Dílčí výsledky hodnocení kvality ovzduší v okolí lokality Mosteckého jezera v letech 2008 až 2013

Severočes. Přír., Ústí nad Labem, 46: 15–35, 2014

Dílčí výsledky hodnocení kvality ovzduší v okolí lokality Mosteckého jezera v letech 2008 až 2013 Partial results of the assessment of air quality in the vicinity of the Most lake in the years 2008 to 2013 Jan B r e j c h a, Milena V á g n e r o v á, Marcela Š a f á ř o v á Výzkumný ústav pro hnědé uhlí a.s., tř. Budovatelů 2830/3, Most; [email protected]

Summary: Brown coal open pit mines in the North Bohemia region are slowly approaching their boarders and they are going step by step to the end of their operation. Planned and even already realised reclamation procedure in the region is based on the formation of artificial lakes. The nature of the surface cover in the studied area has changed from mining landscapes without vegetation to the water area with “green” surroundings after the hydrological reclamation of the residual pit of the quarry Most – Ležáky. The local climate is significantly influenced within the warm part of the year, when the temperature of the water in the Lake is higher than the air temperature. The period of daily temporarily degraded local dispersion conditions is extended under certain meteorological conditions and thus the time for the possible dilution of cumulated pollutants is shorter. The evaluation of the fresh air pollution development in the foothills of the “Krušné hory” Mountain during the gradual filling of the Lake in the years 2008 to 2013 proved an anomalous increase in the number of the day with the exceeded limit of the 24-hour average of the PM10 concentration of aerosol particles on the stations in the vicinity of Lake Most in the comparison with the other stations in the region. This situation was typical for the spring and summer months of the years 2010 to 2013. The similar phenomenon was not detected within the years 2008 and 2009, when only a small part of the Lake was filled. The subject of the current research is the classification of the real dispersion conditions in the context with the meteorological situation in the area and the selection of such situations in which a significant influence on the local air pollution can be expected thanks to the microclimate change. Shrnutí: Hodnocení kvality ovzduší v revitalizované lokalitě Mosteckého jezera je jednou z částí komplexního projektu, který je realizován v rámci Programu ALFA Technologické agentury České republiky č. TA01020592 s názvem „Dopady na mikroklima, kvalitu ovzduší, ekosystémy vody a půdy v rámci hydrologické rekultivace hnědouhelných lomů“. Výzkum projektu v tematické části „kvalita ovzduší“ je zaměřen hodnocení významnosti změn kvality ovzduší v okolí nově vznikajícího jezera, ke kterým dochází v důsledku změn mikroklimatu zájmového území. Sledovány jsou dlouhodobé depozice znečišťujících látek, které jsou charakteristické pro tuto průmyslovou lokalitu – SO2, NOx, O3, BTX, VOC, prašný spad a vybrané kovy v prašném spadu. Odběry jsou prováděny pasivně. Ve druhé zóně a na pozaďovém stanovišti se mimo uvedených polutantů kontinuálně měří i koncentrace aerosolových částic PM10. Klíčová slova: hydrologická rekultivace, Mostecké jezero, kvalita ovzduší, prašný spad, PM10 15

1. Úvod Od roku 2011 je v rámci projektu č. TA01020592 v průběhu postupného napouštění Mosteckého jezera systematicky sledována kvalita a to zejména z hlediska zjištění významnosti případných změn kvality ovzduší blízkého okolí jezera, ke kterým může docházet v souvislosti s vývojem mikroklimatu zájmového území. Měření je směrováno na získání souboru dat pro hodnocení trendů vývoje kvality ovzduší v souvislosti s časovými a prostorovými změnami mikroklimatu. Důvodem volby Mosteckého jezera pro byla poměrně velká plánovaná rozloha hladiny jezera a také blízkost stálé meteorologické stanice Kopisty, kde jsou klimatická měření prováděna od r. 1970 v širokém spektru veličin.

Obr. 1 Poloha měřicích míst [2] Na obr. 1 je červeně označeno měření prašného spadu, žlutě - plynných látek (pasivní odběr), bíle - aerosolových částic a světlemodře - plynných látek kontinuálně.

16

2. Experimentální část a metodika Měření je prováděno ve dvou zónách a jednom referenčním stanovišti. První zónou je blízké okolí jezera. Druhou zónou je vzdálené okolí jezera a jako pozaďové stanoviště byla zvolena Milešovka. Sledovány jsou znečišťující látky charakteristické pro sledovanou lokalitu [1]. První zóna (blízké okolí jezera) zahrnuje 8 stanovišť umístěných v oktantech větrné růžice (stanoviště jezero 1 až jezero 8). Provádí se zde odběr prašného spadu a na čtyřech místech i pasivní odběr plynných látek (SO2, NO2, BTX, VOC-suma volatilních uhlovodíků, O3) a odběr prašného spadu pro stanovení vybraných kovů. Druhá zóna (vzdálené okolí jezera) zahrnuje stanoviště Kopisty, město Lom a Most. Na všech stanovištích se provádí odběr prašného spadu, pasivní odběr plynných látek (SO2, NO2, BTX, VOC, O3) a odběr prašného spadu pro stanovení vybraných kovů a kontinuální stanovení koncentrace PM10. Na pozaďovém stanovišti Milešovka se provádí odběry a měření jako ve druhé zóně vyjma kontinuálního stanovení plynných látek. I když poloha této stanice jako pozaďové není vzhledem ke vzdálenosti od Mosteckého jezera ideální, mohou zde získaná data vzhledem k výšce a tvaru Milešovky i větší vzdálenosti od významných zdrojů znečištění dávat určitou představu o úrovni znečištění nad severočeskou pánví. Nespornou výhodou je i přítomnost meteorologické observatoře 2.1. Místa měření Měřicí a odběrová místa byla instalována v roce 2011 a jejich poloha včetně typů instalovaných měřicích a odběrových zařízení je vyznačena na obr. 2. Vzhledem k tomu, že během sledování bylo na stanovišti SIAD-Braňany zjištěno významné ovlivnění rozptylových podmínek místním klimatem povrchového lomu Bílina, které není charakteristické pro centrální část severočeské pánve, bylo měření v roce 2013 přesunuto na stanoviště LomVÚHU.

Obr. 2 Foto stativu s držáky vzorkovnic pro pasivní odběr plynů a prašného spadu

17

2.2 Odběry vzorků a jejich analýzy Prašný spad Prašný spad se odebírá volnou sedimentací prachu do skleněných vzorkovnic s definovaným sedimentačním průřezem. Obvyklá doba odběru byla 28 dní. Na každém místě se provádí paralelní odběr do dvou vzorkovnic a v případě odběru pro stanovení kovů do tří vzorkovnic. Po ukončení odběru se hmotnost zachyceného prachu zjišťuje gravimetricky. Na obr. 2 je uvedeno foto stativu s držáky vzorkovnic pro pasivní odběr plynů a prašného spadu. Kovy v prašném spadu se po rozkladu vzorku stanovují vhodnými metodami atomové absorpční spektrometrie (AAS). Pasivní odběry plynných látek Pro pasivní odběry plynných látek (SO2, NO2, BTX, VOC, O3) je používán odběrový systém Radiello. Princip odběru spočívá v difúzi plynných látek přes difúzní vrstvu na adsorbent. Každá sledovaná znečišťující látka nebo jejich skupina má určen vlastní typ sorpční trubičky a pouzdra s difúzní vrstvou. Při odběru vzorku jsou difúzní pouzdra s absorpčními trubicemi umístěná na podkladových destičkách. Podkladové destičky jsou zavěšeny do plastových schránek, které chrání odběrová média před nepříznivými povětrnostními podmínkami. Po ukončení odběru jsou exponované trubičky hermeticky uzavřeny ve skleněné skladovací trubici. Následná analýza je prováděna výrobcem doporučovanými metodami. 2.3. Kontinuální měření Kontinuální měření koncentrací plynných látek a aerosolových částic bylo realizováno na přístrojích typově ověřených TÜV, které používají metody chemiluminiscence (Horiba APNA 350 – stanovení NOx, NO2 a NO), UV fluorescence (Horiba APSA 350 – stanovení SO2), UV absorpce (Horiba APOA 350 – stanovení O3), IR absorpce (Horiba APMA 350 – stanovení CO) a absorpce beta záření (FH62IN a FH62IR – stanovení koncentrace aerosolu PM10 nebo TSP podle odběrové hlavice na vstupu sondy).Hlavice pro odběr PM10 je v souladu s ČSN EN 12341. Před instalací kontinuálních analyzátorů bylo provedeno jejich servisní seřízení, kalibrace a metrologické navázání. Na stanovištích jsou měřicí systémy umístěny v krytých, uzavřených prostorech. Na stanovištích Braňany a Kopisty jsou to izotermické kontejnery, na stanovišti Most uzavřené místnosti ve střešním přístřešku budovy VÚHU a.s. a na Milešovce termicky izolovaná skříň (viz obr. 3). 3. Výsledky měření Vyhodnocení prostorového rozložení depozice prašného spadu je provedeno na obr. 4. Na obrázku je ve žlutě vyplněných oválech uvedena úroveň depozice na stanovištích blízkého a vzdáleného okolí jezera, v modře vyplněném oválu je průměrná úroveň depozice blízkého okolí jezera [3], [4]. Z měření a následného vyhodnocení vyplývá, že v případě prašného spadu je sezónnost vázána na místo měření. Významné sezónní fluktuace lze pozorovat na většině stanovišť umístěných v blízkém okolí jezera (viz obr. 5). V letních měsících se na zvýšení depozice podílí resuspenze hrubých prachových částic a v okolí jezera zvyšují úroveň prašného spadu nálety pylu z okolní vegetace i udržovací práce na rekultivovaných plochách.

18

Obr. 3 Stanoviště pro kontinuální měření PM10 a TSP na Milešovce

prašný spad [g.m -2.(30d)-1]

25.0 20.0 15.0 10.0 5.0 0.0 jezero průměr

jaro Obr. 4 Prostorové rozložení depozice prašného spadu [g.m-2.(30d)-1] v lokalitě jezera Most a jeho okolí – průměr za sledované období, tj. 6/2011 až 12/2013

Kopisty

léto

Most

Braňany Milešovka

podzim

zima

Obr. 5 Porovnání průměrné depozice prašného spadu v jednotlivých ročních obdobích (od 6/2011 do 12/2013)

Na obrázcích 6 až 8 je provedeno vyhodnocení sezónní závislosti depozice lokality vybranými kovy - arsenem, kadmiem a niklem. Na obrázcích jsou porovnány průměrné depozice v μg.m-2.(30d)-1 v blízkém a vzdáleném okolí jezera v jednotlivých ročních obdobích z doby prováděného měření od 6/2011 do 6/2013. 19

120

spad As [mg.m-2.(30d)-1]

As 100 80 60 40 20 0 jezero průměr

Kopisty

léto

jaro

Braňany

Most

Milešovka

podzim

zima

Obr. 6 Porovnání průměrné depozice As v prašném spadu v jednotlivých ročních obdobích

30

450 400

spad Ni [mg.m-2.(30d)-1]

25 20 15 10 5 0

Ni

350 300 250 200 150 100 50 0

jezero průměr

jaro

Kopisty

Braňany

Most

léto

podzim

Milešovka

jezero průměr

jaro

zima

Obr. 7 Porovnání průměrné depozice Cd v prašném spadu v jednotlivých ročních obdobích

20.0 SO2

18.0

koncentrace [mg.m-3]

30.0 25.0 20.0 15.0 10.0 5.0

Kopisty

léto

Braňany

Most

podzim

Milešovka

zima

Obr. 8 Porovnání průměrné depozice Ni v prašném spadu v jednotlivých ročních obdobích

35.0

koncentrace [mg.m-3]

spad Cd [mg.m-2.(30d)-1]

Cd

NO2

16.0 14.0 12.0 10.0 8.0 6.0 4.0 2.0 0.0

0.0 jezero průměr

léto

Kopisty

podzim

VUHU

SIAD

zima

Milešovka

jezero průměr

léto

jaro

Obr. 9 Porovnání průměrných koncentrací SO2 v jednotlivých ročních obdobích

Kopisty

podzim

VUHU

SIAD

zima

Milešovka

jaro

Obr. 10 Porovnání průměrných koncentrací NO2 v jednotlivých ročních obdobích

20

Zvýšená depozice arsenu v jarním období oproti ostatním sledovaným místům byla zjištěna v okolí jezera a Kopistech. Zvýšená depozice v okolí jezera oproti ostatním sledovaným místům byla v letním období zjištěna v případě kadmia a v Kopistech v případě kadmia i niklu. Na obrázku 9 jsou porovnány průměrné koncentrace SO2 v jednotlivých ročních obdobích (léto - netopné období, zima – topné období, jaro a podzim – přechodná období). Ke zvýšení úrovně došlo na všech místech v zimě a v přechodných obdobích v souvislosti se zvýšením výkonu spalovacích zdrojů, které jsou významným zdrojem SO2, a zejména v souvislosti s častým výskytem zhoršených rozptylových podmínek. Významné zvýšení úrovně koncentrací bylo v zimním období zjištěno na severním okraji Mostu, v Kopistech a v okolí jezera (zejména jeho severozápadní části - Jezero 6 a Jezero 8) Nejnižší úroveň koncentrací byla zjištěna v letním období [3], [4]. Na obrázku 10 jsou porovnány průměrné koncentrace NO2 v jednotlivých ročních obdobích. Sezónní závislost úrovně znečištění NO2 není tak významná jako v případě SO2 a souvisí převážně s polohou měřicího stanoviště. 200.0

O3

koncentrace [mg.m-3]

180.0 160.0 140.0 120.0 100.0 80.0 60.0 40.0 20.0 0.0

jezero průměr

Kopisty

léto

VUHU

podzim

SIAD

zima

Milešovka

jaro

Obr. 11 Porovnání průměrných koncentrací O3 v jednotlivých ročních obdobích

koncentrace [mg.m-3]

90

5.0

VOC

4.5

koncentrace [mg.m-3]

100 80 70 60 50 40 30 20 10

Benzen

4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5

0 průměr jezero

léto

Kopisty

podzim

VUHU

SIAD

zima

0.0

Milešov.

průměr jezero

jaro

Obr. 12 Porovnání průměrné koncentrace VOC v jednotlivých ročních obdobích

léto

Kopisty

podzim

VUHU

SIAD

zima

Milešov.

jaro

Obr. 13 Porovnání průměrné koncentrace benzenu v ovzduší v celém období měření s průměrnými koncentracemi v jednotlivých obdobích roku

21

Na obrázku 11 jsou porovnány průměrné koncentrace O3 v jednotlivých ročních obdobích. Z obrázku jsou zřejmé obdobné sezónní chody úrovně koncentrace na všech místech. K významnému zvýšení úrovně dochází v jarním a letním období v souvislosti se zvýšením intenzity slunečního záření. Na obr. 12 jsou porovnány průměrné koncentrace volatilních uhlovodíků (VOC) v ovzduší v jednotlivých ročních obdobích. VOC v tomto případě představují skupinu organických sloučenin - pentan, hexan,ethylacetát, 1,2 -dichlorethan, benzen, 2,2,4 - trimethylpentan (isooktan), heptan, toluen, oktan, tetrachlorethylen, butyl-acetát, ethylbenzen, o-xylen, mxylen, styren, p-xylen, a-pinen, dekan, 1,4-dichlorbenzen, limonen, undekan, dodekan. Z obrázku je zřejmý obdobný trend sezónní závislosti úrovně koncentrace na všech místech. K významnému zvýšení úrovně dochází v podzimní přechodné sezóně a v zimě v souvislosti se zvýšením výkonu spalovacích zdrojů, které jsou významným zdrojem VOC, a zejména v souvislosti s častým výskytem zhoršených rozptylových podmínek. Na obrázku 13 jsou porovnány průměrné koncentrace benzenu v ovzduší v jednotlivých ročních obdobích. Významné zvýšení úrovně benzenu oproti ostatní stanovištím bylo zjištěno v letním a jarním období v Kopistech i na severozápadní části okolí jezera, kde lze předpokládat ovlivnění z prostoru blízkého petrochemického komplexu. Na všech místech je patrná vyšší úroveň znečištění v zimním období [3], [4].

Koncentrace PM10 [mg.m-3]

140 120 100 80 60 40 20

01.01.13 15.01.13 29.01.13 12.02.13 26.02.13 12.03.13 26.03.13 09.04.13 23.04.13 07.05.13 21.05.13 04.06.13 18.06.13 02.07.13 16.07.13 30.07.13 13.08.13 27.08.13 10.09.13 24.09.13 08.10.13 22.10.13 05.11.13 19.11.13 03.12.13 17.12.13 31.12.13

0

Kopisty

Most

Milešovka

Lom

I.L. 24h

Obr. 14 Porovnání průběhů denních hodnot kontinuálního měření aerosolových částic PM10 v roce 2013 s imisním limitem pro 24-hodinové koncentrace

22

3.2 Výsledky kontinuálních měření PM10 Na obr. 14 jsou porovnány průběhy denních hodnot koncentrací aerosolových částic PM10 v roce 2013 z měřicích stanic Kopisty, Most, Milešovka a Lom s imisním limitem pro 24 - hodinové hodnoty. ¨ Z obrázku je zřejmý obvyklý sezónní chod úrovně znečistění ovzduší aerosolovými částicemi frakce PM10. V zimním a podzimním období byla úroveň znečištění v souvislosti s častým výskytem zhoršených rozptylových podmínek a zvýšeným výkonem spalovacích zdrojů významně vyšší než ve zbývající části roku. Nízkou úroveň koncentrací PM10 na Milešovce lze vysvětlit tím, že výška inverzní vrstvy, pod kterou se kumulují znečišťující látky, velmi často nedosahuje vrcholu Milešovky. V zimním a podzimním období bylo znečištění v Kopistech, v Mostě a v Lomu přibližně ve stejné úrovni. V jarním a letním období byla úroveň znečištění na stanicích bližších jezeru (Kopisty a Most) často vyšší než ve vzdálenějším Lomu [3], [4]. 4. Diskuse výsledků Sezónní chody úrovně znečištění sledovanými látkami se převážně shodují s hodnocením tohoto parametru v severočeském regionu. Úroveň znečištění na jednotlivých místech vychází z polohy měřicího místa a je závislá na jeho vzdálenosti od zdrojů znečištění a na charakteru podmínek šíření a rozptylu znečišťujících látek. Na základě vyhodnocení provedeného měření nelze předpokládat, že po napuštění jezera došlo k výraznému skokovému ovlivnění imisní situace. Výsledky pasivních měření, které mají poměrně dlouhou dobu integrace (14 dní – plynné látky, 28 dní – prašný spad) nezachycují krátkodobou variabilitu úrovně znečištění. Vliv změny místního klimatu na případnou změnu kvality ovzduší na základě hodnocení těchto výsledků není zřetelný. Porovnání ročních chodů denních hodnot na stanicích Kopisty, Most a Lom na obr. 14 ukazuje na určitý rozdíl mezi krátkodobou úrovní znečištění na stanicích bližších jezeru a na vzdálenější stanici Lom.

Obr. 15a Poloha porovnávaných stanovišť v severočeské pánvi [2]

23

199

Obr. 15b Profil severočeské pánve v řezu procházejícím Mosteckým Jezerem [2] Jednotlivá ročních období byla volena podle meteorologického kalendáře, tj.:  jaro – březen, duben, květen  léto – červen, červenec, srpen  podzim – září, říjen, listopad  zima – leden, únor,prosinec Pro zhodnocení vývoje imisní situace v lokalitě byla proto použita historická data z měření imisí na vybraných stanicích severočeského regionu z období od počátku napouštění jezera do současnosti, tj. 2008 až 2013. Poloha stanovišť je vyznačena na obr. 15a. Prostor zhoršeného provětrávání pánve je vymezen světle šedou barvou a ohraničen tmavě šedou čarou [6]. Pro ilustraci je na obr. 15b vyznačena orografie terénu v řezu pánví, který prochází Mosteckým jezerem ze severu k jihu [2]. Na obr. 15a je řez vyznačen červenou přerušovanou čarou. Mostecké jezero je na obr. 15b vyznačeno modrou vodorovnou úsečkou, doplněnou kótou nadmořské výšky hladiny. V tabulce 1 je porovnáván stav naplnění jezera v období 2008 až 2013 s počtem překročení imisního limitu pro 24 - hodinové koncentrace PM10 (50 μg.m-3) na jezeru nejbližších měřicích stanic a na vybraných měřicích stanicích lokalizovaných v prostoru severočeské pánve v jarních a letních měsících.

Kopisty

Lom

Teplice

2 15 37 58 72 72

Most

25 84 171 255 298 298

Chomutov

objem vody [mil.m3]

2008 2009 2010 2011 2012 2013

Tušimice

rok

plocha hladiny [ha]

Tabulka 1 Porovnání stavu naplnění jezera s počtem překročení imisního limitu pro 24 - hodinové koncentrace PM10 na vybraných měřicích stanicích. počet překročení I.L. v jarním a letním období

1 8 4 11 4 7

1 5 1 11 4 9

2 10 15 29 13 13

20 16

7 19 4 13 4 11

2 0 4 11 2 4

24

Obr. 16 Porovnání stavu naplnění jezera s počtem překročení imisního limitu pro 24 hodinové koncentrace PM10 na vybraných stanicích v jednotlivých ročních obdobích v roce 2008 (snímek z 10/2008 – před zahájením řízeného napouštění, plocha hladiny 25 ha, objem vody 2 mil.m-3) – zdroj http://www.pku.cz [9], [10]

Obr. 17 Porovnání stavu naplnění jezera s počtem překročení imisního limitu pro 24 hodinové koncentrace PM10 na vybraných stanicích v jednotlivých ročních obdobích v roce 2009 (snímek z 5/2009, plocha hladiny 84 ha, objem vody 15 mil.m-3)– zdroj http://www.pku.cz [9], [10]

Obr. 18 Porovnání stavu naplnění jezera s počtem překročení imisního limitu pro 24 hodinové koncentrace PM10 na vybraných stanicích v jednotlivých ročních obdobích v roce 2010 (snímek z 5/2010, plocha hladiny 171 ha, objem vody 37 mil.m-3)– zdroj http://www.pku.cz [9], [10]

25

Obr. 19 Porovnání stavu naplnění jezera s počtem překročení imisního limitu pro 24 hodinové koncentrace PM10 na vybraných stanicích v jednotlivých ročních obdobích v roce 2011 (snímek z 5/2011, plocha hladiny 255 ha, objem vody 58 mil.m-3)– zdroj http://www.pku.cz [9], [10]

Obr. 20 Porovnání stavu naplnění jezera s počtem překročení imisního limitu pro 24 hodinové koncentrace PM10 na vybraných stanicích v jednotlivých ročních obdobích v roce 2012 (snímek z 5/2012, plocha hladiny 298 ha, objem vody 72 mil.m-3)– zdroj http://www.pku.cz [9], [10] Na obrázcích 16 až 20 je porovnán stav naplnění jezera s počtem překročení imisního limitu pro 24 -hodinové koncentrace PM10 na jezeru nejbližších měřicích stanicích a na vybraných měřicích stanicích lokalizovaných v prostoru severočeské pánve. Grafy jsou doplněny obrázky stavu naplnění jezera [9], [10]. Z obrázků 16 až 20 je zřejmé, že v jarních a letních obdobích 2010, 2011 a 2012 na stanovištích v okolí Mosteckého jezera (stanice Most a ve 2012 i Kopisty) došlo oproti ostatním porovnávaným stanovištím k anomálnímu zvýšení počtu překročení imisního limitu pro 24 - hodinové hodnoty koncentrace PM10. Toto anomální zvýšení úrovně znečištění v okolí jezera v jarních a letních měsících v letech 2009, 2010 až 2012 lze vysvětlit dvěma způsoby: - jedná se o náhodnou shodu mezi stavem naplnění jezera a meziroční prostorovou fluktuací úrovně sezónního znečistění ovzduší v lokalitě.

26

- vodní plocha stabilizuje okolní atmosféru. Důsledkem může být za určitých meteorologických podmínek prodloužení doby denních přechodně zhoršených lokálních rozptylových podmínek a tím i zkrácení doby možného rozředění nakumulovaných znečišťujících látek. V mezním případě lze předpokládat i vznik několika denního trvalého zhoršení rozptylových podmínek. Rozptylové podmínky podmiňují promíchávání a ředění emisí zdrojů a tím ovlivňují úroveň imisních koncentrací. V případě dobrých rozptylových podmínek se emise znečišťujících látek v důsledku mechanické a termické turbulence průběžně rozptylují horizontálně i vertikálně do velkého prostoru. Teplotní gradient je záporný (teplota se snižuje s výškou). V případě nepříznivých rozptylových podmínek (při vzniku teplotních inverzí) je rozptyl emise znečišťujících látek omezen výškou směšovací vrstvy, která souvisí s výškou vrstvy teplotní inverze [11]. V inverzní vrstvě je kladný teplotní gradient (teplota se zvyšuje s výškou). Významně se na úrovni znečištění ovzduší podílí situace, při kterých nepříznivé rozptylové podmínky trvají nepřetržitě po dobu několika dní. Obvykle se jedná o dvou až čtyř denní epizody. Při extrémně nepříznivých situacích mohou zhoršené rozptylové podmínky trvat i déle než čtrnáct dní. K těmto stavům dochází převážně v zimním období. Po celý rok však běžně dochází ke zhoršení rozptylových podmínek na přechodnou dobu během dne, zejména v nočních a ranních hodinách v důsledku inverze teplotního zvrstvení vzniklého radiací (ochlazování dlouhovlnným vyzařováním zemského povrchu v nočních hodinách). Tomu v těchto dnech odpovídají i denní chody koncentrací znečišťujících látek. V noci se mění výškový teplotní gradient do kladných hodnot, snižuje se rychlost větru a koncentrace znečišťujících látek v ovzduší se zvyšují. Ve dne, zejména při osvitu sluncem, se výškový

Obr. 21

Obr. 22

Vývoj teplotního profilu 5.3.2012 (jaro)

Vývoj teplotního profilu 5.8.2012 (léto)

27

teplotní gradient vrací do záporných hodnot, zvyšuje se rychlost větru a znečišťující látky v ovzduší se postupně rozptylují do většího prostoru, čímž se snižuje jejich koncentrace. Na obr. 21 a 22 jsou uvedeny příklady vývoje teplotního profilu do výšky 80 m nad povrchem na jaře a v létě při během dne přechodně zhoršených rozptylových podmínkách. Data o teplotním zvrstvení byla poskytnuta spoluřešitelem projektu – Ústavem fyziky atmosféry ČAV. Z obrázků je zřejmé, že k nejvýraznějším změnám teplotního gradientu dochází v přízemní vrstvě do výšky cca 20 až 30 m nad povrchem. Za určitých podmínek lze tento jev pozorovat jako přízemní mlhu. Meteorologickými veličinami, kterými lze charakterizovat rozptylové podmínky nebo veličiny, na kterých jsou rozptylové podmínky závislé, jsou rychlost větru, výškový teplotní gradient, teplota vzduchu, teplota zemského povrchu, doba slunečního svitu, intenzita slunečního záření. Při hodnocení přenosu znečišťujících látek je nezbytným parametrem i směr větru. Pro ilustraci jsou na obr. 23a obr. 24 porovnány denní chody vybraných meteorologických podmínek s koncentrací částic PM10 v Kopistech při přechodně zhoršených rozptylových podmínkách ve dnech 22. 3. až 25.3. 2012 a při převážně dobrých rozptylových podmínkách ve dnech 30.3. až 2.4.2012. Meteorologická data byla poskytnuta spoluřešitelem projektu – Ústavem fyziky atmosféry ČAV. Vysvětlení k legendě obrázků: RV(2m) - rychlost větru ve 2m v m.s-1, t (2m) - teplota ve 2 m nad terénem ve °C, dt (20–2m) – výškový teplotní gradient (rozdíl mezi teplotami ve 2 a 20 m) ve °C, doba sl. svitu - doba slunečního svitu v hodinách, PM10 – koncentrace částic PM10 v μg.m-3. Doba integrace veličin byla 1 hodina.

60

2.0

60

0.0

50

0.0

50

-2.0

40

-2.0

40

-4.0

30

-4.0

30

-6.0

20

-6.0

20

-8.0

10

-8.0

10

-10.0

0

-10.0

0

dt (20-2m) t (2m)

doba sl. svitu PM10

PM10 a teplota

30.03.12

26.03.12

dt (20-2m) t (2m)

RV(2m)

Obr. 23 Denní chody vybraných meteorologických veličin a koncentrace PM10 v Kopistech 22. až 25.3.2012

doba sl. svitu PM10

RV(2m)

Obr. 24 Denní chody vybraných meteorologických veličin a koncentrace PM10 v Kopistech 30.3. až 2.4.2012.

28

PM10 a teplota

2.0

03.04.12

70

02.04.12

4.0

01.04.12

70

31.03.12

4.0

dt20-2, r.v., doba sl. svitu

80

25.03.12

6.0

24.03.12

80

23.03.12

6.0

22.03.12

dt20-2, r.v., doba sl. svitu

Z průběhu veličin na obrázcích 22 a 23 je patrná závislost koncentrace částic PM10 na rychlosti větru a teplotním gradientu i závislost teplotního gradientu na slunečním záření.

V závislosti na morfometrii zemského povrchu a na charakteru jeho pokryvu se vytváří místní klima, které se za určitých meteorologických podmínek může významněji lišit od okolního makroklimatu [12]. Lze předpokládat, že v souvislosti se změnou charakteru povrchu v lokalitě Mosteckého jezera z těžební krajiny bez vegetace na vodní plochu s ozeleněným okolím, může být těchto případech změna místního klimatu zřetelná. Lze předpokládat, že místní klimatické efekty v lokalitě Mosteckého jezera mohou ovlivnit lokálně teplotu a proudění vzduchu v přízemní vrstvě atmosféry a tím případně ovlivnit i dobu trvání zhoršených rozptylových podmínek. Další řešení projektu je proto zaměřeno na: - zjištění kombinace meteorologických podmínek, při kterých k tomuto ovlivnění dochází - stanovení doby trvání tohoto vlivu - stanovení významu tohoto vlivu na úroveň znečištění ovzduší v komunální zástavbě severovýchodní části Mostu Vyhodnocení se provádí na základě porovnání databáze meteorologických dat z observatoře Kopisty Ústavu fyziky atmosféry ČAV a databáze výsledků měření znečištění ovzduší z období 2008 až 2013. Doba integrace dat je 1 hodina. Databáze představuje matici o 56 sloupcích (imisní a meteorologické veličiny z vybraných stanic) a o 56000 řádcích. Pro prvotní šetření byla data z jednotlivých (klimatologických) ročních obdobích let 2008 až 2013 byla roztříděna do 25 tříd rozptylových podmínek podle rychlosti větru ve 2m a teplotního gradientu mezi 2 a 80 m. Třídy jsou označeny kódem X.Y (X = rychlost větru, Y= teplotní gradient). Rozsahy parametrů jsou uvedeny v tabulce 2. Tabulka 2 Rozsahy třídicích parametrů rychlost větru [m/s] třída 1 2 3 4 5

10. percentil

teplotní gradient v přízemní vrstvě atmosféry [oC/100m] třída rozsah 1 >1,6 2 0,7 až 1,6 3 -0,5 až 0,7 4 -0,8 až -0,5 5 <-0,8

rozsah <0,5 0.5 až 1,5 1.5 až 2,5 2,5 až 3,5 >3,5

50. percentil

90. percentil

Obr. 25 Porovnání hodnot percentilů koncentrací PM10 v jednotlivých třídách rozptylových podmínek – jaro 2012, Kopisty

29

Analýza dat bude provedena porovnáváním vyhodnocení databází z jednotlivých sledovaných lokalit z různých pohledů. Jako příklad uvádíme některé způsoby vyhodnocení databáze z lokality Kopisty. Na obrázku 25 je uvedeno porovnání hodnot 10., 50. a 90. percentilu koncentrací PM10 v jednotlivých třídách rozptylových podmínek v Kopistech na jaře 2012. Konce chybových úseček představují 5. a 95. percentil. Průměrné týdenní chody koncentrace PM10 v Kopistech na jaře 2012 jsou uvedeny na obr. 26. Stínování v okolí čáry koncentrace symbolizuje 95%ní konfidenční interval.

neděle

Na obr. 27 jsou porovnány v normalizovaném grafu průměrné denní chody hodnot koncentrace PM10 a směru a rychlosti větru v Kopistech na jaře 2012.

den/hodina

Obr. 26 Průměrné týdenní chody koncentrace PM10 v Kopistech na jaře 2012 [13]

normalizovaná hodnota

-3

PM10 [µg.m ]

Obr. 26 Průměrné týdenní chodystředa koncentracečtvrtek PM10 v Kopistech 2012 pondělí úterý pátek na jařesobota

hodina

Obr. 27 Průměrné denní chody koncentrace PM10, rychlosti a směru větru v Kopistech na jaře 2012 (PM10 – cihlová čára, směr větru – modrá čára, rychlost větru – zelená čára) - hodnoty jsou normalizovány na příslušný denní průměr [13] Koncentrace PM10 na obr. 27 během noci, kdy je rychlost větru nízká, postupně narůstá a dosahuje maxima ráno kolem šesté a sedmé hodiny. Přibližně od sedmé hodiny se postupně

30

zvyšuje rychlost větru. V souvislosti se zvýšenou ventilací se koncentrace PM10 postupně snižuje. Od cca sedmnácti do čtyř hodin vane slabý vítr ze severního oktantu. Od sedmi hodin intenzita větru postupně narůstá a vítr začíná stáčet k východu, pak kolem třinácté hodiny k jihu, a kolem sedmnácté hodiny až k severu. Z tohoto důvodu je zajímavé i porovnání ovlivnění měřicího místa při různých směrech a rychlostech větru. Na následujících obrázcích jsou uvedeny polární grafy, které vyjadřují závislost koncentrace PM10 na směru a rychlosti větru. Úhlová osa přestavuje směr větru a vektorová osa představuje rychlost větru. Hodnota závislé veličiny při určitém směru a rychlosti větru je vyjádřena barevnou škálou, kde tmavě modrá barva představuje nulovou hodnotu koncentrace PM10 a tmavohnědá barva maximální zvolenou nebo vyšší hodnotu, která je v tomto případě ≥70 µg.m-3. Jako příklad využití tohoto grafického zpracování výsledků je na obr. 28 paprskový graf průměrných směrových koncentrací z jara 2012 zasazený do mapy lokality. Pro jarní období 2012 lze na základě grafu vyhodnotit následující poznatky: - k významnému zvýšení úrovně koncentrací PM10 docházelo při severovýchodním až východním směru větru - nejvyššímu zvýšení úrovně koncentrací PM10 docházelo při nízkých rychlostech větru - k významnějšímu zvýšení úrovně koncentrací PM10 došlo i při vyšších rychlostech větru z jihovýchodního směru - k nevýznamnému zvýšení úrovně koncentrací PM10 došlo i při vyšších rychlostech větru ze severozápadního směru

Obr. 28 Závislost průměrných směrových koncentrací na směru a rychlosti větru v jarním období 2012

31

Jaro 2012

Jaro 2013

Obr. 29 Porovnání závislosti hodnoty 90. percentilu na směru a rychlosti větru v jarním období let 2012 a 2013 [13] Léto 2012

Léto 2013

Obr. 30 Porovnání závislosti hodnoty 90. percentilu na směru a rychlosti větru v letním období let 2012 a 2013 [13]

32

Podzim 2012

Podzim 2013

Obr. 31 Porovnání závislosti hodnoty 90. percentilu na směru a rychlosti větru v podzimním období let 2012 a 2013 [13] Zima 2012

Zima 2013

Obr. 32 Porovnání závislosti hodnoty 90. percentilu na směru a rychlosti větru v zimním období let 2012 a 2013 [13]

33

Na obrázcích 29 až 32 jsou porovnány závislosti hodnoty 90. percentilu na směru a rychlosti větru ve výšce 40 m nad terénem v jednotlivých měsících let 2012 a 2013 pro denní a noční dobu. Grafy jsou zpracovány po jednotlivých ročních meteorologických obdobích. V každém období jsou jednotlivé měsíce uvedeny ve sloupcích v obvyklém pořadí. Levý sloupec představuje denní hodnoty a pravý sloupec noční hodnoty. Na základě výše uvedeného grafického zpracování výsledků měření koncentrace PM10 v Kopistech v letech 2012 a 2013 lze provést následující shrnutí: 

nejvyššímu zvýšení úrovně koncentrací PM10 docházelo v celém sledovaném období při nízkých rychlostech větru



k významnému zvýšení úrovně koncentrací PM10v celém sledovaném období docházelo převážně při severovýchodním a východním směru větru



k významnému zvýšení úrovně koncentrací PM10 došlo v denních hodinách v srpnu 2012 při středních rychlostech větru z jihovýchodního směru



k významnému zvýšení úrovně koncentrací PM10 došlo v nočních hodinách v srpnu 2012 při vyšších rychlostech větru ze severozápadního směru



k významnému zvýšení úrovně koncentrací PM10 došlo v nočních hodinách v listopadu 2012 při středních rychlostech větru z jihovýchodního směru



k významnému zvýšení úrovně koncentrací PM10 došlo v nočních hodinách v prosinci 2012 při středních rychlostech větru ze severozápadního směru

5. Závěr V letech 2010 až 2013, tj. v době, kdy již byla naplněna větší část jezera, bylo zjištěno, že v jarním a letním období došlo k anomálnímu zvýšení počtu překročení imisního limitu pro 24-hodinové hodnoty koncentrace PM10 na stanovištích v okolí Mosteckého jezera (stanice Most – vzdálenost od okraje jezera 1,6 km a v roce 2012 i stanice Kopisty – vzdálenost od okraje jezera 1,2 km) oproti ostatním porovnávaným stanovištím v regionu. V letech 2008 a 2009 kdy byla napuštěna pouze malá část jezera, tento jev zjištěn nebyl. Anomální zvýšení úrovně znečištění v okolí jezera v jarních a letních měsících v letech 2010 až 2013 lze vysvětlit dvěma způsoby. Jedná se buď o náhodnou shodu mezi stavem naplnění jezera a meziroční prostorovou fluktuací úrovně sezónního znečistění ovzduší v lokalitě, nebo vodní plocha stabilizuje okolní atmosféru. Důsledkem toho může být za určitých meteorologických podmínek prodloužení doby denních přechodně zhoršených lokálních rozptylových podmínek a tím i zkrácení doby možného rozředění nakumulovaných znečišťujících látek. Detailní rozbor příčin zvýšení úrovně znečištění v okolí jezera v jarních a letních měsících je zaměřen na zjištění meteorologických podmínek a jejich denních průběhů (průběh a úroveň teploty, doba a intenzita slunečního záření, směr a rychlost větru, relativní vlhkost, výškový teplotní gradient apod.), při kterých může k tomuto lokálnímu jevu docházet, a navazuje na poznatky části projektu, která hodnotí mikroklima lokality.

34

Poděkování Práce byla realizována s podporou Technologické agentury ČR v rámci projektu TA01020592 „Dopady na mikroklima, kvalitu ovzduší, ekosystémy vody a půdy v rámci hydrické rekultivace hnědouhelných lomů“, řešeného v letech 2011 – 2014. Literatura a podklady Brejcha J., Vaidišová L. (2013): Kvalita ovzduší v revitalizované lokalitě Jezera Mos. Sborník konference Jezera a mokřady ve zbytkových jamách po těžbě nerostů, Most, 2013, p. 171 – 175. [2] http://www.mapy.cz/ [3] Vágnerová M., Brejcha J., Řehoř M.(2013): Dopady na mikroklima, kvalitu ovzduší, ekosystémy vody a půdy v rámci hydrické rekultivace hnědouhelných lomů. – Sborník konference Jezera a mokřady ve zbytkových jamách po těžbě nerostů, Most, 2013, p. 171-175. [4] Vágnerová M., Brejcha J. (2014): Theassessmentofthe air quality in therevitalizedofthe Most lake. – 14th International MultidisciplinaryScientificGeoconference SGEM 2014 – Energy and Clean Technologies ConferenceProceedings, 17- 26 June, 2014, Bulgaria, Albena, 2: 551-566. [5] Brejcha J., Vágnerová M.(2014): The influence of local climate changes on the air quality in the area of the hydric reclamation the lake Most. – 14th International Multidisciplinary Scientific Geoconference SGEM 2014 - Energy and Clean Technologies ConferenceProceedings, 17 – 26 June 2014, Bulgaria, Albena, 2: 591-598. [6] http://www.ufa.cas.cz/vetrna-energie/vetrna-mapa, staženo 25.11.2013 [7] http://portal.chmi.cz (staženo 31.7. 2014) [8] Zákon č. 201/2012 Sb., o ochraně ovzduší (2012) [9] Kružíková L. (2013):Vývoj napouštění jezera Most – Sborník konference Jezera a mokřady ve zbytkových jamách po těžbě nerostů, Most, 2013, p. 89 – 63. [10] http://www.pku.cz/pku/site.php?location=5&type=napousteni_most, staženo 5.12.2012 [11] Pavlicová I. (2007): Teplotní inverze v oblasti Ostravské průmyslové aglomerace. – Ms. [Dipl. práce, Masarykova universuta Brno.] [12] Vysoudil M. (2009): Klasifikace místních klimatických efektů. – Geograf. Čas. 61: 229241. [13] http://www.openair-project.org(staženo 2.5. 2014) [1]

35