«Экологическая оценка территории города Нижневартовска
по количеству твердых частиц в снежном покрове»
Муниципальное Бюджетное Общеобразовательное Учреждение «Лицей № 2»
11 а класс
Аннотация
Цель исследования: проведение экологической оценки территории города Нижневартовска по количеству твердых частиц в снежном покрове, для разработки рекомендаций по снижению уровня загрязненности твердыми частицами при планировании и проведении работ по озеленению городской среды.
Методы исследования: эксперимент, статистическая обработка данных, анализ, сравнение, обобщение.
Анализ снега традиционно используется в экологических исследованиях в качестве субстрата, накапливающего выбросы загрязнителей. Для оценки снега определялся количественный состав по месяцам и в основных функциональных зонах города и его окрестностей. Для исследования нами были заложены пробные площадки, которые располагались в центре города в различной удаленности от дорог и площадки в старой части города, где имеется одна магистральная дорога и где также площадки находились на разной удаленности от дороги. Снег отбирался в местах сбора на площадках в четырех точках на расстоянии (1, 2, 3, 4 и 5 м). После таяния снег подвергался фильтрованию и взвешиванию фильтровальной бумаги. После фильтрования и взвешивания все данные обрабатывались по стандартным статистическим методикам.
Полученный результат и выводы.
Количество твердых частиц в снежном покрове в центральной части города выше среднемесячных показателей в 3,1 раза. Данное превышение показывает, что наиболее интенсивно используется и соответственно загрязняется территория центральной части города, и, несмотря на зимний период, когда в старой части города дополнительно привносится в окружающую среду продукты печного отопления, где в качестве основного источника используется уголь, загрязнение в центральной части города выше намного.
В зависимости от точки сбора материала и удаленности ее от дорог максимальное количество взвешенных веществ содержится на расстоянии до 1 метра от дорог. В старой части города максимальное количество механических веществ наблюдается в зоне до 5 метров, а по мере удаления от дороги наблюдается уменьшение. Минимальное содержание наблюдалось внутри микро районных застроек, вдали от дорог. Данная закономерность является характерной как для центра, так и для окраин города. На основании проведенного исследования разработаны рекомендации по снижению уровня загрязненности твердыми частицами при планировании и проведении работ по озеленению городской среды.
Вложение | Размер |
---|---|
Исследовательская работа. | 758 КБ |
План исследования
Проблема. В состав атмосферного воздуха города входят всевозможные аэрозоли, пыли, состоящие из частиц твердого тела или капель жидкости, находящиеся во взвешенном состоянии в газовой среде. Преобладающая часть твердых дисперсных частиц поступает в атмосферу от промышленных объектов и автомобильного транспорта. К примеру, в результате выхлопа от автотранспорта в атмосферу выделяется примерно 800 кг окиси углерода, около 40 кг оксидов азота и почти 200 кг различных углеводородов (Хотунцев Ю.Л, 2002).
В атмосфере данные загрязнители претерпевают ряд изменений, но в конечном итоге все они попадают в организм человека, либо осаждаются в виде пыли на близлежащие территории, либо выпадают в составе атмосферных осадков. Твердые частицы вызывают не только прямое воздействие и преобразования в окружающей среде и отдельных ее компонентах, но и могут стать косвенной причиной изменений разнообразия городской биоты, и, следовательно, всей окружающей среды (Хотунцев Ю.Л, 2002).
Анализ проб снежного покрова является одним из методов мониторинга загрязнения атмосферы и других природных объектов. По результатам его анализа можно оценить содержание токсичных веществ, выброшенных в атмосферу города промышленными предприятиями и затем сорбированных снегом. В связи с этим, проблема загрязнения окружающей среды вредными веществами в городе является очень актуальной в настоящий период.
Гипотеза: предполагаем, что наиболее интенсивно подвергается загрязнению твердыми частицами центральная часть города.
Методика исследования. Объектом исследования являются твердые частицы в снежном покрове г. Нижневартовска. С целью проведения экологической оценки территории города Нижневартовска по количеству твердых частиц в снежном покрове с ноября 2013 по февраль 2014 гг. было проведено исследование по определению количества этих взвешенных веществ в зависимости от удаления от дорог.
Анализ снега традиционно используется в экологических исследованиях в качестве субстрата, накапливающего выбросы загрязнителей. Для оценки снега определялся количественный состав по месяцам и в основных функциональных зонах города и его окрестностей.
Поэтому для исследования нами были заложены пробные площадки, которые располагались в центре города в различной удаленности от дорог и площадки в старой части города, где имеется одна магистральная дорога и где также площадки находились на разной удаленности от дороги. Снег отбирался в конце января месяца 2014 года. Всего было взято 40 проб снега.
Часть пробных площадок располагались в центре города (приложение 1). В данном районе расположена жилая застройка. Крупные торговые центры, котельные отсутствуют. Однако, неподалеку от точек забора снега расположены такие социальные объекты как: городской родильный дом, больничный комплекс. По улицам в местах отбора проб снега преобладает легковой вид транспорта.
Вторая часть пробных площадок располагались в старой части города (приложение 2). В данном районе присутствует жилая застройка, однако отопление жилых домов осуществляется дровами или углем. На улицах преобладающим видом транспорта является как легковой, так и грузовой автотранспорт. Среди социальных объектов находятся небольшие продуктовые магазины. Котельные расположенные неподалеку отсутствуют.
Снег отбирался в местах сбора на площадках в четырех точках на расстоянии (1, 2, 3, 4 и 5 м) (приложение 3). Весь собранный снег был помещен в полиэтиленовый пакет. Затем по прибытию в лабораторию лицея № 2 снег был помещен в банки и спрессован. После чего снег в банках был оставлен на 1 сутки для таяния при комнатной температуре.
После этого, была взята фильтровальная бумага, которая предварительно была взвешена на чувствительных весах (приложение 4). Масса фильтра была записана. Из банки с талым снегом, предварительно взболтав, было взято 200 миллиграммов воды, и помещено в отдельную посуду. После чего вода была профильтрованна через фильтровальную бумагу (фильтр – взвешивался и подписывался), это позволило выделить нерастворенные вещества (Ашихмина Т.Я., 2000).
После фильтрования и взвешивания все данные обрабатывались по стандартным статистическим методикам (определение средних показателей, погрешности, вариабельности).
На основе полученных данных были проведены расчеты среднемесячных и среднегодовых показателей содержания количества твердых частиц в снежном покрове на территории города Нижневартовска.
В научных исследованиях в большинстве случаев рассматривается лишь небольшая часть показателей, характеризующих выборку. В первую очередь, это арифметическое среднее, стандартное отклонение, коэффициент вариации, а также частотное распределение.
Среднее арифметическое есть сумма всех наблюдений, поделенная на число этих наблюдений.
Стандартное отклонение или среднее квадратическое отклонение равно корню квадратному из суммы квадратов отклонений, деленной на (n – 1).
Квадрат стандартного отклонения называется дисперсией.
Ошибка среднего (среднеквадратичная ошибка, стандартная ошибка) представляет собой частное от деления стандартного отклонения на квадратный корень из числа наблюдений значения квадратов отклонений.
Наряду со стандартным отклонением, одним из очень часто используемых параметров распределения величины является коэффициент вариации, представляющий собой нормированное стандартное отклонение. В исследовательских работах коэффициент вариации приводится либо в долях единицы, либо в % от среднего значения.
Показатель точности рассчитывается как процентное отношение ошибки средней и самой средней и, следовательно, позволяет оценить точность определения последней.
Библиография. В последние годы появились работы И.В. Таран (1985, 1987), В.С. Артамоновой (2002), И.В. Таран, В.Н. Спиридоновой, Н.Д. Беликовой (2004), в которых рассматривается преобразование почв и растительности городов в зависимости от количества поступающих твердых загрязняющих веществ и указывается необходимость исследования качественного и количественного состава этих компонентов по анализу снежного покрова.
Содержание
Введение 2
1. Основная часть. Теоретический подраздел.
1.1. Снег – как объект исследования в условиях города 4 1.2. Понятие «твердые частицы» и их источники 4 1.3. Источники загрязнения атмосферного воздуха твердыми частицами в г. Нижневартовске 5 2. Практическая часть 6 Заключение 7 Список использованной литературы 10 ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Точки отбора проб снега в центральной части города I ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Точки отбора проб снега в старой части города II ПРИЛОЖЕГИЕ 3. Отбор проб снега на заложенных площадках III ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Взвешивание фильтровальной бумаги IV ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Среднемесячные показатели содержания твердых частиц в разных частях города V ПРИЛОЖЕНИЕ 6.Количество твердых веществ в центральной части города в зависимости от удаленности от дороги VI ПРИЛОЖЕНИЕ 7. Количество твердых веществ в старой части города в зависимости от удаленности от дороги VII
|
Исследовательская работа.
Введение
Актуальность. В состав атмосферного воздуха города входят всевозможные аэрозоли, пыли, состоящие из частиц твердого тела или капель жидкости, находящиеся во взвешенном состоянии в газовой среде. Преобладающая часть твердых дисперсных частиц поступает в атмосферу от промышленных объектов и автомобильного транспорта. К примеру, в результате выхлопа от автотранспорта в атмосферу выделяется примерно 800 кг окиси углерода, около 40 кг оксидов азота и почти 200 кг различных углеводородов (Хотунцев Ю.Л, 2002).
В атмосфере данные загрязнители претерпевают ряд изменений, но в конечном итоге все они попадают в организм человека, либо осаждаются в виде пыли на близлежащие территории, либо выпадают в составе атмосферных осадков. Твердые частицы вызывают не только прямое воздействие и преобразования в окружающей среде и отдельных ее компонентах, но и могут стать косвенной причиной изменений разнообразия городской биоты, и, следовательно, всей окружающей среды (Хотунцев Ю.Л, 2002).
Анализ проб снежного покрова является одним из методов мониторинга загрязнения атмосферы и других природных объектов. По результатам его анализа можно оценить содержание токсичных веществ, выброшенных в атмосферу города промышленными предприятиями и затем сорбированных снегом. В связи с этим, проблема загрязнения окружающей среды вредными веществами в городе является очень актуальной в настоящий период.
В последние годы появились работы И.В. Таран (1985, 1987), В.С. Артамоновой (2002), И.В. Таран, В.Н. Спиридоновой, Н.Д. Беликовой (2004), в которых рассматривается преобразование почв и растительности городов в зависимости от количества поступающих твердых загрязняющих веществ и указывается необходимость исследования качественного и количественного состава этих компонентов по анализу снежного покрова.
Цель работы: проведение экологической оценки территории города Нижневартовска по количеству твердых частиц в снежном покрове, для разработки рекомендаций по снижению уровня загрязненности твердыми частицами при планировании и проведении работ по озеленению городской среды.
Задачи:
Объект исследования: твердые частицы в снежном покрове города Нижневартовска.
Предмет исследования: проведение экологической оценки территории города Нижневартовска.
Методы исследования: эксперимент, статистическая обработка данных, анализ, сравнение, обобщение.
Гипотеза: предполагаем, что наиболее интенсивно подвергается загрязнению твердыми частицами центральная часть города.
Новизна. Вопросы изучения загрязнения городской среды твердыми веществами и их влиянием на живые организмы являются до сих пор до конца не исследованными. В отечественной и зарубежной литературе очень часто пылевое загрязнение рассматривается наряду с химическим загрязнением атмосферного воздуха, но степень изученности данного вопроса остается весьма низкой. В последние годы появились работы И.В. Таран (1985, 1987), В.С. Артамоновой (2002), И.В. Таран, В.Н. Спиридоновой, Н.Д. Беликовой (2004), в которых рассматривается преобразование почв и растительности городов в зависимости от количества поступающих твердых загрязняющих веществ и указывается необходимость исследования качественного и количественного состава этих компонентов по анализу снежного покрова.
Практическая значимость. Полученные результаты исследования, разработанные рекомендации по снижению уровня загрязненности твердыми частицами могут служить основой при планировании и проведении работ по озеленению городской среды.
1. Основная часть. Теоретический подраздел.
Снег аккумулирует химические загрязняющие вещества и микроорганизмы. Талые воды - это объект концентрирования и транспортировки растворимых солей в начальный период снеготаяния, а по завершении схода снега - фактор выщелачивания из почвы биогенных элементов.
В процессе таяния снега химические вещества переходят в жидкую среду с различной скоростью: в первую очередь мигрируют ионы сульфатов и нитратов. Такой переход резко отражается на химическом составе даже небольших водотоков, поскольку в условиях города из-за всевозможной ориентации сооружений, изменяющих скорость и направление ветра, в них поступают стоки талых вод из разных зон и слоев снежного покрова, которые к тому же различаются по скорости таяния. Зачерненный пылью или транспортными выхлопами снег, как правило, начинает таять на 10-15 дней раньше, чем снег в поле. Кроме того, происходит взаимодействие снеготалых вод, содержащих растворенные серную, соляную или азотную кислоты, с почвой и асфальтом. В результате контакта слабокислые талые воды выщелачивают из почвы и почвоподобных тел определенное количество биогенных элементов: кальция, магния, углерода, натрия и калия. Учитывая специфику размещения промышленных предприятий в мегаполисе и розу ветров, обусловливающих неодинаковое по составу и количеству поступление в атмосферу аэрогенных выбросов, следует дифференцировать спектр и уровень химического загрязнения осадков в разных районах города. В частности, данные о химическом составе талых вод, стекающих по поверхности почв, испытывающих влияние пыли, свидетельствуют об их щелочном характере.
1.2. Понятие «твердые частицы» и их источники.
С давних времен пыль является одним из основных видов загрязнения жилищных и производственных помещений человека. Пыль, понимается как: совокупность взвешенных в воздухе мелких (10-15 мм) твердых частиц, способных оседать при безветрии в воздухе жилых и производственных помещений, промышленных зон и т.п. – носящие в воздухе твердые частицы однородного и разнородного физико-механического и химического состава (пыль из атмосферы, одежды, производимых работ и т.д.) (Богдановский Г., 1994).
Таким образом, пыль может пониматься как взвесь различных по физико-химическим свойствам веществ, постоянно находящаяся в воздухе и переносимая в атмосфере, наполняющая жилищные и производственные помещения, улицы населенных пунктов и прочие поверхности.
1.3. Источники загрязнения атмосферного воздуха твердыми частицами
в г. Нижневартовске
Техническое и промышленное развитие повышает количество источников пылеобразования, тем самым создается серьезная экологическая проблема в целом для человечества и в частности для каждого человека.
Санитарно-гигиенические и медицинские структуры проводят серьезные исследования по вопросам возникновения болезней вследствие запыленности окружающей среды, жилищных и производственных помещений.
Источниками загрязнения окружающей среды Нижневартовского района и города Нижневартовска является нефтедобывающие предприятия, так как часть оборудования и трубопроводов на нефтепромыслах выработали свой амортизационный срок, и находятся в аварийном состоянии. В результате аварийного попадания на почвенные грунты нефть, оставаясь на месте разлива постоянно просачивается в почвенные воды и создает угрозу загрязнение подземным источникам (Состояние окр. среды, 2003).
Пропитанный нефтью грунт высыхает, зависая в воздухе пылевыми частицами. Сжигаемый газ, так же является источником загрязнения воздуха. За годы разработки месторождений Нижневартовского района, сожжены многие миллиарды кубометров газа.
Автомобильный транспорт в городах является основным источником загрязнения окружающей природной среды в населенных пунктах Нижневартовского района. При этом выбросы от работающих двигателей в городах достигают 98% от общего количество выбросов вредных веществ в атмосферу (Состояние окр. среды, 1999).
2. Практическая часть.
Определяя среднемесячные показатели содержания твердых частиц в разных участках города, мы получили следующие данные.
Соответственно количество твердых частиц в снежном покрове в центральной части города выше среднемесячных показателей в 3,1 раза.
Данное превышение показывает, что наиболее интенсивно используется и соответственно загрязняется территория центральной части города, и, несмотря на зимний период, когда в старой части города дополнительно привносится в окружающую среду продукты печного отопления, где в качестве основного источника используется уголь, загрязнение в центральной части города выше намного.
Данные показатели характерны для всего периода исследований и данное соотношение сохраняется практически по все месяцам.
В зависимости от точки сбора материала и удаленности ее от дорог выявилось, что максимальное количество взвешенных твердых веществ – 17,4 г/л содержится на расстоянии до 1 метра. На расстоянии 5 метров количество взвешенных веществ снижается до 0,7 г/л. Минимальное содержание наблюдалось внутри микро районных застроек, вдали от дорог (приложение 6).
В результате проведенного исследования в центре города было отмечено, что в зависимости от точки сбора материала и удаленности ее от дорог выявилось, что максимальное количество взвешенных веществ 17,4 г/л содержится на расстоянии до 1 метра от дорог.
В старой части города нами было также установлено, что максимальное количество механических веществ наблюдается в зоне до 5 метров и составляет соответственно – 6,6 г/л, а по мере удаления от дороги наблюдается уменьшение до 0,004 г/л (приложение 7).
Данная закономерность является характерной как для центра, так и для окраин города.
В ходе проведения сравнительного анализа количества твердых частиц в центральной части города и ее окраины по анализу снежного покрова было выявлено, что наибольшее их количество наблюдалось в центральной части города – превышение более чем в 3 раза.
Но, распределение количества взвешенных веществ в старой части города показало, что рассеивание происходит более длительное, на расстоянии 5 метров от дороги количество веществ составляет 0,343 г/л – сокращение примерно в 3 раза, в то время как в городе уменьшение происходит в более чем 1,5 раз.
Продукты неполного сгорания топлива, сажа, а также транспортируемые высокотоксичные вещества обусловливают накопление в придорожных экосистемах больших доз кадмия, свинца, селена. Нижневартовск характеризуется высокой плотностью путей сообщения, в последние годы резко возросло число наземных гаражей, автостоянок, автомоек, автозаправочных станций. Все они потенцируют опасность загрязнения среды.
Визуально вдоль автомагистралей отмечается повышенное содержание загрязняющих веществ, которое просматривается по затемненному снегу. Согласно данным Ильина (1995) по городу Новосибирску, на расстоянии 20 м от дорог регистрируется повышенное количество свинца, цинка, меди и при интенсивности движения транспорта 15 тыс. единиц в сутки накопление тяжелых металлов достигает критического уровня.
Повышенное накопление продуктов неполного сжигания топлива и тяжелых металлов, аварийное поступление углеводород содержащих соединений дополняется негативным действием самих автодорожных покрытий. Их основу составляет асфальтовый бетон, один из наиболее распространенных в России с 1928 г. материалов для строительства городских и магистральных дорог, который химически небезопасен.
Содержание тяжелых частиц в снеге соответствует климатической розе ветров. Поэтому следует ожидать, что почвы в северо-восточном и восточном направлениях от Нижневартовска наиболее подвержены загрязнению.
Заключение
Анализ проб снежного покрова является одним из методов мониторинга загрязнения атмосферы и других природных объектов. По результатам его анализа можно оценить содержание токсичных веществ, выброшенных в атмосферу города промышленными предприятиями и затем сорбированных снегом.
Снег может служить индикатором атмосферного загрязнения веществами: сульфатами, нитратами, аммонием, основаниями, тяжёлыми металлами и рядом других веществ. Кроме того, он обладает рядом свойств, делающих его удобным индикатором загрязнения не только самих атмосферных осадков, но и атмосферного воздуха. Являясь накопителем различных загрязнений, снег при таянии может стать источником загрязнения вод (в том числе и подземных) и почв.
При образовании и выпадении снега концентрация загрязняющих веществ в нём оказывается на 2-3 порядка выше, чем в атмосферном воздухе. Поэтому измерения содержания этих веществ могут производиться достаточно простыми методами и с высокой степенью надёжности. Отбор проб снежного покрова прост, не требует сложного оборудования.
В городе Нижневартовске основными источниками загрязнения атмосферного воздуха твердыми частицами являются:
- выхлопные газы от автотранспорта;
- выбросы в результате сжигания топлива на котельных;
- имеет место и перенос загрязнителей с воздушными массами при сжигании попутного газа на нефтегазовых месторождениях;
- промышленные предприятия: сжигание бытового мусора малыми предприятиями;
- также воздушный перенос загрязнителей с других промышленных территорий России.
Проведенное исследование по определению загрязнения воздуха твердыми веществами позволяет сделать следующие выводы.
- Количество твердых частиц в снежном покрове в центральной части города выше среднемесячных показателей в 3,1 раза. Данное превышение показывает, что наиболее интенсивно используется и соответственно загрязняется территория центральной части города, и, несмотря на зимний период, когда в старой части города дополнительно привносится в окружающую среду продукты печного отопления, где в качестве основного источника используется уголь, загрязнение в центральной части города выше намного.
- В зависимости от точки сбора материала и удаленности ее от дорог максимальное количество взвешенных веществ содержится на расстоянии до 1 метра от дорог. В старой части города максимальное количество механических веществ наблюдается в зоне до 5 метров, а по мере удаления от дороги наблюдается уменьшение. Минимальное содержание наблюдалось внутри микро районных застроек, вдали от дорог. Данная закономерность является характерной как для центра, так и для окраин города.
- В старой части города рассеивание происходит более длительно, в то время как в городе рассеивание происходит в более чем 1,5 раз быстрее.
- Визуально вдоль автомагистралей отмечается повышенное содержание загрязняющих веществ, которое просматривается по затемненному снегу.
В соответствии с результатами анализа информации об источниках загрязнения атмосферного воздуха и данными по количеству твердых веществ в снежном покрове все мероприятия по защите населения от воздействия загрязняющих веществ могут быть следующие:
1. Комплекс мероприятий по защите населения от действия выхлопных газов транспортных средств, включающий:
1.1.Вывод за пределы города мест стоянок автотранспорта и спецтехники, обслуживающих месторождения нефти. Эта мера не только снизит уровень загрязненности атмосферы в городе, но и позволит снизить общие валовые выбросы от автотранспорта за счет устранения дорожных пробок на выезде из города в часы пик.
1.2.Строительство предприятий занимающихся перевозкой людей, или любым другим видом деятельности, где задействовано большое количество транспортных единиц, за пределами спальных районов.
1.3.Усилие контроля за качеством регулировки двигателей автомобилей и спецтехники, базирующихся как в городах, так и на месторождениях района.
1.4.Перевод автомобилей предприятий, на газовое топливо.
1.5.Оснащение автомобилей техническими устройствами, снижающими уровень токсичности выхлопных газов.
1.6. Строительство и ввод в эксплуатацию автоматизированных систем управления дорожным движением.
2. С целью защиты населения от воздействия газовых и аэрозольных выбросов необходимо провести комплекс мероприятий связанных с озеленением города. Эти мероприятия должны включать устройство многоярусных городских автомагистралей и устройство травяных газонов на обочинах дорог и на территориях дворов (особенно в относительно новых микрорайонах городов).
3. Очистка придорожных территорий и своевременный вывоз снега с территории города в зимний период.
Экспериментальные исследования по определению количества загрязняющих веществ должны проводиться регулярно, так как это позволяет выявить наиболее объективную картину экологического состояния нашего города.
Список использованной литературы
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Точки отбора проб снега в центральной части города.
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Точки отбора проб снега в старой части города.
ПРИЛОЖЕНИЕ 5
Среднемесячные показатели содержания твердых частиц в разных частях города, г/л
1 – центр города, 2 – окраина города (г/л)
ПРИЛОЖЕНИЕ 6
Количество твердых веществ в центральной части города в зависимости от
удаленности от дороги, г/л
ПРИЛОЖЕНИЕ 7
Количество твердых веществ в старой части города в зависимости от
удаленности от дороги, г/л
Голубая лягушка
Сказка про Серого Зайку
Муравьиная кухня
Браво, Феликс!
Лев Николаевич Толстой. Индеец и англичанин (быль)