Sdružení obcí a měst Orlice, Powiat Klodzki a Euroregion Glacensis Ve spolupráci s Akademií věd ČR, Universitou Lausanne a Fakultou Stavební ČVUT

Transkript

1 Sdružení obcí a ěst Orlice, Powiat Klodzki a Euroregion Glacensis Ve soluráci s Akadeií věd ČR, Universitou Lausanne a Fakultou Stavební ČVUT KONFERENCE ORLICE 2001 Rekreační krajina a robleatika znečištění ovzduší (Jablonné nad Orlicí) Karel Brych, ing. František Dittrt, Mgr. Josef Kořenář, CSc Ústav ro hydrodynaiku AV ČR, Eva Houbová Mateaticko-fyzikální fakulta UK, RNDr. Zbyněk Jaňour, DrSc Ústav teroechaniky AV ČR i. 1. Úvod Okres Ústí nad Orlicí, do které region Tiché a Divoké Orlice atří, nenáleží odle vyhlášky MŽP č. 279/1993 Sb. ezi oblasti vyžadující zvláštní ochranu ovzduší. Z ístních zdrojů znečišťování ovzduší ají ředevší význa salovací rocesy. Vzhlede k ostuující lynofikaci ěst jsou dnes lokální toeniště na tuhá aliva ostuně nahrazována zařízeníi na salování lynu. Další význaný zdroje znečištění je dorava, ředevší autoobilová. Velké zdroje znečištění (REZZO 1) nejsou odle OÚ Ústí n. Orlicí evidovány. Středních zdrojů znečištění (REZZO 2) bylo evidováno 11, nař. kotelny růyslových závodů aod. Jako alé zdroje znečištění ovzduší (REZZO 3) jsou význaná lokální toeniště na tuhá fosilní aliva s instalovaný výkone do 0,2 MW. Eise vlive nízkých koínů, alé teelné vydatnosti zdrojů a zejéna orfologie regionu nejsou dostatečně roztylovány. Mezi obilní zdroje znečištění (REZZO 4) lze zejéna uvést frekventovanou silnici II/11 jakožto zdroj eisí NOx, CO, olycyklických aroatických uhlovodíků a olova. Vzhlede k vyjíečnosti regionu, jakožto rekreační oblasti, je žádoucí i touto robleatikou se zabývat. Proto v ráci rojektu, studující region Tiché a Divoké Orlice, finančně dotované AV ČR, jsou v Ústavu teroechaniky AV ČR zkouány rocesy v ezní vrstvě atosféry v regionu Jablonného nad Orlicí a zejéna diserze znečišťujících látek. Nejrve byly shrnuty základní charakteristiky, důležité ro tyto rocesy. Jablonné nad Orlicí leží v údolí na soutoku Tiché Orlice a Orlického otoka. Nadořská výška nádraží je 419,46, okraj ěsta ak dosahuje výšky řes 500 n.. Zástavba je rozvinuta na řiléhajících svazích, které sadají do údolních niv obou říček. Údolí Tiché Orlice odděluje Bukovohorskou hornatinu (Červenovodské sedlo 813 n.., Suchý vrch 995 n..) a nižší Žaberskou ahorkatinu. Krajina je členitá, lesní orosty se střídají s otevřenýi olníi a lučníi artiei. Kliaticky je úzeí ěsta Jablonné nad Orlicí charakterizováno v tab. č. 1. Kliatická charakteristika Kliatická oblast MT2 Počet letních dnů Počet dnů s rů. telotou 10 a více Počet razových dnů Počet ledových dnů Prů. telota v lednu -3 až 4 C Prů. telota v červenci C Prů. telota v dubnu 6-7 C Prů. telota v říjnu 6-7 C Prů. očet dnů se srážkai 1 a více Srážkový úhrn ve vegetační období Srážkový úhrn v ziní období Počet dnů se sněhovou okrývkou Počet dnů zaračených Počet dnů jasných Tab. č. 1 Kliatické odínky Jablonného nad Orlicí V regionu není řío v rovozu žádná kliatologická ani srážkoěrná stanice ČHMÚ. Nejbližší stanice je v Nekoři (505 n.., asi 5 k SZ od Jablonného). Průěrný roční úhrn srážek (třicetiletý růěr ) je 844, ax. v červenci (102 ), in. v dubnu (49). Odborný současný odhad větrné

2 růžice nebyl ro úzeí Jablonného nad Orlicí k disozici. Předokládá se řevládající záadní až severozáadní roudění větrů. 2. Metoda fyzikálního odelování Procesy v atosféře a zejéna v její sodní části (cca do výšky 1k) označované jako Mezní vrstva atosféry (MVA) jsou nesírně kolikované, nohé doosud nedořešené. Odtud je zřejé, že nalézt etodu odelování roudění v MVA je úloha značně kolikovaná. Jední z řístuů je využití ateatických odelů v součinnosti s výkonnou výočetní technikou. Metodu ateatického odelování lze využívat ředevší v říadech jednodušších. Nař. již orograficky kolikovaný terén řináší značné obtíže, io jiné do zavedení souřadného systéu ro nuerická řešení. Kolikací tohoto druhu se dá vyhnout oužití analogových etod. Pro říady odelování MVA je to ředevší etoda, která je označována jako fyzikální odelování. Ta sočívá v to, že okrajové odínky, ředevší zeský ovrch včetně staveb, vegetace, vodních loch aod., jsou siulovány vhodný geoetricky odobný odele a odele ole roudění vzduchu nebo vody v aerodynaické tunelu nebo vodní kanálu, ve které je uístěn odel krajiny. Tato yšlenka není nová. Snad orvé ji užil francouzský inženýr Eifell, který se na ředětu odobné budově vložené do volného roudu v aerodynaické tunelu okoušel nalézt otiální tvar budovy a odhadnout jeho součinitel odoru. Seddesátá a osdesátá léta jsou ak ve znaení obrovského okroku v toto odvětví. Po olitických zěnách se odařilo zachytit tento trend i v naší reublice. V Ústavu teroechaniky AV ČR se odařilo nejrve rozracovat teoretické základy odvětví, navrhnout ekonoicky dostuná řešení, byl vybudován nezbytně nutný nový aerodynaický tunel a etoda je úsěšně vyvíjena a alikována. Nový aerodynaický tunel v Ústavu teroechaniky byl konstruován jako říý tunel s konstantní růřeze 1.5 x 1.5 a s ěřící rostore ve vzdálenosti Tato vzdálenost zajišťuje slnění zíněné odínky na tloušťku ezní vrstvy. Vstu do tunelu je v uklidňovací kooře, která á rozěry 6 x 6 x 12. V jejích stěnách je rachový filtr o loše 64 *2. Na vstu navazuje sěrovací koleno s loatkai, které stáčí roud do horizontálního sěru. Za kolene následuje sekce sestávající z voštinového usěrňovače a šesti vyjíatelných sít, která uožňují vyrovnávat rychlostní rofily a utluovat turbulentní fluktuace. Za touto sekcí následuje roudovod (20,5 délky) o konstantní růřezu 1,5 x 1,5.Měřicí rostor o délce 2 je ohraničen odníatelnýi bočníi stěnai ze skla o tloušťce 12. Modely se uísťují na dno tohoto rostoru. Za ěřicí rostore tunel vyúsťuje do dvou sěrovacích kolen, která jsou vzájeně ootočena o 90 a jsou evná. Tekutinu ohání ventilátor o výkonu 30 kw. Tento ventilátor je oatřen regulátore otáček ((0;1550) ot./in.) s nastavitelný úhle loatek, číž se dociluje rychlosti roudění v ěřicí kooře (0,1;13) /s. Exerientální etody ro kvalitativní a kvantitativní odhady olí koncentrací jsou vyvíjeny ve soluráci s Ústave ro hydrodynaiku AV ČR a Ústave fyzikální cheie Jaroslava Heyrovského AV ČR. Jako alikaci je ožné uvést řešení úloh znečištění od obilních zdrojů v ulici uvnitř ěstské zástavby - rojekt evroského solečenství COST, res. řešení znečištění ovzduší olove z Kovohutí Příbra a. s. v kolikované terénu. Nutno uvést, že i tuto etodu nelze alikovat univerzálně, ro různé tyy úloh je nutné odvodit, res. oužít různé tzv. etody aroxiativní siulace. 3. Siulace znečištění ovzduší v intravilánu Jablonného nad Orlicí Pro diskutovanou úlohu byl o konzultacích se sdružení Orlice vybráno Jablonné nad Orlicí a jeho blízké okolí (o rozloze asi 1,5 x 1,5 k) tak, aby budoucí odel zahrnoval odstatné lokality. Městský úřad v Jablonné nad Orlicí zajistil aové odklady a základní údaje o zdrojích znečišťování ovzduší. Rozbore zadání bylo vybráno ěřítko odelu 1 : Maové odklady byly zvětšeny na lochu 1500 x 1500 a odle této výchozí ay byl zhotoven lastický odel, kde vrstevnice s rozlišení o 2 jsou o 2. Jednotlivé lochy vrstevnicového lánu byly vyrobeny z buničiny a sleeny diserzní leidle. Při stavbě odelu byla využita technologie (ůvodně vyvinutá v ÚT), která zaručuje stabilitu odelu. Nakonec byly na odelu naznačeny, res. naontovány odrobnosti doinující ve zkouané terénu. Jde ředevší o lesní orost, vodní lochy, vyšší zástavbu ve ěstě a kounikace. Podklady ro tyto doinanty byly vyčteny z turistických a. Charakter zástavby, zejéna rozložení budov a jejich výška, byl odchycen osobní ozorování. Fotografie odelu je na obr. 1. Pro tento říad byla ro siulaci užita etoda nezávislosti na Reynoldsově čísle, kterou odvodil Cerak (1984). Princi této etody je osána v onografii Jaňoura (2001) a ředoklady této etody byly ověřeny a jsou osány v diloové ráci Houbová (2001). Pro odhad kvalitativních vlastností roudění a šíření znečišťujících látek v ovzduší byla oužita etoda vizualizace. Proudění vzduchu a tedy větrné oěry jinak růhledného vzduchu se zviditelňovaly cigaretový kouře, který vyvíjí zvláštní zařízení. Kouř byl osvětlen laserový nože a sníán video kaerou, res. digitální fotoaaráte. Takto získaný obraz byl ak očítače digitalizován a uložen na evný disk. Takto bylo sledováno SZ roudění kolé na osu údolí. Obraz odelu rokázal, že ři rychlostech kole 1 s -1 je

3 íra znečištění ovzduší vyrodukovaná ěste řijatelná. Vzduch roudí údolí a eise odnáší io ěstskou zástavbu. Více bylo resentováno na konferenci Orlice 97 viz. Jaňour (1997). Obr. 1 Plastický odel krajiny v ěřítku 1:1000 z IA ŠZ OS y z x x ZN y x,y,z osy vyezující vzdušný rostor OS odběrová sonda lynného kontinuálního vzo ZN zdroj znečištění ovzduší ŠZ šíření znečištění od zdroje IA infraanalyzátor lynů x, y, z osy ožného ohybu odběrové sondy Obr. 2 Měření koncentrací. (x, y, z souřadné osy, ZN zdroj, IA infraanalyzátor lynu, OS odběrová sonda lynného kontinuálního vzorku, SZ kouřová vlečka, x, y, z,- osy ožného ohybu odběrové sondy). Princi ěření rozložení koncentrací je znázorněn na obr. 2. Vlastní ěření bylo rováděno ve soluráci s racovníky Ústavu ro hydrodynaiku AV ČR. Jako analyzátor byl oužit Infračervený analyzátor IREX, který využívá secifické zvláštnosti CO 2, jakožto heteroatoového lynu, absorbovat infračervené záření v určité rozsahu vlnových délek. Sektrální rozsah absorce leží zhruba v rozezích 2 5 µ a vlastní absorce je zůsobena zěnou rotačně-vibračních stavů olekul lynu. Z vybrané etody je zřejé, že odele zdroje je do ěřícího rostoru vouštěn testovací lyn, zde CO 2. Odběrovou sondou uístěnou na ovrchu odelu jsou

4 získávány vzorky, které jsou silikonovou trubičkou nasávány do analyzátoru. Z takto naěřených koncentrací C jsou určeny koncentrace na rototyu C oocí vztahu C = C Q Q U U L L 2, (1) kde oěr rychlostí je vybrán 1:10, oěr ěřítek je 1:1000. Byly sledovány ro region důležité bodové zdroje - tovární koíny fire Masokobinát a Bravo, a. s. Takto byly získány hodnoty bezrozěrných řízeních koncentrací K, 2 CUL K, (2) Q kde je Q eise [kgs -1 ], C skutečná koncentrace [kg -3 ], U charakteristická rychlost [s -1 ], L charakteristický rozěr. Prograe Arc Exlorer, bylo určeno rozložení těchto koncentrací na loše a k ni řiřazen aový odklad. Toto rozložení je uvedeno na obr. 3 a 4. Obr. 3 Rozložení bezrozěrných koncentrací K v okolí Masokobinátu Obr. 4 Rozložení bezrozěrných koncentrací K v okolí závodu Bravo Z těchto bezrozěrných hodnot je ožné určit skutečné rozložení koncentrací ro různé hodnoty vydatnosti říslušných zdrojů, ro různé vnější rychlosti. Charakteristiky obou zdrojů se kvůli zěná výrobních rocesů často ění, a roto byl roveden ouze odhad rozložení reálných koncentrací ři lné racovní kaacitě, kdy dochází ke salování černého uhlí a tedy je nutné určit rozložení řízeních koncentrací SO 2. Protože se k výočtů rozložení řízeních koncentrací nebylo ožné získat konkrétní údaje o zdrojích, jejich řesné araetry, byl oužit kvalifikovaný odhad ro zařízení tohoto tyu s výkone 9 MW. Pro eise těchto zdrojů lze oužít hodnotu Q 15 gs -1. Pak z hodnot bezrozěrných koncentrací K byly určeny koncentrace C (viz vztah (29)) ro dva říady: rychlost vně ezní vrstvy atosféry (v hladině 850 hpa) 10 s -1 rychlost vně ezní vrstvy atosféry (v hladině 850 hpa) 5s -1. Pro takto určené koncentrace SO 2 od Masokobinátu, res. Brava, a. s. bylo oět bylo určeno rozložení řízeních koncentrací a k ni řiřazen aový odklad. Toto rozložení je uvedeno na obr. 5 ro Masokobinát a obr. 6 ro Bravo, a. s.

5 a) b) Obr. 5 Rozložení koncentrací v okolí Masokobinátu ři rychlosti větru a) 10 s -1, b) 5 s -1 a) b) Obr. 6 Rozložení koncentrací v okolí závodu Bravo ři rychlosti větru a) 10 s -1, b) 5 s Závěr Vyočtené koncentrace lze interretovat jako koncentrace osihodinové. Vyhláška MŽP 117/97 Sb., říloha č. 4, osihodinové koncentrace bohužel neuvádí. Nicéně za ředokladu eteorologicky stacionární situace lze oužít tyto hodnoty i jako koncentrace denní. Pro denní koncentrace SO 2 je iisní liit 150 µg -3. Ze všech obrázků je zřejé, že odelové odhadnuté axiální koncentrace ři ředokládané režiu obou zdrojů tento liit řesahují. Přito z obr. 5 a 6 je zřejé, že ři nižších rychlostech jsou koncentrace vyšší. Zdroje byly navíc zkouány nezávisle na sobě a vzhlede k aditivnosti koncentrací asivních říěsí je ožné ři souběhu zdrojů dílčí výsledky v dané bodě sečíst. Dále je nutno odotknout, že tato rozložení koncentrací jsou ro zadaný reži zdrojů. Pro režiy jiné, nař. ři snížení eisních hodnot, se budou řízení koncentrace snižovat a tato redukce je lineárně úěrná, jak lyne ze vztahu (2). Maxiální koncentrace znečišťujících látek se nacházejí cca od zdroje, asi 50 severozáadně od osy roudění na návětrné stráni. Právě zde stojí sídliště s lokálníi toeništi, která také nealou ěrou řisívají k znečištění ovzduší. Podchytit charakteristiky těchto lokálních zdrojů je z noha důvodů neožné, a tedy odhad celkového znečištění je rakticky neroveditelný. V současné době je do ěsta zaváděn toný lyn, ale vzhlede k rostoucí cená tohoto édia jsou orávněné obavy, že část obyvatelstva této zěny nevyužije. Neočekává se tedy zlešení stavu ovzduší. Ke zěně by ovše ěly býti řinuceni rovozovatelé zdrojů větších, ezi něž atří nái sledované závody. Závěre je nutné konstatovat, že ro rekreačně význaný region, který dle v úvodu zíněné vyhlášky MŽP nevyžaduje zvláštní ochranu ovzduší, je nutné osuzovat i z hlediska lokálního. V řísěvku bylo rokázáno, že díky neříznivý orografický odínká řízení koncentrace v lokální ěřítku řevyšují iisní liity a jsou tedy ro životní rostředí odstatné. Přito bylo uvažováno indiferentní zvrstvení. V říadě neříznivých inverzí ak je ožné očekávat, že hodnoty koncentrací budou ještě odstatně neříznivější.

6 Poděkování: Práce vznikla běhe řešení grantů odorovaných GA AV ČR - A a badatelského rojektu AV ČR č Literatura Cerak J. E. (1984): Physical Modeling of Flow and Disersion over Colex Terrain, Boundary layer Meteorology 30, , Houbová E. (2001). Fyzikální odelování roudění a difúze nad geograficky kolikovaný teréne, diloová ráce MFF UK, ss. 38, Jaňour Z. (2001): Modelování ezní vrstvy atosféry, Karolinu, Praha, ss. 147, Jaňour Z. (1997): Výzku znečištění ovzduší v regionu Jablonného nad Orlicí, v Konference Orlice 97, Sborník, Letohrad 1997, i Dolejškova 5, Praha , tel , janour@it.cas.cz