ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА РОССИИ ПО ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИИ И МОНИТОРИНГУ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

ГЛАВНАЯ ГЕОФИЗИЧЕСКАЯ ОБСЕРВАТОРИЯ им. А. И. ВОЕЙКОВА

СИСТЕМА ПРОГНОЗА И ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ВЫСОКИХ УРОВНЕЙ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУХА В ГОРОДАХ

Санкт-Петербург Г идрометеоиздат 2004

Исполнители:

д-р геогр. наук проф. Л. Р. Сонькин (научный руководитель), канд. геогр. наук В. В. Лапиков (ответственный исполнитель), каяд. техн. наук В. Д. Николаев (ответственный исполнитель), канд. геогр. наук М. В. Волкодаева, канд. геогр. наук Т. П. Ивлева, В. И. Кириллова, В. Н. Кашерцев.

В пособии изложены основные положения разработанной системы прогноза и предотвращения высоких уровней загрязнения воздуха, формирующихся в периоды неблагоприятных метеорологических условий (НМУ). Разработка и внедрение такой системы направлены на повышение эффективности работ по предупреждению опасных уровней загрязнения воздуха, на достижение реального улучшения состояния воздушного бассейна городов за счет предотвращения наиболее опасных случаев.

В систему входит адресное метеорологическое обслуживание потребителей с передачей предупреждений для тех источников выбросов, которые в конкретной ситуации определяют опасное увеличение содержания вредных веществ в воздухе. В ней предусмотрено составление прогнозов специально для экстремально высоких (катастрофических) уровней загрязнения воздуха по городу в целом и в его отдельных районах. Изложены условия передачи предупреждений трех степеней опасности, которым соответствуют три режима мероприятий в периоды НМУ аа предприятиях и на автотрассах. Предложены критерии, позволяющие установить число режимов работ для предприятий, отдельных источников выбросов и автотрасс. Рассмотрены вопросы организации работ и взаимодействия различных ведомств и учреждений в периоды НМУ, а также вопроси учета НМУ при разработке проектов предельно допустимых выбросов (ПДВ).

Пособие предназначено для использования п подразделениях Росгидромета, Министерства природных ресурсов, в организациях и ведомствах, занимающихся вопросами защиты атмосферы от загрязнения.

Substantive provisions of the developed system of (he forecast and the prevention of high levels of the air pollution formed during unfavorable meteorological conditions (UMC) are presented. The development and the introduction of such system are directed on increase of the works efficiency on the warning of the air pollution dangerous levels on achievement of real improvement of a condition of air pool of the cities due lo prevention of the most dangerous cases.

The system includes address meteorological service of the consumers with transfer of the warnings for those sources of the emissions which in the concrete situation determine dangerous increase in concentrations of the harmful substances in the air. The special drawings up of the forecasts of the extremely higs levels of the air pollution are provided.

The condition of the warnings transfer qf the three danger degrees to which there correspond the three modes of the actions during the UMC periods at the enterprises and on the streets are stated. The criteria for an establishment of the quantity under UMC of the operations modes are offered to the enterprises, the separated emissions sources, the highways.

The questions of the works organizations and the interactions of the various departments and the establishment during the UMC periods, and also the account UMC questions are considered by the development of Maximal Permissible Emissions projects.

2.    Установить неблагоприятные направления ветра НБН. При этом учитывают два направления:

1)    направление переноса со стороны источника на жилые кварталы;

2)    направление, при котором имеет место наибольшее на* ложение выбросов ряда источников, в том числе того источника, для которого составляют прогноз.

3.    Определить неблагоприятное положение инверсии. Для мно жества низких источников опасно наличие приземной инверсии. Если источник не является низким, то опасно расположение нижней границы приподнятой инверсии на высоте не более 200 м над источником. С учетом точности прогноза инверсий для источников средней высоты в качестве опасного интервала принимается Н% ^< 250 м, для высоких — if₂ < 500 м.

4.    Туман и дымку принимают в качестве элемента комплекса НМУ для любого источника выбросов.

5.    Высокий уровень загрязнения воздуха по городу в целом (Р > 0,30 или Р > 0,35 в зависимости от статистического распределения Р) также принимают как элемент комплекса НМУ для любого источника. Следует, однако, иметь в виду, что при НМУ для высоких источников (особенно с горячими выбросами) боль-шие значения Р маловероятны.

С учетом указанных положений составляют комплексы НМУ для отдельных групп источников (см. табл. 1.1).

Основные положения метода прогноза загрязнения воздуха, создаваемого отдельными источниками выбросов, приведены в работах [7, 9].

Усовершенствование метода коснулось главным образом двух положений:

—    первое связано с уточнением групп источников и соответствующих им комплексов НМУ, с установлением новых групп, охватом всех без исключения источников выбросов, влияющих на уровень загрязнения воздуха в городе, а также на территории предприятий;

—    второе связано с установлением числа режимов работ на предприятиях и отдельных источниках выбросок в периоды действия предупреждений (в периоды НМУ).

Прогноз приведенных в табл. J 1 комплексов НМУ является основанием для составления предупреждений трех степеней опасности. Чтобы полностью охватить все особенности загрязнения воздуха отдельными источниками выбросов на территории города, табл. 1.1 дополнена следующими данными. В целом среди источников выбросов выделено шесть групп (см. табл. 1.1), но

оказалось необходимым рассмотреть две группы низких источников.

В отдельную группу выделены низкие источники из группы VI, которые характеризуются большими значениями U_M. Комплексы НМУ в данном случае отличаются от комплексов для других низких источников.

К другой группе низких источников отнесены источники группы V, с которыми связаны небольшие значения Х_м (10—100 м). Эти низкие источники разделены на три подгруппы:

1)    подгруппа Va — источники, расположенные среди жилых кварталов. Наиболее неблагоприятна для них застойная ситуация (штиль и приземная инверсия);

2)    подгруппа V6 — низкие источники на территории предприятий, которые при наступлении НМУ определяют формирование большого содержания примесей в воздухе жилых кварталов только при определенных направлениях ветра;

3)    подгруппа Ve — низкие источники, создающие большое содержание примесей (существенно превышающее ПДК) на территории предприятий, но мало влияющие на воздушный бассейн города. Предупреждения для таких источников связаны с защитой здоровья работников предприятий. Как и в случае Va, для подгруппы Ve наиболее неблагоприятна застойная ситуация.

Отдельно рассматриваются источники выбросов, расположенные на большом расстоянии от жилых кварталов (10—15 км и более). Комплексы НМУ в данном случае в первую очередь включают в себя направление ветра и приподнятую инверсию. Для этих источников уменьшается, хотя и сохраняется, влияние скорости ветра. В связи с этим уточняется разделение источников на группы (об этом подробнее указано в разделе 5).

Автотранспорт в принципе отнесен к V группе источников. Однако здесь добавлен новый элемент комплекса НМУ — направление ветра вдоль трассы с отклонением от направления трассы не более 30°. Автотрассы города дополнительно делят на группы в зависимости от интенсивности движения в соответствии с необходимым числом степеней опасности предупреждений.

2. СОСТАВЛЕНИЕ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЙ.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА ИХ СТЕПЕНЕЙ ОПАСНОСТИ И РЕЖИМОВ РАБОТ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ В ПЕРИОДЫ НМУ

В соответствии с действующими руководящими документами [6, 13] в настоящее время составляются предупреждения трех степеней опасности, которым соответствуют три режима работ на предприятиях в периоды НМУ:

1)    предупреждения 1-й степени составляют примерно для 10 % случаев. Соответствующие мероприятия не влияют на производство и не требуют существенных затрат;

2)    предупреждения 2-й степени опасности составляют примерно в 2 % случаев. Мероприятия по защите атмосферы в периоды действия таких предупреждений требуют определенных усилий однако, как правило, не приводят к сокращению производства;

3)    предупреждения 3-й степени опасности составляют менее чем в 1 % случаев. Мероприятия при этом могут быть самыми серьезными, вплоть до остановки производства.

Главным основанием для составления предупреждений различной степени опасности являются метеорологические условия. Степень опасности предупреждений для группы отдельных источников определяют по табл. 1.1.

При прогнозировании загрязнения воздуха по городу в целом основанием для составления предупреждений является ожидаемое значение интегрального показателя загрязнения воздуха. Его градации устанавливают с учетом указанной повторяемости предупреждений каждой степени опасности.

Если в качестве показателя использован параметр Р, то в большинстве городов степень опасности составляемых предупреждений зависит от его ожидаемых значений:

—    при 0,50 > Р > 0,35 составляют предупреждение 1-й степени опасности;

—    при Р > 0,50 составляют предупреждение 2-й степени опасности;

—    предупреждение 3-й степени опасности составляют, если после передачи предупреждения 2-й степени сохраняется высокий уровень загрязнения воздуха и ожидается сохранение НМУ.

Учет только значений интегрального показателя загрязнения воздуха в городе и НМУ недостаточен для составления предупреждений, особенно 2-й и 3-й степеней опасности.

Другим необходимым условием составления предупреждений является формирование большого содержания вредных веществ

в воздухе. Как бы не были неблагоприятны метеоусловия, нет необходимости составлять предупреждения 3-й или 2-й степени опасности, если в данном городе уровень загрязнения воздуха низок и опасное содержание загрязняющих веществ не отмечается.

В соответствии с РД 52.04.306—92 [13] предупреждения всех трех степеней опасности составляют только в тех городах, где по данным за последние 2 года максимальная концентрация хотя бы одной из примесей (д_м) превышает 5 ПДК:

—    при 3 ПДК < q_M < 5 ПДК составляют предупреждения 1-й и 2-й степеней опасности,

—    при ПДК < q_M < 3 ПДК составляют предупреждения только 1-й степени опасности.

Если для города рассчитаны поля концентраций примесей в воздухе С, создаваемые за счет выбросов основных источников (такие поля рассчитывают при составлении сводных томов ПДВ), то наибольшие значения расчетной концентрации на территории города С_и учитывают, устанавливая число степеней опасности предупреждений. При этом следует иметь в виду, что С относится к НМУ нормального типа, и ее наибольшие значения С_н должны быть меньше в 2,0—2,5 раза.

В ряде случаев поле С рассчитывают для примесей, концентрацию которых не измеряют.

Предупреждения различных степеней опасности предлагается составлять в зависимости от значений С_н на территории города:

—    если С_н > 2 ПДК, то составляют предупреждения всех трех степеней опасности;

—    если 2 ПДК £ С_н > ПДК, то составляют предупреждения двух степеней;

—    если ПДК > С_н > 0,3 ПДК, то составляют предупреждения одной степени.

В то же время не на всех предприятиях, а также не на всех производствах и отдельных источниках выбросов на данном предприятии следует выполнять мероприятия в соответствии со степенью опасности предупреждения. Следует учитывать Ьлслад того или иного источника выбросов в создание уровня загрязнения воздуха в городе и устанавливать число режимов работ в периоды НМУ для отдельных источников, групп источников и предприятий. С этой целью для каждого источника учитывают значения С_м, а в случае если жилые кварталы расположены на расстоянии больше Х_м от источника выбросов — учитывают С„_х.

На предприятии (или на отдельном источнике выбросов) работы по различным режимам в зависимости от степени опаснос-

ти предупреждений в периоды НМУ при соблюдении указанных в данном разделе условий проводят в следующих случаях:

—    по всем трем режимам (при наличии предупреждений всех трех степеней опасности) проводят только тогда, когда С_м или С^х превышают ПДК,

—    по двум режимам (при наличии предупреждений двух степеней опасности) — если С_м или С_м* превышают 0,3 ПДК.

Условия, по которым устанавливают число режимов работ для конкретных предприятий и отдельных источников выбросов, приведены в табл. 2.1.

Когда в городе имеются данные о q_M и С, то две или три степени опасности предупреждений устанавливают, если критерии, указанные в табл. 2.1, удовлетворяют хотя бы одной из этих характеристик.

Таким образом, если в городе объявляется предупреждение 3-й степени опасности, то, во-первых, работы по III режиму в периоды НМУ проводят только на тех предприятиях и на тех источниках выбросов, с которыми связано значение С_м > ПДК или (в случае, когда расстояние между жилыми кварталами и источником выбросов больше, чем Х_м) С_мх > ПДК. Кроме того, мероприятия по регулированию выбросов проводят только на тех источниках, которые входят в соответствующую группу.

Изложенные положения позволяют предварительно установить число режимов работ в периоды НМУ для каждого источника выбросов, расположенного на территории предприятия. Такую работу проводят непосредственно на каждом предприятии.

При отсутствии расчетных значений С_м (С_мх) число режимов работ на предприятии устанавливают по имеющимся данным об источниках выбросов.

Для тех отдельных источников, которые значительно загрязняют воздушный бассейн, при решении вопроса о необходимости

Таблица 2.1 Число степеней опасности предупреждений и режимов работ при НМУ для отдельных источников выбросов вредных веществ в атмосферу

Число степеней опасности п ре дуп р еж ден и й (режимов работ) Ян См (Ому) 1 3 ПДК 2qM> ПДК ПДК>С„>0,ЗПДК Независимо 2 5 ПДК £ Vm > 3 ДДК 2 ПДК > Си > ПДК С* £ 0,3 ПДК С„х > 0,3 ПДК 3 ?м*кс ** 5 ПДК Сн > 2 ПДК Сн > ПДК Снх > ПДК

установить два или три режима работ при наличии данных специально рассчитывают С_м и С_мХ по формулам ОНД—86 [5].

Чтобы оптимально организовать работы по защите атмосферы в периоды НМУ для условий промышленного города, задачу установления числа режимов работ дополнительно решают в общем виде. С этой целью число указанных режимов определяют для выделенных групп источников отдельно для каждой примеси. Основой для этого является установленное число режимов для каждого источника соответствующей группы с учетом выбрасываемой примеси [17]. Результаты такой разработки, выполненной по материалам г. Уфа, приведены в табл. 2.2.

Данные, приведенные в табл. 2.2, позволяют сделать практические выводы, которые можно непосредственно использовать в оперативной практике прогнозов.

Для случая г. Уфа можно сформулировать следующие рекомендации:

1) на источниках выбросов I и II групп (высоких источниках), за исключением тех, которые выбрасывают в атмосферу диоксид серы, мероприятия в периоды действия предупреждений проводят только по 1 режиму, независимо от степени небла-гоприятности метеорологических условий;

Таблица 2.2 Число степеней опасности предупреждений для выделенных групп источников и отдельных примесей

Примесь Группа источников 1 П П1 IV V VI Пыль 1 _ 1 2 3 2 Диоксид серы 2 — 3 3 3 1 Диоксид азота 1 1 2 1 3 1 Аммиак — — 1 3 3 2 Сероводород 1 — 1 — 3 — Фенол 1 — 1 3 3 2 Углеводороды 1 1 1 1 3 3 Толуол — — 1 2 3 1 Ксилол — — 1 2 3 3 Ацетон — — 1 3 3 3 Изол рол и лбе и зол — 1 — — 3 1 Псрхлорэтилен — — — 2 2 — Этилацетат — — 1 2 3 1 Бутиловый спирт — — 1 2 3 3 Едкий натр — — — 3 3 1 Хлороформ — — — — 3 — Марганец — — — 1 3 —

2)    на источниках выбросов III группы (средней высоты с горячими выбросами), не выбрасывающих в атмосферу диоксиды серы и азота, мероприятия в периоды НМУ проводят только по I режиму;

3)    на источниках IV группы (средней высоты с холодными выбросами), выбрасывающих различные, в том числе специфические, примеси (за исключением диоксида азота, углеводородов и марганца), мероприятия в периоды НМУ проводят по трем или двум режимам;

4)    на низких источниках, выбрасывающих в атмосферу раз-личные примеси, мероприятия в периоды НМУ в основном проводят по всем трем режимам.

Предварительное установление числа режимов работ в периоды НМУ для отдельных предприятий и производств, а также для отдельных источников позволяет более четко и направленно разрабатывать планы мероприятий по регулированию выбросов и выполнять их на практике в периоды действия предупреждений.

3. ЗАЩИТА АТМОСФЕРЫ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ, СОЗДАВАЕМОГО ВЫБРОСАМИ АВТОТРАНСПОРТА В ПЕРИОДЫ НМУ

Защита атмосферы от загрязнения выбросами автотранспорта приобретает в настоящее время огромное значение. В ряде городов эта проблема является главной в обеспечении чистоты воздушного бассейна, что связано со всевозрастающим вкладом выбросов автотранспорта в создание уровня загрязнения воздуха. Выбросы автотранспорта являются рассредоточенными и поступают в атмосферу на малой высоте. Именно они дают наибольший вклад в создание уровня загрязнения приземного слоя воздуха.

Согласно данным официальных источников, около половины выбросов в атмосферу на территории города поступает от автотранспорта. Однако следует отметить то обстоятельство, что в большинстве городов РФ до сих пор не инвентаризированы выбросы индивидуального автотранспорта, численность которого бурно растет. Так, например, если в 1985 г. в Санкт-Петербурге было менее 200 тыс. индивидуальных автомашин, то в 2002 г. их стало в 6 раз больше — порядка 1,2 млн.

В таких крупных городах, как Москва, Санкт-Петербург, Воронеж, Калининград, Краснодар, Ростов-на-Дону, Смоленск, Астрахань, Тамбов, Новороссийск, Белгород, Екатеринбург и др., где выбросы индивидуального автотранспорта инвентаризированы, установлено, что доля выбросов автотранспорта в суммарных выбросах достигает 80 % и более.

Разработанные и используемые на сети Росгидромета методы прогноза загрязнения воздуха уже в настоящее время можно использовать в системе работ по защите воздушного бассейна от выбросов автотранспорта в периоды НМУ. Поэтому, учитывая исключительную практическую важность данного вопроса, следует повсеместно обеспечить составление предупреждений для автотранспорта и реальное выполнение мероприятий по предотвращению опасного увеличения содержания вредных веществ в воздухе.

В то же время некоторые случаи опасного загрязнения воздуха за счет таких выбросов предсказать невозможно. Это в первую очередь касается тех случаев, когда значительный рост содержания вредных веществ отмечается на отдельных улицах при относительно невысоком уровне загрязнения воздуха по городу в целом [15].

Эффективность работ можно существенно увеличить при детализации прогнозов и предупреждений с учетом вклада выбросов автомашин на конкретных улицах в создание уровня загрязнения воздуха. Детализация касается как прогнозов по городу в целом, так и прогнозов для отдельных магистралей и групп магистралей.

3.1. Прогноз по городу в целом

Для прогноза по городу в целом разрабатывают прогностические схемы для тех примесей, которые содержатся в выбросах автомашин. Такие схемы можно использовать в дополнение к проводящимся в настоящее время работам по прогнозу загрязнения воздуха в городе. Их следует применять для специализированного обслуживания автотранспорта, при этом обнаруживаются создаваемые выбросами автомашин опасные уровни загрязнения воздуха, не прослеживающиеся в случае общего прогнозирования.

Наиболее целесообразно разрабатывать схемы прогноза параметра Р (или другого интегрального показателя), относящегося к диоксиду азота (NO2). Данные по N0₂ наиболее надежны, концентрацию этой примеси, как правило, измеряют на всех постах, расположенных на территории города.

Можно использовать и схемы, составленные по данным о концентрациях оксида углерода (СО) в воздухе.

В ряде случаев целесообразно разрабатывать схемы прогноза параметра Р, рассчитанного для совокупности двух примесей -N0₂ и СО. В первую очередь это необходимо, когда в городе число измерений концентрации одной примеси в течение дня недостаточно для расчета ежедневных значений Р. В соответствии с РД 52.04.306—92 [13] для расчета требуется, чтобы число измеренных концентраций в течение дня превышало 20.

Если число измерений концентрации N0₂ и СО в течение дня меньше 20, то невозможно разработать статистические схемы прогноза, относящиеся к автотранспорту. В этом случае для обслуживания автотранспорта используется прогноз параметра Р по совокупности примесей, которая включает в себя N0₂ и СО.

Статистические схемы прогноза загрязнения воздуха по городу в целом, создаваемого выбросами автотранспорта, разрабатывают в соответствии с рекомендациями РД 52.04.306—92 [13]. Опыт таких разработок имеется для городов Санкт-Петербург Уфа и др. Эти схемы оказались достаточно эффективными.

Формирование высоких уровней загрязнения воздуха в городе за счет выбросов автотранспорта связано с несколькими факторами:

—    приземными инверсиями при слабом ветре (застоем воздуха);

—    слабым ветром, направленным вдоль автотрасс (с отклонением от направления трассы не более 30°);

—    туманами;

—    высоким уровнем загрязнения воздуха по городу в целом.

НМУ для разных улиц близки, а их различия можно связать

только с направлением ветра, причем этот фактор в большинстве случаев не является решающим. Поэтому, разделяя автотрассы на группы, учитывают только загрязнение воздуха, которое свя-вано с выбросами автомашин на той или иной улице.

В соответствии с положениями руководящих документов предупреждения трех степеней опасности передают потребителям, если в заданном городе измеренные максимальные концентрации примесей в воздухе q_H > 5 ПДК. Но при этом, если задачу решают для автотранспорта, то предупреждения различных степеней опасности относятся только к улицам с наиболее напряженным движением автомашин и зависят от q_M:

—    при <7_М £ 5 ПДК передают предупреждения трех степеней опасности;

—    при 5 ПДК > q_MZ 3 ПДК передают предупреждения двух степеней.

При наличии измерений указанные значения q_H являются основанием для разделения автрасс на группы. Однако измерения невозможно проводить на каждой улице и на всех их участках. Поэтому на основе выполненных исследований автотрассы разделены на группы с учетом только интенсивности движения и ширины улиц:

—    к 1-й группе относятся трассы, на которых интенсивность движения превышает 2500 автомобилей в час (а/ч) независимо от ширины, а также трассы, на которых интенсивность более 1500 а/ч при ширине улицы менее 25 м. На таких магистралях возможность формирования опасных концентраций примесей в воздухе наиболее велика;

—    ко 2-й группе относятся трассы с интенсивностью движения 1500—2500 а/ч при ширине более 25 м и с интенсивностью движения 500—1500 а/ч при ширине менее 25 м;

—    к 3-й группе относятся все остальные трассы. На трассах 3-й группы концентрации примесей в воздухе, создаваемые автотранспортом, сравнительно малы.

ВВЕДЕНИЕ

В течение ряда лет в ГГО, в других НИИ Росгидромета, а также во многих УГМС решалась задача прогноза загрязнения воздуха и предупреждения о возможном формировании его высоких уровней. Составлены методические документы для практического использования полученных результатов [6, 7, 13]. Широко внедрены разработанные прогностические положения.

В практике прогнозирования загрязнения воздуха имеются определенные достижения. В настоящее время работы проводятся в 235 городах РФ, а предупреждения передаются более чем на 5000 предприятий.

Оправдываемость прогнозов высоких уровней загрязнения воздуха, с которыми связано составление предупреждений, превышает 90 % . В течение 2002 г. всего по стране составлено более 6000 предупреждений, из которых 89 — о загрязнении воздуха третьей степени опасности, требующей наиболее серьезных мер по предотвращению возможного опасного скопления вредных веществ в воздухе.

Из УГМС поступает информация о том, что в ряде случаев увеличение уровня загрязнения приземного слоя воздуха предотвращено за счет мер, принятых в периоды действия предупреждений.

Можно назвать следующие шесть условий, определяющих успешность работ по прогнозированию загрязнения воздуха:

1)    учет физического процесса распространения примесей в атмосфере;

2)    введение интегральных показателей загрязнения воздуха в городе;

3)    использование статистических методов, позволяющих при разработке схем прогноза учитывать зависимость загрязнения юз духа от метеорологических факторов в том виде, в каком она реально проявляется в каждом конкретном городе;

4)    учет в схемах прогноза инерционного фактора, который сильно влияет на формирование уровня загрязнения воздуха в городе;

5)    установление количественного синоптического предиктора, значимость которого больше значимости любого метеорологического предиктора;

6)    учет местных локальных особенностей, благодаря тому что разработки схем прогноза проводятся по материалам каждого конкретного города.

В настоящее время ставится задача значительно повысить эффективность работ, чтобы реально улучшить состояние воз-

При таком разделении составляют следующие предупреждения:

—    для улиц 1-й группы следует составлять предупреждения трех степеней опасности,

—    для улиц 2-й группы — двух степеней,

—    для улиц 3-й группы — одной степени.

Для выделенных групп различна частота составления предупреждений. В проекте методических указаний [6J (см. раздел 12) предложено увеличить в городах и районах с наиболее высоким уровнем загрязнения воздуха частоту передачи предупреждений 1-й степени опасности в среднем с 10 до 25 %, 2-й степени — с 2 до 5 %, 3-й степени — до 2 %. Это положение рекомендуется использовать применительно к наиболее напряженным автотрассам, в зоне которых создаются концентрации вредных веществ, значительно превышающие Г1ДК.

При установлении комплексов НМ У необходимо учитывать, что автомагистраль представляет собой отдельный низкий линейный источник выбросов вредных веществ в атмосферу. Выбросы автомашин создают высокий уровень загрязнения воздуха непосредственно на улице и в зоне шириной 10—50 м, прилегающей непосредственно к проезжей части. С удалением от магистрали концентрации примесей в воздухе убывают, а на расстоянии 100 м и более вклад данной автомагистрали становится не существенным.

Следует отметить, что большие концентрации примесей на данной улице могут создаваться и при относительно низком загрязнении воздуха по городу в целом. Наряду с этим необходимо учитывать, что выбросы автомобилей на многих магистралях перемешиваются и участвуют в создании фонового загрязнения воздуха на территории города.

Комплексы НМУ, на которых основано составление предупреждений различных степеней опасности для групп автотрасс приведены в табл. 3.1.

В табл. 3.1 высокий уровень загрязнения воздуха характеризуется значением Р > 0,35, а экстремально высокий — значением Р > 0,5. Указанные значения Р приняты для многих городов они наиболее характерны как критерии.

Если в дополнение к указанным комплексам ожидается туман, то степень опасности предупреждения увеличивается на 1

Сочетанием указанных положений и определяется необходимость составлять предупреждения одной из трех степеней опасности для автотрасс 1-й группы, одной из двух степеней — для автотрасс 2-й группы, одной степени — для автотрасс 3-й группы

душного бассейна за счет прогноза и предотвращения высоких уровней загрязнения воздуха.

Очевидно, что проблему защиты атмосферы от загрязнения в периоды неблагоприятных метеорологических условий (НМУ) нельзя решить только на основе метеорологических прогнозов и предупреждений о возможном возникновении опасных условий. Необходима совместная деятельность ряда предприятий, организаций и учреждений, которая позволит обеспечить следующее:

—    оперативное поступление предупреждений к потребителям,

—    разработку и осуществление мероприятий по временному сокращению выбросов в периоды НМУ,

—    контроль выполнения этих мероприятий.

В этой связи оказалась необходимой комплексная система прогноза и предотвращения высоких уровней загрязнения воздуха, которую в первую очередь следует основывать на имеющихся результатах научной и практической деятельности. Однако для ее эффективной работы дополнительно необходимы специальные исследования, касающиеся решения ряда задач.

1. К таким задачам в первую очередь относится адресное составление прогнозов и предупреждений. При этом важно учитывать то обстоятельство, что НМУ различаются для разных источников.

В подразделениях Росгидромета в настоящее время составляют два вида прогнозов загрязнения воздуха:

1)    по городу в целом, когда прогнозы главным образом относятся к многочисленным низким источникам, рассредоточенным по территории города;

2)    для отдельных источников, когда метод прогноза загрязнения воздуха охватывает все типы источников, при этом учитываются особенности распространения выбросов в атмосфере.

Чтобы детализировать метод прогноза загрязнения воздуха для отдельных источников и повысить его эффективность, выполняется следующее:

—    в первую очередь подробно рассматриваются характеристики многочисленных низких источников;

—    отдельно выделяется такой источник загрязнения, как автотранспорт;

—    специально учитываются особенности загрязнения воздуха в жилых кварталах при расположении источников выбросов далеко за пределами города (на 10—15 км и более),

—    учитывается ряд других особенностей (наложение выбросов, микрометеорологический режим и др.).

На основе этих данных все источники выбросов разделяются на группы, каждой из которых соответствует определенный комплекс НМУ.

В результате реализации такого подхода предупреждения составляются только для тех источников выбросов, которые в данной конкретной метеорологической ситуации определяют опасный рост содержания вредных веществ в воздухе.

2.    Следующая задача, повышающая эффективность работы комплексной системы прогноза и предотвращения высоких уровней загрязнения воздуха — определение степени участия каждого предприятия и каждого отдельного производства в работах но регулированию выбросов в периоды действия предупреждений.

В системе Росгидромета составляют предупреждения трех степеней опасности, которым соответствуют три режима работ на предприятиях в периоды НМУ. Однако не ко всем источникам выбросов относятся все три степени опасности предупреждений и соответственно мероприятия по всем трем режимам работ.

Число режимов определяется вкладом каждого предприятия и каждого отдельного источника выбросов в создание уровня загрязнения воздуха в городе. В данном пособии даны рекомендации для определения числа необходимых режимов работ.

Комплексы НМУ для групп источников выбросов и число режимов работ в периоды НМУ устанавливают, используя данные о параметрах выбросов источников и их расчетных характеристиках. В то же время отсутствие таких данных в полном объеме не должно быть препятствием для составления предупреждений и выполнения работ по защите атмосферы от загрязнения в периоды НМУ.

В разделе 6 данного пособия впервые рассмотрены вопросы прогнозирования опасных уровней загрязнения воздуха, которые могут формироваться непосредственно на территории предприятий и оказывать вредное воздействие на здоровье работников. Получены и приведены некоторые прогностические рекомендации.

3.    Очень важная научная задача, решить которую необходимо для создания разрабатываемой системы, — надежный прогноз редко встречающихся случаев катастрофического загрязнения воздуха (КЗВ), с которыми связаны наиболее опасные последствия для здоровья людей и состояния окружающей среды. Потребовался специальный анализ метеорологических условий и синоптических ситуаций, приводящих к формированию опасных случаев. Результаты такого анализа являются основой для составления схем прогноза КЗВ.

Необходимая эффективность работ по защите атмосферы от загрязнения в периоды НМУ зависит от их организации и взаимодействия различных ведомств и учреждений, участвующих в этих работах. Успех работ в значительной степени определяется четкостью их организации, в том числе следующим:

—    составлением предупреждений,

—    способами их передачи потребителям,

—    разработкой мероприятий по регулированию выбросов,

—    их реальным выполнением на предприятиях,

—    контролем над выполнением мероприятий и оценкой их эффективности.

Данный вопрос также изложен в разделе 10 настоящего пособия.

Разработки выполнены по материалам многих городов РФ и республик бывшего СССР. По данным г. Уфа и других городов Республики Башкортостан, а также городов Магнитогорск, Череповец, Энгельс и Волгоград проанализированы параметры выбросов вредных веществ в атмосферу на предприятиях. На этом основании источники выбросов разделены на группы, а также установлены комплексы НМУ. Учтены ежегодные обобщения состояния работ по прогнозированию загрязнения воздуха в городах РФ.

В общем виде мероприятия по защите населения в периоды НМУ и порядок взаимодействия различных организаций в эти периоды изложены в следующих документах:

—    в статье 19 Федерального закона «Об охране атмосферного воздуха», принятого 4 мая 1999 г.;

—    в Положении постановления Правительства РФ от 28 ноября 2002 г. № 847 «О порядке ограничения, приостановления или прекращения выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух и вредных физических воздействий на атмосферный воздух» (приложение 1).

СПИСОК ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ

КЗВ — катастрофическое загрязнение воздуха

НБН — неблагоприятное направление ветра

НМУ — неблагоприятные метеорологические условия

ПДВ — предельно допустимый выброс

ПДК — предельно допустимая концентрация

УГМС — управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды

ЭВУЗВ — экстремально высокий уровень загрязнения воздуха С_н — максимальная расчетная концентрация примеси в воздухе за счет выбросов заданного источника

С их — максимальная расчетная концентрация примеси в воздухе на расстоянии X от источника

С_н — наибольшая расчетная концентрация примеси в воздухе, создаваемая на территории города за счет выбросов многих источников II — геометрическая высота источника II2 — высота нижней границы приподнятой инверсии Р — интегральный показатель загрязнения воздуха по городу в целом

Р'— значение параметра Р в предыдущий день (на момент составления прогноза)

q — измеренная концентрация примеси в воздухе

</_м — измеренная максимальная концентрация примеси в воздухе

Т — температура выходящих газов

U_M — опасная скорость ветра, относящаяся к расстоянию Х_м от источника

U_HX — опасная скорость ветра, относящаяся к расстоянию X от источника

Х_н — расстояние от источника, к которому относится С_м

1. СОСТАВЛЕНИЕ ПРОГНОЗОВ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУХА ДЛЯ ОТДЕЛЬНЫХ ИСТОЧНИКОВ ВЫБРОСОВ. РАЗДЕЛЕНИЕ ИСТОЧНИКОВ НА ГРУППЫ И УСТАНОВЛЕНИЕ КОМПЛЕКСОВ НМУ

Прогнозы загрязнения воздуха для отдельных источником выбросов составляются с учетом заранее установленных комплексов НМУ, которые различаются для разных источников. Для каждого источника характерны свойственные ему комплексы НМУ.

Чтобы составить прогноз загрязнения воздуха, создаваемого отдельными источниками выбросов на территории города, необходимо разделить все источники на такие группы, для которых комплексы НМУ примерно одинаковы. Прогноз данного комплекса является основанием к составлению предупреждения для определенной группы источников.

Такой подход позволяет составлять предупреждения нс вообще, а адресно — именно для тех производств и отдельных источников выбросов, которые определяют увеличение содержания вредных веществ в воздухе в данной конкретной метеорологической ситуации.

Комплексы НМУ включают в себя следующие элементы:

1)    скорость ветра на высоте флюгера,

2)    направление ветра на высоте флюгера,

3)    положение инверсионных слоев по отношению к источникам выбросов,

4)    термическую устойчивость под инверсионным слоем,

5)    атмосферные явления (туман и дымку),

6)    состояние загрязнения воздуха по городу в целом.

Состояние загрязнения воздуха по городу в целом характеризуется интегральным показателем загрязнения. На сети Росгидромета в настоящее время широко используется параметр, рекомендованный в РД 52.04.306—92 [13):

Р = т/л,    (1.1)

где т) — общее число измеренных концентраций загрязняющих веществ в течение суток; m — число измеренных в течение этш же суток концентраций, превышающих среднесезонное значение более чем в 1,5 раза.

Устанавливая комплексы НМУ для отдельных источников выбросов в соответствии с методикой, приведенной в ОНД—86 [51 следует учитывать геометрическую высоту источника Н и темпе-

ратуру выходящих газов Т, а также следующие расчетные характеристики:

—    расчетную максимальную концентрацию примеси С_м (при НМУ нормального типа);

—    расстояние Х_м от источника, к которому относится максимальная концентрация примеси в воздухе С_м;

—    расчетную максимальную концентрацию С_мХ на расстоянии X от источника (значения С_м^ следует учитывать в первую очередь в жилых кварталах);

U_M — опасную скорость ветра, с которой связана максимальная расчетная концентрация примеси С_м на расстоянии Х_м от источника выбросов;

и„_х — опасную скорость ветра на расстоянии X от источника (значения U_MX следует учитывать в жилых кварталах).

Со значениями Н связана опасная высота нижней границы приподнятой инверсии.

От значений Т зависят расчетные характеристики С_м (или Смх). и Г7_М (или 1/_мх).

Со значениями U_M или U_MX непосредственно связан неблагоприятный интервал скорости ветра для каждого источника.

Расчетные значения С_м и С_мХ непосредственно не используют при установлении комплексов НМУ. Однако их необходимо учитывать при определении числа режимов работ в периоды НМУ для каждого предприятия и каждого отдельного источника выбросов.

Предлагаемое в табл. 1.1 разделение источников на группы с примерно одинаковыми НМУ основано на специальном анализе данных более 4500 источников выбросов, расположенных на предприятиях городов Уфа, Магнитогорск и Череповец.

Чтобы установить комплексы НМУ для каждого источника, необходимо выполнить следующее.

1. Определить неблагоприятный интервал скорости ветра. При этом для каждого из многочисленных низких источников учитывают значение опасной скорости ветра

—    при U_M = 0,5 м/с принимают интервал 0—1 м/с,

—    при U_M = 1,0 м/с принимают интервал 0—2 м/с,

—    при U_M >1,0 м/с, учитывая форму графика зависимости расчетной концентрации С от скорости ветра V [5], интервал неблагоприятных значений С7_М принимают равным 3 м/с:

от (Н_м - 1) до (U_M + 2).

Например, при (7_М = 5 м/с интервал опасных скоростей ветра составляет 4—7 м/с.

Характерные комплексы НМУ ял* групп источников применительно к составлению предупреждений трех степеней опасности

Группп источников Степень опасности предупреж дения Ожидаемые метеорологические условия Параметр Р Ветер на уровне флюгера Термическая стратификация нижнего слоя атмосферы Вид инверсии и ее высота над уровнем земли Явления погоды СкрСЛя ч/с Направ ление I. Высокие (выше 1 4—7 Неустойчивая Приподнятая до 500 м <0.30 60 м) с горячими 4-7 НБН Неустойчивая < 0.30 выбросами 8-10 НБН Неустойчивой Приподнятая до 500 м Независимо 2 4—7 Неустойчивая Приподнятая до 500 м > 0,30 4-7 НБН Неустойчивая >0.30 4-7 НБН Неустойчивая Приподнятая до 500 м <0.30 3 4—7 НБН Неустойчивая Приподнятая до 500 м > 0.30 II. Высокие с холэд- 1 1-8 Неустойчивая Приподнятая до 500 м < 0,30 лыми выбросами 1-3 НБН Неустойчивая < 0,30 4-5 Неустойчивая Приподнятая до 600 м Независимо 2 1-3 Неустойчивом Приподнятая до 500 м > 0,30 1-3 НБН Неустойчивая > 0,30 1-3 НБН Неустойчивая Приподнятая до 500 м <0,30 3 1—3 НБН Неустойчивая Приподнятая до 600 м >0.30 Ш. Средней высоты 1 2-4 Неустойчивая Приподнятая до 200 м <0,30 (20—60 м) с юрячн - 2-4 НБН Неустойчивая <0,30 ми выбросами 2 2 -4 Неустойчивая Приподнятая до 200 м > 0,30 2-4 НБН Неустойчивая >0,30 2-4 НБН Неустойчивая Приподнятая до 200 м <0,30 2—4 НБН Туман <0,30 3 2—4 НБН Туман, дымка > 0.30

ГУ. Средней высоты	1	0,5—2.0		Неустойчивая	Приподнятая до 200 м		<0.30
с холодными »ь*>ро		0.6—2,0	НБН	Неустойчивая			<0,30
сами	2	0.5—2.0		Неустойчивая	Приподнятая до 200 м		>0,30
		0.5—2.0	НБН	Неустойчивая			>0.30
		0.5— 2.0	НБН	Неустойчивая	Приподнятая до 200 м		< 0.30
		0.5—2.0	НБН			Туман	< 0.30
	3	0.5—2.0	НБН	Неустойчивая	Приподнятая до 200 м		>0,30
		0,5—2,0	НБН			Туман	>0.30
V. Низкие	1	0		Устойчивая	Приземная		* 0,30
		1-3	НБН	Устойчивая	Приземная		<0,30
		0				Туман	< 0,30
	2	0		Устойчивая	Приземная	Тулон, дымка	<0.30
		0		Устойчивая	Приземная		>0.30
		1—8	НБН	Устойчивая	Приземная		>0.30
	3	0		Устойчивая	Приземная	Туман, дымка	>0.30
		1-3	НБН	Устойчивая	Приземная		>0,40
VI. Низкие с Um > 5 м/с	1	6—12		Устойчивая			Независимо

Примечание: -.'армии •Независимо» для параметра Р означает, что соответствующий комплекс НМУ не включает в себя значение параметра Р.