Vypracování modelu šíření znečištění ADMoSS

Zpráva z realizace úkolu č. 5: Vypracování modelu šíření znečištění ADMoSS Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava Ostrava 30.6.2013 Str. 0

Partner projektu: Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava 17. listopadu 15/2172 708 33 Ostrava Poruba Odpovědný řešitel: Doc. Ing. Petr Jančík, Ph.D. Katedra ochrany životního prostředí v průmyslu Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava Řešitelský tým: RNDr. Jan Bitta, Ph.D. Ing. Irena Pavlíková Ing. Daniel Hladký

Obsah 1 ÚVOD... 1 2 SYSTÉM ADMOSS... 3 2.1 ZAJIŠTĚNÍ VÝPOČETNÍHO VÝKONU SYSTÉMU... 5 2.2 PŘÍPRAVA VSTUPNÍCH DAT... 6 3 VSTUPNÍ ÚDAJE... 7 3.1 OBECNÁ CHARAKTERISTIKA LOKALITY... 7 3.2 TERÉN... 8 3.3 KLIMATICKÉ A METEOROLOGICKÉ CHARAKTERISTIKY ÚZEMÍ... 8 3.4 IMISNÍ LIMITY... 12 3.5 IMISNÍ CHARAKTERISTIKA LOKALITY... 12 4 CHARAKTERISTIKA ZDROJŮ... 17 4.1 PRŮMYSLOVÉ ZDROJE... 18 4.1.1 Průmyslové zdroje na české straně modelované oblasti... 18 4.1.2 Průmyslové zdroje na polské straně modelované oblasti... 19 4.2 LOKÁLNÍ TOPENIŠTĚ... 21 4.2.1 Analýza rozložení lokálních topenišť... 21 4.2.2 Emise z lokálních topenišť... 23 4.2.3 Reprezentace lokálních topenišť plošnými zdroji... 23 4.3 AUTOMOBILOVÁ DOPRAVA... 24 4.4 REKAPITULACE EMISÍ ZE VŠECH MODELOVANÝCH SKUPIN ZDROJŮ... 32 5 METODIKA VÝPOČTU... 33 5.1 SUTTONOVA STATISTICKÁ TEORIE TURBULENTNÍ DIFÚZE... 33 5.2 SYMOS 97... 35 5.3 KOREKCE VÝSLEDKŮ MODELOVÁNÍ... 37 5.3.1 Stanovení pozaďových koncentrací... 38 5.3.2 Stanovení korekčních konstant... 38 5.4 REFERENČNÍ BODY... 40 6 VÝSLEDKY MODELOVÁNÍ... 42 6.1 VYPOČTENÉ CHARAKTERISTIKY... 42 6.2 KARTOGRAFICKÁ INTERPRETACE VÝSLEDKŮ... 42 6.3 DISKUZE VÝSLEDKŮ... 47 6.3.1 Průměrné roční koncentrace PM 10 v roce 2006... 47 6.3.2 Průměrné roční koncentrace PM 10 v roce 2010... 48

6.3.3 Shrnutí... 49 7 ANALÝZY VÝSLEDKŮ MODELOVÁNÍ... 50 7.1 POSTUP ANALÝZ... 50 7.2 DISKUZE VÝSLEDKŮ ANALÝZ... 50 7.2.1 Podíl jednotlivých skupin zdrojů v modelovaných koncentracích PM 10... 50 7.2.2 Vzájemný vliv polských a českých zdrojů na modelované koncentrace PM 10... 51 8 ZÁVĚR... 52 9 POUŽITÁ LITERATURA... 55 10 POUŽITÉ ZKRATKY... 57

Poděkování Autoři by rádi vyjádřili svůj vděk za možnost realizace této studie a celého projektu Informační systém kvality ovzduší v oblasti Polsko-Českého pohraničí ve Slezském a Moravskoslezském regionu díky finanční podpoře z Operačního programu přeshraniční spolupráce Česká republika - Polská republika 2007 2013. Dále by chtěli autoři poděkovat za práci a píli, kterou vynaložili všichni partneři během společné realizace tohoto zadání, zvláště při nelehkém shromažďování dat a verifikaci výsledků modelování.

1 Úvod Tato zpráva se vypracovává v rámci realizace projektu Informační systém kvality ovzduší v oblasti Polsko-Českého pohraničí ve Slezském a Moravskoslezském regionu (CZ.3.22/1.2.00/09.01610), který byl financován z Operačního programu přeshraniční spolupráce Česká republika - Polská republika 2007 2013 (OPPS CZ-PL). Projekt nese akronym AIR SILESIA. Hlavním cílem projektu bylo vytvoření Regionálního informačního systému kvality ovzduší v Moravsko-Slezském regionu. To bylo podmíněno vytvořením společné informační a metodické základny pro hodnocení kvality ovzduší, což následně umožnilo hodnocení přeshraničních přenosů znečišťujících látek a prognózu vývoje znečištění ovzduší. Úkolem Zadání č. 5 Vypracování modelu šíření znečištění ADMoSS bylo provést modelování rozptylu suspendovaných částic PM 10 v ovzduší s využitím modelovacího systému ADMoSS. Tento systém byl vyvinut na Katedře ochrany životního prostředí v průmyslu, Fakultě metalurgie a materiálového inženýrství, VŠB TU Ostrava, která je rovněž odpovědným řešitelem tohoto dílčího zadání projektu. Modelování a následné analýzy byly provedeny pro průměrné roční koncentrace suspendovaných částic PM 10 v letech 2006 a 2010, pro který byla v době řešení projektu dostupná nejnovější data o zdrojích znečišťování ovzduší po obou stranách hranice. Modelování rozptylu znečišťujících látek bylo provedeno velmi detailně, podle doporučené metodiky Ministerstva životního prostředí ČR SYMOS 97. Pro modelování byly využity všechny dostupné informace o zdrojích znečišťování ovzduší po obou stranách hranici v odpovídající podrobnosti. Výsledky modelování byly korigovány s využitím metody tzv. Landuse regression a údajů z imisního monitoringu. Výsledky modelování byly verifikovány modelováním doporučenou polskou metodikou CALPUFF, které provedl partner Str. 1

Insytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej Państwowy Instytut Badawczy, pobočka Krakov (IMGW-PIB) za spolupráce firmy "EKOMETRIA" Sp. z o.o. v Gdaňsku. Popis tohoto modelování tvoří přílohu této zprávy. Na modelování navazovaly analýzy převahy zdrojů a přeshraničního přenosu řešené v rámci dílčího Zadání č. 8: Hodnocení transhraničního přenosu znečišťujících látek. Str. 2

2 Systém ADMoSS Pro hodnocení kvality ovzduší v rozsáhlých oblastech s velkým množstvím zdrojů znečišťování ovzduší byl na VŠB TU Ostrava vytvořen modelovací systém ADMoSS (Analytický Disperzní Modelovací Superpočítačový Systém) kombinující v sobě výhody využití GIS, matematického modelování a výpočetního výkonu paralelních clusterů. Tento systém vznikl v průběhu prací na studiích zabývajících se hodnocením kvality ovzduší v rozsáhlých oblastech. Při těchto modelováních bylo nutné zahrnout vliv velkého množství zdrojů znečišťování ovzduší v rozsáhlých oblastech s co nejvyšší mírou detailnosti, stejně jako tomu bylo v rámci projektu AIR SILESIA. Taková modelování s sebou přináší několik závažných komplikací: Příprava, management, interpretace, vizualizace a analýza vstupních a výstupních dat matematického modelování; nestabilita operačního systému během výpočtů; časová náročnost výpočtů; automatizace, opakovatelnost a dokumentace postupu. Jakýkoliv postup nebo výpočetní systém se musí těmito okruhy zabývat a řešit je. V systému ADMoSS jsou řešeny níže popsaným způsobem. Příprava, management, interpretace, vizualizace a analýza vstupních a výstupních dat matematického modelování jsou realizovány pomocí propojení matematického modelu (SYMOS 97) se softwarem pro GIS (ArcInfo for Workstation). Všechny výše zmíněné úkony jsou prováděny v prostředí GIS a využívají modelovací software jako externí program. Nestabilita operačního systému během výpočtů je způsobena dlouhodobým stoprocentním zatížení procesoru počítače. Běžné počítače nejsou pro tyto situace Str. 3

uzpůsobena a jsou v těchto situacích nestabilní. Vhodnějším výpočetním prostředkem jsou speciální počítače pracovní stanice a paralelní clustery, které využívají operační systémy odvozené od systému Unix, kde tento problém nenastává. Tyto operační systémy navíc nepotřebují pro svůj provoz grafické uživatelské rozhraní (GUI). Navíc umožňují práci z příkazové řádky, což při výpočtech znamená efektivnější využití procesorového výkonu. Systémové nároky na výpočetní čas procesoru jsou tak v tomto případě podstatně nižší. Časová náročnost výpočtů při matematickém modelování rozptylu znečišťujících látek v ovzduší je i přes relativní jednoduchost metodiky SYMOS 97 značná. Vyplývá ze skutečnosti, že výpočty jsou prováděny v rozsáhlých oblastech, do výpočtu vstupuje velké množství zdrojů znečišťování ovzduší, a jsou velké požadavky na detailnost výsledků. V systému ADMoSS je tento problém řešen tím, že každá výpočetní úloha je rozdělena na více menších úloh, které jsou poté počítány současně na více uzlech výpočetního clusteru. Automatizace jednotlivých fází modelování je realizována pomocí jazyka AML (ArcInfo Macro Language) formou skriptů. Celý proces modelování je rozdělen do malých logických částí a pro každou část je vytvořen zvláštní skript. To umožňuje průběžně sledovat výsledky jednotlivých kroků modelování a v některých případech si lze vybrat z několika různých postupů (např. při tvorbě receptorů). Opakovatelnost a popis postupů jsou dány posloupností příkazů. Ty jsou při modelování zapisovány do zvláštního textového souboru, ze kterého jsou podle potřeby spuštěny na příkazovém řádku terminálu. Takto je možné uchovat celý postup, kdykoli jej snadno zopakovat a relativně snadno v něm nalézt případnou chybu. Veškerá vstupní data pro modelování jednotlivých dílčích úloh v systému ADMoSS se připravují ve formě textových souborů vzniklých exportem z prostorových dat. Pro samotný výpočet je následně nutné sestavení seznamu výpočetních úloh. Jako výpočetní úloha je zde chápána unikátní kombinace dat o Str. 4

zdrojích, dat o receptorech, dat o stabilitní větrné růžici a dat o terénu. Tyto kombinace jsou sestavovány na základě vstupních dat pro polohu zdrojů, parametry zdrojů, parametry receptorů a parametry stabilitní větrné růžice. Jsou-li seznamy výpočtů sestaveny, lze následně plně automaticky provést modelování na paralelním clusteru. 2.1 Zajištění výpočetního výkonu systému Paralelní clustery (anglicky cluster = shluk, roj) jsou skupinou počítačů určených pro provádění výpočetně náročných aplikací, nejčastěji se jedná o analýzu velkých objemů dat nebo o matematické modelování. Zjednodušeně řečeno, jedná se o jakousi sadu počítačů, nazývaných uzly (node), které jsou vzájemně propojeny vysokorychlostní počítačovou sítí a využívají společný diskový prostor. Výpočetní výkon clusterů je získán distribucí výpočtů na mnoho uzlů počítajících paralelně. Na základě tohoto principu jsou v současnosti sestavovány ty nejvýkonnější počítače současnosti. Pro výpočty v systému ADMoSS byly pro účely projektu využity prostředky Superpočítačového Centra VŠB-TU Ostrava (SPC). Jedná se o celoškolské pracoviště poskytující výpočetní prostředí a výpočetní zdroje pro náročné výpočty v oblasti vědy a výzkumu. Výpočty jsou na clusteru zařazeny do fronty úloh a počítány paralelně na všech volných uzlech. Průběh výpočtů lze sledovat pomocí webového rozhraní nebo pomocí výpisu vypočtených úloh a jejich počtu, aktuálně počítaných úloh jejich počtu a úloh ve frontě. Základní a klíčovou složkou celého systému je software pro GIS ArcInfo for Workstation, který je provozován na pracovních stanicích Abacus. Použití tohoto software je omezeno operační systém Microsoft Windows a operační systémy odvozené ze standardu Unix (Aix, Irix, Solaris). Není možné jej provozovat na strojích s operačním systémem Linux. Veškerá práce na pracovních stanicích je realizována Str. 5

pomocí terminálu pro vzdálený přístup z příkazové řádky. Pracovní data jsou uložena na diskovém poli NFS2. Pomocí protokolu NFS jsou data dostupná pracovním stanicím i paralelním clusterům. Přes rozhraní Samba rovněž pracovním počítačům ve formě síťového disku. 2.2 Příprava vstupních dat Vstupní data pro modelování byla připravována převážně v prostředí GIS (ArcInfo for Workstation, ArcGIS 11). Vstupní údaje jsou do matematického modelu vkládány ve formě textových souborů. Pro samotné modelování je potřeba připravit data o terénu; meteorologická data; data o zdrojích znečišťování ovzduší a data o referenčních bodech (tzv. receptorech). Postup přípravy vstupních dat pro systém bude popsán dále. Tato data byla připravena na základě výstupů předchozích dílčích zadání projektu. Jednalo se o: Zadání č. 2: Příprava prostorových digitálních dat Zadání č. 3: Inventarizace a charakteristika zdrojů znečištění Zadání č. 4: Příprava meteorologických dat pro zkoumané oblasti Popisu realizace dílčích zadání a společné přípravě jednotných vstupních dat jsou věnovány závěrečné technické zprávy zpracované v rámci těchto úkolů. Zprávy i vstupní data jsou dostupné na webovém rozhraní projektu www.air-silesia.eu nebo u jednotlivých partnerů projektu. V rámci realizace projektu byla všechna data poprvé po obou stranách hranice připravena společně jednotným postupem a byla z nich vytvořena jednotná databáze. Z této databáze pak čerpaly obě strany při řešení navazujících úkolů projektu. Str. 6

3 Vstupní údaje 3.1 Obecná charakteristika lokality Česká část zájmové oblast projektu AIR SILESIA se nachází na severovýchodě České republiky a je tvořena téměř celým územím Moravskoslezského kraje. Zahrnuje okresy Frýdek Místek, Karvinou, Nový Jičín, Opavu, a Ostravu. Polská část zájmové oblasti se rozkládá na jihu Slezského a Opolského Vojvodství. Ve Slezském Vojvodství ji tvoří okresy (powiaty) Bielski, Cieszyń, Pszczyna, Raciborz, Rybnicki, Wodzisław, Bielsko-Biała, Jastrzebie-Zdrój, Rybnik, a Żory. V Opolském Vojvodství pak zahrnuje okresy (powiaty) Głubczyce a Kędzierzyń-Kozlie. Celá oblast má přes 8 300 km². Viz Obr. č. 1. Obr. č. 1: Vymezení zájmové oblasti Str. 7

3.2 Terén Pro modelování českou referenční metodikou SYMOS 97 je nutno zadat tvar reliéfu celé modelované oblasti. Podrobný popis, jakým byl vytvořen digitální model terénu, který byl následně převeden do formátů pro modelování systémem ADMoSS, je popsán ve Zprávě z realizace Zadání č. 2: Příprava prostorových digitálních dat. Zpráva a digitální model terénu jsou dostupné na webovém rozhraní projektu www.air-silesia.eu nebo u jednotlivých partnerů projektu. Digitální model terénu je pro potřeby modelování metodikou SYMOS 97 v systému ADMoSS zadáván v textovém formátu, který odpovídá standardu ASCII Grid. Digitální model terénu vytvořený v rámci zadání č. 2 byl tedy převeden do tohoto formátu. Nezastupitelnou roli při tomto úkolu sehrává GIS. 3.3 Klimatické a meteorologické charakteristiky území Při modelování dlouhodobým modelem, který byl použit v rámci tohoto zadání projektu AIR SILESIA, se pracuje s meteorologickými daty statisticky zpracovanými pro určité období (v tomto případě jeden rok). Data zpracoval a připravil partner projektu Český hydrometeorologický ústav ve spolupráci s partnerem Insytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej. Kompletní meteorologické charakteristiky území byly předmětem dílčího Zadání č. 4: Příprava meteorologických dat pro zkoumané oblasti. Jejich podrobný popis je obsažen v odborné zprávě z tohoto zadání dostupné na webovém rozhraní projektu www.air-silesia.eu nebo u jednotlivých partnerů projektu. Pro modelování metodikou SYMOS 97 jsou meteorologická data upravena do matice hodnot, které jsou procentuálním výskytem určitého generalizovaného typu počasí v daném období. Počasí je zařazeno do určité kategorie podle kombinace třídy teplotní stability ovzduší (reprezentované průměrným teplotním gradientem γ) a rychlosti větru. Používají se třídy podle Bubníka a Koldovského. Str. 8

Celá sada takto upravených dat se nazývá stabilitní větrná růžice. Graficky lze četnost počasí v jednotlivých kategoriích znázornit jako paprskový graf, ve kterém je na jednotlivých osách (např. osmi směrů) vynesena četnost výskytu jednotlivých kategorií počasí [%]. Vzhledem k členitosti a rozlehlosti terénu zájmové oblasti projektu bylo území meteorology rozděleno na části s podobnými charakteristikami, a těm byly posléze přiřazeny odpovídající roční stabilitní větrné růžice. S ohledem na vliv zejména velkých průmyslových zdrojů znečišťování bylo rovněž modelováno území za hranicemi zájmové oblasti (v odlehlosti do cca 50 km od hranice zájmového oblasti). Pro toto území byly proto rovněž sestaveny stabilitní větrné růžice. Růžice jsou generalizací počasí pro modelované roky 2006 a 2010. Viz Obr. č. 2 a Obr. č. 3 na následujících stránkách. Stabilitní větrné růžice byly poté převedeny do vstupních formátů modelovacího systému ADMoSS a jsou v této podobě rovněž k dispozici na webových stránkách projektu www.air-silasia.eu nebo u jednotlivých partnerů. Str. 9

Obr. č. 2: Znázornění stabilitních větrných růžic pro rok 2006 Str. 10

Obr. č. 3: Znázornění stabilitních větrných růžic pro rok 2010 Str. 11

3.4 Imisní limity V souladu s právem Evropského společenství mají Česká republika i Polsko shodné přípustné limity úrovně znečištění ovzduší. V ČR je do roku 2012 definoval Zákon č. 86/2002 Sb., o ochraně ovzduší [1], resp. jeho prováděcí předpis Nařízení vlády č. 597/2006 Sb. [2] Nový Zákon č. 201/2012 Sb. [3], o ochraně ovzduší definuje imisní limit jako nejvýše přípustnou úroveň znečištění stanovenou tímto zákonem. Imisní limity a přípustné četnosti jejich překročení jsou stanoveny v příloze č. 1 tohoto zákona. V Polsku je přípustná úroveň znečištění ovzduší definovaná na základě Zákona o ochraně životního prostředí (Dz. U. z 2008 r. Nr 25, poz. 150), resp. Přílohy č. 1 jeho prováděcího předpisu Vyhlášky Ministerstva životního prostředí (Dz. U. z 2012 r., poz. 1031). Hodnoty imisních limitů podle nové legislativy jsou shodné s hodnotami, které byly v platnosti v modelovaných letech 2006 a 2010. Imisní limity pro PM 10 jsou uvedeny v Tab. č. 1. Tab. č. 1: Imisní limity pro PM 10 Imisní limit Znečišťující látka Doba průměrování [μg.m -3 Účel vyhlášení ] 24 hodin 50(35x) PM 10 Ochrana zdraví lidí 1 kalendářní rok 40 V závorce je uveden maximální počet překročení uvedeného limitu za rok. 3.5 Imisní charakteristika lokality Na základě výsledků analýzy provedené v rámci Zadání č. 1: Identifikace problémů kvality ovzduší ve sledované oblasti bylo v závěrečné zprávě k tomuto zadání zájmové území z imisního hlediska charakterizováno takto: Moravskoslezský kraj náleží z hlediska kvality ovzduší k nejvíce zatíženým oblastem v České republice. Limitní koncentrace znečišťujících látek jsou zde Str. 12

překračovány především u suspendovaných částic PM 10, PM 2,5, ale rovněž u benzo(a)pyrenu a v letním období u ozónu. Hodnoty se výrazně liší rok od roku, což vypovídá o významném vlivu meteorologických podmínek a terénního reliéfu. Situace však odpovídá rovněž emisním podmínkám v oblasti, přičemž lze zdůraznit jak vliv emisí průmyslových, tak neprůmyslových. Podíl průmyslových emisí v této oblasti může být podstatně vyšší, než na polské straně, vzhledem k tomu, že koncentrace průmyslu je větší na menším území, než jak je tomu v případě Slezského Vojevodství. Dalším faktorem způsobujícím vysoké koncentrace znečišťujících látek je již zmíněný tvar reliéfu - topografie (nejprůmyslovější část zájmové oblasti leží v pánvi a říčních údolích obklopených poměrně vysokým pohořím). To způsobuje, že inverzní situace jsou zde častější a delší než na polské straně. Je nutné rovněž zmínit pravděpodobně významný podíl přeshraničního znečištění z polských zdrojů při výskytu vysokých koncentrací znečištění za nepříznivých meteorologických podmínek. Tyto situace obvykle nastávají při slabém východním a severovýchodním proudění. To může způsobovat přenos zejména neprůmyslového znečištění z polské strany. Na území polských obcí v zájmové oblasti jsou rovněž překračovány limitní koncentrace sledovaných znečišťujících látek. Na základě výsledků modelování (Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej) lze konstatovat, že hlavními problémy v zájmové oblasti jsou na polské straně taktéž nadlimitní koncentrace PM 10, PM 2,5 a látek obsažených v prachových částicích, zejména polycyklických aromatických uhlovodíků, jejichž ukazatelem je benzo(a)pyren. Analýza zdrojů a velikosti emisí jednoznačně v polské části ukazuje významnou roli lokálních topenišť. Vysoké koncentrace výše zmíněných znečišťujících látek se vyskytují jak v městských oblastech, tak v oblastech mimo města. Situaci zhoršuje nepříznivý tvar a využití terénu, jakožto i značně rozptýlená obytná zástavba. To je při stávajícím mikroklimatu příznivé pro výskyt dlouhých období s nízkou rychlostí větru, Str. 13

se sklonem k hromadění znečištění z nízkých zdrojů znečišťování pod inverzní vrstvou. Bezvýznamný není v polské části ani vliv dopravy, neboť v zájmové oblasti se nacházejí hlavní tepny tranzitní dopravy na jih a komunikace vedoucí do horských oblastí (cíle víkendové rekreace). K tomu se přidávají emise z velkých průmyslových zdrojů (je zde soustředěn průmysl okolo těžby a zpracování černého uhlí doly, teplárny, elektrárny, koksovna, strojní průmysl atd.), ze zemědělství a služeb. Tato skutečnost se pak odráží ve špatné kvalitě ovzduší. Epizody s extrémně vysokými koncentracemi znečišťujících látek (smogové situace) nastávající v zimním období byly jedním ze základních problémů výzkumu v rámci projektu AIR SILESIA. Jsou ve značné míře určovány meteorologickými podmínkami v oblasti, čímž se rozumí jednak synoptická situace (typ atmosférického proudění), a jednak místní meteorologické podmínky měřené ve státních sítích meteorologických stanic po obou stranách hranice. Proto s ohledem na vyhodnocení růžic směrovosti znečištění v některých situacích dochází k přenosu z Čech, a v jiném případě k přenosu znečištění z Polska. Podrobně se v rámci projektu tímto přenosem zabývalo Zadání č. 8: Hodnocení transhraničního přenosu znečišťujících látek. Úplné texty odborných zpráv ze Zadání č. 1: Identifikace problémů kvality ovzduší ve sledované oblasti i ze Zadání č. 8: Hodnocení transhraničního přenosu znečišťujících látek jsou k dispozici na webovém rozhraní projektu www.airsilesia.eu nebo u jednotlivých partnerů projektu. Základním podkladem pro hodnocení imisního zatížení znečišťujícími látkami, který je dále rovněž využíván pro korekci výsledků v rámci modelování systémem ADMoSS jsou data z imisního monitoringu. Stanice imisního monitoringu a naměřené průměrné roční koncentrace suspendovaných částic PM 10 na těchto stanicích v letech 2006 a 2010, uvádí Tab. č. 2. Zdrojem naměřených dat jsou Český hydrometeorologický ústav Str. 14

(ČHMÚ) a Wojwodski Inspektorat Ochrony Środowiska (WIOŚ). Rozložení monitorovacích stanic znázorňuje následující Obr. č. 4. Tab. č. 2: Výsledky imisního monitoringu na monitorovacích stanicích v zájmovém území Kód stanice Název Klasifikace Průměrné roční koncentrace PM 10 [μg/m 3 ] 2006 2010 PL0217A Glubczyce B/U/R 39.1 - PL0218A Kedzierzyn-Kozle B/U/R 52.4 44.0 PL0234A M. Bielsko-Biala B/U/R 49.4 43.0 PL0239A M. Rybnik B/U/R 72.5 70.6 PL0241A Wodzislaw Slaski B/U/R 72.6 67.6 PL0240 Pszczyna B/U/R - 65.7 TBKR Bílý Kříž B/R/N-REG 19.0 17.8 TBOM Bohumín B/S/RI 63.4 63.9 TCEL Čeladná B/R/N 30.8 31.4 TCER Červená B/R/N 20.0 19.9 TCTN Český Těšín B/U/R 60.5 53.5 TFMI Frýdek-Místek B/S/R 43.8 45.8 THAR Havířov B/U/R 54.6 52.9 TKAO Karviná-ZÚ T/U/R 47.6 50.4 TKAR Karviná B/U/R 56.7 54.3 TNUJ Návsí u Jablunkova B/R/N 41.1 39.6 TOBA Ostrava-Bartovice I/S/IR 63.7 61.7 TOCB Ostrava-Českobratrská T/U/CR 54.1 50.5 TOFF Ostrava-Fifejdy B/U/R 46.9 51.3 TOPO Ostrava-Poruba/ČHMÚ B/S/R 37.5 39.9 TOPR Ostrava-Přívoz I/U/IR 56.4 52.1 TORV Orlová B/U/R 58.0 51.0 TOVK Opava-Kateřinky B/U/R 44.4 38.9 TSTD Studénka B/R/A-NCI 41.1 43.8 TTRK Třinec-Kanada B/U/R 39.5 43.6 TTRO Třinec-Kosmos B/U/R 42.8 44.9 TVER Věřňovice B/R/AI-NCI 64.1 66.1 TOZR Ostrava-Zábřeh B/U/R 43.6 51.0 TOMH Ostrava-Marianské Hory I/U/IR - 40.2 TOPU Ostrava-Poruba IV. B/U/R - 28.6 TZBY Zbyslavice B/R/RA-NCI - 36.2 Pozn.: Hodnoty zvýrazněné červeně překračují roční imisní limit 40 μg/m 3. Str. 15

Obr. č. 4: Znázornění rozložení monitorovacích stanic Str. 16

4 Charakteristika zdrojů Zdroje znečišťování ovzduší definuje zákon ČR č. 201/2012 Sb. [3]. Rozlišuje: Stacionární zdroje, což jsou ucelené technicky dále nedělitelné stacionární technické jednotky nebo činnosti, které znečišťují nebo by mohly znečišťovat ovzduší. Mobilní zdroje, což jsou samohybné a další pohyblivé, případně přenosné technické jednotky vybavené spalovacím motorem, pokud tento slouží k vlastnímu pohonu nebo je zabudován jako nedílná součást technologického vybavení. Spalovací stacionární zdroje, což jsou stacionární zdroje, ve kterých se oxidují paliva za účelem využití uvolněného tepla. Pro účely modelování je za zdroj považován jednotlivý komín či výduch. Proto se v této zprávě používá pojem zdroj právě v tomto smyslu (není-li uvedeno jinak). Pro účely modelování jsou antropogenní zdroje děleny dle svého charakteru do tří základních skupin: Průmyslové zdroje Lokální topeniště Automobilová doprava Průmyslové stacionární, resp. průmyslové spalovací stacionární zdroje jsou pro účely modelování reprezentovány body (komín, výduch), umístěnými v souřadném systému S-JTSK. Spalovací stacionární zdroje malých výkonů, tzv. lokální topeniště, jsou reprezentovány sítí plošných zdrojů o zvolené velikosti buňky 200 m. Mobilní zdroje, v případě této studie silniční doprava, jsou reprezentovány sítí liniových zdrojů, která kopíruje průběh silniční sítě. Str. 17

Předmětem modelování v systému ADMoSS v rámci Zadání č. 5 jsou všechny skupiny zdrojů znečišťování ovzduší po obou stranách hranice zpracované stejným způsobem do jednotných databází v rámci řešení Zadání č. 3: Inventarizace a charakteristika zdrojů znečištění. Závěrečná zpráva z řešení tohoto zadání a vstupní data o zdrojích použitá pro modelování jsou k dispozici na webovém rozhraní projektu www.air-silesia.eu nebo u jednotlivých partnerů projektu. 4.1 Průmyslové zdroje 4.1.1 Průmyslové zdroje na české straně modelované oblasti Data o průmyslových zdrojích znečišťování ovzduší jsou na českém území dostupná v digitální podobě ve formě výstupů z relační databáze REZZO. Správcem této databáze je partner projektu ČHMÚ. Výchozím podkladem pro tuto databázi jsou údaje Souhrnné provozní evidence zdrojů znečišťování ovzduší za daný rok. Data o průmyslových zdrojích znečišťování byla pro oba modelované roky 2006 a 2010 dodána ve formě tabulek exportovaných z příslušné relační databáze, ve které jsou uložena všechna data potřebná pro modelování rozptylu znečišťujících látek pro jednotlivé komíny/výduchy. Dodaná data byla verifikována podle poplatkové databáze úřadu Moravskoslezského kraje. Prostorový charakter těchto dat je dán polohou komínů či výduchů. Databáze REZZO disponuje obvykle souřadnicemi zdrojů, případně adresou provozovny. Lokalizace byla dle zkušeností z předchozích studií přezkoumána a upřesněna podle leteckých snímků resp. místním šetřením. Do modelování byly na české straně zahrnuty všechny průmyslové zdroje (dle původní legislativy kategorie zvláště velké a velké zdroje a střední zdroje) s přesností na jednotlivé komíny a výduchy, které leží na zájmovém území a v okruhu do 50 km od jeho hranice. Data použitá pro modelování jsou dostupná na webové stránce projektu www.air-silesia.eu. Str. 18

Ze zpracování podkladových dat vyplývá, že k roku 2006 se na české straně v zájmové oblasti a do 50 km od hranice zájmové oblasti nacházelo celkem 3793 průmyslových zdrojů znečišťování ovzduší, které produkovaly emise PM 10. V roce 2010 to pak bylo 2025 průmyslových zdrojů. Rozložení průmyslových zdrojů v zájmovém území pro oba roky je zobrazeno ve formě map s odborným obsahem v Mapových přílohách k této zprávě. 4.1.2 Průmyslové zdroje na polské straně modelované oblasti Data o průmyslových zdrojích znečišťování byla za polskou stranu dodána z různých zdrojů, a tedy ve velmi rozdílné kvalitě a různých formátech. Jednalo se většinou o databáze úřadů Vojvodství, databáze WIOŚ, databáze partnerů atd. Data za rok 2006 byla dodána za Slezské Vojvodství v generalizaci za celou provozovnu. Za Malopolské Vojvodství pak podobně, ovšem byla dodána data platná k roku 2005. Podrobná data s přesností na jednotlivé výduchy se za tento rok v těchto případech nepodařilo získat. Podle dodatečné kontroly byly většinou zdroje řádně lokalizovány na území závodu, v ostatních případech byla provedena dodatečná lokalizace. Technické parametry potřebné pro modelování byly u jednotlivých provozoven uvedeny. Za Opolské Vojvodství byla dodána data za jednotlivé komíny a výduchy v rámci provozoven, zdroje však nebyly lokalizovány. Proto byla provedena dodatečná lokalizace jednotlivých výduchů v rámci průmyslových podniků. U některých zdrojů rovněž chyběly technické parametry zdrojů potřebné pro modelování. Tyto byly doplněny odborným odhadem podle zkušeností s modelováním obdobných typů zdrojů. Dodávka dat za rok 2010 se za polskou část území ukázala jako velmi problematická a pozdržela o více než rok ukončení zadání č. 3. Za území Slezského Vojvodství byla za rok 2010 dodána data za jednotlivé výduchy, ovšem bez lokalizace a s neúplnými technickými parametry potřebnými pro modelování. Souřadnice byly dodány spolu s daty o zdrojích za toto Vojvodství, která byla platná pro rok 2009. Str. 19

Databáze však vzhledem k nejednoznačnosti identifikátorů nebylo možné mezi sebou propojit. Stovky zdrojů byly proto lokalizovány ručně. Stejně byly doplňovány technické parametry zdrojů. Podobně tomu bylo s daty za rok 2010 v případě Malopolského Vojvodství. Data nebyla lokalizována, byla provedena dodatečná lokalizace a také doplnění chybějících technických parametrů. Data za Opolské Vojvodství byla za rok 2010 dodána pouze pro malé průmyslové zdroje, data za významné průmyslové zdroje byla dodána pouze za rok 2008. Tato data se ukázala jako totožná s původně dodanými daty z roku 2006. Data o zdrojích za rok 2010 byla proto odhadnuta dle veřejně dostupných informací o firmách na internetu, z výročních zpráv atp. Byly dohledány vždy emise za celou provozovnu a ty byly rozděleny na jednotlivé zdroje podle váhy tohoto zdroje v roce 2006. Dodatečná lokalizace zdrojů byla pro provedena v prostředí GIS pomocí digitálně zpracovaných leteckých snímků (ortofotomap), resp. podle místních šetření. Celý proces dodatečné lokalizace a doplňování technických parametrů byl velice pracný a časově náročný. Byly postupně zpracovány stovky výduchů. Tato práce však byla nezbytná proto, aby byly podklady pro modelování průmyslových zdrojů srovnatelné s podklady za českou stranu. Řádně lokalizované zdroje s přiřazenými technickými parametry jsou následně důležité z hlediska porovnatelnosti výsledků modelování pro tyto a nízké zdroje, jako jsou doprava a lokální topeniště. Do modelování byly na polské straně zahrnuty všechny průmyslové zdroje, které leží na zájmovém území a v okruhu do 50 km od jeho hranice, a to s přesností, s jakou to dovolila kvalita dodaných dat. Data použitá pro modelování jsou dostupná na webové stránce projektu www.air-silesia.eu. Ze zpracování podkladových dat vyplývá, že k roku 2006 se na polské straně zájmového území do 50 km od jeho hranice nacházelo celkem 1200 průmyslových zdrojů znečišťování ovzduší, které produkovaly emise PM 10. V roce 2010 to pak bylo Str. 20

1598 průmyslových zdrojů. Rozložení průmyslových zdrojů v zájmovém území pro oba roky je zobrazeno ve formě map s odborným obsahem v Mapových přílohách k této zprávě. 4.2 Lokální topeniště Lokální topeniště jsou spalovací stacionární zdroje určené pro lokální vytápění prostor k individuálnímu bydlení (rodinné domy a byty). Tvoří významnou skupinu zdrojů znečišťování ovzduší s ohledem na jejich velké množství, umístění přímo v obytné zástavbě, relativně nízké komíny, tepelné výkony, použitá paliva a nižší kvalitu spalovacích zařízení. Provozovatelům lokálních topenišť zákon neukládá oznamovací povinnost. Jediná povinnost, která pro ně ze zákona vyplývá, je provozovat zdroje znečišťování ovzduší v souladu s podmínkami pro provoz těchto zařízení. Provozovatelé lokálních topenišť nemají povinnost oznamovat druh a spotřebu paliva, proto neexistuje žádná ucelená databáze s těmito údaji, ani informace o umístění těchto topenišť. Vzhledem k významnosti těchto zdrojů byla na Katedře ochrany životního prostředí v průmyslu, Fakultě metalurgie a materiálového inženýrství, VŠB TU Ostrava vyvinuta metodika pro analýzu jejich rozložení v zástavbě a pro reprezentaci pomocí sítě plošných zdrojů. V rámci tak rozhlehlého území, jaké zahrnuje projekt AIR SILESIA, nelze jednotlivé komíny lokálních topenišť vzhledem k jejich množství lokalizovat přímo. 4.2.1 Analýza rozložení lokálních topenišť S využitím GIS byla provedena analýza rozložení lokálních topenišť. Nejprve byly v digitální prostorové vrstvě zástavby identifikovány plošné objekty, které představují rodinné domy, resp. lokální topeniště. Vycházelo se z předpokladu, že rodinné domy jsou představovány polygony do určité velikosti. Tato velikost byla ověřována analýzou nad leteckými snímky, a pro danou oblast byla stanovena na Str. 21

220 m 2. Výběr byl dále upřesněn vyloučením objektů, které neobsahují údaje o adrese. Výstupem takovéto analýze pak bylo rozložení rodinných domů v zástavbě. Viz Obr. č. 5. Vybrané polygony byly nahrazeny pravidelnou sítí čtvercových buněk o rozměru 200 m, které pokrývají celou oblast a ve které se nacházejí studovaná lokální topeniště. Tato síť nahrazuje zástavbu rodinných domů. Každé buňce sítě byla dále přiřazena taková váha, která relativně odpovídá množství rodinných domů v její ploše. Obr. č. 5: Analýza rozložení rodinných domů Pro městskou zástavbu je však typický ještě další typ lokálních topenišť místní vytápění bytů v bytových domech (tzv. etážová topení). Jejich emise jsou lokalizovány do zástavby velkých obytných domů a uvedeným způsobem nemohou být identifikovány. Lze je však nalézt dalšími prostorovými analýzami v GIS. Po výpočtu emisí pro jednotlivé čtverce mohou být identifikovány čtverce s relativně vysokými emisemi a malou zástavbou rodinných domů. V těchto místech je pak Str. 22