ÍPRAVA PROSTOROVÝCH DIGITÁLNÍCH DAT

AIR SILESIA - IDENTIFIKACE PROBLÉMŮ KVALITY OVZDUŠÍ V OBLASTI A ZPRACOVÁNÍ PROSTOROVÝCH DIGITÁLNÍCH DAT Ing. Irena Pavlíková, Doc. Ing. Petr Jančík, Ph.D., RNDr. Jan Bitta, Ing. Daniel Hladký, Ing. Marta Pukovcová Katedra ochrany životního prostředí v průmyslu, Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství, Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava petr.jancik@vsb.cz ÚVOD Projekt Informační systém kvality ovzduší v oblasti Polsko-Českého pohraničí ve Slezském a Moravskoslezském regionu, AIR SILESIA, je financován z Operačního programu přeshraniční spolupráce Česká republika - Polská republika 2007 2013 (OPPS CZ-PL) www.air-silesia.eu. Hlavním cílem projektu je vytvoření Regionálního informačního systému kvality ovzduší v Moravsko- Slezském regionu. To vyžaduje vytvoření společné informační a metodické základny pro hodnocení kvality ovzduší, což následně umožní hodnocení přeshraničních přenosů znečišťujících látek a prognózu vývoje znečištění ovzduší. Nositelem projektu (vedoucím partnerem) je Zdravotní ústav se sídlem v Ostravě (ZÚ). Dalšími partnery jsou: Český hydrometeorologický ústav (ČHMÚ) Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava (VŠB-TUO) Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej jednostka badawczo-rozwojowa (Institut meteorologie a vodního hospodářství - jednotka výzkumně-rozvojová) - IMGW Instytut Podstaw InŜynierii Środowiska Polskiej Akademii Nauk (Institut základů inženýrství životního prostředí polské Akademie věd) - IPIŚ Główny Instytut Górnictwa (Hlavní institut hornictví) - GIG Projekt by zahájen v říjnu roku 2010 a v průběhu řešení projektu byly v souladu s harmonogramem (viz Tabulka 1) ukončeny práce nad dílčími zadáními 1, 2 a 4. Práce nad ostatními dílčími úkoly probíhají a jejich ukončení se předpokládá v souladu s harmonogramem. Tabulka 1: Harmonogram projektu AIR SILESIA Název zadaní Termín zahájení Termín ukončení 1. Identifikace problémů kvality ovzduší ve sledované oblasti 01.07.2010 31.3.2011 2. Příprava prostorových digitálních dat 01.07.2010 31.07.2011 3. Inventarizace a charakteristika zdrojů znečištění 01.07.2010 31.07.2012 4. Příprava meteorologických dat pro zkoumané oblasti 01.07.2010 31.07.2011 5. Vypracování modelu šíření znečištění ADMoSS 01.07.2011 31.01.2013 6. Realizace společných měření znečištění ovzduší, analýzy 01.07.2010 31.3.2013 7. Prognózování koncentrací znečištění v jednotlivých 01.07.2011 30.06.2013 8. Hodnocení transhraničního přenosu znečišťujících látek 01.07.2011 30.06.2013 9. Vypracování systému předávání informací o znečištění ovzduší 01.01.2011 30.06.2013 IDENTIFIKACE PROBLÉMŮ KVALITY OVZDUŠÍ VE SLEDOVANÉ OBLASTI Na základě výsledků analýzy provedené v rámci zadání 1 Identifikace problémů kvality ovzduší ve sledované oblasti projektu AIR SILESIA byla v závěrečné zprávě k tomuto zadání konstatována níže uvedená fakta. 1

Moravskoslezský kraj, a to zejména jeho severovýchodní část, náleží z hlediska kvality ovzduší k nejvíce zatíženým oblastem v České republice. Limitní koncentrace znečišťujících látek jsou zde 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. Imisní situace je však rovněž odrazem emisních podmínek v této oblasti. Předpokládá se, že podíl průmyslových emisí zde může být podstatně vyšší, než na polské straně, neboť koncentrace průmyslu je větší na menším území. 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). Toto způsobuje, že inverzní situace jsou zde častější a delší než na polské straně. Je nutné rovněž zdůraznit 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 komunálního (neprůmyslového) znečištění z polské strany. Na území polských obcí v zájmové oblasti jsou rovněž překračovány limitní koncentrace znečišťujících látek. Na základě výsledků modelování (Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej) lze konstatovat, že problematickými jsou na polské straně taktéž nadlimitní koncentrace PM 10, PM 2,5 a benzo(a)pyrenu. Analýza zdrojů a výše emisí v polské části zájmové oblasti jednoznačně ukazují na významnou roli lokálních topenišť. Vysoké koncentrace výše zmíněných znečišťujících látek se vyskytují jak v městských oblastech, tak v oblastech mimo městskou zástavbu. Situaci zhoršuje nepříznivý tvar a využití terénu, jakožto i značně rozptýlená obytná zástavba. To při mikroklimatu oblasti podmiňuje výskyt dlouhých období s nízkou rychlostí větru, se sklonem k hromadění znečištění z nízkých zdrojů znečišťování pod inverzní vrstvou. Na české straně se taktéž vyskytuje tzv. nízká emise (emise z lokálních topenišť), ale tvoří menší podíl, protože většina domácností je plynofikována a obytná zástavba je více soustředěná. 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, ze zemědělství a služeb, jakožto i možnost přeshraničního přenos znečištění z jižních oblastí Evropy. Tato skutečnost se pak odráží ve špatné kvalitě ovzduší. Epizody s extrémně vysokými koncentracemi znečišťujících látek (smogové situace) nastávající v zimním období jsou 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, sledované státními sítěmi meteorologických stanic. Proto s ohledem na vyhodnocení růžic směrovosti znečištění může v některých situacích docházet k přenosu z Čech, a v jiném případě při určité kombinaci faktorů atmosférického proudění a místních meteorologických podmínek může docházet k přenosu znečištění z Polska. Jedním ze zadání projektu je právě kvantitativní určení takovýchto případů na základě dlouholetých měření imisního monitoringu. PŘÍPRAVA PROSTOROVÝCH DIGITÁLNÍCH DAT Jedním z předpokladů realizace informačního systému bylo pro zájmovou oblast zpracovat digitální prostorová dat, která pocházela z různých zdrojů, tak aby je bylo možné využít pro modelování rozptylu znečišťujících látek v ovzduší, provádění prostorových analýz a tvorbu mapových kompozic. Tematické vrstvy Pro zájmové území byla zakoupena data ze tří zdrojů: ArcČR 500 území v ČR ZABAGED území v ČR Topograficzna Baza Danych (TBD) území v Polsku Data z databáze ArcČR 500 jsou vytvořena na podkladě základní mapy měřítka 1:500 000. Jedná se tedy o dosti hrubá data, která jsou vhodná pro vytvoření map malých měřítek, které zachycují rozsáhlá území. Součástí ArcČR 500 jsou rovněž data o územně-správním členění. Veškerá dodaná data 2

z ArcČR 500 byla zpracována do formy prostorové geodatabáze, jejíž jednotlivé vrstvy budou dále využívány. Základní báze geografických dat (ZABAGED ) je sada prostorových dat, která je vytvořena Českým úřadem zeměměřičským a katastrálním (ČÚZK) za základní zdroj topografických prostorových dat s přesností mapy 1:10 000. Polským ekvivalentem ZABAGED je TBD, ve které jsou se stejnou přesností zachyceny základní topografické objekty na polské části zájmového území. Tato data budou využita pro zpracování vstupních údajů pro modelování a pro vytváření výstupních mapových kompozic. Veškerá vektorová data z těchto databází byla spojena do společných datových vrstev, tak aby na hranicích lícovala, a byla zpracována do formy prostorové geodatabáze. Digitální model terénu Zdrojem dat o reliéfu terénu byly: Digitální model terénu z ArcČR 500 území v ČR Digitální vrstevnice a výškové body ze ZABAGED území v ČR Numeryczny Model Terenu z TBD území v Polsku Digitální model terénu SRTM. Digitální prostorová data bylo nezbytné pro účely modelování a prezentace transformovat do společného souřadného systému, napojit a převést do formátu ACII GRID (vstupní formát pro SYMOS 97). Ze všech zmíněných digitálních modelů reliéfu terénu byl vytvořen jeden terén souhrnný, pokrývající území modelované oblasti a jejího okolí do vzdálenosti 50 km. Výsledný digitální model prezentuje následující mapový výstup. Takto zpracovaná digitální prostorová data jsou ve formě strukturovaných geodatabází k dispozici všem projektovým partnerům a budou využita pro přípravu vstupních dat pro modelování, prostorové analýzy a prezentaci výsledků v rámci samotného Informačního systému. 3

INVENTARIZACE A CHARAKTERISTIKA ZDROJŮ ZNEČIŠŤOVÁNÍ V rámci řešení tohoto úkolu je sestavována společná datová základna, která obsahuje emisní a technické parametry zdrojů znečišťování ovzduší v zájmové oblasti. Jedná se o průmyslové zdroje, lokální topeniště a silniční dopravu. Podrobné informace týkající se průmyslových zdrojů znečišťování ovzduší byly na české straně získány z databází REZZO, spravovaných ČHMÚ. Byla zpracována data za rok 2006, za rok 2010 jsou ve zpracování. Data o průmyslových zdrojích znečišťování ovzduší na polské straně je problematické získat v relevantní podrobnosti (tj. emise a technické parametry na jednotlivé výduchy). V této podrobnosti byla data k dispozici pouze v části modelovaného území (Opolské vojvodství a okres Bialsko-Biala). Ve zbývající části zájmové oblasti jsou data k dispozici pouze na provozovnu, což při podrobném posuzování vlivu těchto zdrojů na kvalitu ovzduší není ve srovnání s ostatními zdroji dostačující. Proto je snaha tyto informace získat v jiné formě, např. z integrovaných povolení. Viz obrázek na následující straně. Dalším významným zdrojem znečišťování ovzduší jsou v zájmové oblasti lokální topeniště. Pro určení emisní charakteristiky této skupiny zdrojů budou použity výstupy projektu Zlepšení kvality ovzduší v příhraniční oblasti Česka a Polska (OPPS CZ-PL). Pro identifikaci lokálních topenišť v zástavbě a jejich reprezentaci pomocí plošných zdrojů bude použita metoda vyvinutá na Katedře ochrany životního prostředí v průmyslu, VŠB-TUO, v rámci modelovacího systému ADMoSS. Znečištění způsobené silniční dopravou bude charakterizováno pomocí sítě liniových zdrojů kopírujících silniční síť v zájmové oblasti. Na základě zpracovaných podkladů ze sčítání dopravy z let 2005 a 2010 budou nejprve po obou stranách hranice modelovány intenzity projíždějících vozidel na nesčítaných úsecích. Na základě těchto údajů pak budou pomocí české metodiky MEFA v. 06 a údajů o statickém složení vozového parku vypočítány emise liniových zdrojů. Připravená data budou zpracována jednotnou metodou a budou nejen vypovídat o charakteru znečišťování v zájmové oblasti, ale zejména budou sloužit k vypracování modelu šíření znečištění ADMoSS a dalším analýzám. 4

PŘÍPRAVA METEOROLOGICKÝCH DAT PRO ZKOUMANÉ OBLASTI Znečištění ovzduší je významně ovlivňováno meteorologickými podmínkami. Realizace tohoto úkolu je tedy nezbytným podkladem pro modelování rozptylu znečišťujících látek ovzduší, prognózování koncentrací a hodnocení přeshraničního přenosu. Za rozhodující meteorologické podmínky ovlivňující rozptyl znečišťujících látek v ovzduší jsou považovány směr a rychlost proudění a teplota vzduchu. Vertikální teplotní zvrstvení určuje vertikální stabilitu atmosféry a teplota vzduchu může především v topném období výrazně ovlivňovat velikost emisí. Nezanedbatelný vliv na znečištění ovzduší mají rovněž atmosférické srážky, které mohou snižovat imisní úroveň v důsledku vymývání imisí z ovzduší. Nejdůležitějším klimatickým vstupním údajem pro modelování znečištění podle metodiky SYMOS 97 je reprezentativní větrná růžice rozlišená podle rychlosti větru a teplotní stability atmosféry, vypočtená podle stabilitní klasifikace Bubník-Koldovský odvozené v ČHMÚ. Zájmová oblast řešení projektu a jeho okolí byla odborným odhadem, provedeným na základě všech dostupných informací a odborných zkušeností, rozdělena do podoblastí podle reprezentativnosti konkrétních větrných růžic a dostupnosti vhodných údajů (viz následující obrázek). Konkrétní stabilitně členěné větrné růžice vytýčených oblastí byly zpracovány pro roky 2006 a 2010. Součástí úkolu bylo rovněž realizovat předávání meteorologických dat naměřených v zájmové oblasti v ČR a Polsku mezi ČHMÚ a IMGW. Tyto údaje jsou nezbytným podkladem pro další dílčí úkoly (především zkoumání imisně-meteorologických vztahů v tomto regionu) a budoucí spolupráci České republiky a Polska v řešení problémů týkajících se kvality ovzduší. VYPRACOVÁNÍ MODELU ŠÍŘENÍ ZNEČIŠTĚNÍ ADMOSS Systém ADMoSS, vyvinutý na Katedře ochrany životního prostředí v průmyslu VŠB-TUO, umožňuje velmi podrobně modelovat rozptyl znečišťujících látek z velkého množství zdrojů na rozsáhlém území. Systém pracuje s využitím prostorového rozdělení území na dílčí úlohy pomocí technologií GIS a jejich paralelním výpočtem na superpočítačovém systému. K testovacím výpočtům rozptylu znečištění byla použita česká metodika SYMOS 97, dále se předpokládá ověření výpočtů modelem CALPUFF, užívaným polskou stranou. Jeden z výstupů testovacích modelování uvádí následující obrázek. 5

ZÁVĚR V souladu s harmonogramem projektu byly ukončeny práce nad třemi dílčími zadáními, jejichž cílem bylo identifikovat problémy kvality ovzduší ve sledované oblasti a připravit společnou datovou základnu pro další dílčí úkoly. Další dílčí úkoly budou zkoumány příspěvky jednotlivých skupin zdrojů znečišťování ovzduší, přeshraniční přenos znečištění a hodnocena, resp. prognózována kvalita ovzduší pomocí společných modelování a měření. Zároveň je realizován poslední dílčí úkol, tedy realizace samotného informačního systému, jakožto hlavního výstupu projektu. POUŽITÁ LITERATURA KRAJNY, Ewa. AIR SILESIA : Identyfikacja problemów jakości powietrza w badanym obszarze / Identifikace problémů kvality ovzduší ve sledované oblasti : Raport z realizacji zadania / Zpráva úkolu. Projekt CZ.3.22/1.2.00/09.01610. Katowice : Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej PIB, březen 2011. 307 s. PAVLÍKOVÁ, Irena. AIR SILESIA : Zpráva z realizace úkolu č. 2: Příprava prostorových vstupních dat. Projekt CZ.3.22/1.2.00/09.01610. Ostrava : Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava, srpen 2011. 28 s. BLAŽEK, Zdeněk aj. AIR SILESIA : Zpráva z realizace úkolu č. 4: Příprava prostorových vstupních dat. Projekt CZ.3.22/1.2.00/09.01610. Ostrava : Český hydrometeorologický ústav, listopad 2011. 43 s. 6