Помощь студентам в учебе
ОСОБЕННОСТИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПРИЗЕМНОГО СЛОЯ АТМОСФЕРЫ В Г.БЕЛГОРОДЕ ПОД ВЛИЯНИЕМ АВТОТРАНСПОРТА
|
Введение
1. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА 6
1.1. Зарубежный опыт организации контроля качества
атмосферного воздуха 6
1.2. Организация контроля качества атмосферного воздуха
в Российской Федерации 10
1.3. Международные соглашения, связанные с качеством
атмосферного воздуха 13
2. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ И ИЗУЧЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО
СОСТОЯНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА 17
2.1. Показатели качества атмосферного воздуха 17
2.2. Математические модели распространения примесей в атмосфере 18
2.3. Зарубежный опыт изучения загрязнения
приземного слоя атмосферного воздуха 21
2.4. Российский опыт изучения загрязнения
приземного слоя атмосферного воздуха 26
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО
ВОЗДУХА В Г. БЕЛГОРОДЕ 39
3.1. Методика проведения исследований 39
3.2. Анализ полученных данных 44
3.2.1. Ключевой участок в северной части города (№1) 46
3.2.2. Ключевой участок в центральной части города (№2) 73
3.2.3. Ключевой участок в южной части города (№3) 78
3.3. Обсуждение результатов и выводы по третьей главе 83
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 87
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 89
ПРИЛОЖЕНИЯ
1. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА 6
1.1. Зарубежный опыт организации контроля качества
атмосферного воздуха 6
1.2. Организация контроля качества атмосферного воздуха
в Российской Федерации 10
1.3. Международные соглашения, связанные с качеством
атмосферного воздуха 13
2. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ И ИЗУЧЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО
СОСТОЯНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА 17
2.1. Показатели качества атмосферного воздуха 17
2.2. Математические модели распространения примесей в атмосфере 18
2.3. Зарубежный опыт изучения загрязнения
приземного слоя атмосферного воздуха 21
2.4. Российский опыт изучения загрязнения
приземного слоя атмосферного воздуха 26
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО
ВОЗДУХА В Г. БЕЛГОРОДЕ 39
3.1. Методика проведения исследований 39
3.2. Анализ полученных данных 44
3.2.1. Ключевой участок в северной части города (№1) 46
3.2.2. Ключевой участок в центральной части города (№2) 73
3.2.3. Ключевой участок в южной части города (№3) 78
3.3. Обсуждение результатов и выводы по третьей главе 83
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 87
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 89
ПРИЛОЖЕНИЯ
Актуальность темы исследования. Современный научно-технический прогресс, экономический рост как в развитых, так и развивающихся государствах являются причиной повышенной антропогенной нагрузки на окружающую среду. Экологическое состояние атмосферного воздуха, который подвергается загрязнению выбросами промышленных предприятий и автотранспорта, в настоящее время вызывает особый интерес со стороны органов государственной власти, общественности и ученых. Это связано с тем, что загрязненный атмосферный воздух становится причиной множества заболеваний и приводит к преждевременной смерти. Так, согласно новому исследованию ученых более 5,5 миллиона людей преждевременно умирают каждый год от загрязнения воздуха. Более половины смертей случается в двух самых растущих экономиках мира: Индии и Китае [18]. Для улучшения качества жизни населения проводятся мероприятия, направленные против загрязнения воздуха - использование более чистых видов топлива, более эффективных автомобилей, ограничение использования угля и наложение ограничений на электростанции и заводы. Такие меры в течение последних пятидесяти лет были наиболее распространены в Северной Америке, Западной Европе и Японии [18]. Но, помимо непосредственной борьбы с загрязнением атмосферного воздуха, требуется расширение научной базы знаний, связанной с организацией наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха, его моделированием и прогнозированием в различных пространственных и временных масштабах. Это необходимо для разработки и принятия эффективных решений, направленных на улучшение экологического состояния атмосферного воздуха.
Степень разработанности проблемы. Исследования по оценке экологической ситуации в части атмосферного воздуха широко проводятся зарубежными учеными, вместе с тем единой общепринятой методики пока еще не предложено, что определяет актуальность диссертационного исследования.
1. Обзор ряда литературных источников по теме исследования.
2. Разработка программы проведения наблюдений за загрязнением приземного слоя атмосферного воздуха в г. Белгороде, выделение ключевых участков и пунктов наблюдений.
3. Проведение серии наблюдений на каждом из ключевых участков, систематизация полученных значений концентраций загрязняющих веществ.
4. Проведение анализа совокупности значений, полученных в ходе предыдущей задачи, выявление особенностей загрязнения приземного слоя атмосферы на каждом из ключевых участков под влиянием автотранспорта.
5. Обобщение полученных сведений, подведение итогов.
Объектом исследования в выпускной квалификационной работе
является загрязнение атмосферного воздуха.
Предметом исследования является пространственная динамика загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха в г. Белгороде, его изменение в течение периода наблюдений на различных типах территорий города.
Материалами исследования послужили данные, полученные автором в ходе полевых наблюдений.
Методы исследования. В данной выпускной квалификационной работе были использованы следующие методы исследования: статистический, сравнительно-географический, метод полевых исследований и наблюдений.
Научная новизна и практическая значимость. На основе анализа данных, полученных в ходе наблюдений, создана информационная база экологического состояния атмосферного воздуха в г. Белгороде, выявлены закономерности и предложен методический подход оценки уровня загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха.
Основные защищаемые положения: 1) Критический анализ
существующих методических подходов к оценке экологической ситуации в части атмосферного воздуха на территории крупных населенных пунктов. 2) Оценка экологической ситуации на территории г. Белгорода. 3) Закономерности формирования экологической ситуации в части атмосферного воздуха.
Этапы исследования и краткое содержание глав. Результаты теоретического этапа исследования представлены в первой главе, которая посвящена организации контроля качества атмосферного воздуха. Результаты методического этапа изложены во второй главе, где рассмотрены методы контроля качества атмосферного воздуха и опыт изучения загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха. Результаты практического этапа исследования содержатся в третьей главе, в которой описана методика проведения наблюдений, изложен анализ полученных данных и обсуждение результатов.
Апробация работы. По теме диссертационного исследования была опубликована статья «Проблемы оценки экологического состояния воздуха» в журнале «Научные ведомости БелГУ. Серия: Естественные науки» (Полетаев А.О., Корнилов А.Г. Проблемы оценки экологического состояния воздуха // Научные ведомости БелГУ. Серия: Естественные науки. - 2017. - Т. 38. - № 4 (253). - С. 126-132.), и принята к печати редакцией журнала «Вестник УдГУ. Серия Биология. Науки о Земле» статья «Динамика загрязнения атмосферного воздуха в жилых зонах городских территорий на примере г.Белгорода».
Степень разработанности проблемы. Исследования по оценке экологической ситуации в части атмосферного воздуха широко проводятся зарубежными учеными, вместе с тем единой общепринятой методики пока еще не предложено, что определяет актуальность диссертационного исследования.
1. Обзор ряда литературных источников по теме исследования.
2. Разработка программы проведения наблюдений за загрязнением приземного слоя атмосферного воздуха в г. Белгороде, выделение ключевых участков и пунктов наблюдений.
3. Проведение серии наблюдений на каждом из ключевых участков, систематизация полученных значений концентраций загрязняющих веществ.
4. Проведение анализа совокупности значений, полученных в ходе предыдущей задачи, выявление особенностей загрязнения приземного слоя атмосферы на каждом из ключевых участков под влиянием автотранспорта.
5. Обобщение полученных сведений, подведение итогов.
Объектом исследования в выпускной квалификационной работе
является загрязнение атмосферного воздуха.
Предметом исследования является пространственная динамика загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха в г. Белгороде, его изменение в течение периода наблюдений на различных типах территорий города.
Материалами исследования послужили данные, полученные автором в ходе полевых наблюдений.
Методы исследования. В данной выпускной квалификационной работе были использованы следующие методы исследования: статистический, сравнительно-географический, метод полевых исследований и наблюдений.
Научная новизна и практическая значимость. На основе анализа данных, полученных в ходе наблюдений, создана информационная база экологического состояния атмосферного воздуха в г. Белгороде, выявлены закономерности и предложен методический подход оценки уровня загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха.
Основные защищаемые положения: 1) Критический анализ
существующих методических подходов к оценке экологической ситуации в части атмосферного воздуха на территории крупных населенных пунктов. 2) Оценка экологической ситуации на территории г. Белгорода. 3) Закономерности формирования экологической ситуации в части атмосферного воздуха.
Этапы исследования и краткое содержание глав. Результаты теоретического этапа исследования представлены в первой главе, которая посвящена организации контроля качества атмосферного воздуха. Результаты методического этапа изложены во второй главе, где рассмотрены методы контроля качества атмосферного воздуха и опыт изучения загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха. Результаты практического этапа исследования содержатся в третьей главе, в которой описана методика проведения наблюдений, изложен анализ полученных данных и обсуждение результатов.
Апробация работы. По теме диссертационного исследования была опубликована статья «Проблемы оценки экологического состояния воздуха» в журнале «Научные ведомости БелГУ. Серия: Естественные науки» (Полетаев А.О., Корнилов А.Г. Проблемы оценки экологического состояния воздуха // Научные ведомости БелГУ. Серия: Естественные науки. - 2017. - Т. 38. - № 4 (253). - С. 126-132.), и принята к печати редакцией журнала «Вестник УдГУ. Серия Биология. Науки о Земле» статья «Динамика загрязнения атмосферного воздуха в жилых зонах городских территорий на примере г.Белгорода».
В выпускной квалификационной работе «Особенности загрязнения приземного слоя атмосферы в г. Белгороде под влиянием автотранспорта» были критически рассмотрены существующие теоретические, методические и прикладные аспекты изучения и оценки качества приземного слоя атмосферного воздуха в условиях городских территорий. Был выявлен ряд проблем, связанных с уровнем адекватности расчетных методов, в том числе с использованием общепринятых программ картографирования ГИС-технологий и предложена авторская программа целевых исследований.
В ходе выполнения практической части выпускной квалификационной работы был проведен сбор данных, содержащих сведения об уровнях содержания загрязняющих веществ в приземном слое атмосферного воздуха в период с апреля по июнь и с сентября по октябрь 2017 года на ключевых участках, расположенных в разных частях г. Белгорода - в северной части (№1), центральной (№2) и южной (№3). Была проведен анализ результатов проведенных наблюдений, в ходе которого неоднократно было выявлено влияние скорости и направления ветра на концентрации загрязнителей приземного слоя атмосферного воздуха в отдельные дни проведения наблюдений.
Была проведена попытка получения оценочных значений загрязняющих веществ с помощью формулы для оценки концентрации окиси углерода (Бегма и др., 1984; Шаповалов, 1990), учитывающей ряд показателей, связанных как с погодными условиями, так и с особенностями городской планировки. Была проведена статистическая обработка полученных результатов, в результате которой были рассчитаны коэффициенты корреляции оценочных значений содержания загрязняющих веществ с фактическими значениями. Было выявлено, что достоверные коэффициенты корреляции имеют силы связи от средней до очень высокой, но с другой стороны их доля от общего числа коэффициентов корреляции не является достаточной, чтобы утверждать об эффективности применения формулы для получения оценки концентрации окиси углерода вблизи автомобильных дорог в данном исследовании.
Было проведено сопоставление значений фоновых содержаний загрязняющих веществ с официальными данными Росгидромета, в ходе которого было выявлено, что уровень усредненного фонового содержания оксида углерода практически соответствует средним значениям по данным Росгидромета, в отличие от оксида азота, диоксида азота и пыли, усредненное фоновое содержание которых ниже средних значений по данным Росгидромета в 2-7 раз (на основании данных документа «Обзор состояния загрязнения атмосферного воздуха в г. Белгороде за 2017 год»).
Было выявлено, что доля ПДКмр таких загрязнителей приземного слоя атмосферного воздуха, как оксид углерода, соединения свинца, наиболее высокая на ключевом участке №1, расположенном в северной части города, и составляет 0,41 и 0,16 ПДКмр соответственно. Содержание NO2 наиболее высокое на ключевом участке №3, расположенном в южной части города и составляет 0,2 ПДКмр. Содержание NO наиболее высокое на ключевых участках №1, №3 и составляет 0,03 ПДКмр. Содержание пыли приблизительно
одинаковое на всех ключевых участках и составляет 0,05 ПДКмр. Несмотря на то, что не наблюдалось превышение усредненного показателя ПДКмр по данным веществам, в отдельные дни проведения наблюдений отмечалось превышение ПДКмр по оксиду углерода в 1,5 раза и по диоксиду азота в 2,2 раза.
В ходе выполнения практической части выпускной квалификационной работы был проведен сбор данных, содержащих сведения об уровнях содержания загрязняющих веществ в приземном слое атмосферного воздуха в период с апреля по июнь и с сентября по октябрь 2017 года на ключевых участках, расположенных в разных частях г. Белгорода - в северной части (№1), центральной (№2) и южной (№3). Была проведен анализ результатов проведенных наблюдений, в ходе которого неоднократно было выявлено влияние скорости и направления ветра на концентрации загрязнителей приземного слоя атмосферного воздуха в отдельные дни проведения наблюдений.
Была проведена попытка получения оценочных значений загрязняющих веществ с помощью формулы для оценки концентрации окиси углерода (Бегма и др., 1984; Шаповалов, 1990), учитывающей ряд показателей, связанных как с погодными условиями, так и с особенностями городской планировки. Была проведена статистическая обработка полученных результатов, в результате которой были рассчитаны коэффициенты корреляции оценочных значений содержания загрязняющих веществ с фактическими значениями. Было выявлено, что достоверные коэффициенты корреляции имеют силы связи от средней до очень высокой, но с другой стороны их доля от общего числа коэффициентов корреляции не является достаточной, чтобы утверждать об эффективности применения формулы для получения оценки концентрации окиси углерода вблизи автомобильных дорог в данном исследовании.
Было проведено сопоставление значений фоновых содержаний загрязняющих веществ с официальными данными Росгидромета, в ходе которого было выявлено, что уровень усредненного фонового содержания оксида углерода практически соответствует средним значениям по данным Росгидромета, в отличие от оксида азота, диоксида азота и пыли, усредненное фоновое содержание которых ниже средних значений по данным Росгидромета в 2-7 раз (на основании данных документа «Обзор состояния загрязнения атмосферного воздуха в г. Белгороде за 2017 год»).
Было выявлено, что доля ПДКмр таких загрязнителей приземного слоя атмосферного воздуха, как оксид углерода, соединения свинца, наиболее высокая на ключевом участке №1, расположенном в северной части города, и составляет 0,41 и 0,16 ПДКмр соответственно. Содержание NO2 наиболее высокое на ключевом участке №3, расположенном в южной части города и составляет 0,2 ПДКмр. Содержание NO наиболее высокое на ключевых участках №1, №3 и составляет 0,03 ПДКмр. Содержание пыли приблизительно
одинаковое на всех ключевых участках и составляет 0,05 ПДКмр. Несмотря на то, что не наблюдалось превышение усредненного показателя ПДКмр по данным веществам, в отдельные дни проведения наблюдений отмечалось превышение ПДКмр по оксиду углерода в 1,5 раза и по диоксиду азота в 2,2 раза.