Стольберг Ф.В. Экология города (урбоэкология)

Подождите немного. Документ загружается.

Раздел 4. Воздушная среда города

221

На формирование городского климата оказывают влияние:

• прямые выбросы тепла и изменения режима солнечной радиации;

• пылегазовые выбросы промышленных предприятий и транспорта;

• изменения теплового баланса за счет уменьшения испарения, малой

проницаемости подстилающей поверхности, способствующей быстро-

му стоку воды и значительной теплопроводности покрытий (крыш, стен

зданий, мостовых и т.д.);

• пересеченность местности, создаваемая городской застройкой, большая

доля вертикальных поверхностей, что приводит к взаимному затенению

домов и образованию котловинных условий на фоне равнинного рельефа.

Нередко сами города располагаются в естественных котловинах.

Таблица 4.8. Различия климата в крупных городах и прилегающей сельской

местности в средних широтах

Метеорологические факторы

В городе, по сравнению с сельской местностью

Радиация общая

на 15—20% ниже

Ультрафиолетовое излучение зимой на 30% ниже

Ультрафиолетовое излучение летом

на 5% ниже

Продолжительность солнечного на 5—15% ниже

сияния

Температура среднегодовая

на 0,5—1,0° С выше

средняя зимняя

на 1—2° С выше

Продолжительность отопительного на 10% меньше

сезона

Примеси

— ядра конденсации и частицы

в 10 раз больше

— газовые примеси

в 5—25 раз больше

Скорость ветра среднегодовая

на 20—30% ниже

штормовая на 10—20% ниже

штили

на 5—20% чаще

Осадки суммарные

на 5—10% больше

в виде снега на 5% меньше

Число дней с осадками меньше 5 мм

на 10% больше

Количество облаков

на 5—10% больше

Повторяемость туманов зимой на 100% больше

летом на 30% больше

Относительная влажность зимой

на 2% меньше

летом на 8% меньше

иногда на 11—20% меньше

Грозы (частота) в 1,5—2 раза меньше

222

Экология города

Перечисленные факторы действуют комплексно, хотя и неодинаково в

разных условиях климата и погоды.

Солнечная радиация в условиях крупных промышленных центров ока-

зывается пониженной вследствие уменьшения прозрачности из-за боль-

шого количества пылевых частиц и аэрозолей. Поступление ультрафиоле-

товых лучей сильно ослабляется за счет мутности атмосферного воздуха и

высокой застройки в узких улицах. С другой стороны, в городе к рассеян-

ной радиации присоединяется радиация, отраженная стенами и мостовы-

ми. Этим обстоятельством обусловлено чувство зноя и духоты, характер-

ное для городов летом.

Из-за загрязненности воздушного бассейна в городах снижается эффек-

тивное излучение и, соответственно, ночное охлаждение. Изменение радиа-

ционного баланса, дополнительное поступление тепла в атмосферу при сжи-

гании топлива и малый расход тепла на испарение приводят к повышению

температуры внутри города, по сравнению с прилегающей местностью.

Указанные выше факторы являются причиной образования так называе-

мого "острова тепла" над городом. Размер "острова тепла" и его показатели

изменяются во времени и пространстве под влиянием фоновых метеорологи-

ческих условий и местных особенностей города. Закономерности изменения

температуры воздуха при переходе от сельской местности к центральной ча-

сти города показаны на рис. 4.19.

Рис. 4.19. Сечение "острова тепла" над городом

На границе раздела "город — сельская местность" возникает значитель-

ный горизонтальный градиент температуры, соответствующий "утесам ост-

рова тепла", достигающий иногда 4° С/км. Большая часть города представля-

ет собой "плато" теплого воздуха с повышением температуры по направле-

нию к центру города. Термическая однородность "плато" нарушается

"разрывами" общего характера поверхности в виде областей холода — парки,

Раздел 4. Воздушная среда города

223

водоемы, луга и областей тепла — промышленные предприятия, плотная за-

стройка зданиями. Над центральной частью больших городов располагается

"пик острова тепла", где температура воздуха максимальна. В крупных агло-

мерациях может наблюдаться несколько таких "пиков", обусловленных на-

личием промышленных предприятий и плотной застройкой.

По данным метеорологических исследований, тепловое влияние городов

проявляется в пределах 100—500-метрового слоя атмосферы, а иногда и 1 км.

Большая аэродинамическая шероховатость подстилающей поверхности и на-

личие "островов тепла" определяют особенности ветрового режима города.

Ветровой режим города характеризуется существованием местной цирку-

ляции. Например, при слабых ветрах до 2—3 м/с у поверхности земли может

возникнуть поток холодного воздуха, направленного к "острову тепла", а у

вершины "острова тепла" формируется поток теплого воздуха к окраинам го-

рода. В самом городе различия в нагреве освещенных и затененных частей

улиц и дворов также обусловливает местную циркуляцию воздуха. В ней вос-

ходящий поток образуется над поверхностью освещенных стен, а нисходящий

— над затененными стенами и частями улиц или дворов. Наличие водоемов

способствует формированию дневной местной циркуляции, подобной бризам,

от водоема к застройке, что весьма желательно жарким летом. Одновременно

такая циркуляция может способствовать захвату загрязняющих примесей.

Зеленые насаждения снижают скорость ветра и способствуют осажде-

нию примесей.

Скорость ветра в городе, как правило, снижается по сравнению с открытой

территорией. Но в некоторых случаях возможно усиление ветра, например, в

городах, располагающихся на холмистой местности или при совпадении на-

правления ветра с направлением улицы ("эффект аэродинамической трубы").

Влажность воздуха в крупных городах ниже, чем в окрестностях, что свя-

зано с повышением температуры и общим снижением содержания влаги в

атмосфере над городом как результат уменьшения испарения (табл. 4.8).

Наибольший контраст влажности в системе город — окрестности наблю-

дается летом, а в суточном — в вечернее время.

В климатических зонах, где зимой выпадает снег или поверхность земли

замерзает, воздух в городе может быть более влажным за счет техногенных

источников пара.

Влияние города на выпадение жидких и твердых осадков различно. Зи-

мой отмечается снижение до 5% в выпадении снега, летом наибольшие сум-

мы осадков выпадают над городом, но не в центре, а на окраине.

При высокой влажности воздуха повышенная конвективная неустойчи-

вость и загрязненность воздушных масс над городом благоприятствуют обра-

зованию облачности. В процессе преобразования облаков из кучевых в мощ-

ные кучевые и кучево-дождевые происходит их смещение под влиянием пре-

обладающего переноса воздушных масс. Осадки выпадают преимущественно

в подветренных районах города и за его пределами. Если влажность воздуха

недостаточна для образования облаков, мощные конвективные потоки, обра-

224

Экология города

зующиеся над центром города, являются препятствием для горизонтальных

воздушных потоков, поступающих в наветренную часть города. Приходящие

массы воздуха испытывают дополнительный вынужденный подъем, вслед-

ствие чего образуется облачность и выпадают осадки.

Различия в температурно-влажностном режиме города и прилегающих

окрестностей влияют и на распределение атмосферных явлений. Так, ту-

манов в городе может быть больше при ослаблении скорости ветра или

значительной загрязненности воздуха. С повышением температуры и по-

нижением относительной влажности воздуха туманов в городе становится

меньше, чем за городом.

С учетом реально сформировавшихся климатических условий города и усло-

вий природно-климатической зоны проводят мероприятия по улучшению город-

ского климата, которые условно могут быть разделены на следующие группы:

• мероприятия по регулированию скорости ветра и вентиляции города

(планировка городской застройки и улиц, ориентация зданий, создание

древесно-кустарниковых и травянистых насаждений различного типа,

систем водоемов и т.д.);

• мероприятия по уменьшению потерь тепла зданиями (конструкция окон,

ориентация зданий, планировочные решения, касающиеся взаимного

расположения зданий и групп зеленых насаждений);

• мероприятия по регулированию относительной влажности воздуха (со-

здание водоемов и водотоков, увеличение площади поверхности с есте-

ственным проницаемым покровом, полив зеленых насаждений, мойка

улиц и площадей и т.п.);

• мероприятия по борьбе с загрязнением воздушного бассейна путем рас-

положения загрязняющих объектов вне городской черты или в подвет-

ренной части городов, созданием высоких дымовых труб (до 250 м),

способствующих рассеиванию примесей, эффективным использовани-

ем газоочистного оборудования, переходом на менее токсичные виды

топлива, использованием более экономичных установок для сжигания

топлива, регулированием или прекращением выбросов вредных веществ

при неблагоприятных метеоусловиях вплоть до приостановки работы

предприятий, переходом на безотходные или замкнутые циклы произ-

водства, предотвращением пыления в промышленности, строительстве,

транспорте;

• мероприятия по регулированию поступления солнечной радиации (пла-

нировка улиц и кварталов, зеленых насаждений, использование разно-

уровневой застройки, окраска стен, крыш и мостовых, конструкция зда-

ний и их элементов и т.п.).

Все эти мероприятия должны использоваться интегрировано. Использо-

вание лишь отдельных элементов не может значительно улучшить условия

проживания людей в городах. Решение проблем улучшения микроклимата

городской среды позволит сделать города привлекательными и безопасными

для жизни и деловой деятельности, подлинными центрами развития совре-

менной цивилизации.

Раздел 4. Воздушная среда города

225

4.8. Вредные физические воздействия

К числу вредных физических воздействий относят:

• ионизирующие излучения — радиационные воздействия высокого уровня

энергии (потоки а-, (3- и у-частиц, образующиеся при радиоактивном

распаде или в ускорителях), электромагнитные излучения длиной вол-

ны менее 10~

см;

• неионизирующие излучения — часть электромагнитного спектра дли-

ной волны более 10"

см в диапазоне от низких до лазерных частот,

малые дозы радиоактивного излучения;

• акустические воздействия — шум, ультразвук и инфразвук;

• вибрация.

Ионизирующие излучения характеризуются высокой степенью биологичес-

кого воздействия на уровне молекул и клеток, отдельных органов и организ-

ма в целом. При этом происходит поглощение биосубстратом энергии излу-

чения, ионизация атомов и молекул, повреждение молекулярных соедине-

ний и образование активных свободных радикалов. Реакции организма,

которые включают как соматические, так и генетические изменения, зависят

от вида излучения, скорости поглощения энергии, поглощенной дозы излу-

чения, распределения энергии облучения в организме, индивидуальных осо-

бенностей организма.

Неионизирующие излучения не оказывают столь быстрого разрушающего

действия на живые организмы, однако отдаленные последствия его воздей-

ствия часто оказываются достаточно опасными.

4.8.1. Радиационное воздействие

При облучении людей от источников радиоактивных излучений в дозах

до 1 грея (Гр) повышается вероятность развития онкологических заболева-

ний и проявления генетических дефектов. Эти последствия значительно уда-

лены во времени от момента облучения. При воздействии больших доз облу-

чения последствия проявляются быстро в форме острой лучевой болезни,

причем чем выше полученная доза облучения, тем быстрее и острее проявля-

ется ее губительный эффект.

Воздействующее на живой организм излучение подразделяется на внеш-

нее и внутреннее. Внешнее облучение предполагает, что источник воздей-

ствия находится вне организма. Оно связано в основном с бета- и гамма-

излучением, имеющими высокую проникающую способность. В случае, если

радиоактивные вещества с пищей или вдыхаемым воздухом попадают внутрь

организма, появляется источник внутреннего облучения. При внутреннем

облучении на клетки организма воздействуют альфа-частицы.

»-З

226

Экология города

Радиоактивное облучение связано с воздействием источников как есте-

ственного происхождения, так и созданных человеком. Основная часть полу-

чаемой жителями Земли дозы облучения обусловлена естественными источ-

никами. Средняя годовая индивидуальная эквивалентная доза от них состав-

ляет для землян 2 миллизиверта (мЗв). Для жителей Украины этот показатель

выше и равен, по данным Министерства здравоохранения Украины, 4,46 мЗв.

Дозы облучения населения от естественных источников радиации зави-

сят от высоты городов над уровнем моря, геологического строения и плани-

ровочно-архитектурных особенностей территории.

Для жителей горных местностей возрастает доля космического излуче-

ния в полученной за год эквивалентной индивидуальной дозе. Так, при

подъеме от уровня моря до 2000 м облучение от космических лучей возра-

стает в несколько раз.

Повышение дозы облучения может быть вызвано использованием при

строительстве зданий, дорог или планировке территорий материалов с высо-

ким содержанием радионуклидов.

Опасным естественным источником внутреннего облучения человека яв-

ляется газ радон. Он в 7,5 раз тяжелее воздуха, не имеет цвета и запаха. Ра-

диоактивными свойствами обладают радон-222 и радон-220, которые явля-

ются продуктом распада радия-226. Радон эманирует из горных пород через

почву и скапливается в помещениях первых этажей зданий, особенно при их

недостаточной вентиляции. Определенный вклад в поступление радона в

жилые помещения вносят материалы, из которых они построены, и вода,

поступающая из скважин. Радон скапливается в ванных комнатах особенно

при пользовании душем.

Проведенные в 18 областных городах Украины замеры активности радо-

на-222 в различных помещениях показали, что на первых этажах многоквар-

тирных домов она составляет в среднем 48 Бк/м

, для этажей выше первого —

22 Бк/м

, а в одноэтажных строениях — 92 Бк/м

. В одном и том же городе

концентрации радона могут отличаться на два порядка в зависимости от ар-

хитектурно-планировочных решений зданий.

Действующие в Украине нормативы допускают предельную среднегодо-

вую концентрацию радона-222 в помещениях домов 50 Бк/м

. Проектами

детских дошкольных учреждений и школ должны обязательно предусматри-

ваться противорадоновые меры.

Источники радиоактивного излучения, созданные человеком, от светящихся

циферблатов и аппаратов медицинской диагностики до атомного оружия и

атомной энергетики, привели к возрастанию как индивидуальных, так и кол-

лективных доз облучения.

По оценкам международных организаций, основную *дозу, получаемую

человеком от техногенных источников радиации, вносят медицинские про-

цедуры. Рентгенологическое обследование получило в мире очень широкое

распространение и составляет в развитых странах от 300 до 900 обследований

в год на 1000 жителей, не считая "обязательной" флюорографии. Дозы облу-

Раздел 4. Воздушная среда города

227

чения, получаемые пациентами, во многом зависят от квалификации персо-

нала и состояния оборудования. Нормы диагностического медицинского об-

лучения в Украине предусматривают непревышение индивидуальной дозы,

получаемой от этого источника, 1 мЗв в год. Большие дозы могут быть полу-

чены при леченйи с использованием радиационного облучения.

Источники ионизирующего излучения используют во многих приборах,

предназначенных для контроля качества продукции, в исследовательских це-

лях и т.п. Возможность сверхнормативного облучения в этих случаях связана

в основном с недостаточной квалификацией или безответственностью персо-

нала. Годовой лимит индивидуальной дозы для персонала, работающего с

источниками радиации, составляет в Украине 20 мЗв. Для населения доза

облучения, связанная с влиянием техногенных производственных источни-

ков, не должна превышать 1 мЗв в год.

Несмотря на то, что объем испытаний атомного оружия существенно со-

кратился, по сравнению с 50—60 годами XX ст., на поверхность Земли с

атмосферными осадками продолжают поступать из стратосферы долгоживу-

щие радионуклиды, способствуя повышению радиационного фона. Так, в Харь-

кове индивидуальная эквивалентная доза в 1962 г. составляла 1,83 мЗв, в 1982

г. — 4 мЗв, а в 1992 г. — уже 6,1 мЗв.

Атомный энергетический цикл вносит существенный вклад в повышение

радиационного фона, в частности при складировании объемных радиоактив-

ных отходов, образующихся в процессе добычи и обогащения урановых руд и

при захоронении отработанного ядерного горючего и отслужившего срок эк-

сплуатации оборудования АЭС. Однако наибольшую опасность представля-

ют аварии на атомных электростанциях.

В 1986 г. на Чернобыльской атомной электростанции, расположенной в

80 км от Киева, произошла авария, которую оценивают как крупнейшую

техногенную катастрофу в истории человечества. В результате многотонного

выброса радиоактивных веществ произошло загрязнение атмосферы над всей

планетой, причем в составе материала выброса было установлено присут-

ствие более 500 радионуклидов с различными периодами полураспада. Ради-

ационный фон вблизи места аварии составлял тысячи рентген в час, что при-

вело к необходимости отселения жителей Чернобыля и Припяти.

В Киеве в 1986 г. радиационный фон в течение нескольких месяцев в

сотни раз превышал естественный. Произошло загрязнение поверхностных

источников водоснабжения города, в связи с чем был срочно обеспечен пере-

ход на использование подземных источников. В первые недели после ава-

рийного выброса основную роль в распространении радиоактивного загряз-

нения играли воздушные потоки. В дальнейшем миграция радионуклидов из

зоны загрязнения определялась преимущественно гидродинамикой грунто-

вых и поверхностных вод. Поступление радиоактивных веществ в Киевское

водохранилище в первый период ликвидации последствий аварии привел к

радиоактивному загрязнению донных отложений. Как показывают данные

мониторинга, происходит неуклонное продвижение к югу фронта повышен-

ной концентрации радионуклидов в донных отложениях, сопровождающее

228

Экология города

естественное перемещение осадков вниз по каскаду Днепровских водохрани-

лищ. Это угрожает ухудшением радиационной обстановки в Днепропетровс-

ке, Запорожье, Черкассах и других городах Приднепровья.

Для обеспечения защиты населения от воздействия радиоактивного излу-

чения в Украине принят ряд законодательных актов и ведомственных норма-

тивных документов. В соответствии с ними, в частности, предусмотрен обяза-

тельный радиационный контроль в строительстве и производстве строитель-

ных материалов для обеспечения допустимых уровней регламентированных

параметров: эффективной удельной активности естественных радионуклидов в

строительных материалах, мощности поглощенной дозы радиации в помеще-

нии, среднегодовой эквивалентной равновесной объемной активности радона-

222 в воздухе помещений. Под строгим контролем должна находиться меди-

цинская аппаратура, используемая для рентгенодиагностики.

Неотложной проблемой является создание в Украине постоянного хра-

нилища отходов атомной энергетики, строительство которого планируется

осуществить в ближайшее десятилетие.

В рамках международного сотрудничества необходимо добиваться отказа

всех стран от проведения испытаний и использования ядерного оружия, а

также усиления контроля за безопасностью сооружений ядерной энергетики.

4.8.2. Магнитные, электрические и электромагнитные

поля и излучения

Организм человека, как показывают проведенные в последние годы ис-

следования, реагирует на изменение напряженности магнитного поля. Так,

магнитные бури, возникающие в период солнечной активности, вызывают

нарушения сердечно-сосудистой системы.

Искусственные магнитные поля, создаваемые постоянным электрическим

током большой силы, характеризуются напряженностью до нескольких ты-

сяч ампер на метр.

Нормативная величина напряженности постоянного магнитного поля,

образующегося вблизи установок и линий электропередач постоянного тока,

в течение рабочего дня составляет 8000 А/м, предельно допустимый уровень

напряженности не установлен.

При контактной сварке, где величина тока достигает 1000 А и более, воз-

никает магнитное поле до 10 кА/м.

Наряду с магнитным постоянный электрический ток создает электричес-

кое поле, называемое электростатическим. Электростатическое поле высокой

напряженности оказывает негативное воздействие на организм*человека, в ча-

стности вызывает расстройства нервной системы, отрицательно влияет на ре-

продуктивную функцию организма, особенно у мужчин. Нормативная величи-

на напряженности электростатического поля в течение рабочего дня составля-

ет 20 кВ/м, предельно допустимый уровень напряженности — 60 кВ/м.

Раздел 4. Воздушная среда города 229

Источником электромагнитных полей является переменный ток. Элект-

ромагнитное поле характеризуется напряженностью (В/м) и плотностью по-

тока мощности (Вт/м

). Создаваемые электромагнитным полем электромаг-

нитные волны характеризуются частотой колебаний (Гц).

Переменный ток промышленной частоты (50 Гц) передается по линиям

электропередач напряженностью 330, 500, 750 и 1150 кВ. Источниками низ-

кочастотного (50 Гц) электромагнитного излучения являются также откры-

тые распределительные устройства и электроустановки переменного тока. При

частоте 50 Гц опасным считается электромагнитное излучение при напряже-

нии тока свыше 400 кВ.

Для защиты населения от воздействия поля, генерируемого воздушными

линиями электропередач, устанавливаются санитарно-защитные зоны по обе

стороны трассы (табл. 4.9).

Таблица 4.9. Размеры санитарно-защитной зоны вдоль

воздушных линий электропередач

Напряжение в сети

линий электропередач, кВ

Размер санитарно-защитной зоны

от оси линии электропередач, м

330 20

500 30

750

1150 55

Источниками электромагнитных излучений являются также радиотехни-

ческие и электронные устройства: связь, локация, радио и телевидение. Элек-

тромагнитные излучения этих установок находятся в диапазоне радиочастот

от 10

до 10

Гц.

Вокруг любого источника электромагнитного излучения образуются три

зоны воздействия: ближняя (индукции), промежуточная (интерференции) и

дальняя (волновая).

Зона индукции простирается от источника на расстояние R < "k Hit,

где X — длина волны, м. Зона интерференции находится в пределах от Х/2л

до 2к "К. Волновая зона начинается от R > 2кХ.

По мере удаления от источника излучения интенсивность воздействия

электромагнитного поля затухает.

В зоне индукции, где электрическое и магнитное поля существуют как

бы независимо друг от друга, напряженность электрического поля (Е) умень-

шается обратно пропорционально кубу расстояния от источника излучения,

а напряженность магнитного поля (Н) — обратно пропорционально квадрату

расстояния от источника. В волновой зоне, где существует строгое соотно-

шение между электрической и магнитной составляющими электромагнитно-

230

Экология города

го поля: Е=377Н, напряженность электромагнитного поля снижается про-

порционально расстоянию от источника излучения.

Интенсивность электромагнитного излучения характеризуется плотнос-

тью потока энергии — количеством энергии, падающей на единицу поверх-

ности: П=Е Н/2, Вт/м

Для радиочастот: П = PQ/AkR

, Вт/м

, где Р — мощность излучателя, Вт;

Q — коэффициент усиления антенны; R — расстояние между антенной и

точкой наблюдения, м.

Воздействие электромагнитного излучения на жителей населенных пунк-

тов зависит от мощности источника и частоты.

В табл. 4.10 приведены допустимые уровни воздействия электромагнит-

ного излучения.

Таблица 4.10. Предельно допустимые уровни воздействия электромагнитных

излучений для населенных пунктов

Предельно допустимый уровень

Диапазон электромаг-

Длина

Частота,

облучения

нитных волн волны, м

Гц

по напряженности по плотности

электромагнитного

излучения,

поля, В/м

Вт/м

Электрический ток

50 1000 не нормируется

промышленной

частоты

Длинные радиоволны св. 1000

менее 10

не нормируется не нормируется

Средние радиоволны

1000-100

— 1,5- 10

10 не нормируется

Короткие волны 100-10

610

—310

4 не нормируется

Ультракороткие

10-1

310

—310

2 не нормируется

радиоволны

Сверхчастотные 0,1-0,001

3-Ю

—3-Ю

не нормируется 0,01

радиоволны

при непрерывном

режиме генерации

Сверхчастотные 1-0,001 3-10

—3-10

не нормируется 0,05

радиоволны при

импульсном режиме

генерации

Для защиты населения от воздействия электромагнитного поля высокой

частоты радиостанции, телецентры, ретрансляторы и другие источники радио-

волнового излучения мощностью свыше 100 кВт должны размещаться за преде-

лами населенных пунктов. Если источники радиоволнового излучения распо-