ROZPTYLOVÉ PODMÍNKY A JEJICH VLIV NA KONCENTRACI AEROSOLOVÝCH ČÁSTIC PM 10 V LOKALITĚ MOSTECKÉHO JEZERA

Transkript

1 ROZPTYLOVÉ PODMÍNKY A JEJICH VLIV NA KONCENTRACI AEROSOLOVÝCH ČÁSTIC PM 1 V LOKALITĚ MOSTECKÉHO JEZERA Jan Brejcha Výzkumný ústav pro hnědé uhlí a.s., tř. Budovatelů 283/3,434 1 Most, brejcha@vuhu.cz Souhrn V článku byly popsány podmínky rozptylu znečišťujících látek v ovzduší centrální části podkrušnohorské pánve a byla vyhodnocena imisní situace na stanicích v okolí Mosteckého jezera a porovnána se situací v západní části podkrušnohorské pánve. K vyšším úrovním znečištění ovzduší docházelo v chladných měsících roku v důsledku výskytu několika denních inverzí. V jarních a letních měsících při naplnění větší části jezera docházelo na stanicích vzdálených 1 až 1.6 km od břehové linie k vyššímu počtu překročení imisního limitu než na referenční stanici vzdálené 4 km od jezera. Klíčová slova: hydrická rekultivace; Mostecké jezero; kvalita ovzduší; PM 1 Summary Article describes of a dispersion conditions of pollutants in ambient air of the central part of the North Bohemian Basin, assesses air pollution situation at stations around the Most lake and compared with the situation in the western part of the basin. Higher levels of air pollution occurred during the cold months of the year due to the occurrence of several daily atmospheric temperature inversions. A higher number of exceedances of the limit value occurred when filling a larger part of the lake in the spring and summer months to remote stations 1 to 1.6 km from the shoreline in comparison with the reference station 4 km distant from the lake. Keywords: hydric reclamation; Most Lake; air quality; PM 1 Úvod V současné době je dokončeno napouštění Mosteckého jezera. Jezero vzniklo zatopením zbytkové jámy lomu Most Ležáky, kde byla těžba hnědého uhlí ukončena k 31. srpnu Napouštění jezera Most bylo zahájeno [1], [2]. Po dokončení hydrické rekultivace a ozelenění okolí se předpokládá využití lokality jezera Most převážně k rekreačním aktivitám a plánuje se i výstavba rodinných domů. V rámci komplexního projektu Dopady na mikroklima, kvalitu ovzduší, ekosystémy vody a půdy v rámci hydrologické rekultivace hnědouhelných lomů č. TA provádělo VÚHU a.s. od roku 212 kontinuální měření koncentrací aerosolových částic PM 1 v Mostě (střecha budovy VUHU a.s.) a v Kopistech (observatoř UFA ČAV). Pro měření byly použity kontinuální prachoměry FH62IR (radiometrická metoda). Aerosolové částice PM 1 jsou nejvýznamnější složkou, která se podílí na znečištění ovzduší lokality. Aerosolové částice (Particulate Matter) PM 1 jsou částice, které projdou při odběru vzorku znečištěného vzduchu velikostně-selektivním vstupním odlučovacím zařízením, které vykazuje pro aerodynamický průměr 1 μm odlučovací účinnost 5%. Cílem měření bylo získat podklady pro hodnocení kvality ovzduší v lokalitě Mosteckého jezera. Stanice Kopisty umístěná v objektu observatoře UFA ČAV se nachází ve vzdálenosti cca 1 km od břehové linie Mosteckého jezera. Proto lze předpokládat, že kvalita ovzduší zde bude obdobná jako v zájmové lokalitě Mosteckého jezera. Pro hodnocení vztahu mezi znečištěním ovzduší a meteorologickými veličinami je k dispozici poměrně široký rozsah dat poskytovaný spoluřešitelem projektu UFA ČAV (teplota a vlhkost vzduchu ve 2 m, tlak vzduchu, směr a rychlost větru, doba trvání slunečního svitu, vodorovná dohlednost, teploty půdy v 5, 1, 2, 5 a 1 cm, množství srážek, stav počasí, stav půdy, pokrytí oblohy oblačností a výška její spodní základny včetně stožárová měření teplota a vlhkost vzduchu ve výškách 2, 4, 6 a 8 m a směru a rychlosti větru ve výškách 4 a 8 m. Stanice Most byla instalována na střeše budovy VÚHU a.s. ve výšce cca 22 m nad okolním terénem. Výsledky tohoto měření byly porovnávány s dostupnými daty okolních dlouhodobě provozovaných stacionárních stanic (Most, Lom, Chomutov a Tušimic) a VÚHU (Lom).

2 Kvalitu ovzduší obecně ovlivňují dva faktory, kterými jsou intenzita emisí znečišťujících látek a rozptylové podmínky. Na znečištění ovzduší v regionu se podílí převážně spalovací zdroje. V jednotlivých letech lze považovat roční chody úrovně emisi znečišťujících látek za obdobné s určitou variabilitou, která souvisí s meziroční variabilitou ročních chodů teplot, ze které vyplývá intenzita provozu energetických zdrojů. Významný vliv na imisní situaci má proto v jednotlivých kalendářních letech četnost výskytu zhoršených rozptylových podmínek. Na častém výskytu zhoršených rozptylových podmínek v podkrušnohorské pánvi se podílí zejména orografie lokality. Charakteristika lokality Mostecké jezero je položeno v poměrně nedokonale provětrávané centrální části severočeské pánve. Nedokonalé provětrávání lokality souvisí s uzavřením prostoru centrální části pánve mezi Krušnými horami a Českým středohořím. Centrální část podkrušnohorské pánve má charakter příkopové propadliny. Nadmořská výška dna pánve na úpatí Krušných hor je přibližně 26 m, ve střední části a před Českým středohořím 2 až 24 m. Nadmořská výška hřebenu Krušných hor v oblasti Mostecka je přibližně 6 až 95 m. Jižní svahy krušnohorské soustavy klesají prudce do pánevní části. Reliéf Českého středohoří disponuje velkou výškovou členitostí při průměrné nadmořské výšce 363 m, nejvyšším vrcholem je Milešovka (836,5 m n.m). Poloha Mosteckého jezera v Podkrušnohoří je uvedena na obr. 1a [3], kde je tmavě šedou čarou vymezen prostor zhoršeného provětrávání [4]. Na obrázku 1b je zobrazen profil pánve v řezu S-J [3] a na obrázku 1c je zobrazen profil pánve v řezu Z-V [3]. Řezy jsou na obrázku vyznačeny 1a černými tečkovanými úsečkami. Na mapě jsou vyznačeny polohy měřicích stanic provozovaných v rámci projektu (Most VÚHU 4, Kopisty 5) i dlouhodobě provozovaných stacionárních stanic (Most - 3, Lom 6, Chomutov 2 a Tušimice 1) a VÚHU (Lom2-7), které byly zahrnuty do vyhodnocení imisní situace. S S Z Mostecké jezero V V 1 J Obr.1a Poloha Mosteckého jezera Mostecké jezero je obklopeno řadou významných potenciálních zdrojů znečišťujících látek, včetně aerosolových částic, např. zvláště velké spalovací zdroje (elektrárny, teplárny), chemický průmysl, povrchové doly, zařízení k nakládání s odpady.

3 výška nad terénem [m] výška nad terénem [m] Mostecké jezero 199 m n.m. Most S J Obr.1b Profil řezu S-J 824 m n.m. Kopisty 137 m n.m. Mostecké jezero 685 m n.m. Z V Obr.1c Profil řezu Z-V Rozptylové podmínky Rozptylové podmínky podmiňují promíchávání a ředění emisí zdrojů a tím ovlivňují úroveň imisních koncentrací. V případě dobrých rozptylových podmínek se emise znečišťujících látek v důsledku mechanické a termické turbulence průběžně rozptylují horizontálně a vertikálně do velkého prostoru. Teplotní gradient je záporný (teplota se snižuje s výškou). V případě nepříznivých rozptylových podmínek (při vzniku teplotních inverzí) je rozptyl emise znečišťujících látek omezen výškou směšovací vrstvy, která souvisí s výškou vrstvy teplotní inverze. V inverzní vrstvě je kladný teplotní gradient (teplota se zvyšuje s výškou). Významně se na úrovni znečištění ovzduší podílí několikadenní trvání nepříznivých rozptylových podmínek. K těmto stavům dochází převážně v zimním období. Po celý rok však běžně dochází ke zhoršení rozptylových podmínek během jednotlivých dnů na přechodnou dobu zejména v nočních a ranních hodinách v důsledku inverze teplotního zvrstvení vzniklého radiací (ochlazování dlouhovlnným vyzařováním zemského povrchu v nočních hodinách) [5]. Tomu v těchto dnech odpovídají i denní chody koncentrací znečišťujících látek. Na obr. 2 a 3 jsou uvedeny příklady vývoje teplotního profilu do výšky 8 m nad povrchem na jaře a v létě při přechodně zhoršených rozptylových podmínkách : 7 : 6 5 8: 6 5 8: 4 12: 4 12: : 2 16: teplota [ o C] 19: Obr. 2 Vývoj teplotního profilu (jaro) v Kopistech teplota [ o C] 19: Obr. 3 Vývoj teplotního profilu (léto) v Kopistech

4 Z obrázků 2 a 3 je zřejmé, že k nejvýraznějším změnám teplotního gradientu během dne dochází v přízemní vrstvě do výšky cca 2 až 3 m nad povrchem. Za určitých podmínek lze tento jev pozorovat jako přízemní mlhu. Na obr. 4 a 5 jsou porovnány denní chody vybraných meteorologických veličin a koncentrace PM1 ze stanice Kopisty z období přechodně periodicky zhoršených rozptylových podmínek ( ) a z období dobrých rozptylových podmínek ( ). Vybrány byly meteorologické parametry, které významně ovlivňují nebo odrážejí lokální rozptylové podmínky: rychlost větru ve 2 m v m.s-1 RV 2m; teplota ve 2 m nad terénem ve oc - t+2m; teplotní gradient v přízemní vrstvě rozdíl mezi teplotami ve 2 a 2 m ve oc dt 2 2m a doba slunečního svitu v hodinách - sl. svit doba; koncentrace PM1 PM1. Doba integrace veličin je 1 hodina. Meteorologická data byla převzata z databáze výsledků měření observatoře Kopisty, kterou provozuje Ústav fyziky atmosféry AV ČR, v.v.i dt 2-2m SL SVIT DOBA Obr. 4 Porovnání denních chodů vybraných meteorologických veličin a PM1 při přechodně zhoršených rozptylových podmínkách ve dnech RV 2m PM1 a teplota t +2m dt, r.v., doba slunečního svitu PM1 a teplota dt, r.v., doba slunečního svitu PM1 Obr. 5 Porovnání denních chodů vybraných meteorologických veličin a PM1 při převážně dobrých rozptylových podmínkách ve dnech Na obr. 4 lze pozorovat téměř cyklické fluktuace koncentrace PM1 a meteorologických veličin v závislosti na denní době. Při postupném nárůstu rozdílu teplot (dt - teplotního gradientu) mezi výškami 2 m a 2 m nad terénem do kladných hodnot dochází ke snížení rychlosti větru a postupnému zvyšování koncentrace PM1. Při snižování tohoto rozdílu teplot do záporných hodnot pak dochází ke zvyšování rychlosti větru a snižování koncentrace PM1. Na obr. 5 lze pozorovat v prvních dvou dnech v důsledku trvale vanoucího větru převážně téměř nulovou hodnotu teplotního gradientu a relativně nízkou úroveň koncentrací PM1. Snížení rychlosti větru v noci mezi druhým a třetím dnem se okamžitě projevilo zvýšením koncentrace PM1. Při nízkých rychlostech větru lze předpokládat znečištění ovzduší aerosolovými částicemi PM1: při výškové regionální inverzi ze spalovacích zdrojů všech kategorií včetně zvláště velkých zdrojů regionu při přízemní inverzi z velkých a malých zdrojů situovanými v lokalitě a blízkou dopravou. Při vyšších rychlostech větru cca nad 4 m.s-1 dochází převážné k dobrému rozptylu znečišťujících látek. K vyššímu znečištění aerosolovými částicemi pak může docházet zejména v důsledku resuspenze prachu v relativně blízkém okolí nebo v méně častých případech při přemetání kouřové vlečky spalovacích zdrojů.

5 Zhodnocení imisní situace a výskytu rozptylových podmínek v lokalitě v letech 28 až 214 Imisní situace v lokalitě Mosteckého jezera v letech 28 až 214 je zhodnocena v tabulce 1 na základě porovnání počtu překročení imisního limitu pro 24hodinové koncentrace aerosolových částic PM 1 (5 μg.m -3 ) [6] na jednotlivých hodnocených stanicích. Roční chod úrovně koncentrace aerosolových částic PM 1 má výrazně sezónní charakter, který souvisí s častým výskytem zhoršených rozptylových podmínek a zvýšeným výkonem spalovacích zdrojů v zimním a podzimním období. Proto je tabulka rozčleněna po jednotlivých ročních obdobích. Pro jednotlivá roční období jsou uvedeny i počty dní s trvale nepříznivými nebo mírně nepříznivými rozptylovými podmínkami ve sloupci označeném TRP2 a počty dní s mírně nepříznivými rozptylovými podmínkami trvajícími pouze část dne ve sloupci označeném TRP1 [7]. Jednotlivá roční období byla volena podle meteorologického kalendáře, tj. jaro březen, duben, květen; léto červen, červenec, srpen; podzim září, říjen, listopad; zima prosinec (předcházejícího roku), leden, únor. Při porovnávání počtu překročení imisního limitu lze s ohledem na vzdálenost od jezera považovat lokalitu Lom za referenční (Lom i Lom VÚHU cca 4 km) pro měřicí stanice centrální části pánve. Tabulka 1 rok období Tušimice Chomutov Most Most VÚHU Kopisty VÚHU Lom Lom2 VÚHU TRP2 č. st. na mapě n.m. [m] jaro jaro jaro jaro jaro jaro jaro léto léto léto léto léto léto léto podzim podzim podzim podzim podzim podzim podzim zima zima zima zima zima zima zima Data ze stanic byla převzata z internetových stránek [8]. TRP1

6 Závěr Na základě údajů porovnaných v tabulce 1 lze provést následující shrnutí: V podzimních a zimních obdobích je oproti jarním a letním obdobím významně vyšší počet dní s trvale zhoršenými rozptylovými podmínkami. V centrální části podkrušnohorské pánve dochází častěji k překračování imisního limitu pro 24hodinové koncentrace PM 1 než v její západní části. V letech 21, 211, 212 a 213, tj. v době, kdy již byla naplněna větší část jezera, došlo v jarním a letním období k anomálnímu zvýšení počtu překročení imisního limitu pro 24hodinové hodnoty koncentrace PM 1 na stanovišti Most oproti lokalitě Lom. Na stanovišti Kopisty je tento jev patrný na jaře 212 a v létech 212, 213 a 214. Ke zvýšení počtu překročení imisního limitu došlo oproti lokalitě Lom v Kopistech i podzimním období let 212, 213 a 214. Na výše položené stanici Most VÚHU (cca 22 m nad terénem) byly zjištěny nižší hodnoty než na stanici Most umístěné v úrovni terénu. Anomální zvýšení úrovně znečištění v okolí jezera v jarních a letních měsících lze vysvětlit dvěma způsoby: jedná se buď o náhodnou shodu mezi stavem naplnění jezera a meziroční prostorovou fluktuací úrovně sezónního znečistění ovzduší v lokalitě vodní plocha ovlivňuje atmosféru širšího okolí jezera. Důsledkem toho může být za určitých meteorologických podmínek prodloužení doby denních přechodně zhoršených lokálních rozptylových podmínek a tím i zkrácení doby možného rozředění nakumulovaných znečišťujících látek. Nižší úroveň znečištění na stanici Most VÚHU (cca 22 m nad terénem) oproti stanici Most umístěné v úrovni terénu lze vysvětlit častým výskytem přízemních inverzí s výškou směšovací vrstvy nižší než cca 2 m nad terénem. Poděkování Práce byla realizována s podporou Technologické agentury ČR v rámci projektu TA12592 Dopady na mikroklima, kvalitu ovzduší, ekosystémy vody a půdy v rámci hydrické rekultivace hnědouhelných lomů, řešeného v letech Literatura a podklady [1] Kružíková L. (213):Vývoj napouštění jezera Most, sborník konference Jezera a mokřady ve zbytkových jamách po těžbě nerostů, Most, 4/213, str , ISBN [2] staženo [3] [4] staženo [5] Pavlicová I. (27): Teplotní inverze v oblasti Ostravské průmyslové aglomerace, Diplomová práce, Masarykova universita v Brně, Brno 27 [6] Zákon č. 21/212 Sb., o ochraně ovzduší (212) [7] [8] (staženo )