещества, в том числе диоксины. Основная доля загрязняющих
веществ в общем объеме приходится на метан, выброс которого составляет 75 % всех
выбросов.
2.3 Анализ существующей системы мониторинга атмосферного воздуха в
г. Темиртау
Мониторинг окружающей среды г. Темиртау осуществляется с начала семидесятых
годов прошлого столетия, согласно правил организации наблюдений за уровнем
загрязнения атмосферы в городах и населенных пунктах.
Неотъемлемым условием успеха атмосфероохранной деятельности является
информация о содержании в атмосфере различных примесей. Для этого на базе
гидрометеорологической сети наблюдений была создана Общегосударственная служба
наблюдений и контроля над уровнем загрязнения природной среды. Степень загрязнения
атмосферы зависит от количества выбросов вредных веществ и химического состава, от
высоты, на которой осуществляются выбросы и от климатических условий, определяющих
перенос, рассеивание и превращения выбрасываемых веществ.
63
Состояние загрязнения воздуха оценивается по результатам анализа и обработки
проб воздуха, отобранных на стационарных постах наблюдений. Одновременно с отбором
проб воздуха или регистрацией концентраций примесей на стационарных постах
проводятся
метеорологические
наблюдения
за
скоростью, направлением
ветра,
температурой воздуха, состоянием погоды. Основными критериями качества воздуха в
городе являются значения предельно допустимых концентраций (далее - ПДК)
загрязняющих веществ в воздухе населенных мест. Уровень загрязнения атмосферы
оценивается по величине комплексного индекса загрязнения атмосферы (далее - ИЗА),
который рассчитывается по пяти веществам с наибольшими нормированными на ПДК
значениями с учетом их класса опасности.
В атмосферный воздух города Темиртау поступает большое количество различных
вредных веществ. Повсеместно выбрасываются такие вредные вещества, как пыль
(взвешенные вещества), диоксид серы, диоксид и оксид азота, оксид углерода, которые
принято
называть
основными,
а
также
различные
специфические
вещества,
выбрасываемые отдельными производствами, предприятиями, цехами. Специфическими
веществами, содержащимися в воздушном бассейне города Темиртау, являются: фенол,
аммиак, сероводород, сульфаты. Данный перечень был установлен на основе
непосредственных измерений на постах, а также из сведений о составе и характере
выбросов от источников загрязнения в городе.
На данный период наблюдения в городе Темиртау осуществляются на трех
стационарных постах по следующим адресам:
- № 3 - ул. Дмитрова, 212 и Степана Разина - западная часть города;
- № 4 – 6 микрорайон Амангельды/Темиртауская – центральная часть города;
- №5 - 3 «а» микрорайон) - район спасательной станции Самаркандского
водохранилища.
Проводятся измерения концентраций следующих ингредиентов:
- взвешенные вещества;
64
- диоксид серы;
- сульфаты;
- оксид углерода;
- диоксид азота;
- оксид азота;
- сероводород;
- аммиак;
- фенол.
Анализируя современное состояние экологического мониторинга воздушного
бассейна г. Темиртау можно констатировать, что число пунктов отбора проб в общих
требованиях соответствует Руководству [8]. Согласно этому документу на 50 тыс. жителей
рекомендуется иметь один пункт отбора проб. Однако в данном случае мы имеем дело с
городом, где расположен крупнейший в Казахстане металлургический комбинат, химзавод
и ряд других крупных источников выбросов ЗВ. Кроме того, рядом находится другой
крупный промышленный центр – Караганда. При определенных условиях, например, в
зимнее время, влияние выбросов ЗВ предприятиями Караганды может заметно
сказываться на качестве воздуха в Темиртау. В то же время со стороны Караганды, т. е. в
восточной части Темиртау, поста нет. Нет поста по отбору проб воздуха и в центре
Темиртау. Что же касается имеющихся постов, то они расположены удачно. Увеличение
числа постов до пяти позволило бы успешно отслеживать долгопериодную динамику
концентраций ЗВ, включая оценку влияния близлежащих к Темиртау источников выбросов
ЗВ. Отслеживать локальные загрязнения в городе такая сеть не сможет [1,2,4,16,17,18].
Схема расположения постов по отбору проб воздуха в г. Темиртау приведена на
рисунке 2.7.
65
Рисунок 2.7 - Схема расположения постов по отбору проб воздуха в г. Темиртау.
При расчете зон рассеяния ЗВ для привязки результатов расчетов по моделям к
реальным условиям необходимы данные по более густой сети. Обычно пункты
измерений располагают через два или пять км на площади города и прилегающей
территории. В нашем конкретном случае это площадь 25*25 км. Сеть должна быть
оснащена
автоматическими
датчиками
и
осуществлять
учащенные
измерения
концентраций основных ЗВ. От такой сети потребуется информация только сезонного
характера и для разных направлений ветра. Затем она может быть свернута.
Существующая сегодня сеть пунктов отбора проб воздуха и химическая
лаборатория,
ведущая
анализ
этих
проб,
полностью
оснащены
необходимым
оборудованием в соответствии с тем же Руководством [8]. Однако методика отбора проб и
их анализ таковы, что они не могут быть интегрированы в оперативную сеть по контролю
за состоянием воздушного бассейна города. Для этого потребуется оснащение пунктов
автоматическими датчиками, осуществляющими прямые измерения конкретного ЗВ.
66
Густота такой сети будет определена после построения полей рассеяния ЗВ для Темиртау и
анализа данных учащенной сети измерений.
2.4 Оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха
Уровень загрязнения атмосферы оценивается по величине комплексного индекса
загрязнения атмосферы (далее - ИЗА), в соответствии с таблицей 2.8 [8].
Таблица 2.8 – Значения индекса загрязнения атмосферного воздуха
№ пп
Значения индекса загрязнения атмосферного воздуха (ИЗА)
Уровень загрязнения
1
От 5 до 6
Повышенный
2
От 7 до 13
Высокий
3
От 14 и выше
Очень высокий
Ниже приведены данные индекса загрязнения атмосферы (ИЗА5) в г. Темиртау за
период с января 2006 по ноябрь 2010 гг., в соответствии с (рис. 2.8 – 2.11).
67
ИЗА за 2006-2010гг
14
12
10
2006
2007
2008
8
2009
2010
6
4
2
бр
ь
ка
Де
ь
оя
бр
ь
Н
О
кт
яб
р
яб
рь
ст
ен
т
С
Ав
гу
ль
ю
И
нь
ю
И
М
ай
ль
т
М
ар
Ап
ре
ь
ра
л
Ф
ев
Я
нв
а
рь
0
Рисунок 2.8 – Показания ИЗА за 2006-2010 гг.
Можно видеть, что уровень загрязнения воздуха в городе высокий, а в отдельные
месяцы – очень высокий. Индекс загрязнения в среднем многолетнем близок к 8, но
может достигать 13. Максимум загрязнения в годовом ходе приходится на осень и вторую
половину зимнего периода. Такой ход ИЗА обусловлен годовым ходом ветра, минимум
скоростей которого приходится на осень, а в начале зимнего периода его скорости
заметно увеличиваются (см. рис.2.3). На рисунке 2.9 представлен годовой ход ИЗА за
2010 г. Осенний максимум концентраций здесь выражен особенно хорошо.
ИЗА за 2010г
14
12
10
8
6
4
2
68
Де
ка
бр
ь
Но
яб
рь
яб
рь
О
кт
бр
ь
Се
нт
я
гу
ст
Ав
ль
Ию
нь
Ию
ай
М
ь
Ап
ре
л
ар
т
М
ев
ра
ль
Ф
Ян
в
ар
ь
0
Рисунок 2.9 - Годовой ход ИЗА за 2010 г.
2 квартал 2010г
Взвешенные
16%
Аммиак
24%
Оксид углерода
10%
Диоксид азота
10%
Фенол
40%
Рисунок 2.10 – Содержание примесей в атмосферном воздухе, определяющих индекс
загрязнения атмосферы г. Темиртау за 2 квартал 2010 г.
4 квартал 2010г
Аммиак
12%
Взвешенные
17%
Оксид углерода
4%
Диоксид азота
5%
Фенол
62%
Рисунок 2.11 – Содержание примесей в атмосферном воздухе, определяющих индекс
загрязнения атмосферы г. Темиртау за 4 квартал 2010 г.
69
Анализ представленных диаграмм показывает, что максимальный вклад в уровень
загрязнения атмосферного воздуха города Темиртау за последние пять лет вносят фенол и
аммиак.
2.5 Обоснование количественного и качественного состава сети постов отбора проб,
оборудования и приборов для ведения экологического мониторинга воздушного
бассейна
Существующая сегодня сеть пунктов отбора проб воздуха и химическая
лаборатория,
ведущая
анализ
этих
проб,
полностью
оснащены
необходимым
оборудованием в соответствии с Руководством [8]. Однако методика отбора проб и их
анализ таковы, что они не могут быть интегрированы в оперативную сеть по контролю за
состоянием воздушного бассейна города. Для этого потребуется оснащение пунктов
автоматическими датчиками, осуществляющими прямые измерения конкретного ЗВ.
Густота такой сети будет определена после построения полей рассеяния ЗВ для
Темиртау и анализа данных учащенной сети измерений.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проанализировав современное состояние экологического мониторинга атмосферы,
изучив качественные и количественные характеристики загрязнения атмосферного
воздуха и оценив перспективу и необходимые мероприятия по организации на базе
существующей - оперативной сети экологического мониторинга в городах УстьКаменогорск и Темиртау, можно констатировать следующее:
70
По Усть-Каменогорску
1. По состоянию сети экологического мониторинга:
- существующая на сегодня сеть экологического мониторинга состоит из пяти постов
отбора проб и по минимуму соответствует формальным требованиям нормативных
документов и позволяет отслеживать долгопериодные и усредненные колебания уровня
концентраций ЗВ в городе. Перечень измеряемых ЗВ достаточно широк, качество
исходных (первичных) данных хорошее, наблюдения ведутся в 7, 13 и 19 ч местного
времени;
- вместе с тем существующая сеть мониторинга
не позволяет отслеживать
короткопериодные колебания концентраций, а также локальные области загрязнения, как
результат особых местных условий, залповых выбросов и пр. Для отслеживания
короткопериодных
колебаний
необходимы
более
частые
наблюдения,
включая
наблюдения в выходные дни, а для улавливания локальных возмущений необходима
более густая сеть;
- в силу принятой методологии наблюдений нынешняя сеть, не может быть
задействована в какую бы то ни было оперативную систему отслеживания экологической
ситуации в городе, поскольку пробы отбираются вручную, только три раза в сутки, а затем
требуется время на анализ проб в хим. лаборатории.
2. По количественным и качественным характеристикам загрязнения:
- уровень загрязнения воздушного бассейна г. Усть-Каменогорска достаточно
высокий, в течение всего года (ИЗА более 7-9). К тому же, имеются некорректные
вычисления ИЗА (неучет бенз(а)пирена), что занижает величины ИЗА;
- основными загрязняющими веществами являются пыль (преимущественно в
холодный период), бенз(а)пирен - круглый год, а также двуокись серы, формальдегид,
фенол. При этом превышение его максимально разовых концентраций имеет место в 40 %
наблюдений;
71
- имеется выраженный годовой ход для большинства ЗВ. Так, максимальные
концентрации пыли, бенз(а)пирена и двуокиси серы имеют место в холодный период
(зимой), а максимум концентраций формальдегида – в теплый период. Концентрации при
этом изменяются в два и более раз;
- наблюдается сильная зависимость концентраций ЗВ от метеоусловий. Вместе с тем
имеются ситуации, когда годовой ход концентраций трудно объяснить метеоусловиями
из-за отсутствия важнейших характеристик этих условий, а также недостаточной густоты
сети (например, 2009 год).
3. По предварительному научному обоснованию густоты сети, оборудования для
оперативного экологического мониторинга:
- для успешного постоянного контроля за концентрациями ЗВ в воздушном бассейне
города сеть существующих постов необходимо расширить. Прежде всего, необходимы
посты в районах Аблакетки, Прапорщиково, выше Согры, чтобы отслеживать обмен
загрязняющими веществами между соседними промышленными районами. Нужен также
пост на полпути в Согре, чтобы понять особенности обмена выбросами ЗВ между Согрой и
городом. В самом городе не ведутся наблюдения в части города, простирающейся вдоль
Иртыша. Прежде всего необходим пост в районе «старой» телемачты, а также в 1.5-2.0 км
северо-западнее и юго-восточнее. Общее число постов должно составлять 15-20.
-
необходима
установка
станции
акустического
или
радиоакустического
зондирования нижнего слоя атмосферы. Это существенно облегчило бы анализ динамики
ЗВ и прогноз НМУ для города;
- на период расчета зон рассеяния ЗВ для привязки результатов расчетов по
моделям к реальным условиям необходимы данные по более густой сети. В нашем
конкретном случае это площадь 25*25 км с пространственным разрешением 5 км, но
желательно 2 км. Сеть должна быть оснащена
автоматическими датчиками и
осуществлять учащенные измерения концентраций основных ЗВ. От такой временной сети
потребуется информация только сезонного характера и для разных направлений ветра.
72
Затем она может быть свернута. Конечно, сохранение такой сети на будущее тоже можно
было бы только приветствовать.
По Темиртау
1. По состоянию сети экологического мониторинга:
- нынешняя сеть экологического мониторинга воздушного бассейна г. Темиртау
состоит из трех постов, на которых осуществляется отбор проб воздуха в 7, 13 и 19 ч
местного времени. Можно констатировать, что число пунктов отбора проб формально
соответствует общим рекомендациям нормативных документов;
- имеющиеся посты расположены удачно, однако эта сеть не в состоянии
отслеживать короткопериодные изменения концентраций ЗВ по территории, а также
влияние выбросов предприятий, расположенных вне города. Так, при определенных
условиях, например, в зимнее время, влияние выбросов ЗВ предприятиями Караганды
может заметно сказываться на качестве воздуха в Темиртау;
- нынешняя сеть мониторинга не может быть задействована в какую бы то ни было
оперативную систему отслеживания экологической ситуации в городе из-за низкой
временной дискретности и долгой процедуры обработки проб.
2. По количественным и качественным характеристикам загрязнения:
- анализ представленных диаграмм показывает, что максимальный вклад в уровень
загрязнения атмосферного воздуха города Темиртау за последние пять лет вносят фенол
(40-45 %) и аммиак (25-30 %), а также взвешенные вещества (пыль) (20 %) и оксиды азота
(8-10 %). Индекс загрязнения атмосферы (ИЗА) в среднем многолетнем близок к 9,
достигая иногда 11-12 и никогда не опускаясь ниже 7. Наблюдается определенный
годовой ход ИЗА с максимумом в осенне-зимний период. Проблема загрязнения
атмосферного воздуха для города, следовательно, актуальна.
3. По предварительному научному обоснованию густоты сети, оборудования для
оперативного экологического мониторинга:
73
- необходимо расширение базовой сети. Очевидно, необходимы пост со стороны
Караганды, т. е. в восточной части Темиртау, а также пост в центре города, для
отслеживания локальных загрязнений в городе требуется более густая сеть;
- для того чтобы создать оперативную сеть, потребуется оснащение пунктов (число
пунктов не менее 10) автоматическими датчиками, осуществляющими прямые измерения
конкретного ЗВ. Дискретность наблюдений автоматических постов должна быть 1 ч с
возможностью ее изменять и при наличии возможности получать необходимые данные по
запросу;
- необходимо открытие в Темиртау метеорологической станции, работающей по
первому разряду, с придачей ей и сети экологического мониторинга воздушного бассейна
города.
74
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Берлянд М.Е. Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы. Л.:
Гидрометеоиздат, 1985. – 272 с.
2.
Берлянд М.Е. Современные проблемы атмосферной диффузии и загрязнения
атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. – 448 с.
3.
Естественные и антропогенные аэрозоли // Материалы международной
конференции 29.09-04.10.1997 г., С.Пб, 1998. – 570 с.
4.
Защита атмосферы от промышленных загрязнений. Справочник в двух частях.
Под ред. С. Калверта и Г.М. Инглунда. М.: изд-во «Металлург», 1988.
5.
Методы и средства контроля загрязнения атмосферы и промышленных
выбросов и их применение // Труды II Всесоюзной конференции. Л.:
Гидрометеоиздат, 1988. – 301 с.
6.
Климат Казахстана. Под ред. А.С. Утешева. Л.: Гидрометеоиздат, 1979. – 367 с.
7.
Научно-прикладной справочник по климату СССР. Часть 1-6, вып. 1.
8.
Руководство по контролю загрязнения атмосферы РД 52.04.186-89, 1991. –
693 с.
9.
Санитарно-эпидемиологические правила по атмосферному воздуху. СанПиН
№ 629 от 18.08.2004.
10.
Сборник законодательных нормативных и методических документов для
экспертизы воздухоохранных мероприятий. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. – 319
с.
11.
Чередниченко А.В. и др. Комплексный учет влияния метеорологических
условий на рассеяние примесей в атмосфере через изменение концентраций
трассерного ингредиента // Гидрометеорология и экология, 1997, вып. 5. –
с. 73-84.
12.
Чередниченко А.В. Основные источники выбросов и уровень загрязнения
воздушного бассейна Казахстанского Алтая // Вестник КазНУ, серия
экологическая, 2002, № 1. – с. 13-24.
75
13.
Чередниченко А.В. О влиянии выбросов Лениногорской ТЭЦ на окружающую
среду // Вестник КазНУ, серия экологическая, 2002, № 1. – с. 81-87.
14.
Чередниченко А.В. и др. К оценке вклада выбросов отдельно взятого
предприятия
в
приземные
концентрации
вредных
веществ
//
Международная конференция по проблемам изменения климата. Алматы,
1997. - с. 42-44.
15.
Чередниченко А.В. Влияние синоптических условий на поле ветра и
распределение приземных концентраций загрязняющих веществ в УстьКаменогорске // Материалы Международной конференции. Томск, изд-во
ТГУ, 2002. – с. 120-127.
16.
Чередниченко А.В. и др. Особенности распределения примесей SO2, NOx в
воздушном
бассейне
г.
Усть-Каменогорска
в
зависимости
от
метеорологических условий // Гидрометеорлогия и экология, 1997, № 2. – с.
177-191.
17.
Чередниченко А.В. Изменчивость температуры над территорией Восточного
Казахстана // Метеорология и гидрология в Кыргызстане, вып. 2. Бишкек, издво КРСУ, 2002. – с. 31-42.
18.
Чередниченко А.В. Оценка возможных экономических и экологических
последствий изменения климата (на примере Восточного Казахстана) //
метеорология и гидрология, вып. 3. Бишкек, изд-во КРСУ, 2004. – С. 43-56.
76
ПРИЛОЖЕНИЕ А
77
78
79
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
Краткая характеристика рассматриваемых загрязняющих веществ
Данная информация предложена для понимания физических процессов, которые
способны организовывать или поддерживать представленные вещества в атмосфере.
Кроме того, некоторым образом это позволяет узнать происхождение тех или иных
загрязняющих веществ, которые измеряются мониторинговой сетью.
Взвешенные вещества
Вещество, которое обычно называют «взвешенные вещества» (ВВ), включает много
различных компонент. В него входят пыль, зола, сажа, дым, сульфаты, нитраты и другие
твердые составляющие. ВВ образуются в результате сгорания всех видов топлива и при
производственных процессах. В зависимости от состава выбросов они могут быть и
высокотоксичными, и почти безвредными. Они могут иметь как антропогенное, так и
естественное происхождение, например, образовываться в результате почвенной эрозии.
В данных о выбросах все эти вещества отнесены к твердым.
Взвешенные частицы варьируют в размерах, по составу и природе образования.
Воздушные частицы взвешенных веществ больших и малых размеров, включая мелкие
частицы, называемые РМ, представляют собой сложное соединение органических и
неорганических субстанций. Мелкие частицы делятся на РМ10 и РМ2,5 в зависимости от их
размера. Крупные частицы обычно содержат почвенные материалы, пыль от дорог и
выбросы от промышленности. Мелкие частицы содержат больше кислот, а также
сульфаты.
80
Под влиянием метеорологических условий происходит перемешивание всех
составляющих атмосферы, перенос и рассеивание примесей на большие расстояния от
города, вымывание их осадками и осаждение в тумане. Атмосфера, как среда обитания
различных веществ, не является химически инертной. Это особенно важно подчеркнуть.
Непрерывно в ней происходят различные химические процессы, фотохимические
реакции, вызванные поступлением солнечной энергии и изменениями температуры
воздуха. Одни вещества соединяются с другими, создавая новые вторичные вещества,
которые также разлагаются на первичные продукты выбросов или производят новые
вещества. Реакций, происходящих в атмосферном воздухе, множество. В работах на эту
тему перечисляются сотни реакций, но это не дает полную картину. Воздушный бассейн,
как огромный реактор, непрерывно производит одни вещества и возвращает другие.
Важно знать, что изучаемые в настоящее время на сети компоненты загрязнений являются
лишь небольшой частицей того, что находится в атмосфере и производится в ней.
Взвешенные частицы при проникновении в органы дыхания человека приводят к
нарушению системы дыхания и кровообращения. Вдыхаемые твердые частицы влияют как
непосредственно на респираторный тракт, так и на другие органы за счет токсического
воздействия входящих в состав частиц различных компонентов. Люди с хроническими
нарушениями в легких, с сердечно-сосудистыми заболеваниями, с астмой, частыми
простудными заболеваниями, пожилые и дети особенно чувствительны к влиянию мелких
взвешенных частиц диаметром менее 10 микрон (РМ10). Особенно опасно сочетание
высоких концентраций ВВ и диоксида серы.
Пыль и сажа относятся к 3 классу опасности.
ПДК вещества, мг/м3.
Максимальная разовая – 0,150 мг/м3
Среднесуточная – 0,05 мг/м3
Оксиды азота (NOx)
81
Оксиды азота (NOx)– образуются в процессе горения при высокой температуре
путем окисления части азота, находящегося в атмосферном воздухе. Основные источники
выбросов NOx – двигатели внутреннего сгорания, топки промышленных котлов, печи. Под
общей формулой NOx обычно подразумевают сумму NO (оксид азота (II) или монооксид
азота) и NO2 (диоксид азота). Высокая концентрация NO отмечается только вблизи от
источника выбросов и быстро убывает по мере удаления от источника. При сгорании
топлива в автомобилях и в тепловых электростанциях примерно 90 % оксидов азота
образуется в форме монооксида азота. Оставшиеся 10 % приходятся на диоксид азота.
Однако в ходе химических реакций значительная часть NO превращается в NO 2 - гораздо
более опасное соединение.
Оксид азота NO и диоксид азота NO2 в атмосфере встречаются вместе, поэтому чаще
всего оценивают их совместное воздействие на организм человека.
Монооксид азота NO представляет собой бесцветный газ. Он не раздражает
дыхательные пути, и поэтому человек может его не почувствовать. При вдыхании NO, как и
CO, связывается с гемоглобином. При этом образуется нестойкое нитрозосоединение,
которое быстро переходит в метгемоглобин, при этом Fe2+ переходит в Fe3+. Ион Fe3+ не
может обратимо связывать O2 и таким образом выходит из процесса переноса кислорода.
Концентрация метгемоглобина в крови 60-70 % считается летальной. Но такое предельное
значение может возникнуть только в закрытых помещениях, а на открытом воздухе это
невозможно.
По мере удаления от источника выброса все большее количество NO превращается
в NO2 - бурый, обладающий характерным неприятным запахом газ. Диоксид азота сильно
раздражает слизистые оболочки дыхательных путей. Вдыхание ядовитых паров диоксида
азота может привести к серьезному отравлению. Диоксид азота вызывает сенсорные,
функциональные и патологические эффекты. Рассмотрим некоторые из них. К сенсорным
эффектам можно отнести обонятельные и зрительные реакции организма на воздействие
NO2. Даже при малых концентрациях, составляющих всего 0,23 мг/м3, человек ощущает
присутствие этого газа. Эта концентрация является порогом обнаружения диоксида азота.
82
Однако способность организма обнаруживать NO2 пропадает после 10 минут вдыхания, но
при этом ощущается чувство сухости и першения в горле. Хотя и эти признаки исчезают
при продолжительном воздействии газа в концентрации, в 15 раз превышающей порог
обнаружения. Таким образом, NO2 ослабляет обоняние.
Но диоксид азота воздействует не только на обоняние, но и ослабляет ночное
зрение – способность глаза адаптироваться к темноте. Этот эффект же наблюдается при
концентрации 0,14 мг/м3, что, соответственно, ниже порога обнаружения.
Функциональным эффектом, вызываемым диоксидом азота, является повышенное
сопротивление дыхательных путей. Иными словами, NO 2 вызывает увеличение усилий,
затрачиваемых на дыхание. Эта реакция наблюдалась у здоровых людей при
концентрации NO2 всего 0,056 мг/м3, что в четыре раза ниже порога обнаружения. А люди
с хроническими заболеваниями легких испытывают затрудненность дыхания уже при
концентрации 0,038 мг/м3.
Патологические эффекты проявляются в том, что NO2 делает человека более
восприимчивым к патогенам, вызывающим болезни дыхательных путей. У людей,
подвергшихся воздействию высоких концентраций диоксида азота, чаще наблюдаются
катар верхних дыхательных путей, бронхиты, круп и воспаление легких. Кроме того,
диоксид азота сам по себе может стать причиной заболеваний дыхательных путей.
Попадая в организм человека, NO2 при контакте с влагой образует азотистую и азотную
кислоты, которые разъедают стенки альвеол легких. При этом стенки альвеол и
кровеносных капилляров становятся настолько проницаемыми, что пропускают сыворотку
крови в полость легких. В этой жидкости растворяется вдыхаемый воздух, образуя пену,
препятствующую дальнейшему газообмену. Возникает отек легких, который зачастую
ведет к летальному исходу. Длительное воздействие оксидов азота вызывает расширение
клеток в корешках бронхов (тонких разветвлениях воздушных путей альвеол), ухудшение
сопротивляемости легких к бактериям, а также расширение альвеол. Некоторые
исследователи считают, что в районах с высоким содержанием в атмосфере диоксида
азота наблюдается повышенная смертность от сердечных и раковых заболеваний.
83
Люди, страдающие хроническими заболеваниями дыхательных путей (эмфиземой
легких, астмой) и сердечно-сосудистыми болезнями, могут быть более чувствительны к
прямым воздействиям NO2. У них легче развиваются осложнения (например, воспаление
легких) при кратковременных респираторных инфекциях.
Оксид азота относится к 3 классу опасности.
ПДК вещества, мг/м3.
Максимальная разовая – 0,4 мг/м3
Среднесуточная – 0,06 мг/м3
Диоксид серы
Диоксид серы (SO2) – бесцветный газ с острым запахом. На его долю приходится до
95 % от общего объема сернистых соединений, поступающих в атмосферу от
антропогенных источников. До 70 % выбросов SO2 образуется при сжигании угля, мазута –
порядка 15 %.
К природным (естественным) источникам диоксида серы относят вулканы, лесные
пожары, морская пена и микробиологические превращения серосодержащих соединений.
Выделяющийся в атмосферу диоксид серы может связываться известью, в результате чего
в воздухе поддерживается его постоянная концентрация около 1 млн-1.
Диоксид серы антропогенного происхождения образуется при сгорании угля и
нефти, в металлургических производствах, при переработке содержащих серу руд
(сульфиды), при различных химических технологических процессах. Большая часть
антропогенных выбросов диоксида серы (около 87 %) связана с энергетикой и
металлургической промышленностью. Общее количество антропогенного диоксида серы,
выбрасываемое за год превышает его естественное образование в 20-30 раз.
84
Время пребывания диоксида серы в атмосфере в среднем исчисляется двумя
неделями. Этого времени мало для того, чтобы газ мог распространиться в глобальном
масштабе. Поэтому, в соседних географических районах, где осуществляются как большие,
так и умеренные выбросы диоксида серы, в атмосфере может наблюдаться большое
различие концентраций диоксида серы.
Легкорастворимый в воде, образующий кислоту газ, может разноситься мощными
потоками воздуха на сотни километров (до 1500 км). При этом в облаках идет реакция
образования кислот и возможно выпадение кислотных дождей.
Во время переноса диоксида серы и другие кислотные выбросы лишь в очень малой
степени теряют свою активность. Нейтрализация происходит только в том случае, если в
воздухе одновременно с диоксидом серы находится пыль, содержащая гидроксиды
щелочных и щелочноземельных элементов. Атмосфера очищается, главным образом, при
вымывании кислых газов водой и снегом, а также при их «сухом» осаждении, т. е. в виде
самого газа или адсорбированного на мельчайших частицах пыли. Кроме того, диоксид
серы растворяется в мельчайших капельках тумана, которые после осаждения также
относят к сухой части загрязнений.
Сухая часть загрязнений обычно выпадает либо в непосредственной близости от
источника выбросов, либо на незначительном удалении от него. При длительном
переносе воздухом в основном выпадает связанная водой часть выбросов.
В атмосфере диоксид серы претерпевает ряд химических превращений, важнейшие
из них – окисление и образование кислоты.
Окисление может проходить разными путями и в силу разных причин. Например,
УФ-излучение может перевести молекулу диоксида серы в возбужденное состояние, при
длине волны менее 320 нм – в синглетное возбужденное состояние, при длине волны 320390 нм в триплетное. Молекулы диоксида серы, находящиеся в триплетном состоянии,
реагируют с кислородом воздуха и через радикалы SO42- превращаются в молекулы SO3.
Во влажной атмосфере образуется серная кислота.
85
Как диоксид серы, так и НSО3- в несколько промежуточных стадий могут
превратиться в серную кислоту с помощью ионов металлов, которые могут присутствовать
в воздухе, а также в облаках.
Сернистый газ с водой воздуха образует капельки серной кислоты. Растворы серной
кислоты могут долго держаться в воздухе в виде плавающих капелек тумана или выпадать
вместе с дождем на землю. Эти растворы разъедают металлы, краски, синтетические
соединения, ткани, губительно действуют на растения и животных. Попадая на землю,
серная кислота подкисляет почвы. В результате этого сокращается почвенная фауна, что
отрицательно сказывается на урожае.
Класс опасности вещества – 3. При повышенной концентрации пыли токсическое
действие диоксида серы проявляется значительно сильнее, чем в воздухе, свободном от
пыли. Комбинация диоксида серы с оксидами азота значительно увеличивает число
заболеваний дыхательных путей.
При среднесуточной концентрации сернистого газа 0,1-0,2 мг/м3 у населения
наблюдается обострение заболеваний верхних дыхательных путей. Резкое увеличение
числа случаев заболеваемости бронхитами у людей старше 55 лет отмечается на
следующий день после повышения среднесуточной концентрации сернистого газа до 0,7
мг/м3.
Повышение уровня загрязнения сернистым газом вызывает либо хроническое, либо
острое кратковременное поражение листьев растений, что приводит к замедлению роста
зеленой
массы
и
снижению
урожайности.
Разрушается
хлорофилл
растений,
повреждаются листья и хвоя. Пораженные участки приобретают бронзовую окраску. На
листьях также появляются бледные пятна, которые затем приобретают бронзовый цвет,
затем листья опадают. Наиболее чувствительными к диоксиду серы являются хвойные
деревья. Сосна погибает при среднегодовой концентрации сернистого газа 0,18-0,20
мг/м3. Лиственные деревья начинают поражаться при концентрации диоксида серы от 0,5
до 1 мг/м3.
86
Оксиды серы ощутимо ускоряют в городах коррозию металлов - в 1,5-5 раз по
сравнению с сельской местностью. В одном из городов США увеличение концентрации SO 2
в 3 раза сопровождалось увеличением скорости коррозии цинка в 4 раза.
Особенно опасно для растений высокое содержание сернистого газа, например, при
интенсивном освещении и большой относительной влажности воздуха, а также на стадиях
цветения и плодоношения. Хроническое повреждение листьев растений происходит в
результате постепенного накопления в их тканях избыточного количества сульфатов.
Сульфаты также окисляют почву и снижают ее плодородие.
При концентрации диоксида серы 20 – 30 мг/м3 раздражается слизистая оболочка
рта и глаз, во рту возникает неприятный привкус. Весьма чувствительны к SO 2 хвойные
леса. При концентрации SO2 в воздухе 0,23 – 0,32 мг/м3 в результате нарушения
фотосинтеза происходит усыхание хвои в течение 2 – 3 лет. Аналогичные изменения у
лиственных деревьев происходят при концентрациях SO2 0,5 – 1 мг/м3.
Диоксид серы относится к 3 классу опасности.
ПДК вещества, мг/м3.
Максимальная разовая – 0,5 мг/м3
Среднесуточная – 0,05 мг/м3
Фенолы
Фенолы– это производные соединения бензола, они содержат гидроксильную
группу, присоединенную к бензольному кольцу. К группе фенолов относят фенол,
резорцинол, гидрохинон, пирогаллол, пентахлорфенол, бромфенолы, йодфенолы,
катехол, пирокатехол, крезолы.
Фенол ядовит. Вызывает нарушение функций нервной системы. Пыль, пары и
раствор фенола раздражают слизистые оболочки глаз, дыхательных путей, кожу (ПДК
87
5 мг/м³, в водоёмах 0,001 мг/л). Фенол относится к группе веществ 2 класса опасности по
влиянию на здоровье населения.
Попадая в организм, фенол очень быстро всасывается даже через неповрежденные
участки кожи и уже через несколько минут начинает воздействовать на ткани головного
мозга. Сначала возникает кратковременное возбуждение, а потом и паралич дыхательного
центра. Даже при воздействии минимальных доз фенола наблюдается чихание, кашель,
головная боль, головокружение, бледность, тошнота, упадок сил. Тяжелые случаи
отравления характеризуются бессознательным состоянием, синюшностью, затруднением
дыхания, нечувствительностью роговицы, скорым, едва ощутимым пульсом, холодным
потом, нередко судорогами. Зачастую фенол является причиной онкозаболеваний.
Фенол легко абсорбируется через кожу и желудочно-кишечный тракт, а пары
фенола
легко
абсорбируются
через
легкие.
Токсичное
воздействие
фенола
непосредственно связано с концентрацией свободного фенола в крови. Фенол является
общим протоплазматическим ядом и токсичен для всех клеток.
Фенолы относятся к 2 классу опасности.
ПДК вещества, мг/м3.
Максимальная разовая – 0,01 мг/м3
Среднесуточная – 0,003 мг/м3
Формальдегид
Формальдегид или муравьиный альдегид, или метаналь: НСНО. Бесцветный газ с
резким раздражающим запахом. Чистый газообразный формальдегид относительно
стабилен при 80-100 ˚С, при температурах ниже 80 ˚С медленно полимеризуется; процесс
ускоряется в присутствии полярных растворителей (в т. ч. воды), кислот и щелочей.
Формальдегид хорошо растворяется в воде, спиртах и др. полярных растворителях.
При низких температурах смешивается в любых соотношениях с неполярными
88
растворителями: толуолом, диэтиловым эфиром, этилацетатом, СНСl 3 (с увеличением
температуры
растворимость
падает),
не
растворяется
в
петролейном
эфире.
Формальдегид обладает высокой реакционной способностью.
Антропогенные источники включают непосредственные эмиссии при производстве
и
промышленном
использовании
и
вторичные
(окисление
углеводородов,
выбрасываемых стационарными и мобильными источниками).
Фоновые концентрации составляют несколько мкг/м3, в городском воздухе
достигают величин 0,005-0,01 мг/м3. Вблизи промышленных источников – выше.
Кратковременные пиковые концентрации в застроенных городских районах (в часы пик
или в условиях фотохимического смога) примерно на порядок выше.
Атмосфера
промышленных
городов
концентрациями
формальдегида.
Наиболее
характеризуется
высокие
очень
концентрации
высокими
вещества
наблюдаются в городских застройках в часы пик или в условиях фотохимического смога.
Формальдегид – раздражающий газ, обладающий общей ядовитостью. Он
оказывает общетоксическое действие. Вызывает поражение ЦНС, легких, печени, почек,
органов зрения. Возможно кожно-резорбтивное действие. Формальдегид обладает
аллергенным, мутагенным, сенсибилизирующим, канцерогенным действием.
Предполагается, что основным путем поступления формальдегида в организм
является ингаляционный. Курение – дополнительный источник. Поступление с водой –
пренебрежимо мало. Опасен при попадании на кожу, слизистые, при вдыхании.
Формальдегид официально назван канцерогеном.
Основной путь поступления формальдегида в организм – ингаляционный.
Формальдегид относится к 2 классу опасности.
ПДК вещества, мг/м3.
Максимальная разовая – 0,035 мг/м3
Среднесуточная – 0,003 мг/м3
89
ПРИЛОЖЕНИЕ В
Таблица В.1 – Программа наблюдений за состоянием загрязнения атмосферного воздуха г. Усть-Каменогорск за 2005-2011 годы
Годы
2005
Номер поста
№1, №5,№7
Месяцы
декабрь
Примеси
Взвешенные вещества
Сроки наблюдений
01 час, 07 час, 13 час, 19 час
Диоксид серы
Углерода оксид
Азота диоксид
Фенол
Фтористый водород
Хлор
Водород хлористый
Кислота серная
Формальдегид
Мышьяк
2006
№1, №5
январь-декабрь
Взвешенные вещества
90
01 час, 07 час, 13 час, 19 час
Диоксид серы
Углерода оксид
Азота диоксид
Фенол
Фтористый водород
Хлор
Кислота серная
Формальдегид
Мышьяк
№7
январь-декабрь
Взвешенные вещества
Диоксид серы
Углерода оксид
Азота диоксид
Фенол
Фтористый водород
Хлор
Кислота серная
Формальдегид
91
01 час, 07 час, 13 час, 19 час
2007
№1, №5
январь-март
Взвешенные вещества
07 час, 13 час, 19 час
Диоксид серы
Углерода оксид
Азота диоксид
Фенол
Формальдегид
Мышьяк
№1, №5
апрель-декабрь
Взвешенные вещества
01 час, 07 час, 13 час, 19 час
Диоксид серы
Углерода оксид
Азота диоксид
Фенол
Фтористый водород
Хлор
Кислота серная
Формальдегид
Мышьяк
№7
январь-март
Взвешенные вещества
92
07 час, 13 час, 19 час
Диоксид серы
Углерода оксид
Азота диоксид
Фенол
Хлор
Формальдегид
№7
апрель-декабрь
Взвешенные вещества
01 час, 07 час, 13 час, 19 час
Диоксид серы
Углерода оксид
Азота диоксид
Фенол
Фтористый водород
Хлор
Кислота серная
Формальдегид
2008
№1, №5
январь, февраль
Взвешенные вещества
Диоксид серы
Углерода оксид
93
07 час, 13 час, 19 час
Азота диоксид
Фенол
Формальдегид
Мышьяк
№1, №5
март-декабрь
Взвешенные вещества
04 час, 07 час, 13 час, 19 час, 22 час
Углерода оксид
Диоксид серы
01 час, 04 час, 07 час, 10 час, 13 час, 16 час, 19 час, 22 час
Азота диоксид
Фенол
Фтористый водород
Кислота серная
Водород хлористый
01 час, 04 час, 07 час, 13 час, 19 час, 22 час
Формальдегид
07 час, 13 час, 19 час
Мышьяк
№7
январь, февраль
Взвешенные вещества
Диоксид серы
Углерода оксид
Азота диоксид
94
07 час, 13 час, 19 час
Фенол
Хлор
Формальдегид
№7
март-декабрь
Взвешенные вещества
04 час, 07 час, 13 час, 19 час, 22 час
Углерода оксид
Диоксид серы
01 час, 04 час, 07 час, 10 час, 13 час, 16 час, 19 час, 22 час
Азота диоксид
Фенол
Фтористый водород
Кислота серная
Водород хлористый
01 час, 04 час, 07 час, 13 час, 19 час, 22 час
Хлор
07 час, 13 час, 19 час
Формальдегид
2009
№1, №5
январь, декабрь
Взвешенные вещества
Диоксид серы
Углерода оксид
Азота диоксид
Фенол
95
07 час, 13 час, 19 час
Формальдегид
Мышьяк
№1, №5
февраль-ноябрь
Взвешенные вещества
04 час, 07 час, 13 час, 19 час, 22 час
Углерода оксид
Диоксид серы
01 час, 04 час, 07 час, 10 час, 13 час, 16 час, 19 час, 22 час
Азота диоксид
Фенол
Фтористый водород
Кислота серная
Водород хлористый
01 час, 04 час, 07 час, 13 час, 19 час, 22 час
Формальдегид
07 час, 13 час, 19 час
Мышьяк
№7
январь, декабрь
Взвешенные вещества
Диоксид серы
Углерода оксид
Азота диоксид
Фенол
Хлор
96
07 час, 13 час, 19 час
Формальдегид
№7
февраль-ноябрь
Взвешенные вещества
04 час, 07 час, 13 час, 19 час, 22 час
Углерода оксид
Диоксид серы
01 час, 04 час, 07 час, 10 час, 13 час, 16 час, 19 час, 22 час
Азота диоксид
Фенол
Фтористый водород
Кислота серная
Водород хлористый
01 час, 04 час, 07 час, 13 час, 19 час, 22 час
Хлор
07 час, 13 час, 19 час
Формальдегид
2010
№1, №5
январь, февраль
Взвешенные вещества
Диоксид серы
Углерода оксид
Азота диоксид
Фенол
Формальдегид
Мышьяк
97
07 час, 13 час, 19 час
№1, №5
март-ноябрь
Взвешенные вещества
04 час, 07 час, 13 час, 19 час, 22 час
Диоксид серы
01 час, 04 час, 07 час, 13 час, 19 час, 22 час
Углерода оксид
Азота диоксид
Фенол
Фтористый водород
Водород хлористый
Формальдегид
07 час, 13 час, 19 час
Мышьяк
№7
январь, февраль
Взвешенные вещества
07 час, 13 час, 19 час
Диоксид серы
Углерода оксид
Азота диоксид
Фенол
Хлор
Формальдегид
№7
февраль-ноябрь
Взвешенные вещества
04 час, 07 час, 13 час, 19 час, 22 час
Диоксид серы
01 час, 04 час, 07 час, 13 час, 19 час, 22 час
98
Углерода оксид
Азота диоксид
Фенол
Фтористый водород
Водород хлористый
Хлор
07 час, 13 час, 19 час
Формальдегид
2011
№1, №5
январь, февраль
Взвешенные вещества
07 час, 13 час, 19 час
Диоксид серы
Углерода оксид
Азота диоксид
Фенол
Формальдегид
Мышьяк
№7
январь-декабрь
Взвешенные вещества
Диоксид серы
Углерода оксид
Азота диоксид
99
07 час, 13 час, 19 час
Фенол
Хлор
Формальдегид
2005-2011
№8
январь-декабрь
Взвешенные вещества
07 час, 13 час, 19 час
Диоксид серы
Азота диоксид
Хлор
2005-2011
№12
январь-декабрь
Взвешенные вещества
07 час, 13 час, 19 час
Диоксид серы
Азота диоксид
Фенол
Формальдегид
Таблица В.2 – Перечень примесей, периодов и сроков наблюдений, используемых для расчета сезонных характеристик состояния
загрязнения атмосферного воздуха г. Усть-Каменогорск за 2005-2011 годы
Период наблюдений
Номер
поста
Примеси
Сроки наблюдении
100
Примечание
Зима 2005-2006 гг.
№ 1, № 5
Взвешенные вещества
01 час, 07 час, 13 час, 19 час
Диоксид серы
Весна 2006 г.
Углерода оксид
Азота диоксид
Лето 2006 г.
Фенол
Фтористый водород
Осень 2006 г.
Хлор
Кислота серная
Формальдегид
Мышьяк
№7
Взвешенные вещества
01 час, 07 час, 13 час, 19 час
Диоксид серы
Углерода оксид
Азота диоксид
Фенол
Фтористый водород
Хлор
Кислота серная
101
Формальдегид
Зима 2006-2007 гг.
№1, № 5
07 час, 13 час, 19 час
Расчет
характеристик за
зиму за срок в 01
час и для
фтористого
водорода, хлора
и кислоты серной
не проводился
из-за отсутствия
данных в январе
и феврале 2007 г.
07 час, 13 час, 19 час
Расчет
характеристик за
зиму за срок в 01
час и для
фтористого
водорода и
кислоты серной
не проводился
из-за отсутствия
данных в январе
и феврале 2007 г.
01 час, 07 час, 13 час, 19 час
Расчет
характеристик за
весну за срок в
01 час и для
фтористого
Взвешенные вещества
Диоксид серы
Углерода оксид
Азота диоксид
Фенол
Формальдегид
Мышьяк
Зима 2006-2007 гг.
№7
Взвешенные вещества
Диоксид серы
Углерода оксид
Азота диоксид
Фенол
Хлор
Формальдегид
Весна 2007 г.
№ 1, № 5
Взвешенные вещества
Диоксид серы
Углерода оксид
102
водорода, хлора
и кислоты серной
проводился
только за апрель
и май 2007 г. , так
как в марте
данные
отсутствовали.
Азота диоксид
Фенол
Фтористый водород
Хлор
Кислота серная
Формальдегид
Мышьяк
№7
Взвешенные вещества
01 час, 07 час, 13 час, 19 час
Диоксид серы
Углерода оксид
Азота диоксид
Фенол
Фтористый водород
Хлор
Кислота серная
Формальдегид
Лето, , осень 2007 г.
№ 1, № 5
Взвешенные вещества
01 час, 07 час, 13 час, 19 час
103
Расчет
характеристик за
весну за срок в
01 час и для
фтористого
водорода и
кислоты серной
проводился
только за апрель
и май 2007 г. так
как в марте
данные
отсутствовали.
Диоксид серы
Углерода оксид
Азота диоксид
Фенол
Фтористый водород
Хлор
Кислота серная
Формальдегид
Мышьяк
Лето, , осень 2007 г.
№7
Взвешенные вещества
Диоксид серы
01 час, 07 час, 13 час, 19 час
Углерода оксид
Азота диоксид
Фенол
Фтористый водород
Хлор
Кислота серная
Формальдегид
104
Зима 2007-2008 гг.
№1, № 5
Взвешенные вещества
07 час, 13 час, 19 час
Диоксид серы
Углерода оксид
Азота диоксид
Фенол
Формальдегид
Мышьяк
Зима 2007-2008 гг.
№7
Взвешенные вещества
07 час, 13 час, 19 час
Диоксид серы
Углерода оксид
Азота диоксид
Фенол
Хлор
Формальдегид
Весна, лето, осень 2008
г.
№1, №5
Взвешенные вещества
04 час, 07 час, 13 час, 19 час, 22 час
Углерода оксид
Диоксид серы
01 час, 04 час, 07 час, 10 час, 13 час, 16 час, 19
105
Расчет
характеристик за
зиму за срок в 01
час и для
фтористого
водорода, хлора
и кислоты серной
не проводился
из-за отсутствия
данных в январе
и феврале 2008 г.
Расчет
характеристик за
зиму за срок в 01
час и для
фтористого
водорода и
кислоты серной
не проводился
из-за отсутствия
данных в январе
и февраля 2008 г.
Азота диоксид
час, 22 час
Фенол
Фтористый водород
Кислота серная
Водород хлористый
01 час, 04 час, 07 час, 13 час, 19 час, 22 час
Формальдегид
07 час, 13 час, 19 час
Мышьяк
№7
Взвешенные вещества
04 час, 07 час, 13 час, 19 час, 22 час
Углерода оксид
Диоксид серы
Азота диоксид
01 час, 04 час, 07 час, 10 час, 13 час, 16 час, 19
час, 22 час
Фенол
Фтористый водород
Кислота серная
Водород хлористый
01 час, 04 час, 07 час, 13 час, 19 час, 22 час
Хлор
07 час, 13 час, 19 час
Формальдегид
Весна, лето, осень 2009
№7
Взвешенные вещества
04 час, 07 час, 13 час, 19 час, 22 час
106
г.
Углерода оксид
Диоксид серы
Азота диоксид
01 час, 04 час, 07 час, 10 час, 13 час, 16 час, 19
час, 22 час
Фенол
Фтористый водород
Кислота серная
Водород хлористый
01 час, 04 час, 07 час, 13 час, 19 час, 22 час
Хлор
07 час, 13 час, 19 час
Формальдегид
Зима 2009-2010 гг.
№1, №5
Взвешенные вещества
07 час, 13 час, 19 час
Диоксид серы
Углерода оксид
Азота диоксид
Фенол
Формальдегид
Мышьяк
№7
Взвешенные вещества
07 час, 13 час, 19 час
Диоксид серы
107
Углерода оксид
Азота диоксид
Фенол
Хлор
Формальдегид
Весна, лето, осень 2010
г.
№1, №5
Взвешенные вещества
04 час, 07 час, 13 час, 19 час, 22 час
Диоксид серы
01 час, 04 час, 07 час, 13 час, 19 час, 22 час
Углерода оксид
Азота диоксид
Фенол
Фтористый водород
Водород хлористый
Формальдегид
07 час, 13 час, 19 час
Мышьяк
№7
Взвешенные вещества
04 час, 07 час, 13 час, 19 час, 22 час
108
Диоксид серы
01 час, 04 час, 07 час, 13 час, 19 час, 22 час
Углерода оксид
Азота диоксид
Фенол
Фтористый водород
Водород хлористый
Хлор
07 час, 13 час, 19 час
Формальдегид
Зима 2010-2011 гг.
№1, №5
Взвешенные вещества
07 час, 13 час, 19 час
Диоксид серы
Углерода оксид
Азота диоксид
Фенол
Формальдегид
Мышьяк
109
Расчет
характеристик за
зиму в сроки 01
час, 04 час, 22
час и для
фтористого
водорода,
кислоты серной,
хлористого
водорода не
проводился из-за
отсутствия
данных в январе
и феврале 2011 г.
Зима 2010-2011 гг.
№7
Взвешенные вещества
07 час, 13 час, 19 час
Диоксид серы
Углерода оксид
Азота диоксид
Фенол
Хлор
Формальдегид
Зимние, весенние,
№8
летние и осенние сезоны
за 2005-2011 гг.
Взвешенные вещества
07 час, 13 час, 19 час
Диоксид серы
Азота диоксид
Хлор
№12
Взвешенные вещества
07 час, 13 час, 19 час
Диоксид серы
Зимние, весенние,
летние и осенние сезоны
за 2005-2011 гг.
Азота диоксид
Фенол
110
Расчет
характеристик за
зиму в сроки 01
час, 04 час, 22
час и для
фтористого
водорода,
кислоты серной,
хлористого
водорода не
проводился з изза отсутствия в
данных в январе
и феврале 2011 г.
Формальдегид
111
ПРИЛОЖЕНИЕ Г
ИЗА
ВЗ и ЭВЗ
Штиль,%
Кол-во дней с
осадками
Сумма осад-ков
12,
3
-
9,5 8,0 8,0 8,8 7,8 8,8 7,1 6,8 8,6 8,9 7,9
-
-
-
-
-
-
-
-
-
7,8
-
-
56 28 19 13 27 15 20 23 25 38 20 45
8
6,4
9
11
8
2
4
11
7
5
8
11
9
14, 32, 33, 10, 10, 47, 18, 24, 14, 27, 34,
7
1
8
5
6
2
0
9
2
5
8
27
93
274,7
112
12, 10, 10, 10, 10,
8
4
4
2
7
-
-
-
-
-
9,3
-
10, 11,
7
1
2
-
период
Среднее за
10 13 12 14
декабрь
Сумма за
9
ноябрь
4
октябрь
4
сентябрь
9
август
июль
март
13 18
июнь
9
февраль
138
январь
17
май
9
апрель
21
с 1 января по 31 октября 2009 г.
период
8
периодза
Среднее
9
декабрь
Сумма за
6
ноябрь
сентябрь
1
октябрь
август
10
июль
9
июнь
7
май
апрель
26 15
март
Кол-во дней с НМУ
февраль
Месяц
январь
с 1 января по 31 декабря 2008 г.
5
120
9,8 8,2 7,9 7,3
-
-
-
9,6
2
32 27 35 20 11 10 19 33 36 46 27 31
15 12 12 11
9
15 20 10
8
27
13 14 20 159
42, 45, 36, 35, 59, 68, 85, 48, 50, 45, 77, 57, 652,
7
2
6
0
2
9
0
5
9
7
9
период
Таблица Г.1 – Метеорологические характеристики
3
9
Ветер
С
0
0
0
0
11
9
13 12
4
8
2
0
6%
2
0
4
4
8
4
6
4
6
2
0
0
4%
СВ
0
0
0
5
8
5
9
4
6
0
0
0
4%
0
0
0
2
2
0
2
4
2
0
0
0
0%
В
5
2
8
19 20 16 30
6
13 21
4
10
13%
10 12 10 17 14 20 11 15 14 10
2
5
13%
ЮВ
44 48 30 26
4
9
5
20 23 27 34 29
22%
27 21 17 20 27 32 32 35 37 28 55 50
33%
Ю
10 20 11 13
6
5
4
8
4
12 28
3
11%
6
6
6
10
2
2
6%
ЮЗ
14 12 16 12 14 11
5
14
8
10 11 21
11%
17 21 15 13 14 12 21 11
6
15
9
5
13%
15
4
9
10
6
11
З
22
5
27 23 29 20 21 22 33 12 15 34
22%
21 28 38 26 13 14 11 15 16 25 24 27
21%
СЗ
5
13
8
11%
17
10%
2
8
25 13 14
9
10
6
3
3
12
9
12 12
6
10 13 10
8
ПРИЛОЖЕНИЕ Д
Таблица Д.1 концентрации ЗВ по городу Темиртау, ПДК.
Взвеш. в-ва
Диоксид
серы
Углерода
оксид
Азота
диоксид
Азота оксид
Фенол
Аммиак
январь
1,25
0,20
0,44
0,66
0,30
4,32
1,46
февраль
1,36
0,16
0,51
0,53
0,27
3,35
1,53
март
1,20
0,18
0,57
0,54
0,25
2,81
2,06
(2006-2010
гг.)
Средняя за 5
лет
Пост № 5
113
11
апрель
1,33
0,19
0,58
0,59
0,28
2,69
2,0
май
1,32
0,19
0,61
0,67
0,32
2,95
1,80
июнь
1,12
0,21
0,66
0,64
0,29
2,57
1,75
июль
1,22
0,22
0,75
0,78
0,35
3,13
1,85
август
1,39
0,21
0,74
0,76
0,33
3,26
1,72
сентябрь
1,54
0,21
0,56
0,67
0,3
3,54
1,70
октябрь
1,36
0,17
0,61
0,61
0,31
3,45
1,38
ноябрь
1,09
0,25
0,50
0,64
0,31
3,47
1,80
декабрь
1,25
0,16
0,50
0,59
0,32
4,06
1,62
Взвеш. в-ва
Диоксид
серы
Углерода
оксид
Азота
диоксид
Азота оксид
Фенол
Аммиак
2006 г.
1,28
0,21
0,29
0,72
0,31
3,18
2,22
2007 г.
1,31
0,25
0,39
0,94
0,42
2,87
2,20
2008 г.
1,31
0,28
0,65
0,91
0,42
4,22
2,39
2009 г.
1,50
0,13
0,55
0,70
0,27
2,81
1,42
2010 г.
1,52
0,16
0,68
0,91
0,30
3,50
1,51
Среднее
1,38
0,21
0,51
0,84
0,35
3,32
1,95
Средняя за год
Пост № 4
114
Взвеш. в-ва
Диоксид
серы
Углерода
оксид
Азота
диоксид
Азота оксид
Фенол
Аммиак
2006 г.
1,32
0,20
0,36
0,60
0,28
3,33
1,88
2007 г.
1,31
0,23
0,45
0,76
0,35
3,11
1,97
2008 г.
1,23
0,26
0,82
0,82
0,36
4,06
2,10
2009 г.
1,27
0,14
0,59
0,53
0,27
2,73
1,28
2010 г.
1,30
0,14
0,70
0,50
0,25
3,26
1,38
Среднее
1,29
0,19
0,59
0,64
0,30
3,30
1,72
Средняя за год
Пост № 5
115