ПРОГНОЗИРОВАНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ АММИАКА
В АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ г. ДОНЕЦКА МЕТОДОМ МНОЖЕСТВЕННОЙ РЕГРЕССИИ
М.Е. Шовкалюк, И. В. Беляева, к.х.н., доц./Екологічні проблеми регіонів України. Матеріали 6 всеукраїнської конференції студентів та аспірантів. Одесса: ОДКУ, 2004. – 321 с.
В г. Донецке наибольший вклад в загрязнение атмосферного воздуха аммиаком вносят коксохимический завод, завод химических реактивов и предприятия по переработке кож. В местах расположения этих предприятий наблюдаются более высокие по сравнению с другими районами города концентрации аммиака.
Максимальные концентрации аммиака в 2002 г. в атмосферном воздухе г. Донецка составляли 1,9 ПДК. Удельные выбросы аммиака составляют 0,31 т/км2тод или 0,16 кг/1 жителя в год. По характеру действия на организм человека аммиак относят к раздражающим веществам. Он оказывает сильное действие на слизистые оболочки дыхательных путей и центральную нервную систему.
Аммиак в атмосферном воздухе играет значительную роль в регулировании кислотных дождей, так как он может нейтрализовать атмосферные кислотные соединения с помощью следующих реакций:
Таким образом, эти химические реакции ведут к образованию сульфата и нитрата аммония. Аммиак, соединяясь с ионом водорода, образует ион аммония. Эта реакция уменьшает кислотность капель облаков и осадков. Содержание аммиака в воздухе способствует очищению атмосферы. Однако, учитывая тот факт, что концентрация аммиака в зависимости от метеорологических условий может изменяться в несколько раз, возникает необходимость прогнозирования концентраций аммиака на случай неблагоприятных метеоусловий с целью своевременного принятия решений по сокращению выбросов аммиака на предприятиях.
На рис. 1 представлен годовой ход концентраций аммиака за 2002 г.
Рис. 1 – Годовой ход концентраций аммиака за 2002 г.
Как видно из графика в течение года наблюдается два максимума: в январе и в июле месяце. Эти максимумы объясняются неблагоприятными метеоусловиями для рассеивания выбросов. Анализ данных наблюдения за концентрациями аммиака и метеорологическими условиями, которые представлены Донецким гидрометеорологическим центром показал, что в январе месяце повторяемость приподнятых инверсий температуры составила 40%, повторяемость слабых ветров и застойных явлений составила 25 %, повторяемость туманов — 35 %. Все это создавало плохие условия для рассеивания выбросов в январе месяце.
Рис. 1 – Годовой ход концентрации аммиака
В июле месяце повторяемость приподнятых инверсий составила 20 %, повторяемость слабых ветров и застойных явлений – 13 %, Учитывая тот факт, что в июле самая высокая температура воздуха, то в сочетании с вышеперечисленными факторами создавались худшие, чем в январе условия для рассеивания выбросов аммиака.
По имеющимся данным концентрации аммиака и направлением ветра была построена роза загрязнения по аммиаку по одному из районов г. Донецка.
Анализ данных позволяет сделать вывод, что наибольшая концентрация аммиака в этом районе г. Донецка достигается при юго-восточном направлении ветра. При этом ветре в эту часть города поступают выбросы от коксохимического завода. Средняя концентрация аммиака при юго-восточных ветрах составляет 2,5 ПДК.
В связи с возможностью создания высоких концентраций аммиака в атмосферном воздухе возникает необходимость регулировать выбросы промышленных предприятий, содержащих аммиак. Первым этапом таких работ является прогнозирование концентраций аммиака в данном районе города при неблагоприятных метеоусловиях, к которым относятся приподнятые инверсии температуры, слабые ветры, застои воздуха и туманы.
Нами была проведена обработка данных наблюдений за концентрациями аммиака для поста № 2 г. Донецка за период июль-август 2002 года. В качестве предикторов уравнения были выбраны: температура воздуха (т.), скорость ветра (V), направление ветра (Карг), высота слоя перемешивания (Н), коэффициент метеорологического уровня загрязнения (МУЗ), разность температур на уровне моря и на высоте изобарической поверхности 850 гПа (Л) и инерционный фактор, в качестве которого была принята концентрация аммиака за предыдущие 12 часов наблюдения (Р).
Для построения математической модели зависимости концентрации аммиака от метеоусловий был использован метод множественной регрессии. Расчеты проводились в программе Statgraphics.
Было получено следующее уравнение регрессии:
(1)
Анализ значимости коэффициентов полученного уравнения регрессии показал, что из выбранных нами предикторов существенный вклад в концентрацию аммиака вносят только температура воздуха, скорость и направление ветра, а также разность температур на уровне земли и высоте изобарической поверхности 850 гПа.
Свободный член уравнения (1) характеризует среднюю концентрацию аммиака в атмосферном воздухе, а рассмотренные метеорологические предикторы увеличивают или уменьшают его в зависимости от степени неблагоприятности метеорологической обстановки. Анализ уравнения (1) показывает, что увеличение температуры воздуха приводит к увеличению концентрации аммиака, увеличение скорости ветра и изменение направления движения от северного к северо-западному уменьшает концентрацию аммиака в атмосферном воздухе.
Полученная математическая модель позволит прогнозировать концентрации аммиака на будущий период, что даст возможность своевременно провести мероприятия по снижению выбросов аммиака на предприятиях.