удк 661.92 влияние физико-географических характеристик на

201
УДК 661.92
ВЛИЯНИЕ ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
НА СОСТОЯНИЕ ВОЗДУШНОГО БАССЕЙНА ГОРОДА СТЕРЛИТАМАК
РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН
Бикбулатов И.Х., Асфандиярова Л.Р., Панченко А.А.
Филиал Уфимского государственного нефтяного технического
университета в г.Стерлитамак, e-mail: [email protected]
Аннотация. В статье описано влияние особенностей физико-географических
характеристик на состояние воздушного бассейна промышленного региона: установлены причинно-следственные связи между загрязнённостью атмосферного воздуха, метеоусловиями, географическими особенностями. Впервые описано влияние различий в рельефе местности города и сопредельных территорий на состояние воздушного бассейна
города Стерлитамак. Эти факторы и их взаимовлияние необходимо использовать при
анализе количественных характеристик загрязнения воздушной среды
Ключевые слова: воздушный бассейн, инверсия, неблагоприятные метеоусловия
(НМУ), остров тепла, рельеф
Метеоусловия в конкретном регионе являются следствием глобальных,
планетарного масштаба перемещений атмосферного воздуха. Город в большей
или меньшей степени изменяет состояние тонкого слоя воздуха над поверхностью
земли, то есть загрязнение воздуха локального масштаба тесно связано с физическим состоянием атмосферы [1, с. 9], поэтому изучение физико-географических
характеристик территории позволяет находить корреляционные зависимости между выбросами в атмосферу из антропогенных источников и распространением
выбросов в селитебной части городской территории.
Город Стерлитамак расположен на границе трёх природно-климатических
зон: южной лесостепи, предуральской степи и горной южно-уральской области.
Его протяжённость с севера на юг – 15 км, с востока на запад 10 км, площадь города составляет 108,5 км2, численность постоянного населения более 266 тыс.
человек. Уровень загрязнения воздуха характеризуется как высокий. Индекс загрязнения атмосферы (ИЗА) равен 9,2 [3, с. 47].
Необходимо учитывать неблагоприятные факторы, способствующие накоплению выбросов промпредприятий и транспорта в атмосферном воздухе города, такие как:
– расположение города в 4-й климатической зоне, где по метеоусловиям
50 % дней в году регистрируются штилевые явления и 75 % дней – температурные
инверсии приземного слоя атмосферы;
– плотность застройки, недостаточная проветриваемость жилой зоны города;
– присутствие вторичного загрязнения атмосферы за счёт накопления вредных веществ в почве;
_____________________________________________________________________________
 Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело», 2012, № 4
http://www.ogbus.ru
202
– эффект
суммации выбросов и образование в условиях солнечной инсоляции оксидантов, содержание которых в воздухе не анализируется из-за недостаточного оснащения аналитических лабораторий города [3, с. 19].
Высокому уровню загрязнения воздуха способствует высокая среднегодовая повторяемость приземных инверсий (34 %), приподнятых инверсий (28 %) и
слабых скоростей ветра 0 - 1 м/с (42 %). Вероятность опасных явлений (штиль,
слабый ветер, инверсия) сохраняется большую часть года [2, с. 55].
Обстановка усугубляется и тем, что число дней с неблагоприятными метеоусловиями (НМУ) составляет до 80 % дней в году.
НМУ характеризуются слабыми ветрами, туманами, температурными инверсиями. Для Стерлитамака одинаково опасны как приподнятые инверсии, так и
приземные, так как в городе есть высокие организованные источники выбросов и
большое количество низких неорганизованных выбросов. Наиболее характерными для города являются приземные инверсии, причём повторяемость их в равной
мере высока как в тёплый, так и в холодный период года. В такие дни концентрации загрязняющих веществ в дыхательном слое атмосферы города могут повышаться в несколько раз и являться источником повышенной опасности для населения [5, с. 4]. Приподнятые инверсии наиболее характерны для холодного времени года и начинают увеличиваться с сентября.
Таблица 1. Метеорологические характеристики города [4]
Метеорологические
характеристики
Осадки, количество дней
Повторяемость
приземных инверсий
температуры, %
Повторяемость
приподнятых инверсий
температуры, %
Повторяемость застоев
воздуха, %
Повторяемость ветров
со скоростью 0 - 1 м/с, %
Повторяемость туманов,
%
I
9
II
14
III
19
IV
11
V
11
VI
6
45
59
21
43
37
42
66
70
61
29
11
42
50
21
37
73
63
48
-
-
-
Месяц
VII
4
VIII
13
IX
10
X
9
XI
19
XII
18
35
47
35
27
12
39
5
8
-
5
3
47
45
35
40
34
37
32
26
8
25
45
47
52
45
52
40
48
32
50
-
-
-
-
-
0,7
4,2
1,5
-
Солнечная радиация обуславливает фотохимические реакции в атмосфере
и формирование различных вторичных продуктов, обладающих часто более токсичными свойствами чем вещества, поступающие из источников выбросов, в результате фотохимического эффекта в ясные солнечные дни в загрязнённом воздухе формируется фотохимический смог, содержащий озон, формальдегид, диоксид
азота и другие.
Направление и скорость ветра определяются рельефом местности. С северной стороны города Стерлитамак на левобережье реки Белой расположены круп-
_____________________________________________________________________________
 Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело», 2012, № 4
http://www.ogbus.ru
203
нейшие промышленные предприятия. Возвышенное лесистое правобережье отгораживает воздушные потоки, направляя их преимущественно в меридиальном
направлении. Южнее Стерлитамака на реке Белой в 30 - 40 км находится промышленный гигант «Салаватнефтеоргсинтез» г. Салават и промзона г. Ишимбай с таким же барьером гор на правом берегу реки. Таким образом, в связи с преобладанием южного и северного направлений ветра, Стерлитамак подвергается постоянному воздействию воздушных масс, содержащих выбросы крупных промышленных зон; в безветрие идет процесс накопления выбросов вдоль поймы реки Белой.
На диаграммах представлен профиль рельефа по направлению Салават Стерлитамак (рис. 1) и Ишимбай - Стерлитамак (рис. 2).
Рис. 1. Профиль рельефа по направлению Салават - Стерлитамак (юг - север)
Рис. 2. Профиль рельефа по направлению Ишимбай - Стерлитамак (юг - север)
Промышленная зона располагается в основном в северной части города и
вдоль железной дороги на высоте 155 - 165 м, жилой массив в юго-западной части
на высоте 135 - 150 м над уровнем моря. Поле скорости ветра над городом имеет
_____________________________________________________________________________
 Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело», 2012, № 4
http://www.ogbus.ru
204
сложную структуру, так как различия в рельефе вызывают неупорядоченные воздушные течения. С востока на запад в меридиальном направлении располагаются
отроги Уральских гор, что создаёт естественную аэродинамическую трубу. Сам
город играет роль пассивного препятствия на пути воздушного потока, застроен
одно-, двух-, пяти-, девяти- и двенадцатиэтажными домами. Зелёная зона прерывистая, расположена отдельными участками. Учитывая эти обстоятельства, можно отнести тенденцию к боковому обтеканию города потоком, а также появление
вертикальной компоненты скорости ветра за счёт чисто «барьерного» эффекта.
Различия в рельефе местности отражены на диаграмме, в которой представлен профиль формы рельефа города в разрезе с запада на восток в меридиальном
направлении – рис. 3. Разница в отметках высот составляет 60 м.
Рис. 3. Профиль рельефа г. Стерлитамак в направлении с запада на восток
Крупные промышленные предприятия располагаются на окраине города в
северной части, в результате северное направление ветра оказывает большое влияние на загрязнение воздуха в жилых районах, происходит перенос примесей со
стороны источников на жилые кварталы. Северное направление также неблагоприятно и тем, что очертание территории города по форме близко к эллипсу и
наблюдается перенос загрязняющих веществ, направленный вдоль большей диагонали, то есть через всю селитебную часть.
Рельеф также влияет на образуемый за счёт застроек «остров тепла» ввиду
различных локальных циркуляций. Заметное влияние оказывают реки, протекающие по территории города. Река Белая протекает по восточной окраине города и
принимает в пределах города приток Ашкадар. По территории города протекают
левые притоки р. Ашкадар – р.Ольховка и р. Стерля. Они расположены в юго-восточной части города, где вертикальные отметки рельефа составляют 125 - 130 м
над уровнем моря. Здесь более высокая влажность воздуха, слабые ветра, особенно ночью. Указанное распределение ветра и температуры в ночное время способ_____________________________________________________________________________
 Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело», 2012, № 4
http://www.ogbus.ru
205
ствуют ослаблению турбулентного перемешивания у подстилающей поверхности,
что в свою очередь способствует интенсивному охлаждению воздуха и образованию глубоких инверсий. Это ведет за собой застаивание воздушных масс.
Таким образом, в пониженных частях рельефа в юго-восточной части города, особенно вдоль пойм рек, наблюдаются наибольшие концентрации примесей в
воздухе. В период неблагоприятных метеоусловий эффект застаивания усиливается.
Степень загрязнения воздуха по городу в целом связана с инерционным фактором. Загрязнение воздуха в городе зависит от значения концентраций загрязняющих веществ в предшествующий день. Зависимость связей между показателями
загрязнения воздуха в различные периоды снижается с увеличением промежутка
времени между этими периодами. Если в предшествующий день значение концентраций загрязняющих веществ велико, то и в текущий день загрязнение воздуха,
как правило, повышено. Обратная картина имеет место, когда значение обобщенного по городу показателя загрязнения в предшествующий день мало.
Некоторые из метеорологических факторов, влияющих на концентрации
примесей в воздухе, трудно охарактеризовать количественно. К ним относятся
градиент температур по высоте, наличие «острова тепла», степень термодинамической устойчивости атмосферы. При замерах установившегося уровня загрязнения воздуха они в какой-то степени учитываются автоматически ввиду действия
инерционного фактора [1, с. 476].
Таким образом, для моделирования процессов, протекающих в воздушном
бассейне города, необходимо учесть все вышеперечисленные факторы и их взаимовлияние, для чего, в частности, необходимо провести анализ количественных
характеристик воздушной среды за определённый период времени.
Литература
1. Атмосфера. Справочник (справочные данные, модели). Л.: Гидрометеоиздат, 1991. 511 с.
2. Атмосфера: Справ. издание. Ленинград: Гидрометеоиздат, 1991. 511 с.
3. Бикбулатов И.Х., А.Ф. Хайбуллин, Асфандиярова Л.Р., Панченко А.А.
Влияние антропогенных факторов на состояние воздушного бассейна г. Стерлитамака // Экология и промышленность России. 2012. № 4. С. 54 - 55.
4. Государственный доклад о состоянии окружающей среды г. Стерлитамак за 2009 г. Стерлитамак: СТУ Минэкологии РБ, 2010. 189 с.
5. Ежегодник состояния загрязнения атмосферного воздуха на территории
деятельности ГУ «Башкирское УГМС» за 2004 - 2009 гг. Башкирское УГМС,
2004 - 2009.
6. РД 52.04.306-92. Охрана природы. Атмосфера. Руководство по прогнозу
загрязнения воздуха. Дата введения 01.07.93. 53 с.
UDC 661.92
_____________________________________________________________________________
 Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело», 2012, № 4
http://www.ogbus.ru
206
THE INFLUENCE OF PHYSICAL AND GEOGRAPHICAL
CHARACTERISTICS ON THE AIR BASIN STATE IN STERLITAMAK CITY
OF BASHKORTOSTAN REPUBLIC
I.Kh. Bikbulatov, L.R. Asfandiyarova, A.A. Panchenko
Branch of Ufa State Oil Technical University in Sterlitamak
e-mail: [email protected]
Abstract. The article describes the influence of physical and geographical characteristics on the air basin state of industrial region: set of cause-effect relationship between air
pollution, weather conditions, geographical features. First described the effect of differences in
the terrain of the city and adjacent areas on the air basin state in Sterlitamak city. These factors
and their interaction should be used in the analysis of the quantitative characteristics of air
pollution.
Keywords: adverse weather conditions (AWC), air basin inversion, heat island, topography
References
1. Atmosphere: A Handbook (reference data, models). Leningrad, Gidrometeoizdat, 1991. 511 p.
2. Bikbulatov I.Kh., Khaibullin A.F., Asfandiyarova L.R., Panchenko A.A.
Vliyanie antropogennykh faktorov na sostoyanie vozdushnogo basseina g. Sterlitamaka
(Factors Affecting the Air Basin of Sterlitamak City of Republic of Bashkortostan),
Ekologiya i promyshlennost' Rossii, 2012, Issue 4, pp. 54 - 55.
3. Gosudarstvennyi doklad o sostoyanii okruzhayushchei sredy g. Sterlitamak za
2009 god (State report on the state of the environment of Sterlitamak in 2009). Sterlitamak, STU Minekologii RB, 2010. 189 p.
4. Ezhegodnik sostoyaniya zagryazneniya atmosfernogo vozdukha na territorii
deyatel'nosti GU «Bashkirskoe UGMS» za 2004 - 2009 (Yearbook of air pollution on
the territory of activities of "Bashkir Hydrometeorological Service" for 2004 - 2009
years). Bashkirskoe UGMS, 2004 - 2009.
5. RD 52.04.306-92. Okhrana prirody. Atmosfera. Rukovodstvo po prognozu
zagryazneniya vozdukha (Nature protection. Atmosphere. Guide for air pollution forecasting). 1993. 53 p.
_____________________________________________________________________________
 Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело», 2012, № 4
http://www.ogbus.ru