Занятие №4 Экологическое обоснование размещения. Анализ природного потенциала загрязнения атмосферы (ПЗА)

Цель занятия:

1. Оценить природный потенциал загрязнения атмосферы в регионе размещения, используя фрагмент карты.

2. Используя картосхему районирования территории по ПЗА и текстовую характеристику к ней, дать характеристику ПЗА в регионе размещения.

3. Сравнить условия рассеивания выбросов в атмосфере региона с худшими условиями распространения загрязнителей на территории России.

Основные положения:

Природный потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА) - совокупность метеорологических и климатических факторов, определяющих условия рассеивания выбросов в атмосфере и ее самоочищение.

При районировании территории по ПЗА учитываются характеристики воздушного переноса (направление, абсолютные значения, интенсивность); факторы, способствующие загрязнению атмосферы (штили, туманы, изотермические инверсии, опасные скорости ветра); факторы, способствующие самоочищению атмосферы (осадки, грады, суммарная радиация, доза ультрафиолетовой радиации, безморозный период и т.д.).

На территории России выделяется шесть классов ПЗА.

Высокий опасный потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА-I) и худшие условия рассеивания на территории бывшего СССР характерны почти для всей Восточной Сибири, Саян, Алтая, гор Средней Азии, Казахстана и Кольского полуострова (классы 1а и 1б). Эти территории обладают высокой экологической опасностью нового промышленного освоения.

Класс Iа - характеризуется однородным по всем направлениям переносом, наименьшим на территории. Его объем не превышает 10-12 млн м³/год при минимуме 5-6 млн м³, что опре­деляет предельно малую интенсивность переноса К = 1-2. Он наблюдается в Восточной Сибири (Ia¹, Ia², Ia⁴, Ia⁵), в Са­янах и на Алтае (Iа³). Факторы, способствующие загрязнению атмосферы, характеризуются высокими значениями: повторяемость инверсий (изотермий) зимой -95-100%, летом -70-80%. Вследствие большой меридиональной протяженности района приходящая суммарная радиация варьирует в широких пределах. По радиации, осадкам и расчлененности рельефа выделяются: центральный (Iа¹), северо-восточный (Iа²), юго-западный (Iа³) и юго-восточный подрайоны (Ia⁴, Ia⁵). В подрайонах Iа⁴ и Iа⁵ высокая степень экологической опасности за­грязнения атмосферы возможна не только за счет высокого ПЗА, но также за счет будущего промышленного освоения, в частности в зоне тяготения к трассе БАМа (Iа⁴).

Класс Iб - слабый воздушный перенос по большинству направлений в сочетании с умеренным переносом в одном каком-либо направлении. Такие условия наблюдаются на северо-востоке Сибири (I6¹), в горах Средней Азии и Казахстана (Iб²), Предуралье (Iб³), Закавказье (Iб⁴) и на Кольском полуострове (Iб³). Повторяемость штилей велика -на северо-востоке Си­бири она составляет 40-50%, а менее всего (около 20%) -в Предуралье и горных тундрах Кольского полуострова. Опасные скорости ветра в подрайонах Iб³ и Iб⁵ достигают 20%. Повторяемость инверсий и изотермий также велика.

Территории обладают высокой степенью экологической опасности за счет высокого ПЗА, а также сильной промышленной освоенности территории подрайона Iб⁵; средней, местами сильной промышленной освоенностью подрайона Iа⁴ и средней степенью промышленной освоенности территории подрайона Iб³. В этих подрайонах возможно размещение лишь малоотходных производств с высокой степенью очистки выбросов.

Повышенный потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА-П) с плохими условиями рассеивания выбросов в атмосфере характеризуется воздушным переносом, в 4-5 раз превосходящим худшие условия разноса на территории при преобладании умеренного переноса (К_мп = 3-5) в сочетании со слабым или значительным переносом (К = 6-8) в какой-либо одной четверти горизонта (классы II, IIб, II, IIг).

Класс IIа - характерен для юго-запада, юга (IIа¹), а также запада ETC (IIа²) и Прибайкалья (IIа³). Объем годового переноса составляет 20-30 млн м³/год (К_ип = 4-5). Годовая повторяемость штилей невелика. Инверсий, изотермий в Прибайкалье -до 90%, летом -около 60-70%. Часты туманы (до 40-60 дней в году). Для подрайонов IIа¹ и IIа³ характерна повышенная степень экологической опасности за счет повышенного ПЗА и промышленной освоенности средней степени. В подрайоне Па²наблюдается высокая степень экологической опасности за счет сильной промышленной освоенности.

Класс IIб - характерен для Северного Кавказа (IIб¹), Центральной Якутии (IIб²) и Буреинской низменности (IIб³). На Северном Кавказе воздушный перенос составляет 20-30 млн м³/год (К_нп = = 5), повторяемость штилей -10-20%; в прочих подрайо­нах более значительная -20-30%, а в подрайоне Пб- -до 40%. Высока повторяемость инверсий в Центральной Якутии: зимой -95-100%, летом -80-85%. На Северном Кавказе высока повторяемость дней с туманом -до 40-60% в год. Район Буреинской низменности, сильно подверженный влиянию муссонов, характеризуется сезонными колебания­ми количества осадков: от 500-600 мм летом до 75 мм зимой. Центральная Якутия отличается засушливым климатом: летом осадки составляют 175-200 мм, зимой -30-50 мм. Все подрайоны отличаются высокой степенью экологической опасности за счет повышенного ПЗА.

Класс IIв - слабый, умеренный и значительный перенос воздуха при преобладании умеренного наблюдается на Кавказе (IIв¹), в Карпатах (IIв²) и на юге Западной Сибири (IIв³). Повсеместно зимой наблюдается высокая повторяемость инверсий, особенно в Западной Сибири (90-95%), значительна повторяемость штилей. Первые два подрайона (IIв¹, IIв²) характеризуются повышенной степенью экологической опасности за счет высокого ПЗА, а третий (IIв³) -высокой ее степенью за счет сильной промышленной освоенности.

Класс IIг- занимает обширную территорию, на которой выделяется девять подрайонов: юго-восточная часть ETC (IIг^1/2), Приазовье (IIг^|/2), северо-восток ETC (IIг^2/1), восток ETC (IIг²/²), Заволжье (IIг^2/3), северо-восточная половина Западной Сибири (IIг³), равнинный Казахстан (IIг⁴), равнины Средней Азии (IIг^5/|) и юг Средней Азии (IIг^5/2). Для юго-востока ETC, Приазовья и Средней Азии характерен умеренный и значи­тельный северо-восточный перенос (К_ип = 7-8). В остальных районах преобладает юго-западный перенос. Повторяемость штилей, как правило, незначительна, но повторяемость инверсий высока. Подрайоны Приазовья, Казахстана и особенно Средней Азии подвержены сильным пыльным бурям. В Средней Азии -самом запыленном районе -число дней с пыльными бурями превышает 40-60 в год. Для подрайонов Средней Азии характерны и самые высокие суммы солнеч­ной радиации -до 140-160 ккал/см² • год -при самых ма­лых в СССР осадках -100-200 мм/год. В Казахстане осадков также мало -около 300 мм.

Таким образом, территориям с повышенным потенциалом загрязнения атмосферы присуща повышенная степень экологической опасности, которая резко возрастает в районах старого промышленного освоения за счет уже существующей занятости природного фона. Усложнение экологической обстановки в регионе происходит при наложении на условия воздушного переноса экстремальных и стихийных явлений -пыльных бурь, сильных местных ветров, повышенной влажности, экстремальных температур и др.

Умеренный потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА-Ш) со средними условиями распространения выбросов на территории.

Класс IIIа¹ характеризуется умеренным и значительным с преобладанием умеренного, но местами сильным переносом на Дальнем Востоке (IIIа¹). Перенос в юго-восточную четверть при продолжительном зимнем муссоне может достигать 40-50 млн м³/год (К_ип = 8), для остальных четвертей К_ип= = 4-5. Повторяемость опасных скоростей ветра невелика -более 10%, а штилей значительна -до 30-50%. Инверсии часты во все времена года. Осадков выпадает до 700-800 мм, в теплое полугодие -500-600 мм. Приток солнечной радиации велик -до 110-120 ккал/см² • год, ультрафиолетовой -60-65 кВт • ч/см² • год.

Подкласс IIIа² при такой же интенсивности переноса отлича­ется от предыдущего (IIIа¹) направлением переноса -наибо­лее значительный перенос направлен в северо-восточную четверть. Наблюдается на севере Сибири и отличается от класса IIIа¹ существенно меньшей суммой осадков (350-400 мм), равномерно распределенных в течение года, а также значительно меньшей суммарной (около 75 ккал/см² • год) и ультрафиолетовой (около 50 кВт • ч/см² • год) радиацией.

Класс IIIб. Характерно распространение умеренного и значительного переноса, который наблюдается на северо-западе ETC (IIIб¹/¹ и IIIб¹/²), на Урале (IIIб²/¹ и IIIб²/²) и в северной Якутии по нижнему течению Лены (IIIб³). Во всех трех районах наибольший перенос направлен в северо-восточную четверть (К_ип = 9-10). Повторяемость штилей -10% на северо-западе ETC, наибольшая (около 30%) -в северной Якутии. Северные части районов получают существенно меньшие количества суммарной и ультрафиолетовой радиации. На северо-западе ETC эти величины составляют 80-90 ккал/см² • год и 50 и 60 кВт • ч/ см² • год соответственно, а на Урале 75-90 и 90-105 ккал/см² • год и около 55 и 65 кВт • ч/см² • год соответственно.

Класс IIIв характеризуется умеренным, значительным и по крайней мере в одной четверти сильным переносом, преимущественно в северо-восточном направлении (К_ип = 9-10). Повторяемость инверсий и опасных скоростей ветра -25%, осадков выпадает до 500 мм/год, зимой часты инверсии, штили. По притоку солнечной радиации класс подразделяется на два подкласса: северный (IIIв₁) и южный (IIIв₂).

Таким образом, в целом для территорий с умеренным потенциалом загрязнения атмосферы характерна низкая экологическая опасность за счет существующего резерва ПЗА. Исключение составляют сильно промышленно освоенные территории Среднего и Южного Урала (IIIб^2/2 и IIIб₃) и высокоширотные районы (IIIа₂ и IIIб₃) с экстремальными природными условиями, в которых отмечается высокая экологическая опасность при размещении промышленных объектов.

Пониженный потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА-IV) Класс IVa -умеренный значительный перенос с преобладанием значительного наблюдается в центре ETC и подразделяется на два подкласса по величине приходящей радиации -северный (IVa¹) и южный (IVa²) (в северном подрайоне до 85, а в южном -до 95 ккал/см² • год). Наиболее значителен перенос в северо-восточном направлении (К_ип = 7-8). Инвер­сии круглый год. Осадков выпадает 500-600 мм/год.

Класс IV6 -умеренный, значительный и сильный перенос с преобладанием значительного наблюдается на севере ETC и прилегающих к нему районах Западной Сибири. Наиболь­ший перенос происходит в северо-восточном направлении (К_ип = 7 - 8). Повторяемость штилей невелика -около 10%, а опасных скоростей ветра -25%. Осадков до 400 мм.

Для районов с пониженным потенциалом загрязнения атмосферы (ПЗА-IV) характерна низкая степень экологической опасности, которая возрастает при сильной урбанизированности территории, например в районе IVa².

Низкий потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА-V)

Класс Va -значительный и сильный перенос (К_ип = 10-12) в равной степени охватывает районы нижней Волги (Va¹) и Прикаспийской низменности (Va²). Наибольший перенос происходит в двух противоположных направлениях -с северо-востока и с юго-запада. Повторяемость штилей около 10%, опасных скоростей ветра -около 25%, инверсий зимой около 90%, летом -около 70%. Различаются подрайоны по степени за­сушливости: в северном осадков выпадает 300-400, в южном -150-200 мм/год; по величине приходящей радиации -ПО и 120 ккал/см² • год соответственно; по числу дней с пыльными бурями, которых больше в Прикаспийской низменности, что повышает потенциал загрязненности атмосферы.

Класс V6 -значительный и сильный перенос, превосходящий минимальный на порядок, наблюдается в Арало-Каспийском районе. Отмечается большая засушливость климата -осадков 100-150 мм/год; большое поступление радиации (до 130-140 ккал/см² • год) и высокая повторяемость пыльных бурь. Характерна низкая степень экологической опасности за счет имеющегося резерва ПЗА, увеличивающаяся в безлес­ных и подверженных действию пыльных бурь территориях.

Очень низкий потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА-VI) ха­рактерен для северных и восточных побережий с сильным и очень сильным переносом (К_ип = 11-14), на которых выделяется девять районов: балтийский (VIa), восточноевропейский (VI6), западносибирский (VIв), восточносибирский (VIг), чукотский (VIa), камчатский (VIe), охотский (VIж), сахалинский (VIз) и приморский (VIи). Каждый из районов отличается особенностями воздушного переноса, который во всех случаях велик. Общим для этих районов различного климата -от умеренного морского до субарктического и муссонного -являются частые штормы, малый приток радиации, избыточное увлажнение, обилие туманов.

Хорошо проветриваемые побережья Северного Ледовитого и Тихого океанов обладают очень низким потенциалом загрязнения атмосферы, лучшими условиями воздушного переноса на территории России с большим резервом ПЗА, но крайне экстремальные природ­ные условия и явления стихийного характера создают здесь высокую степень экологической опасности при промышленном освоении.

Таким образом, высокую экологическую опасность при промышленном освоении территории определяет не только высокий потенциал загрязнения атмосферы, но и другие климатические параметры, в частности степень экстремальности природных условий. Кроме того, высокая вероятность экологической опасности появляется при занятости ПЗА уже существующими или прогнозируемыми техногенными нагрузками.

При выборе районов с заданной степенью экологичности при размещении промышленного объекта предпочтение отдается территориям с низким потенциалом загрязнения атмосферы при отсутствии факторов, увеличивающих его. В целом высокой экологической опасностью обладают территории с высоким потенциалом загрязнения атмосферы (ПЗА-I), особенно в районах сильной промышленной освоенности.

Следующая градация -территории с повышенным потенциа­лом загрязнения атмосферы (ПЗА-II),которым присуща повышен­ная экологическая опасность, резко возрастающая в промышлен-но освоенных и урбанизированных районах и в районах действия экстремальных и стихийных процессов.

Для территорий с умеренным потенциалом загрязнения атмосферы (ПЗА-Ш) характерна низкая экологическая опасность промышленного освоения, за исключением промышленных районов Среднего и Южного Урала и высокоширотных районов с экстремальными природными условиями.

Четвертая градация -пониженный потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА-IV) -характеризуется низкой степенью экологи­ческой опасности.

Для следующих градаций (ПЗА-V и ПЗА-VI) с низкими значениями потенциала загрязнения атмосферы возрастание экологической опасности происходит в районах действия пыльных бурь и в районах побережий морей с высокой встречаемостью стихийных бедствий и экстремальным климатом.

На территориях с высоким потенциалом загрязнения атмосферы и интенсивной промышленной освоенностью возможно размещать лишь экологически безопасные производства с высокой степенью очистки. На территориях, обладающих резервом ПЗА, возможно размещение с меньшими ограничениями.

Материалы:

1. Фрагмент карты «Потенциал загрязнения атмосферы на территории России и сопредельных стран (бывший СССР)» (с легендой). Масштаб 1:8 000 000 .

2. Карта-схема «Районирование территории по природному потенциалу загрязнения атмосферы».

3. Тестовая характеристика районов. Характеристика классов ПЗА.

1.5 Занятие №5 Экологическое обоснование размещения. Анализ потенциала самоочищения почв

Цель занятия:

1.Оценить природный потенциал самоочищения почв в регионе размещения.

2.Дать характеристику класса самоочищающей способности почв, используя фрагмент карты районирования и легенду к ней.

3.Определить геохимическую емкость территории.

Основные положения:

Потенциал самоочищения почв — совокупность физических, химических и биохимических процессов, обусловливающих естественное разложение загрязняющих веществ и ведущих к восстановлению естественных свойств почв и их природного потенциала.

При районировании территории по самоочищающей способности почв выделяется 10 классов (от очень низкого до очень высокого потенциала).

Факторы, лимитирующие скорость разложения техногенных веществ в почвах: кислотно-щелочные, окислительно-восстановительные условия, водный режим, класс водной миграции и др.

Для оценки скорости разложения загрязняющих веществ в почвах использован опадочно-подстилочный коэффициент, выраженный в относительных величинах, и типы климата почв.

Сорбирующая способность к загрязнителям оценена и выражена через величину емкости поглощения почв (в мг-экв. на 100 г почвы). По особенностям водной миграции и водному режиму почвы сгруппированы в ряд классов (от кисло-глеево-водозастойного до соленосного сульфидно-выпотного).

Районирование территории произведено по 10 классам самоочищающей способности почв.

Материалы:

Рисунок 1 - Фрагмент карты «Районирование территории России и сопредельных государств по степени способности почв к самоочищению от продуктов техногенеза. Масштаб 1:8 000 000

Таблица 1 - Матричная таблица-легенда карты