УДК 550 - ИППЭ НАН Украины

ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2013, Випуск 16
УДК 504.064.36
В.Ю. ЗИНЧЕНКО, студент Сумского государственного университета; г. Сумы,
Украина
В.В. ФАЛЬКО, канд. техн. наук, ведущий специалист Сумского государственного университета; г. Сумы, Украина
Н.А. ЕМЕЦ, канд. техн. наук, заведующий отделом экологического нормирования Института проблем природопользования и экологии НАН Украины, Днепропетровск,
Украина.
ОСОБЕННОСТИ ОЦЕНКИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО РИСКА ДЛЯ ЗДОРОВЬЯ
ЧЕЛОВЕКА ОТ ГРУППЫ СТАЦИОНАРНЫХ ИСТОЧНИКОВ
ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
Приведены особенности оценки экологического риска для человека от группы точечных источников выбросов загрязняющих веществ. Они учитывают влияние изменения
опасной скорости и направление ветра для точечных источников выбросов при вхождении их в группу.
Ключевые слова: экологический риск, группа точечных источников, выбросы в атмосферу, математическая модель, оценка, особенности.
Введение
В проектах строительства (реконструкции) предприятий, зданий и сооружений
ставится задача прогнозной оценки экологического риска, в частности, от действующих
на этих объектах источников выбросов за-
грязнений в атмосферу. Однако, нормативная методика такой оценки в настоящее время отсутствует, что делает актуальным исследования в этой области
Анализ публикаций
В отличие от одиночного источника [1],
для которого риск определяется для
наихудших условий [2], включая опасную
скорость ветра u м , при рассмотрении группы точечных источников каждый і-тый источник i  1, nui будет иметь свою опасную
пы источников, при которой риск наибольший, будет отлична от величин u м і . Кроме
этого меняется опасное значение угла 
направления ветра и влияние изменений его
на концентрации j-ых ЗВ ввиду того, что
каждый источник имеет свои координаты,
отличные от других.
скорость u м і , в общем случае отличную от
других [2]. Опасную скорость u м ср для груп-
Цель статьи
В соответствии с изложеным возникает
точника при вхождении его в группу источнеобходимость корректировки результатов,
ников. Это послужило целью настоящей
полученных для одиночного точечного исстатьи.
Постановка задачи
Экологический риск  от загрязнения
атмосферы выбросами штатно функционирующего одиночного точечного источника
определяется как вероятность превышения
хотя бы одной j-ой концентрацией выбрасываемых ЗВ С j , j=1, n1 , своей максимальной
разовой предельно допустимой концентрации (ПДК м pj ) для населенных мест [1]. Он
© Зинченко В.Ю., Фалько В.В.,
Емец Н.А., 2013
272
ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2013, Випуск 16
выражается через известный многомерный

интеграл вероятности [3]:

 ...  f c

12
, c 21 ..., c n1 dc1  dc 2  ...  dc n1 ,
(1)
ПДК мp1 ПДК мрn1
где f – плотность распределения концентраций ЗВ в рассматриваемой точке местности
А.
Считалось, что плотность f подчиняется
нормальному закону с числовыми характеристиками, полученными путем применения
метода линеаризации [3] к известной детерминированной зависимости концентраций
С j , j=1, n1 ЗВ от проектных параметров ис-
от вида j-тых загрязняющих веществ, и общее число их;
корреляционные моменты K jp и коэффициенты корреляции r jp между концентрациями
j-го и р-го загрязняющих веществ:
C j C p

  2k ;
k
q1 1  k
q
K jp  
точника и характеристик внешней среды
 kj ,  k [1]. Эти величины рассматривались
r jp 
ниями  kj ,  k , k  1, q .
Тогда числовые характеристики многомерной плотности распределения будут
определятся по формулам [1]:
 математические ожидания
x muji  pi x mji ,
u
(2)
 среднеквадратические отклонения:
где
C j
 kj
,
C j
k
i  1, nuc ,
(5)
u mi
, а величина x mji соответствует оди-
влияние на концентрации загрязняющих веществ расстояния xuiA от i-го источника по
оси факела до точки А, в которой определяется риск  . Изменение опасного угла 
вызывает изменение координат точки А в
ветровой системе координат. Эти изменения
влияют на опасные значения C *j (2) и произ-
грешности определения C j концентрации;
2
(4)
ночному точечному источнику [2].
Это приводит к изменению зависимости
коэффициента S1 ji [1, 2], определяющего
ства (2) определяется в соответствии с [2] с
учетом фоновой концентрации Cфj и по-
q
 C j

 C j

 j   
 kj    
 k  ,
k 1   kj

 q1 1   k
.
где p i - безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения
где концентрация C j в правой части равен-
q1
 j  p
В соответствии с [2] при скорости ветра
u, отличной от опасной u mi меняется расстояние от і-того источника выброса по оси факела , при котором концентрация от отдельного источника достигает максимального
значения. Изменение определяется по формуле
как независимые случайные величины (первичные возмущающие факторы) с известными предположительно нормально распределенными плотностями, характеризующимися математическими ожиданиями (м.о.)
*kj , *k и среднеквадратическими отклоне-
C *j  C j (1* j , *2 j ,..., *q ) ,
K jp
2
(3)
водные, входящие в (3), (4). В свою очередь
изменяются зависимости, определяющие
числовые характеристики (2) - (4) и величину  (1).
В соответствии с этим в задаче необходимо получить и ввести эти изменения при
оценке экологического риска для человека
от группы точечных источников выбросов.
- частные производные кон-
центраций по случайным аргументам  kj ,
 k , q1 , q - соответственно число первичных возмущающих факторов  kj , зависящих
273
ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2013, Випуск 16
Метод решения
Анализ зависимостей концентраций C j и
C ji
производных C j , C j , полученных для
 kj
k
 kji
C фj

C ji
C ji
 1.
kji
;  kji  M ji , A, ,
(7)
источника, определяемое по (2) без учета
фоновой концентрации Cф* j и погрешности
C ji .
3. По коэффициенту F ji , учитывающему
скорость оседания ЗВ в атмосферном воздухе
мг/м3 и погрешности С ji , мг/м3 j-го ЗВ для
С ji
C1 ji
где C1 ji - м. о. концентрации j-го ЗВ от i-го
одиночного точечного источника [1], дает
возможность представить производные
C ji
, C ji
для i-го источника, вхоki
kji
дящего в группу, в следующем обобщенном
виде:
C фj ,
1. По фоновой концентрации
i-го источника

 1
1 S1uji x muji  ,
 C1 ji 





F ji
 F ji S1uji x muji F ji 
C ji
(6)
Здесь величины S1uji
2. По секундной массе M ji , г/с, выбра-
x muji
(8)
и S1uji в зависи-
мости от диапазона изменения своих аргуA
сываемой i- м источником j-го ЗВ; коэффиментов luji  xui
и F ji приведены в таблице
xmuji
циенту А, зависящему от температурной
1.
стратификации атмосферы; коэффициенту
 , учитывающему влияние рельефа местности
Таблица 1 – Частные производные S1uji
и величины S1uji
x muji
l uji
S1uji
F ji
S1uji
x muji
1
2
l uji  1
3
2
2
- 12 lui luji  1
Все значения
2
0,23 S1uji  luji
8  luji  100
Fji  1,5
S
1,5  Fji  3
2
1uji
2
1uji
S
F ji  1,5
1,5  Fji  3
Величина производной xmuji
x muji
F ji

3luji4  8luji3  6luji2
x muji
1  luji  8
l uji >100
4
d i H i pi ,
4
F ji

x muji
2
 3,58  120luji

1,13
2
0,13l uji
1
luji
2
uji
 35,2luji  120
x muji
3,58l
xmuji
1
2
0,1luji
 2,47luji  17,8
 luji  0,2luji  2,47 
7  S1uji
143,26
3  x muji
l uji3
7  S1uji
37,8
3  x muji
l uji3
7
7
где коэффициент d i для каждого i-го источника определяется в соответствии с [2].
Величина координаты xuiA , м определяется
по формуле:
(10)
xuiA  ( x A  xi )  cos    y A  yi   sin  ,
равна
(9)
274
ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2013, Випуск 16
где x A , y A - координаты в метрах точки А, в
которой оценивается величина риска, в земной системе координат; x i , yi - координаты в
метрах i-го источника в земной системе координат;  - направление вектора скорости в
радианах, отсчитываемое от направления на
Север против часовой стрелки.
C ji
1
 C1 ji a 
ki
mi
ki

4. По скорости woi , м/c, выброса газовоздушной смеси (ГВС) из устья; диаметру D i ,
м, устья и высоте H i  10 м трубы i -го источника; температурам ГВС Tгi , 0 C и наружно0
го воздуха Tв , C ( ki  woi , Di , H i , Tгi , Tв ).
mi g it 1


ni
t 1, 2
it ki
 g
ni g it


t 3 , 4
it ki
 g
umi g it
1 ri
1 S1uji






ri umi t 1,3, 4 g it ki S1uji xmuji
(11)
4
5  F ji
 2
pi u mi g it
d g 
  xmji


 pi
 H i  i  it }

4
t 1 g
ki 
 t 1, 3, 4 u mi g it ki
it
Здесь параметры g it определяются по[2]:
w2 D
; g i 2  f ei  8001,3 woi Di
g i1  f i  1000 2 0i i

Hi
H i Tгi  Tв 

3
 ;


1
 D 2
3
w D
/
 0,65 i woi Tгi  Tв  ; g i 4  vmi
 1,3 0i i .
4
Hi


g i 3  v mi
(12)
В соответствии с [2] величина расстояния x mji равна:
x mji 
Производные S1uji
x muji
, mi
g it
5  F ji
4
, g it
di  H i .
, ni
 ki
(13)
g it
, ri
u mi
, u mi
g it
, d i
g it
, входящее в (11), в
зависимости от своих аргументов нетрудно получить из зависимостей, приведенных в (2). В виду
большого объема в данной статье они не приводятся. Для каждого из рассмотренных возмущающих факторов ki коэффициенты a ki соответственно равны:
a w0 i  
1
1
1
; aD   2 ; aH   2 ; a  
; 
.
i
T
Tв
3w0i
3Di
Hi
3Tгi  Tв 
3Tг  Tв 
i
гi
При H i  10 м для всех перечисленных выше возмущающих факторов, кроме H i , последнее
слагаемой в правой части (11) умножается на величину 0,125( H i  2 ).
Для производной по Hi при 2  H i  10 м сомножитель перед квадратной скобкой в последнем
слагаемом (11) принимает вид:
S 
1 
S  1  ( H i  2) 1uji ,
H  1uji
8  S1uji 
xmuji 
(15)
где [2]:
S1Huji  0,125(10 H i)  0,125( H i  2)  S1uji .
275
(16)
ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2013, Випуск 16
При Hi < 2 м принимается Hi = 2м [2].
5. По координатам x A , y A точки А, xi , yi - i-х источников и направлению ветра  (в ветровой системе координат):
6.
C ji C ji xuiA C ji yuiA
(17)




, z= 1,5 ,
 z
xuiA  z yuiA  z
где 1  x A ,  2  y A ,  3  xi ,  4  yi ,  5   .
Производные, входящие в правую часть (17), имеют вид:
5.1. По координате xuiA :
C ji
x
A
ui
 1 S1uji
1 S2ui  .
 C1 ji 
 A 
 A
S

 1uji xui S2uji xui 
(18)
Зависимость производных S1uji от своих аргументов luji  xui
A
x
xui
Таблица 2 - Частные производные
luji
и Fji приведена в таблице 2.
muji
S1uji
xuiA
S1uji
F ji
l uji  1
1  luji  8
xuiA
1
12  luji  xmuji
(luji  1) 2
все значения
8  luji  100
luji  100
1
 0,23  S12uji  luji  xmuji
F ji  1,5
1
S1uji  xmuji
(120  luji  3,58)
1,5  F ji  3
1
S12uji  xmuji
(0,2  luji  2,47)
F ji  1,5
 7  S1uji ( xuiA ) 1
3
7

 S ( x A ) 1
3 1uji ui
1,5  F ji  3
Примечание. Величины S1uji определяются по таблице 1.
Производная S 2ui
xuiA
и коэффициент S 2ui определяются по формулам:
если скорость ветра u  5 м/с.
3
S2ui
t
t


 20S2ui2  yi A 1  5,24  yi  10,24  t yi2  36,08  t 3yi  ,
A
u
xui 
xui


(19)

S 2ui  1  5  t yi  12,8  t yi2  17  t 3yi  45,1  t yi4 ,
(20)
2
yA
t yi  u  ui A  .
 xui 
A
Координата yui определяется по формуле:
где
(21)
y uiA  x A  xi   sin    y A  y i   cos  ; (22)
если скорость ветра u  5 м/с, то в (19) - (21) принять u=5 м/с.
5.2 По координате y uiA :
 если скорость ветра u  5 м/с.
C jk
y
A
ui
 4  C1 ji  ( S 2ui )

1
2

t yi
y uiA
5  25,6  t
276
yi
 51  t yi2  180,4  t 3yi

(23)
ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2013, Випуск 16
 если скорость ветра u  5 м/с, то в (23) принять u=5 м/с.
5.3 По координатам  z :
yuiA
x A
y A x A
  ui   ui  ui  sin  ,
x A
y A
xi
yi
(24)
xuiA
y A
x A y A
  ui   ui  ui  cos  ,
x A
y A
xi
yi
(25)
xuiA
 ( x A xi )  sin   ( y A  y i )  cos  ,

yuiA
 ( xA  xii )  cos   ( y A  yi )  sin .

(26)
(27)
Выводы
Получено уточнение математической модели в задаче оценки экологического риска
для точечных источников выбросов ЗВ в
атмосферу при вхождении их в группу источников. Результаты рекомендуется использовать в проектах строительства (рекон-
струкции) предприятий, зданий, сооружений.
Дальнейшие исследования должны быть
направлены на разработку алгоритма и программы для ЭВМ решения задачи.
Перечень ссылок
1. Фалько В.В. К вопросу оценки экологического риска для человека в проектах строительства предприятий / В.В. Фалько // Вісник Сумського державного університету. – 2006. –
№12(96). – С. 171 – 180.
2. ОНД – 86. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся выбросах предприятий. – Л.: Гидрометеоиздат, 1987 – 94 с.
3. Вентцель Е.С. Теория вероятностей: Учеб. для ВУЗов. – 6-е изд. стер. – М.: Высш. шк. –
576 с.
Стаття надійшла до редколегії 30.05.2013 р. російською мовою
Стаття рекомендована членом редколегії канд. техн. наук П.І. Копачем
В.Ю. ЗІНЧЕНКО*, В.В. ФАЛЬКО*, М.А. ЄМЕЦЬ**
*Сумський державний університет, м. Суми, Україна
**Інститут проблем природокористування і екології НАН України,
м. Дніпропетровськ, Україна
ОСОБЛИВОСТІ ОЦІНКИ ЕКОЛОГІЧНОГО РИЗИКУ ДЛЯ ЗДОРОВ’Я ЛЮДИНИ ВІД ГРУПИ СТАЦІОНАРНИХ ДЖЕРЕЛ ЗАБРУДНЕННЯ АТМОСФЕРНОГО ПОВІТРЯ
Наведені особливості оцінки екологічного ризику для людини від групи точкових джерел викидів забруднюючих речовин. Вони враховують вплив змін небезпечної швидкості
та напрямку вітру для точкових джерел викидів при входженні їх до групи.
Ключові слова: екологічний ризик, група точених джерел, викиди до атмосфери, математична модель, оцінка, особливості.
277
ЕКОЛОГІЯ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ, 2013, Випуск 16
V.YU. ZINCHENKO*, V.V. FALKO *, N.A. YEMETS**
* Sumy state university, Sumy, Ukraine
**Institute for Nature Management Problems and Ecology of National Academy
of Sciences of Ukraine, Dnipropetrovsk, Ukraine
THE FEATURES OF RATING OF ECOLOGICAL RISK FOR MAN HEALTH
FROM GROUP OF STATIONARY SOURCES OF POLLUTION OF
ATMOSPHERIC AIR
The features of a rating of ecological risk for the man from group of local sources of
emissions of polluting substances are given. They are influence of change of dangerous speed
and direction of a wind for local sources of emissions at entry them in the group.
Keywords: ecological risk, group of local sources, emissions in an atmosphere,
mathematical model, rating, feature.
278