Дистанционный мониторинг качества атмосферного воздуха города Волгограда

Автор: Венецианский Алексей Сергеевич, Иванцова Елена Анатольевна, Шуликина Мария Павловна

Журнал: Природные системы и ресурсы @ns-jvolsu

Рубрика: Экология

Статья в выпуске: 2 т.12, 2022 года.

Бесплатный доступ

В крупных городах одной из значимых проблем является загрязнение атмосферного воздуха, которое способно навредить как здоровью населения, так и окружающей среде в целом. При этом человек не всегда может самостоятельно определить оценку рисков и принять необходимые меры. Поэтому основным источником знаний для населения является информирование об экологической обстановке и о наблюдениях за процессами и явлениями, которые происходят во внешней среде. На эффективность мер по снижению рисков их возникновения и масштаба решающее влияние оказывает качество мониторинга и точность прогнозирования чрезвычайных ситуаций. Волгоградская область - это регион с развитой многоотраслевой промышленностью. В нем расположены объекты металлургической, топливной, химической, строительной отрасли, которые характеризуются наибольшими выбросами загрязняющих веществ в атмосферу. Кроме того, в области имеются промышленные и бытовые котельные, предприятия пищевой и легкой промышленности, которые также вносят свой вклад в общий уровень загрязнения воздуха в атмосфере. В связи с этим целью исследования является проведение спутникового мониторинга качества воздуха в промышленном центре Волгоградской области - города Волгограда. В статье представлены результаты дистанционного мониторинга с февраля по апрель 2022 г., где проводился расчет критериев загрязняющих атмосферный воздух веществ. По полученным расчетам была получена оценка загрязнения выбранного промышленного центра Волгоградской области. Для оценивания уровня загрязнения атмосферы использовали как международные, так и Российские показатели и пришли к следующему выводу. Система, которая принята в России и странах СНГ, позволяет проводить комплексную оценку загрязнения воздуха. Таким образом, загрязняющие вещества нормализуются как по индексу загрязнения атмосферы, так и по предельно допустимой концентрации загрязняющего вещества, над которым ведется мониторинг.

Еще

Качество воздуха, мониторинг, уровень загрязнения, индекс качества воздуха, индекс загрязнения атмосферы, загрязняющие вещества

Короткий адрес: https://sciup.org/149140823

IDR: 149140823   |   DOI: 10.15688/nsr.jvolsu.2022.2.3

Текст научной статьи Дистанционный мониторинг качества атмосферного воздуха города Волгограда

DOI:

Мониторинг внешней среды – это информационная система, которая контролирует, оценивает и прогнозирует изменения в условиях окружающей среды с целью идентификации антропогенных составляющих этих изменений в контексте естественных процессов. Важным критерием информационной системы является предоставление достоверной информации о состоянии окружающей среды с учетом изменений в физических и биотических компонентах, которые ограничены влиянием природных и антропогенных факторов [3; 7; 9]. Загрязнение атмосферного воздуха в Волгограде определяют выбросами вредных веществ в атмосферу автомобильным транспортом и промышленными предприятиями, которые расположены непосредственно рядом с жилой застройкой [1; 2; 6; 8].

Цель исследований – мониторинг и оценка качества атмосферного воздуха на территории г. Волгограда.

Материалы и методы

В период с 1 февраля до 1 мая 2022 г. проводился спутниковый (дистанционный) 22

мониторинг показателей для оценки качества воздуха в Волгограде. С помощью программы «Accu Weather» (см. рис. 1) были получены среднесуточные данные об индексе качества воздуха (AQI) и о концентрациях загрязняющих веществ, а именно: взвешенные частицы 2.5 микрометра и менее (PM 2.5); взвешенные частицы 10 микрометра и менее (PM 10); озон (O3); двуокись серы (SO2); двуокись азота (NO2); оксид углерода (CO).

Проанализировав методы проведения мониторинга на рисунке 2 был представлен обобщенный алгоритм проведения мониторинга факторов внешней среды, на основе которого отслеживалась динамика качества атмосферного воздуха с учетом загрязняющих веществ.

Используя зарубежные показатели, с помощью программы Microsoft Excel выполнили расчет критериев по определению уровня загрязнения воздуха. Для того чтобы выявить концентрацию того или иного загрязняющего воздух вещества, использовали данные таблицы 1, в которой указаны интервалы категорий загрязнения воздуха.

Рис. 1. Пример карты качества воздуха программы «Accu Weather»

Рис. 2. Алгоритм мониторинга факторов внешней среды

Таблица 1

Шкала оценки качества воздуха [10]

Показатель

Хороший

Приемлемый

Умеренный

Вредный

Плохой

Опасный

Цвет

Зеленый

Желтый

Оранжевый

Красный

Бордовый

Коричневый

AQI

0–50

51–100

101–150

151–200

201–300

301+

PM2.5, 10-9кг/м3

0–30

31–60

61–90

91–120

121–250

251+

PM10, 10-9кг/м3

0–50

51–100

101–250

251–350

351–430

431+

CO, 10-6кг/м3

0–1.0

1.1–2.0

2.1–10

11–17

18–34

34+

O 3 , 10-9кг/м3

0–60

61–100

101–168

169–208

209–748

749+

NO 2 , 10-9кг/м3

0–40

41–80

81–180

181–280

289–400

401+

SO 2 , 10-9кг/м3

0–40

41–80

81–380

381–800

801–1600

1600+

Для расчета комплексного индекса загрязнения атмосферы (ИЗА) использовали формулы 1, 2 [5]. Стоит отметить, что при определении комплексного индекса обычно используют 5 загрязняющих веществ.

КИЗА = У "     q c —I ,          (1)

^ЧПДК c .J

КИЗА = У " _ 1 ИЗА,            (2)

где n – число веществ, которые загрязняют атмосферу; qci – среднесуточная концентрация i -й примеси в воздухе; ПДК c.c.i – среднесуточная предельно допустимая концентрация загрязняющего вещества; β i – показатель вредности i -й примеси; ИЗА – индекс загрязнения атмосферного воздуха.

При подготовке расчетных материалов по состоянию загрязнения атмосферного воз- духа использовались нормативы СанПиН 1.2.3685-21 [4]. Согласно данному нормативно-правовому документу, была составлена таблица ПДК загрязняющих веществ в атмосферном воздухе в пределах городских и сельских поселений (табл. 2). Также стоит обратить внимание, что помимо лимитирующих показателей вредности, указывается и класс опасности.

При расчете комплексного ИЗА используется степень вредности загрязняющего вещества, которая зависит от класса опасности этого вещества (табл. 3).

Результаты и обсуждение

Результаты мониторинга показаны в виде динамки среднесуточного значения AQI

Таблица 2

ПДК исследуемых загрязняющих веществ в атмосферном воздухе городских и сельских поселений

Наименование вещества

Формула вещества

Предельно допустимые концентрации веществ, 10-6 кг/м3

Класс опасности

Максимально разовая

Среднесуточная

Среднегодовая

Взвешенные частицы размером 2,5 мкм и меньше

PM2,5

0,16

0,035

0,025

Взвешенные частицы размером до 10 мкм

PM10

0,3

0,06

0,04

Диоксид азота

NO 2

0,2

0,1

0,4

3

Озон (трехатомный кислород)

O 3

0,16

0,1

0,03

1

Углерода оксид (угарный газ)

CO

5,0

3,0

3,0

4

Диоксид серы

SO 2

0,5

0,05

3

Таблица 3

Константа приведения степени вредности i -го вещества

Класс опасности

1

2

3

4

Показатель вредности (β i )

1,7

1,3

1,0

0,9

(рис. 3). Установлено, что индекс качества воздуха в Волгограде не превышает отметки 50 и находится в пределах «хороший» качества воздуха с низким уровнем загрязнения атмосферы.

Из данных таблицы 4 видно, что загрязняющие атмосферный воздух вещества, а именно озон; PM2,5; PM10; азота диоксид; серы диоксид находились в пределах «хороший» и углерода оксид в пределах «приемлемый» уровня качества воздуха (табл. 4), что в свою очередь допустимо для городов с развитой промышленностью.

Полученные в результате произведенных расчетов данные значений индекса загрязня- ющих веществ при использовании стандартов и показателей, принятых в РФ, представлены в таблице 5.

Произведенные вычисления позволили оценить комплексный индекс загрязнения атмосферы в г. Волгограде в зимне-весенний период 2022 г. (см. рис. 4).

В результате исследований установлено, что в период исследования в г. Волгограде был отмечен низкий уровень загрязнения атмосферного воздуха; значения комплексного ИЗА находились в интервале от 0,48 до 1,61.

В дополнении к спутниковому мониторингу показателей качества воздуха в Волгог-

ДД44593,ММ,ГГГГ ДД44621,ММ,ГГГГ ДД44652,ММ,ГГГГ

Рис. 3. Динамика индекса качества воздуха с 01.02.2022 по 30.04.2022 г.

Таблица 4

Усредненные значения концентраций веществ за период мониторинга при использовании зарубежных стандартов

Февраль

Март

Апрель

мода

среднее

мода

среднее

мода

среднее

O 3 , 10-9кг/м3

42,0

43,357

31,0

54,516

46,0

44,867

PM2,5, 10-9кг/м3

5,0

6,857

4,0

8,258

7,0

7,333

PM10, 10-9кг/м3

7,0

11,107

7,0

12,452

8,0

11,933

NO 2 , 10-9кг/м3

3,0

5,286

2,0

5,161

4,0

5,7

SO 2 , 10-9кг/м3

1,0

1,214

1,0

1,0

1,0

0,833

CO, 10-6кг/м3

0,136

0,135

139,0

137,484

133,0

136,9

Таблица 5

Усредненные значения индекса загрязняющих веществ при использовании стандартов и показателей, принятых в РФ

Февраль

Март

Апрель

мода

среднее

мода

среднее

мода

среднее

O 3 , 10-6кг/м3

0,22884

0,24881

0,13656

0,37132

0,26711

0,26578

PM2.5, 10-6кг/м3

0,14286

0,19592

0,11429

0,23594

0,20000

0,20952

PM10, 10-6кг/м3

0,11667

0,18512

0,11667

0,20753

0,13333

0,19889

NO 2 , 10-6кг/м3

0,03000

0,05286

0,02000

0,05161

0,04000

0,05700

SO 2 , 10-6кг/м3

0,02000

0,02429

0,02000

0,02000

0,02000

0,01667

CO, 10-6кг/м3

0,06177

0,06140

0,06299

0,06235

0,06054

0,06211

раде с помощью программы «Accu Weather» была проанализирована информация по изменению уровня загрязнения атмосферного воздуха за период 2017–2021 годов. Наблюдательная сеть Межрегионального управления Росприроднадзора по Астраханской и Волгоградской областям включает 4 автоматизированных стационарных постов в городе Волгограде (Тракторозаводском, Дзержинском, Центральном, Советском районах).

Необходимо отметить, что в целом уровень загрязнения атмосферного воздуха г. Волгограда, имеет тенденцию к снижению. Повышение уровня загрязнения атмосферы в 2021 г. связано с введением новых нормативов СанПиН 1.2.3685-21. Вклад в величину ИЗА5 приоритетных веществ различается при использовании нормативов СанПиН 1.2.3685-21 и ГН 2.1.6.3492-17. Наибольший вклад в изменение оценки уровня загрязнения атмосферного воздуха и к увеличению индекса ИЗА5 привело ужесточение нормативов по взвешенным веществам и формальдегиду (см. табл. 6, рис. 5).

Заключение

В России предъявляются высокие требования к качеству атмосферного воздуха; в отличие от зарубежных стандартов, учитываются вещества с эффектом суммации, а также берется во внимание степень опасности каждого вещества, загрязняющего атмосферу. Полученные результаты исследований свидетельствуют о низком уровне загрязнения атмосферного воздуха в г. Волгограде в зимне-весенний период 2022 года. Необходимо отметить, что в целом уровень загрязнения атмосферного воздуха г. Волгограда, по данным государственной наблюдательной сети Волгоградского ЦГМС (установленный ФГБУ «Главная геофизическая обсерватория им. А.И. Воейкова»), имеет тенденцию к снижению от высокого в 2013 г. до повышенного и низкого в 2017–2020 годах. Повышение уровня загрязнения атмосферы в 2021 г. связано с введением новых нормативов СанПиН 1.2.3685-21. Вклад в величину ИЗА5 приоритетных веществ различается при использовании нормативов СанПиН 1.2.3685-21 и

Таблица 6

Изменение уровня загрязнения атмосферного воздуха Волгограда за период 2017–2021 гг.

Характеристика

Годы

показателей

2017

2018

2019

2020

2021

ПЗА

2,6

СИ

1,7

3,1

2,0

4,0

2,2

НП

0,4

4,0

4,8

6,0

5,2

ИЗА5

3,1

4,3

3,2

4,0

10,6

Примечание. ИЗА5 – ориентировочное значение, без учета загрязнения бенз(а)пиреном и тяжелыми металлами.

Рис. 5. Изменение уровня загрязнения атмосферы Волгограда

ГН 2.1.6.3492-17. Наибольший вклад в изменение оценки уровня загрязнения атмосферного воздуха и к увеличению индекса ИЗА5 привело ужесточение нормативов по взвешенным веществам и формальдегиду.

Список литературы Дистанционный мониторинг качества атмосферного воздуха города Волгограда

  • Доклады о состоянии окружающей среды Волгоградской области. - Электрон. текстовые дан. - Режим доступа: https://oblkompriroda.volgograd.ru/current-activity/analytics/reports (дата обращения: 17.03.2022). - Загл. с экрана.
  • Зализняк, Е. А. KPI государственного управления безопасностью в техносфере на примере охраны атмосферного воздуха / Е. А. Зализняк, Е. А. Иванцова, Е. Р. Зализняк // Природные системы и ресурсы. - 2018. - Т. 8, № 3. - С. 38-50. -.
  • Павлова, Т. В. Патогенное действие факторов внешней среды на организм человека / Т. В. Павлова, Н. Б. Пилькевич, Л. А. Павлова. - Белгород: НИУ БелГУ, 2021. - 110 с.
  • СанПиН 1.2.3685-21 Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания // Консорциум "Кодекс": сайт. - Электрон. текстовые дан. - Режим доступа: https://docs.cntd.ru/document/573500115?section=status (дата обращения: 17.03.2022). - Загл. с экрана.
  • Сердюкова, А. Ф. Экологические проблемы мегаполисов / А. Ф. Сердюкова, Д. А. Барабанщиков // Молодой ученый. - 2018. - № 25 (211). - С. 36-39.
  • Состояние загрязнения окружающей среды в 2021 г. // Волгоградский ЦГМС: сайт. - Электрон. текстовые дан. - Режим доступа: https://meteo34.ru/okr2021/ (дата обращения: 17.03.2022). - Загл. с экрана.
  • Уровень загрязнения воздуха по городам России 2021. - Электрон. текстовые дан. - Режим доступа: https://touristam.com/uroven-zagryazneniya-vozduha-rossii.html (дата обращения: 17.03.2022). - Загл. с экрана.
  • Экологическая оценка городских агломераций на основе индикаторов устойчивого развития / Е. А. Иванцова, М. В. Постнова, В. А. Сагалаев [и др.] // Вестник Волгоградского государственного университета. Серия 3, Экономика. Экология. - 2019. - Т. 21, № 2. - С. 143-156. -.
  • Экологический мониторинг / Н. П. Чекаев, А. Н. Арефьев, Ю. В. Блинохватова, А. А. Блинохватов. - Пенза: ПГАУ, 2020. - 201 с.
  • Development of indoor environmental index: Air quality index and thermal comfort index / S. M. Saad, A. Y. M. Shakaff, A. R. M. Saad [et al.] // AIP Conference Proceedings. - 2017. - Vol. 1808, № 1. - P. 20043. -.
Еще
Статья научная