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 (Кмп = 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 (Кип = 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 (Кнп = = 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 (IIг1/2), Приазовье (IIг|/2), северо-восток ETC (IIг2/1), восток ETC (IIг2/2), Заволжье (IIг2/3), северо-восточная половина Западной Сибири (IIг3), равнинный Казахстан (IIг4), равнины Средней Азии (IIг5/|) и юг Средней Азии (IIг5/2). Для юго-востока ETC, Приазовья и Средней Азии характерен умеренный и значительный северо-восточный перенос (Кип = 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 (Кип = 8), для остальных четвертей Кип= = 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 (Кип = 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 (Кип = 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 (IIIб2/2 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 (Кип = 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 (Кип = 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 (Кип = 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 (Кип = 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
