О загрязнении мелкодисперсной пылью РМ10 атмосферного воздуха города Кабул

О загрязнении мелкодисперсной пылью РМю атмосферного воздуха

города Кабул

М. Х. Насими, Т. В. Соловьева Волгоградский государственный технический университет

Аннотация: В статье приводятся результаты анализов, проведенных национальным агентством Афганистана по экологии и защите окружающей среды и российскими авторами исследований по оценке загрязнения атмосферного воздуха города Кабула. Выполнен анализ по формированию информации о состоянии качества атмосферного воздуха на территории города Кабула, при рассмотрении его улично-дорожной сети, как источника химического загрязнения воздушной среды. Получена математическая модель зависимости концентрации мелкодисперсной пыли (РМ10) от трех факторов: скорости ветра, влажности и температуры в зимние месяцы города Кабула.

Ключевые слова: качество воздуха, пыль, мелкодисперсные частицы, влажность, скорость ветра, множественный коэффициент регрессии, критерий Фишера.

Загрязнение атмосферного воздуха является важной эколого-гигиенической проблемой для большинства городов. Показатели загрязнения воздушной среды определяются изменениями выбросов промышленных предприятий, транспортной инфраструктуры, а также индивидуальными метеорологическими условиями, уникальными для каждого города, которые также обладают значительной временной изменчивостью [1-7].

Одним из значимых показателей качества атмосферного воздуха в городской среде является содержание в нем взвешенных веществ. Особое внимание необходимо уделять концентрации мелкодисперсной пыли, с размерами частиц меньше 2,5 мкм (РМ2,5) и 10 мкм (РМ10).

Согласно документам Всемирной организации здравоохранения, взвешенные вещества РМ10, содержащиеся в атмосферном воздухе, являются по степени своего вредного воздействия одним из наиболее значимых факторов влияния загрязнения воздуха на здоровье населения [7].

В настоящее время контроль над содержанием мелкодисперсных частиц в воздухе осуществляется как в Европе, так и некоторых городах Афганистана [8-14].

Город Кабул характеризуется достаточно сухой погодой c ветром, поэтому автомобильно-дорожный комплекс является «поставщиком» мелкодисперсной пыли в городскую воздушную среду.

В течение 2015 года в зимнее и весеннее время в Кабуле, были проведены замеры концентрации мелкодисперсной пыли РМ10, в рамках мониторинга загрязнения воздушной среды. Измерения проводились прибором (Air pointe) по трем факторам: скорость ветра, влажность и температура воздуха. Были выбраны характерные месяцы для каждого сезона. В зимнее время — это месяц январь, в весеннее время — это месяц апрель.

Стандарты качества воздуха для Афганистана указаны в табл.1. Таблица 1. Стандарты качества воздуха для Афганистана

Стандарты качества воздуха для Афганистана РМ10 оксида серы SO2 Оксид азота (IV) (диоксид азота) NO2 Оксид азота(П) NO Озон Оз Монооксид углерода CO (угарный газ) Co

150 мг/м3 в сутки 50 мг/м3 в сутки 80 мг/мз в сутки 80 мг/мз в сутки 100 мг/мз в 8 часов 30 мг/мз в 1 час

Результаты замеров в январе представлены в табл.2, где V - скорость ветра (м/с), ф - влажность воздуха (%), Т - температура воздуха (в градусах С), РМ10 (мг/м3).

Таблица 2. Результаты замеров за январь 2015 г.

Число РМю V Ф Т

03.01.2015 124 1 24 0

04.01.2015 191 4 44 +6

05.01.2015 140 1 36 +12

06.01.2015 130 1 30 +13

07.01.2015 301 1 6 +4

10.01.2015 126 1 24 +2

11.01.2015 231 2 32 -1

12.01.2015 203 2 38 -2

13.01.2015 207 3 64 -6

14.01.2015 142 4 28 +11

17.01.2015 151 1 12 +14

18.01.2015 163 1 17 +9

19.01.2015 207 2 21 +7

20.01.2015 138 2 61 +5

21.01.2015 165 3 74 +1

24.01.2015 145 2 58 +1

25.01.2015 151 1 34 +4

26.01.2015 165 1 45 +3

27.01.2015 61 1 37 +4

28.01.2015 145 1 38 +1

31.01.2015 134 1 39 +3

Результаты замеров представлены на рис. 1, анализ которого показывает,

-5

что число превышений концентрации твердых частиц РМ10 нормы 150 мг/м происходит в течение 11 дней из 21-го.

РМ10 за Январь 2015

350 300 250 200 150 100 50 0

/

7 \ Гч -

\ / ---

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

-1* 12 19 14 13 30 12 23 20 20 14 15 16 20 13 16 14 15 16 61 14 13

Рис. 1. Концентрация твердых частиц РМ10 в г. Кабуле в январе 2015 г. В апреле месяце число превышений концентрации твердых частиц РМ10

-5

нормы 150 мг/м происходит в течение 13 дней из 21-го (рис. 2).

РМ 10 Апрель 2015

350 300 250 200 150 100 50 0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

-1* 14 21 18 17 18 15 12 19 14 13 30 15 84 72 16 13 14 18 19 15 15

Рис. 2. Концентрация твердых частиц РМ10 в г. Кабуле в апреле 2015 г.

Для оценки зависимости РМ10 от трех факторов (скорости ветра, влажности и температуры воздуха) все исходные данные были приведены к нормированному виду. Нормирование проводилось для каждого месяца отдельно. Были введены в рассмотрение следующие переменные:

У - концентрация взвешенных частиц РМ10; х1 - скорость ветра; х2 -влажность; х3 - температура воздуха. Нормирование осуществлялось по формулам:

Для января месяца имеем

Утах = 301; Утт = 61; Уср = 181; АУ = 120; Х1тах = 4; х1тт = 1; х1ср = 2,5;

А = 1,5 ; Х2тах = 74; х2тт = 6; х2ср = 40; А = 34 ; Х3тах = 14; х3тт = -6; х3ср = 4;

'у _ 1_^ . 'у _ тах_тт . д _ тах_тт /1 \

1 = А. ' ср = 2 ' 2 = 2 .

А = 10.

х3

Для апреля месяца

Утах = 301; Утт = 72; Уср = 186,5; Ау = 114,5; Х1тах = 3; х1тт = 0; х1ср = 1,5; Ах = 1,5 ; Х2тах = 56; х2тт = 9; х2ср = 32,5; Ах2 = 23,5 ; Х3тах = 28; х3тт = 11; х3ср =

19,5; А = 8,5.

х3

Для каждого месяца исследовалась линейная и квадратичная регрессия, т.е. уравнение регрессии отыскивалось в двух видах: у = Ь0 + Ь1х1 + Ь2х2 + Ь3х3

и! у — Ь0 + х ^ I Ь^ х 2 + Ьзхз + Ь^ х^ х2 I Ь^ х^ х^ I Ь^ х^ х^.

Для января месяца на основе F - критерия Фишера была выбрана линейная модель, а для апреля месяца — квадратичная модель.

После проведения расчетов были получены уравнения регрессии для каждого месяца (табл. 3). Таблица 3. Уравнения регрессии

Месяц Уравнение регрессии Множественный коэффициент корреляции Я

Январь у = 0,083 + 0,462х1 - 0,550х2 - 0,178х3. 0,648

Апрель у = -0,2873 + 0,603х 2 + 0,4997х2х3. 0,652

Как показывают результаты расчетов универсальную форму зависимости загрязнения РМ10 в атмосфере Кабула от трех факторов: скорости ветра, влажности и температуры воздуха получить не удается. Однако для отдельных месяцев такие зависимости получены. Коэффициент корреляции для обоих месяцев равен 0,65, что в соответствии с таблицей Чеддока, говорит о заметной связи.

Полученные данные можно интерпретировать следующим образом, что, например, в январе месяце с увеличением ветра и с уменьшением влажности воздуха загрязнение атмосферы воздуха г. Кабула увеличивается.

Литература

1. Kyoyken M.P. Source deposits to PM25 and PM10 against the background of city and the adjacent street // Atmospheric environment. 2013. V. 71. рр. 26-35.

2. Evaluation of the impact of dust suppressant application on ambient PM10 concentrations in London / B. Barratt, D. Carslaw, G. Fuller, D. Green, A. Tremper // King's College London, Environmental Research Group Prepared for Transport for London under contractto URS Infrastructure & Environment Ltd. November 2012. 56 р.

3. Николенко Д.А., Соловьева Т.В., Анализ опыта мониторинга загрязнения мелкодисперсной пылью придорожных территорий в странах ЕС и России // Инженерный вестник Дона. 2015. №3 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2015/3186.

4. Азаров В.Н., Тертишников И.В., Калюжина Е.А., Маринин Н.А. Об оценке концентрации мелкодисперсной пыли (РМ10 и РМ25) в воздушной среде // Вестник ВолгГАСУ, сер. Строительство и архитектура. 2011. №25 (44). С. 402-407.

5. Азаров В. Н., Маринин Н. А., Жоголева Д. А. Об оценке концентрации мелкодисперсной пыли (PM25 и PM10) в атмосфере городов // Известия Юго-Зап. гос. ун-та. 2011. № 5(38). Ч.2. С. 144-149.

6. Николенко М.А., Неумержицкая Н.В., Сергина Н.М., Белоножко М.В. О результатах оценки воздействия на качество атмосферного воздуха и об определении необходимой степени очистки пылевых выбросов асфальтобетонных заводов // Инженерный вестник Дона, 2015, №3. URL: ivdon. ru/magazine/archive/n3y2015/3191.

7. Contribution (contributions) of the cities of the environment of firm particles (PM): the systematic review of local sources of contributions at the global level / Federico Karagulian, Claudio Balys, Carlos Francisco C. Dora, Annette Pruss-Ustun, Sofie Bonjour, Heather Ader Rokhani, Markus Amann // Atmospheric environment. 2015. V. 120. рр. 475-483.

8. Годовые колебания частиц РМ10 в воздухе Владивостока / В.А. Дрозд, П. Ф. Кику, В.Ю. Ананьев [и др.] // Известия Самарского научного центра РАН. 2015. Т. 17. №5 (2). С. 646-651.

9. Tendency of firm particles in surrounding. Air the town in India / Manya Singkh, Atindra Kumar Pandey, P.K. Singkh, Gunjana Singkh // Indian magazine of basic and applied researches. 2016. Vol. 1. №4. рр. 70-72.

10. Азаров В.Н., Сидякин П.А., Лопатина Т.Н. Влияние содержания мелкодисперсной пыли в атмосферном воздухе на социально-экологическое благополучие городов-курортов Кавказских Минеральных Вод // Социология города. 2014. № 1. С. 28-38.

11. Monitoring of fine particulate air pollution as a factor in urban planning decisions / Azarov V.N., Barikaeva N.S., Solovyeva T. // Procedia Engineering . 2016. V. 150. pp. 2001-2007.

12. The decreasing dust emissions of aspiration schemes appling a fluidized granular particulate material bed separator at the building construction factories / V.N. Azarov, Koshkarev S.A., D.V. Azarov // Procedia Engineering . 2016. V. 165. pp. 1070-1079.

13. Main trends of dust conditions normalizing at cement manufacturing plants // V.N. Azarov [et al.] // International Review of Civil Engineering. 2016. 6(6). pp.145-150.

14. Research of dust content in the earthworks working area / Azarov V.N., Trokhimchuk M.V., Sidelnikova O.P. // Procedia Engineering . 2016. V. 150. pp. 2008-2012.

References

1. Kyoyken M.P. Atmospheric environment. 2013. V. 71. pp. 26-35.

2. B. Barratt, D. Carslaw, G. Fuller, D. Green, A. Tremper. King's College London, Environmental Research Group Prepared for Transport for London under contractto URS Infrastructure & Environment Ltd. November 2012. 56 p.

3. Nikolenko D.A., Solov'eva T.V. Inzenernyj vestnik Dona (Rus). 2015. №3 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2015/3186.

4. Azarov V. N., Tertishnikov I. V., Marinin N. A. Zhilishhnoe stroitel'stvo. 2012. № 3. pp. 20-22.

5. Azarov V. N., Marinin N. A., Zhogoleva D. A. Izvestija Jugo-Zap. gos. unta. 2011. № 5(38). P.2. pp. 144-149.

6. Nikolenko M.A., Neumerzhickaja N.V., Sergina N.M., Belonozhko M.V. Inzhenernyj vestnik Dona (Rus), 2015, №3. URL: ivdon. ru/magazine/archive/n3y2015/3191.

7. Federico Karagulian, Claudio Balys, Carlos Francisco C. Dora, Annette Prüss-Ustün, Sofie Bonjour, Heather Ader Rokhani, Markus Amann. Atmospheric environment. 2015. V. 120. pp. 475-483.

8. V.A. Drozd, P. F. Kiku, V.Ju. Anan'ev [i dr.] Izvestija Samarskogo nauchnogo centra RAN. 2015. T. 17. №5 (2). pp. 646-651.

9. Manya Singkh, Atindra Kumar Pandey, P.K. Singkh, Gunjana Singkh. Indian magazine of basic and applied researches. 2016. Vol. 1. №4. pp. 70-72.

10. Azarov V.N., Sidjakin P.A., Lopatina T.N. Sociologija goroda. 2014. № 1. рр. 28-38.

11. Azarov V.N., Barikaeva N.S., Solovyeva T. Procedia Engineering. 2016. V. 150. pp. 2001-2007.

12. V.N. Azarov V.N., Koshkarev S.A., Azarov D.V. Procedia Engineering. 2016. V. 165. pp. 1070-1079.

13. Azarov V.N. [et al.] International Review of Civil Engineering. 2016. 6(6). pp.145-150.

14. Azarov V.N., Trokhimchuk M.V., Sidelnikova O.P. Procedia Engineering. 2016. V. 150. pp. 2008-2012.