Экология 2.Экологические и метеорологические проблемы больших городов и промышленных зон.

К.х.н. Тас-оол Л.Х.^*, к.г.н. Чупикова С.А.^**,

к.ф.-м.н. Калуш Ю.А. ^**, Янчат Н.Н.^**.

^*ФГБОУ ВПО “Тувинский государственный университет”, г. Кызыл. Республика Тыва. Россия. E-mail: tgu@tuva.ru

^**ФГБУ науки Тувинский институт комплексного освоения природных ресурсов Сибирского отделения Российской Академии Наук, г. Кызыл. Республика Тыва. Россия. E-mail: tikopr@mail.ru

СОДЕРЖАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В СНЕЖНОМ ПОКРОВЕ НА ТЕРРИТОРИИ г. КЫЗЫЛ И ПРИГОРОДА.

В последние годы снежный покров (СП) используют в качестве естественного индикатора экологической обстановки на территориях, где СП устойчив в течение длительного времени. Так как снег при формировании СП из атмосферы вбирает в себя все вредные примеси, аккумулируя все сухие пылевые выбросы (пыль, сажа, аэрозоли) от стационарных и подвижных техногенных источников. Не сложный метод отбора снежного керна (по всей толще СП) позволяет проводить масштабные площадные исследования, узнать реальное экологическое состояние на исследуемой территории по распределению микроэлементов содержащихся в твердых пылевых выбросах выпавших из атмосферы на СП и идентифицировать источники антропогенного загрязнения и зоны их воздействия.

Цель данной работы – оценка химического состава снежного покрова территории г. Кызыла и пригородов на основе исследований химического состава снежного покрова (СП) за зимние периоды 2010/11 и 2011/12 гг.

Город Кызыл расположен в долине у слияния двух рек (Большого и Малого Енисея) р. Енисей. С юга и севера к долине подступают гряды холмов, климат резко-континентальный, зима малоснежная (10-25 см). В зимние периоды 2010/11 и 2011/12 гг. преобладали ветры восточные (34-37 %), северно-восточные (17-34 %) и северные (19-24 %), с доминированием слабых ветров скоростью в 1 м/с (81-97 %) [1]. Общее количество безветренных суток составляет более половины зимнего периода (53-54 %). В результате чего в районе г. Кызыла образуется зона температурной инверсии, которая ведет к скоплению в приземном слое воздуха загрязняющих веществ (рис. 1) затрудняя их снос и рассеяние.

Основными источниками загрязнения атмосферы города являются предприятие «Кызылская ТЭЦ», промышленные и коммунальные котельные 82 предприятий, автотранспорт и печное отопление частных домовладений. Для сжигания используются каменные угли Каа-Хемского месторождения, характеризующиеся качественным составом (масс. %): С^daf 82,7; Н^daf 5,9; О^daf 13,1; N^daf 1,2; S^d_общ 0,5; W^a 1,9; A^d 5,2; V^daf 35,8 [2].

По данным Госдоклада о состоянии окружающей среды Республики Тыва в 2009 г. в атмосферный воздух г. Кызыл поступило 34,5 тыс. тонн выбросов вредных веществ от техногенных стационарных источников (в т.ч. 19,9 тыс. тонн от ТЭЦ), от автотранспорта – 10,8 тыс. тонн [3]. Суммарный выброс летучей золы от шести котлоагрегатов ТЭЦ в холодном январе 1995 г. составил 5,7 тонн/час [4].

Состав СП исследовался методами титриметрии, турбидиметрии, фотоколорометрии, пламенной фотометрии и атомно-абсорбционной спектроскопии [5]. Отбор кернов СП проводились в марте 2011, 2012 гг., с 26-ти точек в зимний сезон 2010/11 и с 49-ти точек в зимний сезон 2011/12 гг., расположение которых показано на рис.2. Фиксирование координат точек отбора проб производилось с помощью GPS. Из рисунка видно, что отбор проб был произведен во всех функциональных зонах города, расположенного вдоль реки, с учетом направления области предполагаемого поступления загрязнений в основном от ТЭЦ и в непосредственной близости от дорог, как двух крупных поставщиков загрязнений. В качестве фона был выбран участок на аналогичной в ландшафтном отношении территории без техногенного воздействия, расположенный к востоку от ТЭЦ на расстоянии 14,5 км (точка отбора № 5). За зимний период поверхность СП на большей части исследуемой территории приобретает грязно серую окраску, припорошенную хлопьями сажи, а при вертикальном срезе хорошо видны темные прослойки представленные выпавшей сажей и пылью в толще СП.

По ионному составу талая вода снега кальциевая и гидрокарбонатная, реакция нейтрально-слабощелочная и мягкая (общая жесткость в среднем 0,3-0,5 мг-экв/л), содержание сухого остатка незначительно (в среднем 49-35 мг/л). Концентрация [HCO₃^-] в кернах СП вблизи ТЭЦ (0,4 км) составляет 5-7 мг/л, а на территориях, прилегающих к г. Кызыл, отобранных в радиусе 2-4 км от ТЭЦ, не превышает 24-32 мг/л; с удалением на север (16 км), восток (5 км) и юг (13 км) увеличивается до 38-61 мг/л. Содержание катионов кальция [Ca²⁺]с удалением от ТЭЦ так же, как и гидрокарбонатов, увеличивается в пределах 2,5-12,8 мг/л. Содержание остальных анионов и катионов значительно ниже соответствующих значений ПДК_в в воде водоема.

Во всех пробах талого снега, зимних сезонов 2010/11 и 2011/12 гг., содержания растворимых форм Cd значительно выше (в 3-33 и 5-31 раза, соответственно зимние сезоны 2010/11 и 2011/12 гг.) значения его ПДК_в в воде водоемов. Снежный покров в радиусе 100-300 м от автозаправочных станций (точки отбора №№ 17, 14 и 36) загрязнен растворимыми соединениями Pb и Hg в количествах, превышающих, соответственно, в 4 и 13 раза нормативы ПДК_в в воде водоемов. В талой воде СП, отобранного вокруг территории города и пригорода, средние содержания Mn (в 1,3), As и Ni (в 2,9), Co (в 1,9) и Fe (в 1,5) раза меньше соответствующих нормативов для этих элементов в ПДК_в в воде водоемов, но в кварталах жилого сектора, а также в местах максимальных скоплений автотранспорта их содержания уже сопоставимы или даже превышают соответствующие значения ПДК_в в воде водоемов до 80 %.

Вблизи массива частного сектора с печным отоплением (точки отбора проб №№ 4, 6, 7, 8, 9, 10) твердый остаток снежного покрова на 89-97 % представлен частицами сажи. На юго-западе города в районе промышленной зоны (точка № 11) содержание сажи снижается до 68-76 %%, очевидно, из-за улучшения полноты сгорания угля в котельных промышленных предприятий. В северной (точки №№ 1, 2, 3) наветренной стороне данного района оно не превышало 20-32 % в 2011 г., а в 2012 г. увеличилось до 60 % из-за введения в эксплуатацию двух дополнительных промышленных котельных (завод ЖБИ, асфальтовый завод) и увеличения количества частных домовладений.

Для выявления полей геохимического распределения одиннадцати дымовых поллютантов (10 микроэлементов-металлов + сажа) рассчитана величина суммарного загрязнения снежного покрова (Z_С), отражающая кратность превышения содержаний загрязняющих элементов в каждой точке опробования (с_i) над его содержанием в фоновом участке (с_ф) в соответствии с методическими рекомендациями [9]:

Z_С= ∑с_i/с_ф - (n - 1)

Применение современных геоинформационных технологий (ArcGIS 9.3) позволило составить серию оценочных аналитических и синтетических карт загрязнения снежного покрова отдельными зольными металлами-поллютантами и их ассоциаций, сажей, пылью и ионным составом талой воды СП. Карты оценки современного экологического состояния на основе изучения загрязнения снежного покрова с использованием ГИС для территории города Кызыла ранее не выполнялись. Построение картографических слоев проводилось методами взвешенных расстояний (IDW) и полиномальных интерполяций (Local Polynomial Interpolation) модуля расширения Geostatistical Analist [10]. Их анализ показал, что на картах четко фиксируются мозаичные ареалы загрязнения СП, отличающиеся по уровням суммарного загрязнения (рис.2) и оценить степень загрязнения исследуемой территории дымовыми выбросами. На изучаемой территории в зимний сезон 2010/11 гг. по геохимическому показателю (Z_С) были выделены три уровня загрязнения СП: низкий, средний и высокий (рис.2, А), а в зимний сезон 2011/12 гг. было выделено уже четыре уровня загрязненности СП: низкий, средний, высокий и очень высокий (рис.2, Б).

На основе представленных данных можно сделать вывод, что в целом на территории г. Кызыл и пригорода в зимний период экологическая ситуация, оцененная по величине суммарного загрязнения снежного покрова (Z_С), характеризуется средней степенью загрязнения дымовыми выбросами (64-128). В городе имеются локальные очаги с высокими уровнями загрязненности (128-256), вытянутые с севера на юг согласно направлению господствующих ветров; к ним относятся районы расположенные недалеко от ТЭЦ и автозаправочных станций, частный сектор с печным отоплением. Выявленный участок с радиусом 0,5-0,6 км (в центре, которого находится ТЭЦ) имеет очень высокий уровень загрязненности (Z_С >256). На этом маленьком участке в непосредственной близости к ТЭЦ расположены жилые дома с печным отоплением, автозаправочная станция, золошлакоотвал ТЭЦ и автодороги с интенсивным движением. Низкие уровни загрязнения (32-64) были зафиксированы в восточной и правобережной частях пригорода, а также в городском участке, расположенном между ипподромом и микрорайоном «Спутник» (точка № 25).

Работа поддержана грантом РФФИ 11-05-98052-р_сибирь_а

Литература

1. http://www.gismeteo.ru/city/daily/5189/

2. Тас-оол Л. Х., Янчат Н. Н., Аракчаа К. Д. О распределении главных неорганических элементов Каа-Хемских углей в золошлаковых отходах ТЭЦ г. Кызыл // ХТТ. 2012, № 5, с. 46–51.

3. Постановление Правительства Республики Тыва от 15 декабря 2010 г. N 570. "О государственном докладе о состоянии окружающей среды Республики Тыва в 2009 году". Кызыл. 2010.

4. Беляев С.П., Бесчастнов С.П., Хомушку Г.М., и др. Некоторые закономерности загрязнения природной среды продуктами сгорания каменного угля на примере г. Кызыла // Метеорология и гидрология. 1997. № 12. С. 54-61.

5. РД 52.04.186-89. Руководство по контролю загрязнений атмосферы.

6. СанПиН 4630-88 «Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнения».

7. ГН 2.1.7.2041-06. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве.

8. ГН 2.1.7.020-94. Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве.

9. Методические рекомендации по оценке степени загрязнения атмосферного воздуха населенных пунктов металлами по их содержанию в снежном покрове и почве. 5174-90. М.: ИМГРЭ, 1990.

10. ArcGIS 9 Geostatistical Analyst. Руководство пользователя Copyringht 2001 ESRI All Rights Reserved. Russian Translation by DATA+, Ltd. – 278 с.

Рисунок 1. Вид территории г. Кызыл и его окрестностей летом (А) и зимой (Б) 2010 г. по данным http://qlovis.usqs.qov/

Рисунок 2. Формирование полей распределения геохимического показателя СП (Z_С), на территории г. Кызыла и пригорода в зимние сезоны 2010/11 (А) и 2011/12 (Б) гг.