Мониторинг трансграничных загрязнений

 

Возникшая в последние десятилетия проблема трансграничных переносов загрязняющих веществ выдвинула на первый план вопросы, связанные с дальним переносм токсикантов. Впервые они были поставлены в связи с переносом в атмосфере на большие расстояния радионуклидов и появлением глобальных радиоактивных выпадений.

В настоящее время отмечено распространение на большие расстояния многих загрязнителей. Это связано с ростом объема выбрасываемых веществ. Не редко происходит заблуждение по причине бытующей фразы: «Уменьшение промышленного производства – ведет к уменьшению загрязнения окружающей среды». Не всегда это так. Снижение объемов производства часто происходит по причине ухудшения экономической ситуации в стране. Если это так, то наивно думать о том, что деньги найдутся на производственном объекте для поддержания в надлежащем виде очистных сооружений и оборудования связанного с очисткой сбрасываемого отхода в окружающую среду. Не редко в окружающую среду при сложившейся ситуации сброс загрязняющих веществ происходит в своем первоначальном виде, почти без очистки. Поэтому при уменьшении объемов производства может происходить в некоторых случаях загрязнение в обычном объеме («как всегда»), а то и в большем.

Приоритетное внимание должно быть уделено тем загрязнителям, которые имеют высокую токсичность и отличаются стабильностью. В частности, широкое применение ДДТ и других ХОП в конечном итоге явилось причиной глобального загрязнения природной среды этими токсикантами. С 1977 г. мониторинг трансграничных переносов проводится в рамках общеевропейской программы ЕМЕР, которая включает в себя около 100 станций наблюдения размещенных более чем в 25 странах. Следует отметить, что большая часть данных по трансграничным переносам получена на основе расчетных моделей, которые потребовали многочисленных допущений.

Поступающие из различных источников загрязняющие вещества переносятся воздушными и водными потоками и распространяются под влиянием турбулентного перемешивания. В случае атмосферных переносов они перемещаются не только по горизонтали, но и по вертикали вследствие сухих выпадений (осаждения), интенсивность которых во многом определяется турбулентностью, рельефом и характером подстилающей поверхности, а также вымывания с атмосферными осадками. При средней скорости западных воздушных масс в верхней тропосфере 30–35 м/с, наблюдаемых в умеренных широтах, аэрозольные выбросы успевают обогнуть земной шар за 10–12 сут. Заметим, что трансграничные переносы в меридиональном направлении осуществляются более медленно, чем в широтном. Вследствие этого для северного и южного полушарий характерны свои фоновые уровни загрязнений.

При организации постоянного наблюдения за распространением вредных примесей, т.е. изучении вопросов загрязнения больших регионов, необходимо учитывать следующие данные:

1)      сведения о существующих и перспективных источниках загрязнения;

2)      характеристики загрязняющих веществ (токсичность, возможность дальнейших превращений, концентрацию, способность к осаждению, растворимость в воде и т.д.);

3)      гидрометеорологические условия;

4)      результаты прошлых наблюдений за загрязнителями;

5)      уровни загрязнения природных сред в соседних областях и регионах;

6)      сведения о глобальном переносе примесей.

Распространение загрязняющих веществ на той или иной территории за счет трансграничных переносов в атмосфере может быть описано полуэмпирическим уравнением турбулентной диффузии:

dC/dtWg (dC/dz) + U (dC/dx) = Kx (dC2/dx2) + Ky (dC2/dy2) + Kz (dC2/dz2),

где С – концентрация примеси в воздухе; Kx, Ky, Kz – соответствующие коэффициенты турбулентной диффузии; Wg – скорость «сухого» осаждения частиц; U – скорость ветра.

От 10 до 30 % загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу, выпадают в локальной зоне радиусом до 10 км. Основная часть аэрозолей вовлекается воздушными потоками в трансграничные переносы, сопровождающиеся процессами выведения примесей из атмосферы за счет «сухого» осаждения и вымывания атмосферными осадками. Скорости «сухого» осаждения загрязняющих веществ во многом определяются характеристиками земной поверхности. В разных источниках приведены различные значения этих величин: 5–10 мм/с для почв, 5 мм/с для пресных водоемов, 1 мм/с для снега, 2–5 мм/с для сухой растительности и до 30 мм/с для трав и кустарников. Для ХОП наиболее вероятные скорости осаждения на земную поверхность за счет сухих выпадений не превышают 5 мм/с, поскольку большая часть этих веществ находится в газовой фазе или в виде высокодисперсных аэрозолей.

Расчет количества загрязняющего вещества, выводимого из атмосферы, основан на уравнении:

 

(d/dz) Kz p (dC/dz) – f p C = 0,

 

где Kz – коэффициент вертикальной турбулентной диффузии, м2/с;

p – плотность воздуха на высоте z, кг/м3;

Сконцентрация примеси, нг/кг;

f – коэффициент вымывания, с-1.

 

Уравнение, описывающее выведение примесей из атмосферы за счет «сухих» выпадений, имеет вид:

 

Kz (dC/dz) – Wg р C + Ф = 0 при z = z0,

 

где Ф – плотность потока загрязняющего вещества с подстилающей поверхности в атмосферу;

z0 – уровень измерения приземных концентраций, м.

 

На основании данных об источниках загрязнения приведенные выше уравнения позволяют рассчитать потоки загрязняющих веществ на подстилающую поверхность вследствие атмосферных переносов. По результатам распределения скоростей и направлений последних, полученным на основе обработки климатологических аналитических данных, рассчитываются поля среднегодовых концентраций.

При этом сухое выпадение токсичных примесей (D) рассчитывают в виде потока на подстилающую поверхность за интересующий период времени с использованием скорости осаждения Wg:

D = C (x,y,0)∙Wg dt.

Для расчета количества примесей, выпадающих с осадками (F), применяют формулу:

F = C (x,y,0)∙hydt.

Общее количество загрязняющих веществ, поступающих с атмосферными переносами (Q), составляет:

Q = D + F.

Современные оценки показывают, что атмосферные переносы токсикантов являются важнейшими источниками загрязнения окружающей среды.

Источники антропогенного химического загрязнения окружающей среды имеют, как правило, конкретный адрес. Это могут быть локализованные источники, например дымовые трубы или сточные воды предприятий, а могут быть и рассредоточенные сельскохозяйственные поля, городские территории. В силу миграции загрязнений в объектах окружающей среды они могут складываться от различных источников. В масштабах региона действие множества локальных источников можно рассматривать как один рассредоточенный источник.

Все элементы биосферы в той или иной мере участвуют в процессах массопереноса загрязняющих веществ.

Миграция загрязняющих веществ на большие расстояния стала международной проблемой, поэтому большое значение имеет наблюдение (констатация) за распространением загрязняющих веществ и источниками их поступления в окружающую среду. Принципиальное значение имеют выявление путей миграции загрязняющих веществ, количественное описание скорости их распространения в окружающей среде, позволяющее осуществлять математическое моделирование процессов массопереноса и в конечном итоге прогнозировать и регулировать уровень загрязнения окружающей среды в допустимых пределах.

Большое значение для оценки трансграничного воздушного переноса загрязняющих веществ на большие расстояния имеет математическое моделирование траектории движения воздуха с определением вдоль нее так называемого сухого или влажного выпадения загрязняющих веществ на землю. Под сухим понима­ется убыль примеси за счет ее взаимодействия с подстилающей поверхностью, под влажным – процесс захвата примеси облаками и осадками и осаждение вместе с дождем или снегом на почву. Конечно, достоверность долгосрочных прогнозов такого рода еще невелика, так как не решены гораздо более глобальные проблемы, например прогнозирование погоды. Тем не менее с помощью таких расчетов, анализируя чувствительность «решения» к вариации параметров модели в, допустимых пределах, можно представить вероятностную картину влияния того или иного источника загрязняющих веществ на загрязнение окружающей среды. Другой объект моделирования – миграция и трансформация загрязняющих веществ, в частности пестицидов, в системе почва – атмосфера – водные объекты – биота. Чисто эмпирические подходы к прогнозу здесь практически невозможны из-за многообразия физико-химических свойств загрязняющих веществ и условий внешней среды. Возникает необходимость построения физико-математических моделей процессов миграции и трансформации загрязняющих веществ с различным числом параметров, поддаю­щихся экспериментальному определению. Для построения модели естественна попытка разделить всю совокупность процессов, протекающих в окружающей среде, на отдельные «блоки». Именно по такому пути и пошли создатели различных прогностических моделей. В основе этих моделей лежат представления о физических процессах массопереноса загрязняющих веществ и о процессах их химической (биохимической) трансформации вдоль «траектории» миграции.

Физические процессы массопереноса делят на две группы. Первая группа – процессы, протекающие на границах раздела фаз: улетучивание загрязняющих веществ с границы раздела почва – атмосфера, испарение с границы раздела жидкость – атмосфера, процессы сорбции – десорбции растворенных веществ. Сюда же относятся эффекты биоконцентрирования. Во вторую группу входят процессы массопереноса в пределах каждой из фаз (почва, вода, атмосфера). Для многих загрязняющих веществ с высокой летучестью основной вклад в миграцию в окружающей среде дает перенос с воздушными массами, т.е. определяется не прогнозируемыми пока с достаточной точностью метеоролическими факторами. Для слаболетучих соединений, растворимых в воде, массоперенос определяется движением с поверхностным водостоком, перемещением по почвенному профилю с восходящими или нисходящими потоками воды, а также течением реки или перемешиванием, т.е. определяется гидродинамическими факторами. Нелетучие и водонерастворимые соединения могут долго находиться в почве и либо смываются поверхностным стоком в водоемы, либо постепенно проникают в глубинные слои почвы и в грунтовые воды.

Несмотря на сложность учета многообразных факторов, связанных с метеорологическими, гидрогеологическими и гидродинамическими процессами, в настоящее время успешно разрабатываются прогностические физико-математические модели, удовлетворительно описывающие результаты как модельных опытов, так и натурных измерений.

Эти модели опираются на гипотезу о возможности прогнозирования концентраций веществ в объектах окружающей среды, при определенных физико-химических и кинетических параметрах.

 


Мвидео. Скидка 3000р в чеке от 29990р. по 21.10
Мвидео. Скидка 3000р в чеке от 29990р. по 21.10


Промокод Купон Яндекс Директ 2000/8000 Скидка 75% 30.10
Промокод Купон Яндекс Директ 2000/8000 Скидка 75% 30.10


Купон Google Adwords (гугл адвордс) 100$ для КАНАДЫ
Купон Google Adwords (гугл адвордс) 100$ для КАНАДЫ