Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,087

ОПЫТ ИССЛЕДОВАНИЯ СНЕЖНОГО ПОКРОВА ГОРОДА ДУБНЫ

Андреев А.И. 1 Каплина С.П. 1 Каманина И.З. 1 Макаров О.А. 1
1 ГБОУ ВО «Международный университет природы общества и человека «Дубна»
Работа посвящена изучению источников загрязнения атмосферного воздуха на основе геохимических показателей состояния снежного покрова на территории города Дубны Московской области. В исследованиях 2010 г. проведена площадная снеговая съемка всей территории города, на основе коэффициента суммарного загрязнения (Zc) с использованием местных фоновых значений проведено районирование территории города по уровню загрязнения. В 2013 г. проведены более детальные исследования с целью установления степени влияния конкретных источников загрязнения атмосферного воздуха, в частности котельных и некоторых промышленных предприятий. Также были рассчитаны суммарный показатель загрязнения (Zc) и суммарный показатель нагрузки (Zp) для каждого источника. Исследования показали, что в зоне влияния котельных и других производственных объектов отмечаются более высокие значения среднесуточной пылевой нагрузки и среднесуточных выпадений тяжелых металлов по сравнению со средними значениями, полученными в ходе площадной съемки. В результате выявлены источники загрязнения, дающие наибольший вклад в загрязнение атмосферного воздуха.
снежный покров
тяжелые металлы
суммарный показатель загрязнения
город
1. Годовой отчет об экологической обстановке на территории г. Дубна за 2009 г. – Дубна: РЭЦ «Дубна», 2010. – 51 с.
2. Каплина С.П., Каманина И.З. Экологическое состояние окружающей среды урбанизированных территорий // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 6. – C. 760–764.
3. Методические рекомендации по оценке степени загрязнения атмосферного воздуха населенных пунктов металлами по их содержанию в снежном покрове и почве. – № 5174–90 (утв. Главным государственным санитарным врачом СССР 15.05.1990). – М., 1990. – 16 с.
4. РД 52.04.186-89. Руководящий документ. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. Государственный комитет СССР по гидрометеорологии. Министерство здравоохранения СССР. – М.: Гидрометеоиздат, 1991. – 319 с.
5. Сает Ю.Е., Ревич Е.П. Янин и др. Геохимия окружающей среды. – М.: Недра, 1990. – 335 с.

Основными источниками загрязнения окружающей среды в городах являются промышленные предприятия, предприятия энергетического комплекса и транспорт, в первую очередь автомобильный. Все виды источников загрязнения содержат широкую группу загрязняющих веществ полиэлементного состава. Сочетание химических элементов характеризует специфические индивидуальные особенности источников загрязнения. Характеристики ореолов и потоков рассеяния – состав, степень концентрации, формы нахождения элементов, интенсивность биологического поглощения – определяют качество окружающей среды [5].

В городах многочисленные источники загрязнения обычно расположены неравномерно, и их выбросы часто не могут быть точно учтены прямыми методами исследования состояния атмосферы. Также, из-за трудоемкости отбора проб воздуха и сложности их анализа на широкий спектр химических элементов в городах, как правило, металлы в атмосферном воздухе не контролируются. Вместе с тем опыт геохимических исследований показывает, что существует функциональная связь между выбросами и твердофазными выпадениями из атмосферы на земную поверхность [3, 5]. В связи с этим особый интерес представляют собой природные индикаторы.

Особенно интересно оценить состояние снежного покрова в малых и средних городах, где влияние источников загрязнения окружающей среды, близко расположенных друг к другу, нередко перекрывается [2].

Материалы и методы исследования

Объектом исследования был выбран город Дубна, расположенный на севере Московской области в 128 км от г. Москвы. Среди промышленных предприятий преобладает машиностроение, приборостроение, деревообработка, производство строительных материалов. Все предприятия характеризуются небольшими объемами производства. В атмосферный воздух от стационарных источников выбрасывается > 80 вредных веществ; суммарный объем валовых выбросов в среднем составляет ~ 1500 т/год. Основным стационарным источником загрязнения атмосферы являются котельные, на которые приходится 60-70 % общего объема выбросов стационарными источниками. На долю автотранспорта приходится около 60 % от общего загрязнения атмосферного воздуха города, что составляет ~ 2000 т/год [1].

Исследования проводились в 2010 и в 2013 гг. Отбор проб снежного покрова проводился в период максимального запаса снега на всю толщу снежного покрова в соответствии с [4]. Пробы снежного покрова в 2010 г. были отобраны по равномерной случайно-упорядоченной сетке с охватом всех функциональных зон города (34 пробы). В 2013 г. образцы снега отбирались вблизи котельных и других стационарных источников эмиссий загрязняющих веществ в атмосферу. При проведении отбора проб учитывались климатические особенности, высота источника эмиссий, а также расстояние от точки выброса загрязняющих веществ до площадки отбора проб. Образцы снега отбирались таким образом, чтобы максимально исключить влияние автотранспорта. В качестве фонового был выбран район «Ратмино», расположенный на окраине г. Дубны и испытывающий минимальное антропогенное влияние. Подготовка проб твердой фазы снега проводилась в автоклавном модуле, после чего полученные образцы были проанализированы методом атомной абсорбции на содержание тяжелых металлов (Pb, Zn, Cd, Cu, Ni). Все определения проводились в аккредитованной лаборатории Эколого-аналитического центра Международного университета природы, общества и человека «Дубна» по стандартным методикам.

Состояние снежного покрова оценивалось по общепринятым геохимическим показателям: коэффициент концентрации химических элементов (Кс); суммарный показатель загрязнения (Zc); общая масса пыли в снеговой пробе (Рп); общая нагрузка загрязнения (Робщ); коэффициент относительного увеличения общей нагрузки элемента (Кр); суммарный показатель нагрузки (Zр) в соответствии с [3].

Результаты исследования и их обсуждение

Результаты исследования снежного покрова в 2010 году

Результаты измерений, выполненных в 2010 году, показывают значительное варьирование в содержании тяжелых металлов в твердой фазе снежного покрова (табл. 1). Средняя пылевая нагрузка по городу составляет 40 мг/(м2∙сут). Максимальная среднесуточная пылевая нагрузка 156 мг/м2 (в 2,4 раза выше фоновой) отмечается в правобережной части города в районе пересечения Нового шоссе и дороги, ведущей на полигон ТБО. Повышенное содержание пыли отмечается западнее промплощадки ОАО ПК «Тензор», среднесуточное содержание пыли составляет 80,3 мг/м2. В левобережной части города (Восточный переулок) среднесуточная пылевая нагрузка составляет 78,9 мг/м2.

Самым неблагоприятным районом по среднесуточной нагрузке всех исследованных тяжелых металлов является район въезда на плотину, приуроченный к единственному транспортному сообщению между левобережной и правобережной частями города (Pb – 16,3 мкг/(м2∙сут), Zn – 20,7 мкг/(м2∙сут), Cd – 0,32 мкг/(м2∙сут)).

По суммарному показателю загрязнения снежного покрова большая часть территории г. Дубны относится к низкому уровню загрязнения (Zc 32–64) (рис. 1).

Таблица 1

Статистические показатели содержания тяжелых металлов в твердой фазе снежного покрова и среднесуточной нагрузки (n = 34, Р = 0,95) г. Дубны (2010 г.)

Элемент

andreev01.wmf

med

min

max

D

σ

andreev02.wmf

Ka

E

мг/кг

Pb

368

58

17

5750

1081114

1040

178

5

23

Zn

2661

507

213

38750

51018816

7143

1225

4

21

Cd

10,39

1,50

0,41

113,0

696,56

26,4

5,28

3,30

10,76

Cu

243

48

20

2500

361894

602

103

3

11

Ni

276

32

14

3300

596931

773

133

4

13

мкг/(м2∙сут)

Pb

2,8

2,3

0,6

16,3

9,2

3,0

0,5

3,2

12,3

Zn

4,7

1,1

0,1

80,2

193,4

13,9

2,4

5,2

28,3

Cd

0,09

0,04

0,03

0,77

0,02

0,15

0,03

4,09

17,65

Cu

1,8

1,8

0,7

3,0

0,4

0,6

0,1

0,4

–0,3

Ni

2,1

1,3

0,5

12,0

7,2

2,7

0,5

3,2

10,1

Примечание. Среднее значение andreev03.wmf, медиана (med), минимум (min), максимум (maх), дисперсия (D), стандартное отклонение (σ), ошибка среднего (andreev04.wmf), асимметрии (Ka), эксцесса (E)

pic_128.tif

Рис 1. Пространственное распределение величины суммарного показателя загрязнения Zc снежного покрова на территории города Дубны (2010 г.)

Районы с очень высоким и высоким уровнем загрязнения выделяются только в левобережной части города. Районы с высоким уровнем загрязнения (Zc 128–256) выделяются южнее промзоны и в зоне селитебной застройки, основной вклад вносят Cd, Pb, Zn. Районы с очень высоким уровнем загрязнения (Zc > 256) выделяются в зоне частной застройки, основной вклад вносят Pb, Zn, Cd и на северо-востоке от промзоны – Cd, Pb, Cu, Zn. По суммарному показателю нагрузки ТМ (Zp) вся территория г. Дубны относится к низкому уровню загрязнения.

Результаты исследования снежного покрова в 2013 году

В 2013 году проводилась оценка степени загрязнения атмосферного воздуха с целью установления степени влияния котельных и других производственных объектов на территорию города Дубны (табл. 2).

Таблица 2

Содержание тяжелых металлов в твердой фазе снежного покрова на территории г. Дубны (2013 г.)

Номер пробы

Местоположение

Pb

Zn

Cd

Сu

Ni

мг/кг

Левый берег

1

ОАО «Дубненский машиностроительный завод им. Н.П. Фёдорова» + котельная (ул. Жуковского, 2)

94,7 ± 0,7

388,8 ± 0,6

0,13 ± 0,02

60,0 ± 0,2

95,0 ± 0,5

2

ООО «Каменный век» (ул. Тверская, 28)

69,5 ± 0,5

86,9 ± 0,5

2,04 ± 0,05

17,8 ± 0,1

55,9 ± 0,4

3

Котельная № 3 «ПТО ГХ» (ул. Тверская, 20а)

239,6 ± 1,0

265,9 ± 0,6

0,18 ± 0,02

60,5 ± 0,3

0,18 ± 0,01

Правый берег

4

Котельная № 1 «Энергия-Тензор» (ул. Промышленная, 6)

208,7 ± 0,9

1002,6 ± 2,8

0,43 ± 0,03

266,1 ± 0,4

706,1 ± 2,0

5

Котельная № 5 «Восточная» (ул. Дружбы, 31)

738,0 ± 1,8

1155,3 ± 2,9

0,67 ± 0,02

110,7 ± 0,4

453,3 ± 1,0

6

Котельная № 4 «Центральная» (ул. Сахарова, 6)

135,5 ± 0,8

586,9 ± 0,7

3,61 ± 0,04

217,5 ± 0,1

408,0 ± 1,0

7

ООО «Экомебель» (ул. Приборостроителей, 5)

84,7 ± 0,6

263,7 ± 0,5

2,50 ± 0,10

50,3 ± 0,2

85,0 ± 0,5

Содержание свинца и цинка во всех исследованных пробах превышает фоновое значение. Максимальная концентрация свинца отмечается в зоне влияния Восточной котельной – 738,0 мг/кг, что выше фона в 29 раз, повышенные значения 239,6 и 208,7 мг/кг отмечаются в районе котельной № 3 «ПТО ГХ» и котельной № 1 «Энергия-Тензор», что выше фона в 9 и 8 раза соответственно. Максимальные концентрации цинка наблюдаются в районе Восточной котельной и котельной № 1 «Энергия-Тензор» – 1155,3 мг/кг (в 23 раза выше фона) и 1002,6 мг/кг (в 20 раз выше фона) соответственно. Повышенное значение цинка 586,9 мг/кг, что в 12 раз выше фона, отмечается в районе Центральной котельной. В левобережной части города в районе промзоны содержание цинка составляет 388,8 мг/кг, что в 8 раз выше фона. Максимальное содержание кадмия 3,61 мг/кг, что в 12 раз выше фона, отмечается в районе центральной котельной. Повышенные значения кадмия 2,50 и 2,04 мг/кг отмечаются в районе промышленных предприятий ООО «Экомебель» и ООО «Каменный век», что в 8 и 6,8 раз выше фона соответственно. Высокое содержание меди 266,1 и 217,5 мг/кг отмечается в районе котельной № 1 «Энергия-Тензор» и Центральной котельной, что выше фона в 10 и 8 раз соответственно. Максимальное содержание никеля отмечается в районе котельной № 1 «Энергия-Тензор» (706,1 мг/кг, что в 35 раз выше фона), повышенные значения 453,3 и 408,0 мг/кг отмечаются в районе Восточной и Центральной котельных, что в 22 и 20 раз выше фона соответственно. Таким образом, более высокие абсолютные концентрации тяжелых металлов в снежном покрове отмечаются в правобережной части города в районе котельных. Однако для урбанизированных территорий важным является не абсолютное значение концентрации ТМ в снежном покрове, а показатель массы элемента с выпадениями пыли на снежный покров, учитывающий пылевую нагрузку мкг/(м2∙сут). Данный показатель наиболее точно отражает степень загрязнения атмосферного воздуха (табл. 3).

В пробах 2013 года в ряде случаев отмечаются более высокие значения среднесуточных выпадений тяжелых металлов.

Наибольшее среднесуточное выпадение свинца в 2013 году зафиксировано в районе ООО «Каменный век» (ул. Тверская, 28) – 16,1 мкг/м2, цинка – 32,4 мкг/м2 – в районе ОАО «Дубненский машиностроительный завод им. Н.П. Фёдорова» (ул. Жуковского, 2). Максимум среднесуточного выпадения кадмия составил 0,474 мкг/м2 (ООО «Каменный век», ул. Тверская, 28), также высокое содержание кадмия в атмосферных выпадениях 0,203 мкг/(м2∙сут) отмечается в районе Восточной котельной (ул. Дружбы, 31). Максимальное выпадение меди зафиксировано в районе котельной № 1 «Энергия-тензор» (ул. Промышленная, 6) – 6,9 мкг/(м2∙сут), что больше полученного ранее результата в 2 раза. Относительно высокое значение 5,0 мкг/(м2∙сут) отмечается в районе ОАО «Дубненский машиностроительный завод им. Н.П. Фёдорова» (ул. Жуковского, 2). Максимальное среднесуточное выпадение никеля также отмечается в районе котельной № 1 «Энергия-Тензор» и составляет 18,3 мкг/м2, что выше среднесуточных выпадений, полученных в предыдущих исследованиях. Высокое значение отмечается также в районе ООО «Каменный век» – 13,0 мкг/(м2/сут).

Таблица 3

Среднесуточное выпадение тяжелых металлов и общая пылевая нагрузка на территории г. Дубны (2013 г.)

Номер пробы

Pb

Zn

Cd

Сu

Ni

Пылевая нагрузка

мкг/(м2∙сут)

мг/(м2∙сут)

Левый берег

1

7,9

32,4

0,011

5,0

7,9

83

2

16,1

20,2

0,474

4,1

13,0

232

3

7,5

8,4

0,006

1,9

0,01

63

Правый берег

4

5,4

26,0

0,011

6,9

18,3

26

5

6,9

21,4

0,203

4,1

6,9

81

6

6,2

9,8

0,006

0,9

3,8

16

7

1,8

7,9

0,049

2,9

5,5

40

Для более детальной оценки воздействия котельных и других производственных объектов были рассчитаны суммарный показатель загрязнения (Zc) и суммарный показатель нагрузки (Zp) (табл. 4).

По суммарному показателю загрязнения Zc в левобережной части города к высокому уровню загрязнения (Zc 128–256) относятся территории в зоне влияния ОАО «Дубненский машиностроительный завод им. Н.П. Фёдорова» вместе с котельной (ул. Жуковского, 2) и ООО «Каменный век» (ул. Тверская, 28), в правобережной части – район Восточной котельной (ул. Дружбы, 31). В остальных точках обследования отмечается очень высокий уровень загрязнения (Zc > 256) (табл. 4; рис. 2).

В соответствии с суммарным показателем нагрузки Zp большинство обследованных площадок относится к низкому уровню нагрузки, средний уровень нагрузки отмечается только в левобережной части города в районе ООО «Каменный век» (ул. Тверская, 28) (рис. 3).

Анализ состояния снежного покрова города Дубны показал, что в зоне влияния котельных и других производственных объектов отмечаются более высокие значения среднесуточной пылевой нагрузки и среднесуточных выпадений тяжелых металлов по сравнению со средними значениями, полученными в ходе площадной съемки.

Основной вклад вносят ООО «Каменный век» и ОАО «Дубненский машиностроительный завод им. Н.П. Фёдорова» вместе с котельной, расположенной на территории завода.

Таблица 4

Значения показателей Zp и Zc снежного покрова на территории г. Дубны (2013 г.)

Показатель состояния снежного покрова

Номер пробы

1

2

3

4

5

6

7

Zc

189

142

477

421

173

1477

279

Zp

801

1696

751

555

730

620

191

pic_129.tif

Рис. 2. Пространственное распределение величины суммарного показателя загрязнения Zc снежного покрова на территории города Дубны (2013 г.)

pic_130.tif

Рис. 3. Пространственное распределение величины суммарного показателя нагрузки Zp на снежный покров на территории города Дубны (2013 г.)

Рецензенты::

Балабко П.Н., д.б.н., профессор, заведующий кафедрой общего земледелия и агроэкологии, факультет почвоведения, МГУ им. М.В. Ломоносова, г. Москва;

Чеснокова И.В., д.г.-м.н., главный научный сотрудник, Институт водных проблем РАН, г. Москва.

Работа поступила в редакцию 01.04.2015.


Библиографическая ссылка

Андреев А.И., Каплина С.П., Каманина И.З., Макаров О.А. ОПЫТ ИССЛЕДОВАНИЯ СНЕЖНОГО ПОКРОВА ГОРОДА ДУБНЫ // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 2-12. – С. 2590-2595;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=37528 (дата обращения: 12.08.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074