Метою даної роботи є аналіз існуючої системи моніторингу атмосферного повітря при забрудненні його діоксидом азоту. На даний момент часу в місті Донецьку реально діють тільки стаціонарні пости спостережень за забрудненням атмосфери. Відсутність маршрутних і підфакельных постів ускладнює процес визначення тих підприємств, що у більшому ступені впливають на концентрацію діоксиду азоту в місті. З метою оптимізації розташування стаціонарних постів відбору проб необхідно провести розрахунок розсіювання викидів забруднюючих речовин від підприємств і визначити "винних" підприємств, для того щоб розробити конкретну програму заходів для даних джерел викидів.

У даній роботі як забруднюючу речовину був обраний діоксид азоту з кількох причин:

1)у місті Донецьк на сьогоднішній день перевищення концентрацій по диоксиду азоту в атмосферному повітрі складає кілька одиниць ГДК.

2)за останні кілька років в атмосферному повітрі міста Донецька спостерігався ріст його концентрацій. Цей процес можна спостерігати на отриманому графіку середньорічних концентрацій (рис. 1).

Рівень антропогенного забруднення повітряного басейну міста Донецька діоксидом азоту дуже високий і є неприпустимим і небезпечним для здоров'я людини. Так, діоксид азоту сильно дратує слизуваті оболонки дихальних шляхів. Діоксид азоту викликає сенсорні, функціональні і патологічні ефекти. До сенсорних ефектів можна віднести нюхові і зорові реакції організму. Функціональним ефектом, що викликає діоксид азоту, є підвищений опір дихальних шляхів. Іншими словами, викликає збільшення зусиль, затрачуваних на подих. Патологічні ефекти виявляються в тім, що робить людину більш сприйнятливою до патогенів, які викликають хвороби дихальних шляхів. Таким чином, роль діоксиду азоту у формуванні патології населення високо значима.

Забруднення атмосферного повітря діоксидом азоту містить у собі погрозу не тільки для здоров'я людей, але і наносить екологічну шкоду всьому природному середовищу. Негативний біологічний вплив діоксиду азоту на рослини виявляється в знебарвленні листів, зів'яненні квіток, припиненні плодоносіння і росту. Така дія обумовлюється утворенням кислот при розчиненні оксидів азоту в міжклітинній і внутрішньоклітинній рідинах.

Аналіз діяльності підприємств міста Донецька, показав, що в рік від стаціонарних джерел викидів в атмосферне повітря надходить більш 5 тис. т NO₂ . У місті Донецьку найбільший внесок у забруднення атмосферного повітря діоксидом азоту вносять такі підприємства як ВП "Донецькміськтепломережа", ВАТ "Донецьккокс", КП "Тепломережа", ВП "Шахта ім. А.Ф.Засядько", ЗАТ "Донецьксталь - МЗ", ЗАТ ММЗ "Істіл", ВАТ "ДМЗ", ГП "Донецквугілля". За допомогою програми ЕОЛ+ був проведен розрахунок розсіювання діоксиду азоту від потужних стаціонарних джерел викидів міста Донецька, а також Старобішівської та Курахівської ТЕС. Розрахунок показав, що майже всі підприємства мають порушення нормативів якості атмосферного повітря на границі санітарно-захисної зони. За результатами розрахунків визначені зони впливу підприємств і отримані наступні результати які представлені в таблиці 1:

Аналізуючи дані таблиці 1 можна зробити висновки, що зони впливу підприємств міста Донецька - ВП "Шахта ім. А.Ф.Засядько", ЗАТ "Донецьксталь - МЗ", ЗАТ ММЗ "Істіл", ВП "Донецькміськтепломережа" перетинаються, крім того на Донецьк розповсюджується зона впливу Старобешівської та Курахівської ТЕС. Все це сприяє створенню високих концентрацій NO₂ , особливо у дні з несприятливим метеорологічними умовами.

Небезпека діоксиду азоту полягає ще в тому, що він добре розчиняється у воді з утворенням кислотних дощів, а також вступає в фотохімічні реакції з граничними вуглеводнями, утворюючи фотохімічний смог одним із компонентів якого є токсичний продукт – формальдегід. Нижче приведені фотохімічні реакції утворення формальдегіду:

Забруднення атмосферного повітря формальдегідом не тільки завдає екологічну шкоду природному середовищу, але й містить в собі загрозу для здоров’я людини, оказуючи загальготоксичну, алергенну, мутагенну і канцерогенну дію. Захворювання, що розвиваються внаслідок дії формальдегіду, це захворювання слизових оболонок верхніх дихальних шляхів, різноманітні види алергій , а також ураження легень.

Актуальністю проблеми дослідження рівней забруднення атмосферного повітря формальдегідом є збільшення його концентрацій в атмосферному повітрі під час зниження обсягів викидів від стаціонарних джерел за останні декілька років. Багаторічний хід концентрацій формальдегіду наведено на рисунку 2.

Рисунок 2 - Середньорічні концентрації формальдегіду в атмосферному повітрі міста Донецька

На основі даних викидів стаціонарними (V_cтац. ) та пересувними ( V_авто) джерелами, а також середньорічних концентрацій діоксиду азоту і формальдегіду (С_NO2, С_CH2O) в період з 2002 по 2005 рік був проведен регресійний аналіз, в результаті якого були отримані наступні рівняння:

з коефіцієнтами нормування R² рівним 91,02 % та 60,5 % відповідно. Більш низький коефіцієнт нормування для концнтрації формальдегіду підтверджує той факт, що джерелами формальдегіду є не тільки стаціонарні джерела й пересувні.

В роботі було розроблено математичні моделі для прогнозування майбутніх концентрацій діоксиду азоту та формальдегіду. Розробка математичних моделей проводилася по теорії множинної регресії та часових рядів. Обробка даних спостережень проводилася за допомогою програми STATGRAFICS.

Був побудован часовий ряд показника М (відношення середньомісячної концентрації формальдегіду до середньорічної), наведений на рисунку 3.

Рисунок 3 – Часовий ряд показника М по формальдегіду

Аналіз середньомісячних концентрацій формальдегіду в атмосферному повітрі за теорією часових рядів, показав, що у часовому ряді є лінійний тренд, що виражається залежністю: С_СН2О = - 0,056+9,7•10^-5•t (t – номер місяця у часовому ряді). Математична модель залежності середньомісячної концентрації формальдегіду від часу являє собою адитивну модель з періодом сезонності 40 місяців та лінійним трендом. За полученою моделю був проведен прогноз середньомісячних концентрацій формальгіду на період з вересня по грудень 2005 року.

В результаті проведеного регресійного аналізу залежності концентрації формальдегіду від ряду метеопараметрів було отримане наступне рівняння:

У роботі був зроблений порівняльний аналіз прогнозу середньомісячних концентрацій формальдегіду та діоксиду азоту за методом часових рядів і множинної лінійної регресії на період з вересня по грудень 2005 року, який представлен у таблиці 2 і 3.

Недостатньо висока достовірність прогнозу методом множинної регресії пояснюється тим, що метеопараметри вимірювалися лише на одному посту, що знаходиться за межами міста. Відомо, що в крупних промислових містах за рахунок великої кількості гарячих викидів, забудови створюються мікрокліматичні умови, внаслідок яких змінюються метеопараметри.

Недостатньо висока відтворюванність прогнозу за теорією часових рядів пояснюється тим, що в обробку було взято недостатньо представний ряд. Для поліпшення прогнозу треба збільшити кількість спостережень у часовому ряді.

Тому в якості рекомендацій для вдосконалення системи моніторингу атмосферного повітря міста Донецька можна запропонувати наступне: