Технология оценки анализа концентраций вредных веществ при торфяных пожарах

Согласно статистическим данным Международного торфяного общества мировые запасы торфа составляют более 400 млн га. Ежегодно сотни тысяч кубометров торфяных месторождений оказываются охвачены пожарами. Статистика торфяных пожаров в мире в последнее время остается неутешительной. В России ежегодно происходят горения торфа, критического уровня ситуация с торфяными пожарами достигла летом 2010 года, когда необычно высокая температура (до 40°C) стала причиной возгорания крупных месторождений торфа в центральной части страны. Для того, чтобы держать ситуацию с торфяными пожарами под контролем необходимо проводить мониторинг пожароопасных районов и осуществлять расчеты концентраций вредных веществ для оценки общей ситуации.

Лесные пожары подразделяются на верховые (возгорание охватывает ветви, листья, крону); низовые (при котором горит более густая растительность); торфяные (при котором почва горит глубокими слоями в течение длительного периода времени и способствует образованию дымки).

Торфяные пожары - разновидность ландшафтных пожаров, возникающих чаще всего на болотах, имеющих осушенный слой торфа. Основными причинами торфяных пожаров являются засухи, осушение, изменения в землепользовании Другие возможные причины возгорания торфяного пожара могут быть естественными, такими как молния и самовозгорание. Самовозгорание торфа происходит чаще всего при низкой влажности торфа и высокой температуре окружающей среды.

Болото, имеющее торф состоит из дна, слоя воды, слоя торфа и подстилки. После прохождения низового пожара (горение подстилки) от очаговых источников тепла и возникают торфяные пожары. При низовых пожарах сгорают растения и растительные остатки, расположенные непосредственно на почве. В результате чего далее происходит воспламенение торфа и заглубление очага горения [1].

Обычно в зависимости от условий питания различают 3 типа болот - низинные (обычно связаны с выходами грунтовых вод или периодическим подтоплением озерами и реками), верховые (развиваются исключительно за счет атмосферных осадков, бедных минеральными веществами) и переходные (имеют смешанный тип питания - грунтовый и атмосферный). В зависимости от условий питания идет накопление торфа, который имеет разные свойства: количество органических и минеральных веществ, зольность, степень разложения и пр. Собственно торфом, в отличие от «торфянистой почвы» называется он, когда количество неразложившейся органики в нем превышает 15-20% [2].

Торфяные пожары могут происходить на разной глубине. Возгорание может распространиться даже на глубину до нескольких метров. После воспламенения такие глубинные пожары особенно трудно гаснут и могут сохраняться в течение длительных периодов времени (месяцы, годы), распространяясь глубоко под землей и на обширных территориях.

В результате торфяных пожаров выделяется значительное количество дыма и токсичных газов – метана, углекислого и угарного газов, оксидов азота, ароматических углеводородов, в тысячи раз превышающие значение предельно допустимых концентраций. Самым опасным негативным фактором торфяных пожаров является загрязнение приземного слоя атмосферы. Вследствие таких пожаров происходит эмиссия токсичных газов в атмосферу, как результат: загрязнение окружающей среды и нанесение ущерба здоровью человека [3].

Фактором определения опасности в случае торфяных пожаров является значение концентраций указанных выше вредных веществ, выделяющихся в результате горения. По вычислению концентраций можно определить границы распространения возможного загрязнения.

Для того, чтобы рассчитать концентрацию вредных веществ, необходимо знать массу выделяющихся веществ. Для вычисления массы из перечня методик по расчету вредных веществ, представленных на сайте Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации [4] была выбрана методика, указанная в [5], так как данная методика достаточно широка и включает в себя расчет непосредственно для торфяных пожаров. Целью методики является вычисление итоговых и текущих значений масс выбросов загрязняющих веществ и тепла в атмосферу при неконтролируемом горении лесных горючих материалов в открытом пространстве.

Для расчета непосредственно концентраций и расстояний распространения вредных веществ можно использовать Приказ от 6 июня 2017 года № 273 «Об утверждении методов расчетов рассеивания выбросов вред- ных (загрязняющих) веществ в атмосферном воздухе». Данная методика предназначена для расчетов рассеивания выбросов от дымовых труб, вентиляционных шахт, а также от источников организованного выброса загрязняющих атмосферный воздух веществ из установленных отверстий.

В данной работе для расчета проводилась аналогия болота с дымовой трубой. Провести такую аналогию получилось, так как данная методика учитывает выбросы от точечных источников и учитывает зависимости климатических условий. Максимально разовые концентрации загрязняющих веществ при выбросе из болота будут рассматриваться как выброс одиночного точечного источника и рассчитываться по главе методики одиночного точечного источника.

Таким образом, обоснованием выбранной методики является рекомендация к её применению для оценки вреда в случае пожара на торфянике, закреплённая в [6].

Расчет концентраций проводился для болота, расположенного в Тверской области.

Тверская область расположена в северозападной части Центрального региона России и занимает площадь 84,2 тыс. кв. км. Общая площадь лесов составляет 4,9 млн га.

В области по количеству преобладают малые торфяные месторождения (от 1 до 100 га), которых насчитывается 1524 или почти 75% от общего числа торфяных месторождений. Суммарная площадь всех малых (до 100 га) торфяных месторождений составляет всего лишь 30,6 тыс. га, или 6,2% всей площади торфяных месторождений области. На 433 торфяных месторождениях площадью от 101 до 1000 га сосредоточено более 25% запасов торфа области.

Наиболее напряженная обстановка с лесоторфяными пожарами, как правило, складывается в пяти районах Тверской области, а именно: Кашинском, Калининском, Конаковском, Вышневолоцком, Бологовском районах. В данных районах рас положены наиболее крупные месторождения торфа [7]. На рисунке 1 приведена статистика лесных пожаров в Тверской области за последние года [8].

Рис. 1. Статистика лесных пожаров в Тверской области

В Тверской области преобладает южное направление ветра. Такой вывод делается исходя из розы ветров данного региона (рис. 2 и 3).

с ▼ Северный	с-в * Севере-Вост...	В < Восточный	ю-в > Юго-Восточный	Ю А Южный	ю-з * Юго-Западный	3> Западный	С-3 А Северо-Запа.
8.1%	7.1%	10.1%	11.5%	20.3%	13.7%	18%	11.3%

Рис. 2. Процентное соотношение направления ветра в Тверской области

Рис. 3. Роза ветров Тверской области

Для расчета концентраций выделяющихся вредных веществ в случае торфяного пожара было выбрано низинное болото «Вешка» (рис. 4). Болото Вешка расположено в 12 км южнее г. Конаково Тверской области, близ д. Тарлаково. Это низинное болото площадью 7,79 га, с мощностью торфа около 1 м [9].

Рис. 4. Низинное болото «Вешка»

Для данного торфяного болота будет произведен расчет концентраций для следующих вредных веществ: оксид углерода, углекислый газ, оксид азота, сажа, дым, метан, озон.

Для расчета были выбраны метеорологические данные для 25 августа 2022 года. Температура 32°С, ветер южный, 1 м/с [10].

По методике [5] были рассчитаны массы загрязняющих веществ (табл. 1).

Таблица 1. Массы вредных веществ

Название вредного вещества	Масса т, кг
СО	29684
СН4	2,07* 104
NO	89
О з	2419
Сажа	12094
Дым	16492
СО2	220

Также по [6] были рассчитаны концентрации (табл. 2).

Таблица 2. Концентрации вредных веществ

	с м м3	мг 1 ,м3	мг 2 , м3	с = су = ПДКмг у         м3
СО	42,63	13,21	6,8	5
СН4	23,87	4,05	1,67	1,16
NO	2,13	1,065	0,511	0,4
О3	5,3	0,53	0,23	0,16
Сажа	58,12	0,34	0,19	0,15
Дым	38,8	1,32	0,66	0,5
СО2	154,28	–	–	658

Расстояния для построения полей посчитаны также по [6] (рис. 3).

Таблица 3. Расстояния распространения вредных веществ

	^■пдк	У пдк	^ м.и	У м.и	^ 1	У 1	^ 2	У 2
СО	1495,4	0	167,4	80,28	747,7	236,4	1121	211,5
СН4	2199,3	0	166,6	91,25	1099,65	396,48	1800	346,23
NO	201,72	0	32,7	13,32	100,86	31,89	175	24,75
О з	565,9	0	32,7	19,34	282,95	98	450	86,56
Сажа	3590,18	0	32,7	25,7	1795,1	514,04	3000	464
Дым	2883,3	0	89,3	60	1441,65	455,88	2162,48	392,83

По полученным данным представляется возможным построить поля распространения выбрасываемых вредных веществ.

Заключение

Торфяные пожары представляют серьезную угрозу для окружающей среды, здоровья человека и экосистем. Они вызывают эмиссию ущерб природным экосистемам. Поэтому необходимо принимать меры для предотвращения возникновения торфяных пожаров, в том числе контроль в землепользовании, улучшение мониторинга и раннего обнаружения пожаров, а также повышение осведомленности общества о проблеме лесных пожа- токсичных газов, загрязнение приземного ров и их последствиях.

слоя атмосферы и наносят значительный