AIR SILESIA - IDENTIFIKACE PROBLÉMŮ KVALITY OVZDUŠÍ V

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
[email protected]
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 MoravskoSlezském 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 PM10, PM2,5, 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 PM10, PM2,5 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