Laborato GIS Katedra ochrany životního prostedí v prmyslu Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství Vysoká škola báská Technická univerzita Ostrava tel.: 597324346, 603 511547; e-mail: petr.jancik@vsb.cz ROZPTYLOVÁ STUDIE II PRO MSTO OPAVA Dlouhodobá stabilitní ržice Ostrava, únor 2007 V070207I
Objednatel: Statutární msto Opava Horní námstí 69 746 26 Opava Zhotovitel: Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství Vysoká škola báská Technická univerzita Ostrava 17. listopadu 15 708 33 Ostrava Poruba Odpovdný ešitel: Doc. Ing. Petr Janík, Ph.D., vedoucí katedry Autorizovaná osoba dle 15 odst. 1 písm. d) podle zákona. 86/2002 Sb.,.j.: 2159/740/02, Katedra ochrany životního prostedí v prmyslu Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství Vysoká škola báská Technická univerzita Ostrava ešitelský tým: RNDr. Jan Bitta Ing. Irena Pavlíková 1
Obsah 1 ÚVOD... 3 2 VSTUPNÍ ÚDAJE... 5 2.1 OBECNÁ CHARAKTERISTIKA ÚZEMÍ... 5 2.1.1 Údaje o obyvatelstvu... 7 2.1.2 Stav životního prostedí... 8 2.2 TERÉN... 11 2.3 KLIMATICKÁ A METEOROLOGICKÁ CHARAKTERISTIKA ÚZEMÍ... 13 2.4 VSTUPNÍ METEOROLOGICKÁ DATA... 13 2.5 ÚROVE ZNEIŠTNÍ OVZDUŠÍ, IMISNÍ LIMITY A MEZE TOLERANCE... 14 2.6 IMISNÍ POZADÍ LOKALITY... 15 2.7 ZDROJE ZNEIŠOVÁNÍ OVZDUŠÍ... 18 3 METODIKA VÝPOTU... 21 3.1 SUTTONOVA STATISTICKÁ TEORIE TURBULENTNÍ DIFÚZE... 21 3.2 SYMOS 97... 23 3.3 ANALYTICKÝ DISPERZNÍ MODELOVACÍ SUPERPOÍTAOVÝ SYSTÉM (ADMOSS)... 24 3.3.1 Použité technické vybavení... 25 3.3.2 Použité programové vybavení... 25 3.3.3 Rozdlení zdroj asít receptor... 25 3.3.4 Management výpot... 28 3.4 KOREKCE VÝSLEDK MODELOVÁNÍ... 28 3.4.1 Stanovení pozaových koncentrací... 28 3.4.2 Stanovení korekních konstant... 29 3.4.3 Korekce výsledk modelování... 29 4 VÝSTUPNÍ ÚDAJE...30 4.1 VYPOTENÉ CHARAKTERISTIKY... 30 4.2 KARTOGRAFICKÁ INTERPRETACE VÝSLEDK... 31 4.3 DISKUZE VÝSLEDK... 63 4.3.1 Suspendované ástice PM 10... 64 4.3.2 Oxid dusiitý NO 2... 65 4.3.3 Benzo(a)pyren...66 5 ZÁVR... 68 6 SEZNAM POUŽITÝCH DOKUMENT... 70 7 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK... 72 2
1 Úvod Pedmtem této rozptylové studie je modelování rozptyl zneišujících látek na území msta Opavy, se zahrnutím všech zdroj zneišování ovzduší. Všechny použité vstupní údaje jsou shodné jako v pípad Rozptylové studie pro msto Opava [1]. Jedinou výjimkou jsou vstupní meteorologická data. Modelování se provádí s použitím dlouhodobé stabilitní vtrné ržice. Modelování se provádí pro tyto zneišující látky: oxid dusiitý NO 2 ; suspendované ástice vyjádenéjakofrakcepm 10 (polétavý prach); polycyklické aromatické uhlovodíky (PAH) vyjádené jako benzo(a)pyren (B(a)P). Ostatní významné zneišující látky, zejména SO 2, nebyly do této studie zahrnuty, nebo jejich koncentrace jsou na území msta Opavy výrazn nižší než koncentrace urené limity, a to i v obdobích se zhoršenými rozptylovými podmínkami (pi smogových situacích). Modelování rozptylu zneišujících látek probíhá podle metodiky Ministerstva životního prostedí R SYMOS 97 s využitím všech dostupných informací o emisích ze všech zdroj zneišování ovzduší, které mají vliv na kvalitu ovzduší na území msta. Do rozptylové studie nebyly zahrnuty emise ze zdroj zneišování ovzduší z Polska, nebo nebylo možné získat pro jejich modelování dostatek informací. Orientan se provede také korekce výsledk modelování s využitím imisního monitoringu z roku 2003. Dílí cíle pi ešení této rozptylové studie jsou: 1. modelování prmrných roních koncentrací pro jednotlivé skupiny zdroj (REZZO1 4) pro zneišující látky NO 2,PM 10 a benzo(a)pyren pomocí metodiky SYMOS 97; 2. modelování celkové imisní situace; 3
3. orientaní korekce výsledk modelování s využitím imisního monitoringu; 4. zpracování výsledk modelování do grafických výstup v tištné a digitální podob. 4
2 Vstupní údaje Veškerá vstupní data byla pevzata z Rozptylové studie pro msto Opava [1]. Jedinou výjimkou jsou vstupní meteorologická data. 2.1 Obecná charakteristika území Statutární msto Opava je prmyslové, kulturní, zemdlské a správní centrum eského Slezska. Leží v úrodném údolí eky Opavy, které je souástí Slezské nížiny. Jihozápadn je toto údolí ohranieno masivem Nízkého Jeseníku. Obr..1:Polohamsta Opavy Zdroj: Mapy.cz Sted mstajevnadmoské výšce 257,0 m n. m. a jeho zempisné souadnice jsou 49 56 s.z.š. a 17 54 v.z.d. Nejnižší místo (eka Opava pod Komárovem) je položeno v 263,5 m n. m. a nejvyšší místo (Hrka jižn od Podvihova) je v 529,8 m n. m. 5
Msto Opava je rozdleno na tináct správních celk: Jakta, Kateinky u Opavy, Komárov, Kylešovice, Malé Hoštice, Milostovice, Opava Msto, Opava Pedmstí, Podvihov, Suché Lazce, Vávrovice, Vlaštoviky a Zlatníky. Celková rozloha msta je 90,61 km 2. Souhrnné údaje o využití tohoto území uvádí Tabulka.1. Tab.. 1: Souhrnné údaje o využití území msta Opavy Celkem Zemdlská pda 67,57 km 2 Orná pda 60,28 km 2 Louky 3,25 km 2 Zahrady 4,03 km 2 Sady 0,17 km 2 Trvalé travní porosty 3,30 km 2 Nezemdlská pda 23,04 km 2 Lesní pda 5,08 km 2 Vodní plochy 1,55 km 2 Zastavné plochy 5,13 km 2 Ostatní plochy 11,27 km 2 90,61 km 2 Zdroj: SÚ [2] Hospodáství, ekonomický potenciál a souasná struktura prmyslu msta Opavy je ovlivnna dlouhodobým historickým vývojem. Msto Opava leželo na kižovatce dležitých obchodních cest a postupn se stalo stediskem potravináského a strojírenského prmyslu. Z nejvýznamnjších podnik lze uvést IVAX Pharmaceuticals, a.s. (nyní s.r.o.), pedního výrobce léiv a chemických substancí v eské republice. V tradiní výrob trvanlivého peiva pokrauje OPAVIA LU, a.s., závod Opava, v potravináství psobí také NOWACO mrazírny, Bivoj (masné výrobky), Moravskoslezské cukrovary, a.s., odštpný závod Opava, Pivovar Zlatovar (v souasnosti mimo provoz) a Slezská pekárna J.L.N. Nejvtším strojírenským podnikem ve mst je Ostroj Opava. Kovodlnou výrobu provozují firmy Ferram Opava, Femont Opava, Witzenmann Opava aj. Pokraovatelem tradic opavských papíren je Model Obaly. Moderní nátrové hmoty vyrábí Balakom (nyní Akzo Nobel Coatings CZ, a.s.) V posledních letech se rozvíjí prmysl elektrotechnický, opravárenství a polygrafie. Na okraji msta psobí moderní zemdlské podniky. Ve mst sídlí i jedno z nejvtších eských spotebních družstev Jednota Opava. 6
2.1.1 Údaje o obyvatelstvu Vtšina imisních limit je vyhlášena pro ochranu zdraví obyvatelstva, nebo kvalita ovzduší je úzce spjata se zdravotním stavem populace. Dle Sítání lidu, dom a byt v roce 2001 [2] má Opava celkem 61 382 obyvatel trvale žijících na území msta, což pedstavuje hustotu 677 osob na km 2 (Vkové rozdlení obyvatelstva je zobrazeno v Grafu.1). Je pravdpodobné, že vtšina tchto obyvatel žije v oblasti se zhoršenou kvalitou ovzduší, proto by bylo vhodné doplnit tuto studii o analýzu zatížení obyvatel imisemi a podrobnji stanovit podíl obyvatelstva, které žije v oblastech, kde dochází kpekraování imisních limit, a dále eventueln pípadná nápravná opatení poté pednostn smovat tam, kde jsou pekraováním imisních limit postiženy poetn nejvtší skupiny obyvatel. Graf.1:Rozdlení obyvatelstva msta Opavy dle vkových skupin 12000 10000 Poet obyvatel 8000 6000 4000 2000 0 0-4 4-14 15-19 20-29 30-39 40-49 50-59 60-64 65-74 75+nezj. Vková kategorie Zdroj: SÚ [3] 7
2.1.2 Stav životního prostedí Ovzduší Vzhledem k neuspokojivému ešení silniní sít ve mst je oblast, vedle zneištní produkovaného velkými stacionárními zdroji, zatížena zejména emisemi z automobilové dopravy. Nepíznivá je situace u zneištní zejména suspendovanými ásticemi vyjádeným jako frakce PM10, polycyklickými aromatickými uhlovodíky a také oxidy dusíku. Piemž u zneištní suspendovanými ásticemi jsou pekraovány pípustné limity (benzo(a)pyren se v oblasti nemí). V roce 2003 byly na území msta zjištny koncentrace pesahující imisní limit a mez tolerance. Na základ dat z tohoto roku tak bylo msto Opava optovn vymezeno jako oblast se zhoršenou kvalitou ovzduší [4]. Viz Obrázek. 2 a Tabulky. 2a - 2c na následujících stranách. Obr.. 2: Území, na kterém došlo v roce 2003 k pekroení imisního limitu (LV) nebo imisního limitu navýšeného o mez tolerance (LV + MT) pro nkterou ze sledovaných zneišujících látek, bez zahrnutí ozonu 8
Zdroj: MŽP [4] Tab.. 2a: Pekroení limitní hodnoty pro ochranu zdraví lidí (v % plochy územního celku msta Opavy v roce 2003) PM 10 roní prmr > 40µg/m 3 PM 10 max. 24h prmr >50µg/m 3 >35x/rok B(a)P roní prmr > 0,001 µg/m 3 18,5 33,3 33,3 Zdroj: MŽP [4] Tab.. 2b:Pekroení limitní hodnoty a meze tolerance pro ochranu zdraví lidí (v % plochy územního celku msta Opavy v roce 2003) PM 10 roní prmr > 43,2 µg/m 3 PM 10 36. nejvyšší 24h prmr > 60 µg/m 3 > 35x/rok 14,8 3,7 Zdroj: MŽP [4] Tab.. 2c:Pekroení limitní hodnoty a cílového imisního limitu pro ochranu ekosystém a vegetace (v % plochy územního celku msta Opavy v roce 2003) NO x roní prmr >30µg/m 3 0,3 Zdroj: MŽP [4] Oblasti se zhoršenou kvalitou ovzduší Zákon. 86/2002 Sb. ( 7 odst. 1) [5] definuje oblasti se zhoršenou kvalitou ovzduší jako provádcím právním pedpisem vymezenou ást území (zónu) nebo sídelního seskupení (aglomerace), kde je pekroena hodnota jednoho nebo více imisních limit nebo cílového imisního limitu pro ozon nebo hodnota jednoho i více imisních limit zvýšená o píslušné meze tolerance. Obec je v tomto pípad povinna postupovat podle 7 odst. 6 Zákona. 86/2002 Sb. [5] do dvou let od vymezení oblasti Ministerstvem životního prostedí podle 7 odst. 4 tohoto zákona vypracovat pípadn aktualizovat programy ke zlepšení kvality ovzduší pro zneišující látky, u kterých jsou pekraovány imisní limity a meze tolerance, v pípad troposférického ozonu cílové imisní limity. 9
Voda Mstem protéká eka Opava, která je souástí povodí Odry, a její vody jsou tak odvádny do Baltského moe. Na území obce do eky Opavy ústí dva nejvýznamnjší pítoky Velká a Moravice. Je zejmé, že jakost vod v povodí tchto ek, a u Moravice zvlášt, je významn lepší, než v dílím povodí Odry. Je to samozejmý dsledek menší koncentrace prmyslu a idšího osídlení. eka Opava, poté co byly rekonstruovány a intenzifikovány istírny odpadních vod v Krnov a Opav, je v celé své délce, s výjimkou zneištní fosforem, klasifikována jako istý tok. V pípadeky Moravice je situace obdobná. Odpady Struktura produkce odpad odpovídá struktue prmyslové výroby. Pevládajícími oblastmi jsou potravináská a chemická výroba a výroba elektrické a tepelné energie. Ve mst je zaveden systém tídného sbru komunálního odpadu, který provozují Technické služby Opava, a.s., které jsou také provozovatelem zaízení na dotiování komunálního odpadu. Msto je, jako ada dalších obcí regionu, zapojeno do systému smluv se spoleností EKO-KOM, a.s. Využitelné vytídné složky jsou tak materiálov využívány. Zejména se jedná o vytídný papír, sklo, plasty, kovy a odpad z údržby soukromé i veejné zelen. Biodegradabilní odpad je zpracováván v kompostárn RABIO, s.r.o. Poblíž msta jsou dv významná zaízení na odstraování odpad: Skládka Holasovice II ELIO Slezsko a.s. a Zpracovatelské zaízení Chlebiov EKO Chlebiov, a.s. Staré ekologické zátže Nejvýznamnjšími starými ekologickými zátžemi regionu jsou kontaminované území bývalého závodu Galena, a.s. (v souasnosti IVAX Pharmaceuticals, s.r.o.), jehož riziko je klasifikováno jako extrémní, a sanované skládky prmyslového odpadu 10
spolenosti Balakom, a.s. (nyní Akzo Nobel Coatings CZ, a.s.) Dále se na území msta nachází ješt nkolik starých ekologických zátží s nízkou rizikovostí. Pehled starých ekologických zátží uvádí Tabulka. 3 na následují stran. Tab..3:Pehled starých ekologických zátží na území msta Opavy Název SME, a.s. Opava - dvr Šibeniní kopec u Opavy Akzo Nobel Coatings CZ, a.s. "Bezinka" IVAX Pharmaceuticals s.r.o. Akzo Nobel Coatings CZ, a.s. Závod Typ zátže elektrárny komunální skládka prmyslová skládka prmyslová / obchodní místa prmyslová / obchodní místa Druh provozu energetika ostatní ostatní chemický prmysl chemický prmysl Celkové riziko Provozovatel Poznámka 4-nízké 4-bodové 4-nízké 4-bodové 2-vysoké 3-lokální 1-extrémní 3-lokální SME, a.s. - - - Akzo Nobel Coatings CZ, a.s. IVAX Pharmaceuticals s.r.o. Na lokalit se nacházejí dv skládky tzv. Stará skládka a skládka Bezinka. Ob skládky jsou již po sanaci. Lokalita se nachází ve výrazném meandru eky Opavy. Rozloha celého areálu iní cca 24 ha. Areál je ze severu omezen tokem eky Opavy, z jihu pak silnicí a železniní tratí spojující msta Opavu a Ostravu. 0-neznámé - Po sanaci. Zdroj: VÚV T.G.M. [6] Zvlášt chránná území Na území msta Opavy se nenachází žádné zvlášt chránné území. 2.2 Terén Pro modelování metodikou SYMOS 97 je nutno zadat tvar reliéfu celé modelované oblasti. Pro modelování byl použit digitální model terénu zájmového území, který byl vytvoen pi vyhotovení Rozptylové studie pro msto Opavu [1]. Viz mapka na str. 12. Použitý soubor s prbhem terénu v tomto formátu je k dispozici v digitální podob. 11
12 12
2.3 Klimatická a meteorologická charakteristika území Podnebí msta Opavy je dáno jeho zempisnou polohou. Území msta je oteveno baltickému klimatu, do nhož proniká vliv podnebí kontinentálního. Podle Köppenovy klasifikace spadá opavské podnebí do skupiny Cfb Teplá mírnjší klimata, která se vyznaují promnlivým asto zamraeným poasím, mírnjším létem, teplým podzimem a dostatenými srážkami. Souhrn klimatických charakteristik msta Opavy Poet letních dn 40-50 Poet dn sprmrnou teplotou 10 C a více 140-160 Poet mrazových dn 110-130 Prmrný roní poet ledových dn 30 40 Prmrná teplota v lednu -2 C - -3 C Prmrná msíní teplota vzduchu v ervenci 17 C 18 C Prmrná teplota v dubnu 7 C 8 C Prmrná teplota v íjnu 7 C 8 C Prmrný roní poet srážkových dní s úhrnem nad 10 mm 14 18 Prmrný sezónní úhrn srážek v lét 280 mm 320 mm Srážkový úhrn v zimním období Prmrný sezónní poet dní se snžením 50 60 Poet dn zamraených 120-150 200 mm 250 mm Prmrný roní poet jasných dn 36 41 Prmrná sezónní rychlost vtru na podzim 2,5m/s 3,0m/s 2.4 Vstupní meteorologická data Zdroj: Mapa klimatických oblastí [7] Pi modelování dlouhodobým modelem, který byl použit v této studii, se pracuje s meteorologickými daty statisticky zpracovanými pro urité období (v tomto pípad deset let). Data dodává HMÚ v podob matice hodnot, které jsou procentuálním výskytem uritého generalizovaného typu poasí v daném období. Poasíjezaazeno do urité kategorie podle kombinace tídy teplotní stability ovzduší (reprezentované prmrným teplotním gradientem ) arychlostivtru. Používají se tídy podle Bubníka a Koldovského. Celá sada takto upravených dat se nazývá stabilitní vtrná ržice. Graficky lze etnost poasí v jednotlivých kategoriích znázornit jako paprskový graf, ve kterém je na jednotlivých osách (nap. osmi smr) vynesena etnost výskytu jednotlivých kategorií poasí [%]. 13
Pro výpoty v této studii byl použit dlouhodobý odborný odhad vtrné ržice pro lokalitu Opava, který byl dodán HMÚ. Dlouhodobá stabilitní vtrná ržice pro Opavu N NE E SE S SW W NW Bezvtí Souet [%] I,t,v=1,7m/s 1,71 0,43 0,13 0,10 1,14 0,93 0,21 0,33 5,33 10,31 II,t,v=1,7m/s 4,52 1,32 0,34 0,22 3,52 2,76 0,44 0,64 5,88 19,64 II,t,v=5m/s 0,09 0,06 0,01 0,00 0,16 0,23 0,03 0,05 0,00 0,63 III,t,v=1,7m/s 5,42 1,42 0,31 0,19 3,40 3,27 0,57 0,97 2,57 18,12 III,t,v=5m/s 2,31 1,04 0,16 0,02 1,87 5,03 0,58 0,43 0,00 11,44 III,t,v=11m/s 0,08 0,00 0,00 0,00 0,07 0,30 0,05 0,00 0,00 0,50 IV,t,v=1,7m/s 2,57 0,51 0,18 0,11 1,23 1,31 0,33 0,90 1,57 8,71 IV,t,v=5m/s 2,17 0,58 0,14 0,03 2,29 7,03 0,85 0,78 0,00 13,87 IV,t,v=11m/s 0,35 0,03 0,02 0,01 0,95 3,98 0,36 0,03 0,00 5,73 V,t,v=1,7m/s 2,33 0,47 0,17 0,08 0,85 1,03 0,33 1,00 1,31 7,57 V,t,v=5m/s 0,43 0,04 0,03 0,04 1,52 0,52 0,05 0,85 0,00 3,48 Souet [%] 21,98 5,90 1,49 0,80 17,00 26,39 3,80 5,98 16,66 100,00 Údaje v tabulce jsou uvedeny v procentech výskytu dané situace za rok. 2.5 Úrove zneištní ovzduší, imisní limity a meze tolerance Zákon. 86/2002 Sb., o ochran ovzduší [5] stanovuje pípustné limity úrovn zneištní ovzduší. 14
Úrove zneištní ovzduší je hmotnostní koncentrace zneišujících látek v ovzduší nebo jejich depozice z ovzduší na jednotku plochy zemského povrchu za jednotku asu. Imisní limit je hodnota nejvýše pípustné úrovn zneištní ovzduší vyjádená v jednotkách hmotnosti na jednotku objemu pi normální teplot a tlaku. Mez tolerance je procento imisního limitu nebo ást jeho absolutní hodnoty, o které mže být imisní limit pekroen. Meze tolerance se postupn snižují až do roku 2010, kdy budou mít nulové hodnoty pro všechny zneišující látky. Hodnoty imisních limit a mezí tolerance pro zájmové zneišující látky uvádjí Tabulky.4a5[8]. Tab.. 4: Imisní limity pro zájmové zneišující látky Zneišující látka Vyjádená jako Imisní limit [g.m -3 ] Úel vyhlášení IHr IHd IHk Prašný aerosol PM 10 40 50(35x) - Ochrana zdraví lidí Oxidy dusíku NO 2 40-200(18x) Ochrana zdraví lidí NO x 30 - - Ochrana ekosystém Benzo(a)pyren B(a)P 0,001 - - Ochrana zdraví lidí V závorce (dolní index) je uveden maximální poet pekroení uvedeného limitu za rok. IHr - prmrná roní koncentrace zneišující látky (aritmetický prmr zakalendání rok). IHd - prmrná denní koncentrace zneišující látky (aritmetický prmr koncentrací za 24 hodin.) IHk - prmrná koncentrace zneišující látky za 1 hodinu. Tab.. 5: Meze tolerance pro zájmové zneišující látky (2005 2010) [g.m-3] Rok Zneišující látkadoba prmrování 2005 2006 2007 2008 2009 2010 Úel vyhlášení Oxid dusiitý IHr 10 8 6 4 2 0 NO 2 IHk 50 40 30 20 10 0 Ochrana zdraví lidí IHr - prmrná roní koncentrace zneišující látky (aritmetický prmr zakalendání rok). IHk - prmrná koncentrace zneišující látky za 1 hodinu. 2.6 Imisní pozadí lokality Základním podkladem pro hodnocení souasného imisního zatížení jsou výsledky imisního monitoringu. Nejbližší imisní monitorovací stanicí je stanice Opava Kateinky (viz Tabulka. 6 na následující stran). 15
Tab..6:Kartamící stanice Opava Kateinky Kód Název Stát Vlastník Kraj Okres Obec (ZÚJ) Typ micího programu EOI-typstanice EOI-typzóny EOI - charakteristika zóny EOI-zkratka Zempisné souadnice Nadmoská výška Terén Krajina Reprezentativnost Dobrá lokalita ve sportovním areálu HMÚ poboka Ostrava AIM Mgr. Libor ernikovský K Myslivn 3/2182 70800Ostrava Poruba Základní údaje TOVK Opava Kateinky eská republika eský hydrometeorologický ústav Moravskoslezský Opava Opava Automatizovaný micí program Klasifikace pozaová mstská obytná B/U/R Lokalizace 49 56' 41.97" sš; 17 54' 34.30" vd 255 m Doplující údaje rovina, velmi málo zvlnný terén vícepodlaž. zástavba (sídlišt z posled. desetil.) okrskové mítko - mstskénebovenkov(0,5 4km) Poznámka Dodavatel dat, adresa Tel: 596 900 218 Fax: 596 910 284 E-mail: cernikov@chmi.cz Zdroj: HMÚ [9] Maximální hodnoty a prmrné roní imisní koncentrace zájmových zneišujících látek na monitorovací stanici Opava Kateinky jsou za rok 2003 uvedeny v Tabulce.7.Denníprmry za rok 2003 znázorují Grafy.2 a 3. Tab.. 7: Vybraná imisní data z monitorovací stanice Opava Kateinky pro rok 2003 PM 10 [µg.m -3 ] tvrtletní aritmetický Imisní Nejvyšší IHk Nejvyšší IHd Roní aritmetický prmr limit prmr(ihr) Hodnota Datum Hodnota Datum I. II. III. IV. IHd IHr 681,0 01.03. 351,8 01.03. 75,4 35,6 32,2 34,9 44,3 50 40 NO 2 [µg.m -3 ] Hodinové Denní maximum tvrtletní aritmetický Imisní Roní aritmetický maximum v roce vroce prmr limit prmr(ihr) Hodnota Datum Hodnota Datum I. II. III. IV. IHk IHr 104,6 19.09. 61,1 25.02. 23,0 13,6 14,4 20,9 18,0 200 40 IHr - prmrná roní koncentrace zneišující látky (aritmetický prmr zakalendání rok). IHd - prmrná denní koncentrace zneišující látky (aritmetický prmr koncentrací za 24 hodin.) IHk - prmrná koncentrace zneišující látky za 1 hodinu. Zdroj: HMÚ [10] 16
Graf. 2:Prbh prmrných denních koncentrací PM 10 na monitorovací stanici Opava Kateinky za rok 2003 400 350 300 PM 10 [g.m -3 ] 250 200 150 100 50 Denníimisnílimit PM 10 0 Leden Únor Bezen Duben Kvten erven ervenec Srpen Záí íjen Listopad Prosinec Zdroj: HMÚ [10] Graf. 3:Prbh prmrných denních koncentrací NO2 na monitorovací stanici Opava Kateinky za rok 2003 70 60 50 NO 2 [g.m -3 ] 40 30 20 10 0 Leden Únor Bezen Duben Kvten erven ervenec Srpen Záí íjen Listopad Prosinec Zdroj: HMÚ [10] 17
Podle výsledk imisního monitoringu na stanici Opava Kateinky za rok 2003 je u zneišující látky PM 10 pekraován denní imisní limit (celkem pekroen 90x) i roní imisní limit (IHr = 44,3 mg.m -3, což odpovídá pekroení o tém 11%). 2.7 Zdroje zneišování ovzduší Vnímání pojmu zdroj zneišování ovzduší není jednoznané. Dle zákona. 86/2002 Sb. [5] jsou zdrojem zneišování ovzduší zaízení nebo innosti, které zneišují nebo mohou zneišovat ovzduší ili do ovzduší vnášet jednu i více zneišujících látek. Na základ 4 tohoto zákona jsou zdroje zneišování ovzduší stacionární, mobilní. Stacionární zdroje zneišování ovzduší jsou pak dále dleny podle míry svého vlivu na kvalitu ovzduší na kategorie zvlášt velké zdroje, velké zdroje, stední zdroje, malé zdroje. Mobilními zdroji jsou samohybná a další pohyblivá, pípadn penosná zaízení vybavená spalovacími motory zneišujícími ovzduší, pokud tyto motory slouží vizuální k vlastnímu pohonu nebo jsou zabudovány jako nedílná souást technologického vybavení. Mohou to být dopravní prostedky, nesilniní mobilní stroje nebo penosná náadí vybavená spalovacím motorem. V databázích REZZO se zdrojem rozumí provozovna. V rámci provozovny však mže zneišující látky do ovzduší vypouštt až nkolik desítek komín i výduch. 18
Pro úely modelování je za zdroj považován jednotlivý komín i výduch. Proto sevtétozpráv používá pojem zdroj práv v tomto smyslu (není-li uvedeno jinak). Pod pojmem provozovna se rozumí zdroj ve smyslu zákona. Unkterých modelovaných zdroj, konkrétn u malých stacionárních zdroj au mobilních zdroj, jsou jednotlivé komíny, výduchy, resp. výfuky reprezentovány vhodnjším zpsobem. Lokální topeništ jsou reprezentována sítí plošných zdroj o zvolené velikosti buky a doprava je reprezentována sítí liniových zdroj, která kopíruje prbh silniní sít. Pedmtem modelování jsou všechny skupiny zdroj zneišování ovzduší na území msta Opavy. Vstupní data o zdrojích zneišování ovzduší byla pro tuto rozptylovou studii pevzata z Rozptylové studii pro msto Opava [1]. Souhrnné údaje o emisích z jednotlivých modelovaných skupin zdroj zneišování ovzduší jsou uvedeny v Tabulce.8. Tab.. 8: Souhrnné emise na území msta Opavy podle jednotlivých skupin zdroj Látka Zvlášt velké a velké zdroje Stední zdroje Lokální topeništ Doprava Celkem [t/rok] [%] [t/rok] [%] [t/rok] [%] [t/rok] [%] [t/rok] TZL 19,548 20,653 21,291 22,49 42,997 45,43 10,815 11,43 94,652 NO x 110,950 38,015 47,732 16,35 35,613 12,20 97,566 33,43 291,862 B(a)P 8,028* 0,116 4,706* 0,07 6856,000* 99,39 29,159* 0,42 6897,892* *UB(a)Pjsouuvádné hodnoty v [g/rok] Nejvýznamnjšími zdroji zneišování TZL jsou na území msta Opavy lokální topeništ, která produkují více než 45% z celkového množství emisí TZL produkovaných na území msta. Dalšími významnými zdroji zneišování TZL jsou stední a zvlášt velké a velké zdroje zneišování (více než 22%, resp. více než 20%, z celkového množství emisí TZL produkovaných na území msta). U zneišování NO x je na území msta Opavy vliv nejvýznamnjších zneišovatel zvlášt velkých a velkých zdroj a dopravy srovnatelný. Produkuji 19
více než 38%, resp. více než 33%, celkového množství emisí NO x produkovaných na území msta. Uzneišování B(a)P na území msta Opavy výrazn pevažují nad všemi ostatními zdroji lokální topeništ. Jejich emise tvoí vtšinu více než 99% emisí z celkového množství emisí B(a)P produkovaných na území msta. 20
21 ( ) ( ) + + = n z n z n y n z y m z C h z x C h z x C y ux C C Q z y x K 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 exp exp exp ),, ( π ( )( ) 2 1 1 2 '2 2 1 4 = n n z u w u N n n C 3 Metodika výpotu Ve vtšin zemíjevsouasné dob rozptyl zneišujících látek v pízemní vrstv atmosféry modelován pomocí difúzních model založených na aplikaci Suttnovy statistické teorie turbulentní difúze. 3.1 Suttonova statistická teorie turbulentní difúze Statistická teorie turbulentní difúze byla vytvoena Suttonem na základ Taylorovy statistické korelaní teorie turbulence a ešení klasické rovnice difúze. Suttonova rovnice pro výpoet koncentrace plynných látek v libovolném míst v okolí plynulého vyvýšeného bodového zdroje je: Odvození parametr C y a C z bylo provedeno ve tvaru: Kde C z je vertikální difúzní parametr. Analogicky pro složku y: Vtchto vzorcích je n meteorologický exponent (bezrozmrný), N Suttonova makroviskozita [m 2 s -1 ], ( )( ) 2 1 1 2 '2 2 1 4 = n n y u u u N n n C
vesmruosyyaz[ms -1 ]. u', w' odchylky od prmrných složek rychlostí proudní Meteorologický exponent je definován z profilu rychlostí vtru: u = u 1 z z 1 n 2 n Kde u a u 1, jsou rychlosti vtru ve výškách z a z 1. Exponent n nabývá hodnot v intervalu <0;1> v závislosti na stabilit ovzduší (0 vysoce labilní, 1 - velmi stabilní). Suttonova makroviskozita: N = u z 0 Kde z 0 je délka drsnosti, tj. teoretická výška nad terénem mající geometrický význam hladiny, kde se prmrná rychlost u stává nulovou [m]. Tecí rychlost u* [ms -1 ] lze stanovit: Pro z =0: u = u w K( x, y) 2Q exp y C h + C 2 2 = m 2 n 2 n 2 2 πc yc zux x y z 1 kde x,y souadnice receptoru [m], K koncentrace ZL v bod osouadnicích x,y,(z) [gm -3 ], Q m emise ZL ze zdroje [gs -1 ], h výška bodového zdroje [m], u rychlost vtru v míst zdroje [ms -1 ]. 22
Tato teorie je základem vtšiny používaných rozptylových model, které jsou asto modifikací základní Suttonovy funkce. Pro výpoty imisí v této studii byl použit matematický model, rovnž založený na Suttonov teorii difúze SYMOS 97. [2] 3.2 SYMOS 97 SYMOS 97 byl vydán v roce 1998 jako doporuená metodika MŽP R ve Vstníku Ministerstva životního prostedí. Zárove byla tato metodika zpracována jako software pro poítae tídypcipropoítae tídy pracovních stanic s operaním systémem UNIX. Program dodává firma Idea Envi, s.r.o. Metodika je urena pedevším pro vypracování rozptylových studií, jakožto podklad pro hodnocení kvality ovzduší. SYMOS 97 je tzv. dlouhodobý model. To znamená, že vstupní meteorologická data, tj. rychlost vtru a stabilita ovzduší, vstupují do modelu po statistickém zpracování skutených meteorologických pozorování a roztídní poasí do tíd, které jsou dány uritým rozsahem rychlostí vtru a prmrného vertikálního teplotního gradientu ve smšovací vrstv. Výsledek je možno znázornit grafy etnosti výskytu uvedených tíd poasí tzv. stabilitními vtrnými ržicemi. Modelování tzv. prmrných dlouhodobých koncentrací se pak provádí tak, že výpotová funkce se poítá pro každý smr vtru (obvykle ve všech smrech po jednom až tech stupních) a výsledku je piazena taková váha, jaká je etnost výskytu použité kombinace tíd poasí v daném smru. Výsledek je tedy závislý na prmrném výskytu uritého poasí za modelované období. Pokud jsou známy prmrné emise zdroj za stejné období, je možno správn vyhodnotit prmrné koncentrace za období, pro které jsou statisticky zpracována meteorologická data. Ve studii byla použita prmrná roní data o zdrojích i roní prmry meteorologických dat. Výsledkem tedy byly vyhodnocené prmrné roní koncentrace modelovaných zneišujících látek. Podle použité metodiky je však možno vyhodnocovat také tzv. maximální krátkodobé koncentrace. Tyto koncentrace se vyhodnocují tak, že se vypoítají hodnoty imisí pi všech rychlostech vtru od 1,5 do 15 m/s v intervalech daných 23
metodikou, ve všech smrech (podle metodiky 360 smr po 1 stupni). Výsledkem jsou pak teoretická maxima, vypotená na všech receptorech, ze všech uvedených kombinací meteorologických parametr, bez ohledu na to, zda se ve sledované oblasti za sledovaný asový interval vbec vyskytly, a bez ohledu na asový prbh emisí ze zdroj. Výsledky jsou tedy krom emisí ovlivnny pouze geometrií zdroj a terénu. Metodika je urena pedevším pro vypracování rozptylových studií, jakožto podklad pro hodnocení kvality ovzduší. Metodika není použitelná pro výpoet zneištní ovzduší ve vzdálenosti nad 100 km od zdroj auvnit mstské zástavby, pod úrovní stech budov (nap. nakižovatkách nebo v kaonech ulic). Toto omezení jsme zohlednili v grafických výstupech, kde je znázornna zástavba tak, aby pekrývala grafické informace o koncentracích zneišujících látek. Základních rovnic modelu rovnž nelze použít pro výpoet zneištní pod inverzní vrstvou, ve složitém terénu a pi bezvtí. Pi posuzování výsledk modelování je nutno vzít v úvahu všechna uvedená omezení použitého modelu. To znamená, že výsledné rozložení pízemních koncentrací všech zneišujících látek je statistické, s významným zjednodušením psobících faktor (zejména meteorologických podmínek a prostorových okrajových podmínek). Výsledky modelování jsou proto orientaní a jsou vhodné zejména pro srovnání psobení jednotlivých druh zdroj v rzných obdobích. Lokáln se mohou ve skutenosti vyskytnout i výrazn vyšší koncentrace zneišujících látek, zejména ve složitém terénu (hlubší, úzká údolí) a v husté zástavb.[2] 3.3 Analytický disperzní modelovací superpoítaový systém (ADMOSS) Pro vypracování této studie byla použita metoda výpotu pomocí systému ADMOSS. S tohoto využitím systému bylo možné modelovat celé území msta Opavy o rozsahu ádov stovek km2 s pesností a generalizací obvyklou pro lokální rozptylové studie s nkolika zdroji a velikostí modelované oblasti ádov km2. Pesnost umístní zdroj, podrobná analýza rozložení emisí a podrobnost sít výpotových bod umožuje srovnávat imise zpsobené zdroji lokálního významu 24
(doprava a lokální topeništ) s velkými prmyslovými zdroji. To vše umožuje získat vrohodný obraz o relativním rozložení imisí ze všech zdroj z území msta. 3.3.1 Použité technické vybavení K výpotm byl použit superpoítaový cluster Termit, který se nachází v Superpoítaovém centru VŠB-TUO. Tento cluster se skládá z 16 uzl. Každý ztchto uzl je tvoen dvma procesory AMD Athlon MP 2600+, 3 GB RAM a Fast Ethernet (100 Mbit/s) adaptérem. Celý cluster používá operaní systém RedHat Linux 7.2. Výpoty je možné realizovat na všech volných uzlech clusteru, což v praxi umožuje poítat nkolik úloh najednou. Pro pípravu dat a pro výpoet modelu bylo použito pracovní stanice Silicon Graphics Octane se dvma procesory MIPS R12000, 350 MHz, operaní systém IRIX 6.3. Výstupy byly pipraveny na poítaích tídy PC, dále zpracovány na pracovní stanici Silicon Graphics Octane a vytištny na tiskárn Hewlett-Packard Business InkJet 3000. 3.3.2 Použité programové vybavení Pro analýzu a konverzi vstupních a výstupních dat pro modelování byl použit programový balík pro GIS ArcInfo verze 8.0.2 firmy ESRI, Inc., byly vytvoeny vlastní programové moduly v programovacím jazyce AML (ArcInfo macro language). Pro vlastní modelování rozptylu modelování byl použit program SYMOS 97, verze 2003 firmy Idea-Envi, s.r.o., ve verzi pro operaní systém UNIX (LINUX). 3.3.3 Rozdlení zdroj asít receptor Území bylo rozdleno pravidelnou tvercovou sítí o stran 1500 m. Jednalo-li se o velké a vysoké zdroje zneištní (REZZO 1), které ovlivují svými emisemi velké oblasti, byla použita v celém zájmovém území pravidelná sí receptor o kroku 100 m. Pokud se jednalo o nižší zdroje, s lokálním dosahem (REZZO 2, liniové zdroje, lokální topeništ), byla použita sí receptor skládající se ze dvou ástí. První ást, která zahrnovala obalovou zónu 2500 m okolo zdroj REZZO 2, resp. 1500 m okolo lokálních topeniš a liniových zdroj, byla tvoena pravidelnou sítí receptor skrokem 25