5.2.2. Организация наблюдений за метеорологическими условиями и уровнем загрязнения атмосферного воздуха

Особая проблема при составлении и использовании моделей биосферных метеорологических условий связана с необходимостью одновременного наблюдения за состоянием погоды в разных точках земного шара.

Большинство стран имеют собственные метеорологические службы. В России правила организации наблюдений за атмосферой и уровнем ее загрязнения в городах и населенных пунктах изложены в «ГОСТ 17.2.2.3.01. Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества воздуха населенных пунктов» [14].

Наблюдения за метеорологическими параметрами и уровнем загрязнения атмосферы осуществляют на постах. Постом наблюдения является точка местности, на которой размещают павильон или автомобиль, оборудованный соответствующими приборами. Устанавливаются посты наблюдений трех категорий: стационарные, маршрутные, передвижные.

Стационарный пост предназначен для обеспечения непрерывной регистрации метеорологических параметров и содержания загрязняющих веществ. эти посты оборудованы специальными павильонами, которые устанавливают в заранее выбранных местах.

Маршрутный пост предназначен для регулярного отбора проб воздуха в тех случаях, когда невозможна или нецелесообразна установка стационарного поста или необходимо более детальное изучение состояния загрязнения воздуха в отдельных районах. Наблюдения на маршрутных постах проводятся с помощью передвижной лаборатории, которая оснащена необходимым оборудованием и приборами. Маршрутные посты устанавливают в заранее выбранных точках. Одна машина за рабочий день объезжает 4 - 5 точек наблюдения.

Передвижной пост предназначен для отбора проб под дымовым (газовым) факелом для выявления зоны влияния данного источника выбросов. Наблюдения под факелами предприятий проводятся также с помощью оборудованной автомашины. Эти посты представляют собой точки, расположенные на фиксированных расстояниях от источника.

Информативность наблюдений за состоянием метеорологических параметров и загрязнением атмосферы в городе зависит от правильности расположения поста на обследуемой территории. При выборе места для размещения поста, прежде всего, следует установить, какую информацию нужно получить: об уровне загрязнения воздуха, характерном для данного района города, или о концентрации примесей в конкретной точке, находящейся под влиянием выбросов отдельного промышленного предприятия, крупной автомагистрали. В первом случае пост должен быть расположен на таком участке местности, который не подвергается воздействию отдельно стоящих источников выбросов. Благодаря значительному перемешиванию городского воздуха уровень загрязнения в районе поста будет определяться всеми источниками выбросов, расположенными на исследуемой территории. Во втором случае пост размещается в зоне максимальных концентраций примеси, связанных с выбросами рассматриваемого источника.

Каждый пост, независимо от категории, размещается на открытой, проветриваемой со всех сторон площадке с не пылящим покрытием: на асфальте, твердом грунте, газоне. Если пост разместить вблизи высоких зданий, на узкой улице, под кронами деревьев или вблизи низкого источника выбросов, то он будет контролировать уровень загрязнения, создаваемый в конкретном месте с искажениями: или занижать реальный уровень загрязнения из-за поглощения газов густой зеленью, или завышать из-за застоя воздуха и скопления вредных веществ вблизи строений.

Стационарный и маршрутный посты размещаются в местах, выбранных на основе обязательного предварительного исследования загрязнения воздушной среды города промышленными выбросами, выбросами автотранспорта, бытовыми и другими источниками.

Для вычисления распределений концентрации примеси по городу посты необходимо устанавливать, в первую очередь, в тех жилых районах где, возможны наибольшие средние уровни загрязнения, затем в административном центре населенного пункта и в жилых районах с различными типами застройки, а также в парках, зонах отдыха. К числу наиболее загрязненных районов относятся зоны наибольших максимальных разовых и среднесуточных концентраций, создаваемые выбросами промышленных предприятий (такие зоны расположены в 0,5 - 2км от низких источников выбросов и в 2 — 3 км от высоких). Магистрали интенсивного движения транспорта создают зону загрязнения в непосредственной близости на расстоянии 50 — 100 м.

Размещение стационарных постов согласовывается с местными органами Государственного комитета РФ по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды и Министерства здравоохранения и социального развития РФ. Открытие, закрытие или перенос постов Общегосударственной службы наблюдения и контроля уровня загрязнения природной среды (ОГСНК) производятся в течение года в соответствии с порядком, установленным Наставлением гидрометеорологическим станциям и постам. Организации различных министерств и ведомств, проводящих наблюдения за уровнем загрязнения атмосферы, руководствуются требованиями настоящего документа.

Число стационарных постов определяется в зависимости от численности населения в городе, площади населенного пункта, рельефа местности и степени индустриализации, размещения мест отдыха. В зависимости от численности населения устанавливается [14]:

▫ 1 пост, если в городе проживает до 50 тыс. жителей;

▫ 2 поста - 50 - 100 тыс. жителей;

▫ 2 - 3 поста - 100 - 200 тыс. жителей;

▫ 3 - 5 постов - 200 - 500 тыс. жителей;

▫ 5 - 10 постов - более 500 тыс. жителей;

▫ 10 - 20 постов (стационарных и маршрутных) более 1 млн. жителей.

Количество постов может быть увеличено в условиях сложного рельефа местности, при наличии большого количества источников загрязнения, а также при наличии на данной территории объектов, для которых чистота воздуха имеет первостепенное значение, например, уникальных парков, исторических сооружений и др.

Используемые на стационарных постах системы ОГСНК средства измерения комплектуются в виде лабораторий Пост-1 и Пост-2. В маршрутных и передвижных постах применяют лаборатории Атмосфера - Б. Метеорологические параметры на стационарных постах фиксируются с помощью автономных устройств, а контроль состояния воздуха, как правило, осуществляется посредством отбора проб с последующим их исследованием в лаборатории центра мониторинга. Для отдельных газовых примесей (оксидов азота, серы, углерода) используют автоматические газоанализаторы. Для отбора проб используются пробоотборные устройства (аспираторы), оснащенные побудителями расхода анализируемого воздуха с электрическим приводом.

Обследование состояния загрязнения воздуха населенных пунктов проводится по специальной расширенной программе.

По сокращенной программе наблюдения проводятся с целью получения информации только о разовых концентрациях ежедневно в 7 и 13 часов местного декретного времени. Наблюдения по сокращенной программе допускается проводить при температуре воздуха ниже -45^оС и в местах, где среднемесячные концентрации ниже 1/20 максимальной разовой ПДК или меньше нижнего предела диапазона измерений концентрации примеси используемым методом.

Для получения информации о разовых концентрациях допускается проводить наблюдения по скользящему графику в 7, 10, 13 ч во вторник, четверг, субботу и в 16, 19, 2 2 часов в понедельник, среду, пятницу.

Программа суточного отбора проб предназначена для получения информации о среднесуточной концентрации. Наблюдения по этой программе проводятся путем непрерывного суточного отбора проб и не позволяют получать разовых значений концентрации. Все программы наблюдений позволяют получать концентрации среднемесячные, среднегодовые и средние за более длительный период.

Одновременно с отбором проб воздуха определяют следующие метеорологические параметры: направление и скорость ветра, температуру воздуха, состояние погоды и подстилающей поверхности.

В период неблагоприятных метеорологических условий, сопровождающихся значительным возрастанием содержания примесей, наблюдения проводят через каждые 3ч. При этом отбирают пробы на территории наибольшей плотности населения на стационарных или маршрутных постах или под факелом основных источников загрязнения.

Для оборудования стационарных постов используют лабораторию “Пост-1”, внешний вид которой представлен на рис. 61 [14]. Лаборатория предназначена для измерения метеорологических параметров и проведений наблюдений за уровнем загрязнения атмосферы.

Лаборатория “Пост-1” располагается в специальном павильоне и оборудована автоматическими газоанализаторами ГМК-3 и ГКП-1, системами для проведения отбора проб и метеорологических наблюдений, мачтой для установки датчика ветра, системой электроснабжения, обогрева и освещения.

Стены павильона выполнены из теплоизолирующего материала и облицованы с внутренней стороны пластиком 1, а с наружной — декоративными дюралюминиевыми ячейками специального профиля 2; пол покрыт линолеумом. Мачта с датчиком ветра устанавливается на плоской крыше павильона.

В специальной камере размещаются датчики метеостанции М-49, измеряющие температуру и влажность воздуха. При открытой дверце камеры датчик метеостанции выдвигается на 1,5 м от стенки павильона для измерений.

В двух противоположных углах павильона имеются четыре люка 11, в которые помещаются блоки отбора проб для определения содержания в воздухе пыли и сажи. При отрицательной наружной температуре воздух, поступающий в ротаметр, подогревается до 20^оС терморегулятором. Через крышу павильона пропущен трубопровод отбора проб воздуха для измерения концентраций газовых примесей.

Лабораторное оборудование включает лабораторный Г-образный стол 7 с тумбочками, на котором крепятся полки 9 для установки приборов; вращающийся лабораторный стул; два ящика 5 для хранения и транспортировки стеклянных поглотителей, наполненных поглотительным раствором; два штатива для установки поглотителей, настольный вентилятор и сигнальные часы (на чертеже не показаны). Для вентиляции павильона служит люк 3.

Система отбора проб воздуха для контроля содержания пыли состоит из блока отбора проб с гибким шлангом, камеры подогрева, имеющей нагреватель с терморегулятором, ротаметра РС-7 с регулятором расхода, который соединен гибким шлангом с пылесосом. В блок отбора проб вмонтирована труба, один ее конец, на который надевается держатель с фильтром, выставляется наружу а другой располагается внутри павильона и заканчивается гибким шлангом. Гибкий шланг вставляется непосредственно в шлиф, соединенный с камерой подогрева, либо в шлиф 10 трубопровода 4, идущего от противоположного угла павильона, который в свою очередь с помощью гибкого шланга и шлифа соединяется с камерой подогрева. Таким образом, обеспечивается возможность отбора проб воздуха для контроля содержания пыли через любой из четырех люков. В этот же блок вмонтирована трубка для забора проб воздуха для контроля содержания сажи. Ее наружный конец оканчивается специальным патроном для фильтра, а на внутренний конец надевается резиновая трубка, соединенная с электрическим аспиратором. При отрицательной наружной температуре воздух, поступающий в ротаметр, подогревается до 20^оС с помощью терморегулятора.

Расход воздуха (в дм³/мин.) в ротаметре РС-7 определяют по высоте подъема (в см) верхнего среза поплавка с помощью градуировочного графика. В верхней части ротаметра имеется винт регулирования расхода воздуха в пылевом канале. Побудителем расхода воздуха служит пылесос, включенный в розетку над столом; розетка соединена с электрической сетью через выключатель пылесоса. Пылесос резиновым шлангом соединяется (на рисунке не показано) с регулятором расхода.

Система автоматических измерений состоит из газоанализатора диоксида серы ГКП-1 12, газоанализатора оксида углерода ГМК-3 13, закрепленных на столе и полках. Электрическое питание газоанализаторов осуществляется подключением к розеткам, расположенным на боковой стенке павильона над столом. При отсутствии этих газоанализаторов вместо них устанавливается газоанализатор серии 600-03.

Система измерения метеорологических элементов состоит из метеорологической станции М-49, пульта управления 8, который располагается на полке и включается в розетку на боковой стенке павильона, датчика скорости и направления ветра станции, установленного на мачте, укрепленной на крыше павильона. При установке датчика ветра он ориентируется с помощью компаса. Соединительный кабель от датчика скорости и направления ветра пропущен внутрь мачты через отверстие в верхней ее части и проходит через крышу в павильоне к пульту управления станции.

Датчики температуры и влажности воздуха смонтированы на каретке устройства для перемещения. Каретка вместе с датчиками выдвигается в рабочее положение наблюдателем за рукоятку на подвижной штанге. В исходное положение датчик возвращается наблюдателем за ту же рукоятку. Для определения атмосферного давления в выдвижном ящике стола установлен барометр-анероид, который выдвигается на время измерений. Для измерения влажности и температуры воздуха в случае выхода из строя датчиков в комплекте лаборатории предусмотрен аспирационный психрометр, который крепится горизонтально специальным держателем на уровне датчика влажности.

Система отопления и освещения состоит из двух электрических нагревателей 6 с терморегулятором. Система отопления обеспечивает в холодное время года температуру в павильоне 20+5^оС. Освещение павильона производится при помощи двух люминесцентных светильников.

Рассмотрим организацию наблюдений за метеорологическими условиями и уровнем загрязнения атмосферного воздуха на примере города Томска.

Регулярные наблюдения за загрязнением воздушного бассейна Томска начались с 1974 г. В настоящее время этими наблюдениями занимается Томская комплексная лаборатория по мониторингу среды. В настоящее время работает шесть стационарных постов наблюдения за загрязнениями (ПНЗ). Их расположение представлено на рис. 62. ПНЗ расположены по следующим адресам:

▫ ПНЗ № 2 - площадь Ленина;

▫ ПНЗ № 5 - ул. Герцена, 68;

▫ ПНЗ № 11 - перекресток ул. Пролетарской и пер. Баранчуковского;

▫ ПНЗ № 12 - пос. Светлый (на рис. не представлен);

▫ ПНЗ №13-ул. Вершинина;

▫ ПНЗ № 14 - перекресток ул. Лазо и ул. Беринга

Отбор проб производится в течение 20 мин. Наблюдения ведутся за основными примесями: пылью, S0₂, NО₂, СО и специфическими: сероводородом (Н₂S), фенолом (С₆Н₅ОН), формальдегидом (СН₂0), аммиаком (NН₃), хлористым водородом (НС1) и тяжелыми металлами. Ранее на всех постах производился отбор всего комплекса ингредиентов. В настоящее время в результате оптимизации контроля среды на каждом посту регистрируют основные примеси и только те специфические примеси, которые наиболее характерны для каждого контролируемого района. Таким образом, на каждом ПНЗ регистрируют от 5 до 8 вредных примесей.