Сельскохозяйственные земли вблизи угледобывающего предприятия испытывают значительный техногенный пресс, связанный в том числе и с выпадением из атмосферы аэрозольных загрязнений. В статье рассматривается расчетная оценка воздействия атмосферных выбросов предприятия открытой добычи угля и прилегающих к нему источников фонового загрязнения на расположенные в районе участки сельскохозяйственных земель. Проводится сравнительная оценка суммарного и удельного выпадения аэрозолей для отдельных участков.

Ключевые слова: сельскохозяйственные земли, добыча угля, выбросы в атмосферу, выпадение на почву, расчетные модели.

Выбросы в атмосферу крупного предприятия по добыче угля открытым способом содержат большое количество пылевых частиц, обладающие эффектом оседания на подстилающую поверхность. При исследованиях экосистем в окрестности такого предприятия задачи по оценке количества пыли, выпадающей из атмосферы на заданную территорию в течение сезона или года. В частности, представляют интерес оценки выпадения и накопления пылевых выбросов на сельскохозяйственных (СХ) землях, в снеговом покрове, в бассейнах рек и т.д. При этом не исключена ситуация, когда промышленные выбросы, даже будучи допустимыми с точки зрения максимальных разовых и среднегодовых концентраций, могут привести к весьма существенному накоплению вредных веществ на подстилающей поверхности. Многолетнее оседание из атмосферы техногенной пыли может существенно снизить урожайность посевных площадей и повысить содержание вредных элементов в СХ продукции до величин, превосходящих допустимые нормы. Кроме того умение моделировать выпадение загрязняющих веществ на почву и растительность дает возможность рассчитывать и прогнозировать риски для здоровья, связанные с пероральным путем поступления вредных веществ в организм человека с СХ продукцией.

Авторами разработана и доведенной до практического использования локальная долгосрочная модель расчета выпадения пылевых частиц на подстилающую поверхность. Модель реализована в составе широко используемого в Сибирском регионе для нормативных расчетов программного комплекса “ЭРА” (www.lpp.ru). Это позволяет использовать накопленные в форматах данного комплекса исходные данные об источниках выбросов в атмосферу для дополнительных научных исследований. Таким образом, в рамках одного программного комплекса на основе созданных для проектных работ данных инвентаризации выбросов по предприятию (совокупности предприятий) можно проводить весь перечень расчетов разового и среднегодового (сезонного) загрязнения атмосферы и выпадения ЗВ на подстилающую поверхность и отдельные ее элементы (водные поверхности, сельхозугодия, бассейны рек и т.д.)

Основы построение модели, результаты сравнения с данными экспериментов, обзор литературных данных по дисперсному составу пылевых выбросов, исследование влияния исходных данных на результаты вычислений рассмотрены в работах авторов [1-3].

В настоящей работе представлена попытка проведения модельной оценки годового выпадения промышленной пыли на 5 участков СХ земель (полигоны 1-5 на рисунке 2), расположенных в окрестности угледобывающего предприятия. Для практического использования модель необходимо обеспечить исходными данными по источникам выбросов в атмосферу и метеорологическим параметрами, определяющим картину долговременного распространения примесей в атмосфере на заданной территории. Выбранные участки СХ земель прилегают к участку отработки разреза Сибэнергоуголь. Однако для расчета выпадения пыли на участки 1-5 (рисунок 2) использованы не только источники выброса в атмосферу разреза Сибэнергоуголь, но и выбросы печного отопления ближайших населенных пунктов, дорог общего пользования, крупного железнодорожного пункта хранения и погрузки угля (Листвяги), старых отвалов и близко расположенных других угледобывающих предприятий (не принадлежащих компании Сибэнергоуголь). Инвентаризация источников разреза Сибэнергоуголь предоставлена авторам администрацией разреза, остальные выбросы оценены как фоновые ориентировочно на основе удельных показателей [4]. Печное отопление населенных пунктов задано площадными источниками с выбросом, пропорциональным количеству дворов. Для уточнения расположения и мощности пылевых выбросов агрегированных источников загрязнения атмосферы учитывались данные космических снимков потемнения снегового покрова в районе исследований (см.рисунок 1), которые был взят из работы [5].

Рис.1. Космический снимок (слева) с загрязнением снегового покрова окрестностей разреза ООО Сибэнергоуголь (март 2017) и расчетная оценка выпадения пылевых частиц за зиму 2016-2017 годов. Прямоугольник справа есть граница расчетной сетки для рисунка 2

техногенный атмосферный добыча земля

Годовое выпадение пылевых частиц зависит от двух важнейших параметров: среднегодовой приземной концентрации Ca (мг/м3) и скорости выпадения частиц Vd (м/с).

Для расчета Ca с использованием методики [6] кроме параметров источников необходимо знать розу ветров и плотность распределения скорости ветра P2(U) , которые можно построить по данным стандартных метеорологических наблюдений. Ближайшая к рассматриваемой территории метеостанция (18 км) находится в аэропорту Спиченково и архив данных на этой станции за 5 лет (2009-2013 гг) был скачан с сайта www.rp5.ru. На рисунке 3 представлены результаты обработки архива, которые использованы в расчете выпадения пылевых выбросов на СХ земли, представленных на рисунке 2.

Учитывая значительное влияние [3] на результаты расчетов скорости выпадения Vd, дисперсный состав выбрасываемых различными типами источников частиц разбивается по фракциям в соответствие с таблицей 1 (обоснована в [2], допускает пополнение). Разбиение происходит автоматически в процессе исполнения программы расчета в зависимости от кода источника. Фракционный состав не попавших в таблицу источников задается единообразно из 5 фракций с усредненным процентным составом. Каждая фракция частиц имеет свою скорость выпадения Vd, которая может быть откорректирована экспертом, проводящим расчет.

Рис 2. Изолинии расчетного выпадения пылевых частиц в окрестности разреза Сибэнергоуголь. Расчет на регулярной сетке 13 на 14 км с шагом 50 м. К участку отработки (виден на космоснимке) примыкают сельскохозяйственные земли 1 - 5

Таблица 1. Разбиение суммарных выбросов пыли по фракционному составу

Рис. 2. Роза ветров (слева) и плотность распределения скорости ветра за 5-и летний период (2009-2013), использованные для расчета пылевых выбросов на СХ земли

Программный комплекс ЭРА позволяет проводить расчеты концентраций в атмосфере и выпадения частиц на поверхность не только на регулярной сетке, но и по произвольному полигону или их совокупности. В случае расчета выпадения частиц доступна возможность рассчитать интегральное выпадение на каждый полигон, что используется для оценки суммарной пылевой нагрузки на бассейны рек, участки СХ земель и т.д. При расчете по полигону программно создается покрытие его внутренней части и границы расчетными точками с заданным шагом (в нашем случае 100 м) к которым добавляются все точки перегиба границы полигона.

Расчетные оценки суммарного годового и удельного (на единицу площади) выпадения всех пылевых частиц, учтенных для расчета при задании выбросов обозначенных выше источников, приведены в таблице 2. При сравнении таблицы 2 и рисунка 2 следует учитывать, что выпадение 1 г/м2 соответствует 10 кг/га (или 1 т/км2).

Таблица 2. Характеристики расчетного выпадения промышленной пыли за год из атмосферы на сельскохозяйственные земли в районе ведения горных работ

Таблица 2 показывает, что согласно проведенным расчетным оценкам на все участки СХ земель из атмосферы впадает в год от 15 до 30 кг/га суммарной промышленной пыли, в которой основную долю составляют пыль породы, угля и угольная зола. Наиболее нагруженными являются СХ земли, расположенные к югу от Костенково (участок 3), что объясняется наименьшей удаленностью от участка интенсивного ведения горных работ.

Таким образом показано что модель расчета выпадения промышленных аэрозолей на подстилающую поверхность позволяет проводить количественные оценки осаждения пылевых частиц на территории СХ земель как от действующих предприятий, так и находящихся на стадии проектирования. Исследования состава угля и породы на участке проведения открытых горных пород на содержание отдельных элементов позволит оценить загрязнение почвы этими элементами. Кроме того, по аналогии с [7] можно провести расчетную оценку выпадения на СХ земли сульфатов, нитратов и других загрязняющих веществ, учтенных в инвентаризации источников загрязнения атмосферы.

Библиографический список

1. Быков, А.А., Особенности построения и практического применения локальной модели загрязнений почвы техногенными выбросами пылевых частиц / А.А. Быков, Е.Л. Счастливцев, С.Г. Пушкин // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций, 2007. № 4. C.74-82.

2. Быков А.А., Счастливцев Е.Л., Пушкин С.Г., Смирнова О.В. Моделирование загрязнения почвы атмосферными выбросами от промышленных объектов угледобывающего региона / А.А. Быков, Е.Л. Счастливцев, С.Г. Пушкин, О.В. Смирнова -Ползуновский вестник. №2, 2006. C.209-217.

3. Быков, А.А. Влияние изменчивости распределений метеорологических параметров и дисперсного состава выбросов в атмосферу на модельные оценки осаждения промышленной пыли / Быков, А.А., Счастливцев Е.Л., Пушкин С.Г. // - Вестник КемГУ 2012 № 4 (52) Т. 2 - c. 11-18.

4. Справочник по удельным показателям выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для некоторых производств - основных источников загрязнения атмосферы /под ред. Миляева В.Б./, НИИ Атмосфера, СПб, 2002.

5. Опарин, В.Н., Комплексный мониторинг техногенной нагрузки на атмосферу горнопромышленного региона / В.Н. Опарин, В.П. Потапов, О.Л. Гиниятуллина, А.А. Быков, Е.Л. Счастливцев // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2017. № 5. С.162-168.

6. Приказ Минприроды России от 06.06.2017 № 273 “Об утверждении методов расчета рассеивания выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферном воздухе”. (Зарегистрировано в Минюсте России 10.08.2017 № 47734).

Размещено на Allbest.ru