4.4. Оцінювання стану атмосферного повітря за результатами спостережень

Систематизація, опрацювання і узагальнення результатів спостережень дає змогу визначити статистичні характеристики забруднення атмосфери, за допомогою яких виявляють динамічні зміни в забрудненні атмосфери певною речовиною. До таких характеристик належать:

1. Середнє арифметичне значення концентрації домішки (забруднюючої речовини) – середньодобові, середньомісячні, середньорічні, середні багаторічні концентрації забруднюючих речовин , обчислені за сумарними даними стаціонарних, пересувних, підфакельних постів спостережень. Цей показник визначають за формулою:

де n – кількість разових концентрацій, які були визначені за відповідний період.

2. Середнє квадратичне відхилення результатів вимірювань від середнього арифметичного: середньорічних концентрацій на постах від середньорічної і середньої багаторічної концентрації по місту; разових концентрацій від середньорічної концентрації по місту (району); середньорічних концентрацій для міста від середньорічної концентрації для групи міст; максимальних концентрацій домішки для міста за рік від середньої з максимальних концентрацій домішки за рік; разових (середньодобових) концентрацій від середньомісячної та середньорічної, середньомісячної – від середньорічної та середньої багаторічної; середньорічної – від середньої багаторічної:

3. Коефіцієнт варіації вказує на ступінь змінності концентрації домішки (забруднюючої речовини) і обчислюється за формулою:

де – середня концентрація.

4.Максимальне значення концентрації домішки обчислюють, вибираючи максимальну концентрацію (найбільше значення) домішки з разових, середньомісячних, середньодобових, середньорічних концентрацій з невеликої кількості спостережень, а також максимальну з разових концентрацій за даними під факельних спостережень та обчислюють середню з максимальних концентрацій за рік по групі міст за формулою:

де L – кількість міст, що розглядаються.

5. Максимальну концентрацію домішки із заданою вірогідністю її перевищення визначають з припущення логарифмічно нормального розподілення концентрацій домішок в атмосфері для заданої вірогідності її перевищення:

де – середня концентрація; при Р=0,1%, z=3,08; P=1%, z=1,65

6. Індекси забруднення атмосфери (ІЗА) кількісно характеризують рівень забруднення атмосфери окремою домішкою, що враховує різницю в швидкості зростання ступеня шкідливості речовин, приведеного до ступеня шкідливості діоксиду сірки, зі зростанням перевищення ГДК:

де a_і – константа, що набуває значень 1,7; 1,3; 1,0; 0,9, відповідно, для 1, 2, 3 та 4-го класів небезпечності речовин і дає змогу привести ступінь шкідливості і-тої речовини до ступеня шкідливості діоксиду сірки.

7. Комплексний індекс забруднення атмосфери міста (КІЗА) є кількісною характеристикою рівня забрудненості атмосфери, що створюється я-речовинами, які присутні в атмосфері міста (чи району міста):

де n – кількість домішок, що розглядаються (може включати всі забруднюючі речовини, що присутні в атмосфері міста, або тільки пріоритетні речовини, які визначають її стан). Його широко використовують для порівняння ступеня забруднення атмосфери в містах та регіонах.

Для оцінювання змін стану атмосферного повітря отримані середні концентрації забруднюючих речовин порівнюють з фоновими концентраціями.

Фонова концентрація – статистично вірогідна максимальна концентрація (С_ф, мг/м³), яка характеризує забруднення атмосфери.

її визначають як значення концентрації, перевищене не більше ніж у 5% випадків від загальної кількості спостережень. Фонова концентрація характеризує утворену всіма джерелами, розташованими на даній території, сумарну концентрацію. За відсутності необхідних даних спостережень фонова концентрація може бути обчислена. Визначення С_ф для кожного поста спостережень здійснюють за даними, отриманими протягом періоду від 2 до 5 років. З метою підвищення вірогідності розрахунку С_ф необхідно вибрати такий період спостережень, протягом якого суттєво не змінювався характер забудови в районі поста спостережень, характеристики промислових викидів у радіусі 5 км від поста, розташування самого поста, а відбір та аналіз проб здійснювалися за однаковими методиками. При цьому кількість спостережень повинна бути не меншою 200 на рік щодо кожної речовини, а загальна їх кількість за певний період – не менше 800.

Для визначення С_ф можуть бути використані дані стаціонарних і підфакельних постів спостережень. В результаті обробки даних для кожного поста з усіх результатів спостережень знаходять значення С_фі, де і = 0; 1; 2; 3; 4, які відповідають різним градаціям напрямку та швидкості вітру w (табл. 5.5).

Таблиця 5.5

Значення і в залежності від швидкості та напрямку вітру

Верхню межу швидкості вітру w* визначають за умовою, що швидкість вітру в підконтрольній місцевості w > w* переважає в 5% випадків. При визначенні її для коленої з 5 градацій швидкості та напрямку вітру значення концентрацій q_k (k – номер концентрації в і-тій градації) вписують в таблицю, після чого з’ясовують кількість спостережень в кожній градації п₍, яка при подальшій обробці повинна бути не менше 100. Якщо n_i < 100, то значення С_фі вважається орієнтовним.

Дані підфакельних спостережень групують зони за критерієм відстані від джерела викидів. Кількість спостережень в кожній зоні повинна бути не менше 200. Дані для кожної з них поділяють на дві градації за швидкістю вітру. При швидкості вітру 0…2 м/с і становить 0; при швидкостях вітру від 3 до w* м/с – від 1 до 4.

Віддають перевагу С_ф, отриманим за підфакельними вимірами для тих районів міста, де їхні значення більші ніж С_ф, розраховані за даними спостережень на стаціонарних постах.

Фонову концентрацію С_фі можна визначити одним із статистичних розрахункових методів або графічно.

При оцінюванні величини різниць С_ф для п’яти градацій розраховують значення і – відповідно середнє за всіма градаціями та середнє за всіма градаціями значення фонової концентрації, крім і = 0:

де – сума п’яти добутків С_фі для кожної градації на кількість вимірювань у даній градації n_і;

Якщо максимальне та мінімальне значення С_ф при і = 0; 1; 2; 3; 4 задовольняють нерівність:

(a)

то для такого поста за С_ф приймають значення незалежно від напрямку та швидкості вітру.

Якщо умови (а) не виконуються, але мінімальне і максимальне значення С_фі при і = 0; 1; 2; 3; 4 задовольняють нерівність:

(б)

то для даного поста деталізація С_ф за напрямком вітру не виконується і за С_фі в градації швидкості вітру 0…2 м/с приймають значення С_ф0, а в градації швидкості вітру від 3 м/с до w* – значення С.

Коли умови (а) та (б) не виконуються, С_ф представляють п’ятьма значеннями.

Для з’ясування шкідливої дії кількох забруднювачів визначають величину С_ф за цими речовинами. При цьому для кожного пункту спостережень та моменту часу концентрація n речовин приводиться до концентрації найпоширенішої з них.

Наприклад, при сумації впливу SО₂ і NO₂:

Отримані результати обробляють так само, як і щодо однієї речовини.

При проектуванні промислових підприємств і встановленні гранично допустимих викидів (ГДВ) дані про розподіл фонової концентрації по території населеного пункту представляють в табличній формі.

В окремих випадках можна обмежитись середнім значенням по місту. Для цього розраховують середнє значення по місту для кожної градації швидкості і напрямку вітру. Для тих постів, де у градації, що розглядається, відрізняється від середнього по місту менш ніж на 25%, воно замінюється на середнє по місту значення .

При встановленні ГДВ для реконструйованих або діючих підприємств, їх частка виключається із С_ф за формулою:

при

при

де С’_ф – фонова концентрація без урахування підприємства, що розглядається;

С – максимальна концентрація, яка створюється підприємством в точці розміщення поста.

За результатами спостережень і оцінювання стану атмосферного повітря визначають середні та максимальні концентрації забруднюючих речовин, а також фонові, які особливо важливі при прогнозних обчисленнях.