Krajský program snižování emisí podle přílohy č. 2 odst. 2 k zák. č. 86/2002 Sb.
PROGRAM ZLEPŠENÍ KVALITY OVZDUŠÍ PARDUBICKÉHO KRAJE
PŘÍLOHA C Stav imisní zátěže NOx, NO, NO2, O3 na území Pardubického kraje – modelový výpočet.
ZHOTOVITEL:
RNDR. PAVEL HADAŠ
Obsah OBSAH .................................................................................................................................................................. 1 1. ÚVOD................................................................................................................................................................. 2 2. METODA VÝPOČTU IMISNÍCH KONCENTRACÍ NOX.......................................................................... 2 2.1. BRZDÍCÍ ÚČINEK ZEMSKÉHO POVRCHU A ZOHLEDNĚNÍ RELIÉFU.............................................................. 5 2.2. KOEFICIENT VLIVU RELIÉFU ......................................................................................................................... 5 3. METODA VÝPOČTU IMISNÍCH KONCENTRACÍ O3 ............................................................................. 5 4. DATOVÉ VSTUPY........................................................................................................................................... 7 4.1 SÍŤ GRIDŮ A REFERENČNÍCH BODŮ ................................................................................................................ 7 4.2 EMISE NOX V ROCE 2000 A 2001 .................................................................................................................. 9 4.3 SCÉNÁŘ VÝVOJE EMISÍ NOX PRO ČASOVÝ HORIZONT 2010.......................................................................... 12 4.4. ROZPTYLOVÉ POMĚRY V ROCE 2000 A 2001 .............................................................................................. 14 4.5. ROZPTYLOVÉ POMĚRY PRO ČASOVÝ HORIZONT 2010................................................................................. 16 4.6. IMISNÍ KONCENTRACE NOX, O3 A METEORLOGICKÁ DATA PRO ROK 2000 A 2001...................................... 17 5. VÝSLEDKY VÝPOČTŮ................................................................................................................................ 18 5.1. VÝSLEDKY IMISNÍCH KONCENTRACÍ NOX, NO, NO2 V ROCE 2000 A 2001 ................................................ 18 5.2. PROGNÓZA IMISNÍCH KONCENTRACÍ NOX, NO2 V ROCE 2010.................................................................... 19 5.3. VÝSLEDKY PODÍLU EMISNÍCH ZDROJŮ V ROCE 2000, 2001 A 2010 ............................................................ 20 5.4. PODÍL VYBRANÝCH EMISNÍCH ZDROJŮ NA NOX V ROCE 2001 A 2010 ........................................................ 22 5.5. VÝSLEDKY IMISNÍCH KONCENTRACÍ O3 V ROCE 2000 A 2001 .................................................................... 23 5.6. ANALÝZA OZÓNOVÝCH KONCENTRACÍ V ROCE 2000 ................................................................................. 25 6. ZÁVĚR............................................................................................................................................................. 28 7. POUŽITÁ LITERATURA............................................................................................................................. 30 8. PŘÍLOHY – APLIKACE ZPRACOVANÉ V GIS ...................................................................................... 31
1
1. Úvod Životní prostředí je vlivem rozvoje průmyslu a technologií neustále vystavováno silnému antropickému tlaku. Specifické postavení zaujímají oblasti mírného pásu, na které působí člověk svoji činností již od historické doby. Toto specifikum je dáno tím, že vedle lesních ekosystémů se postupně zformovaly ve stejné zeměpisné šířce umělé ekosystémy, jejichž součástí jsou urbanizované a industrializované zóny, pro které je charakteristické vysoké znečišťování ovzduší různou škálou cizorodých chemických látek z energetických, hutnických, chemických provozů atd.. Informace o imisním zatížení životního prostředí energetickými, hutnickými a chemickými závody se zjišťují metodou přímého měření. Prováděná měření jsou finančně i organizačně značně nákladná a proto se obvykle omezují jen na několik lokalit. Vzhledem k častému subjektivnímu výběru těchto lokalit, vedou tato měření k nedostatečnému přehledu o prostorovém rozsahu kontaminace prostředí. Dalším nedostatkem monitoringu je to, že je téměř nemožné stanovit konkrétní podíl jednotlivých znečišťovatelů na naměřených hodnotách, poněvadž tyto hodnoty imisních koncentrací již obsahují vliv všech emisních zdrojů studovaného území. Hodnotným nástrojem, pomocí kterého lze tyto problémy úspěšně řešit, je metoda matematického modelování rozptylu znečišťujících látek v ovzduší. Stav imisní zátěže Pardubického kraje oxidy dusíku byl hodnocen na základě rozptylového modelu, který modeluje šíření kouřové vlečky ze zdrojů emisí NOx v trojrozměrném souřadném systému XYZ. Imisní koncentrace O3 nemají vlastní zdroj emisí, proto nelze použít rozptylový model. K posouzení imisní zátěže Pardubického kraje ozónem byla použita metoda interpolace, která počítá hodnoty imisních koncentrací v síti gridů z imisních koncentrací, měřených v rámci imisního monitoringu. Hodnocení imisní zátěže NOx a O3 je realizováno v rámci „Integrovaného krajského programu snižování emisí a zlepšení kvality ovzduší na území Pardubického kraje“.
2. Metoda výpočtu imisních koncentrací NOx Vzhledem k emitovanému množství patří oxidy dusíku (NOx) v současné době mezi nejvýznamnější sloučeniny nacházející se v ovzduší. V důsledku průmyslové, zemědělské činnosti a dopravy bylo v roce 1990 emitováno z území Evropy celkem 26 mil. tun NOx a 42 mil. tun SO2. Emisní úlety NOx, které v roce 2000 ovlivňovaly imisní situaci celé Evropy přesahovaly hodnotu 15.1 mil. tun ročně, emise SO2 dosáhly 15. mil. tun (Vestreng, Klein, 2002). Pokles emisí NOx (o 42 %) není tak výrazný, jak pokles emisí SO2 (o 64 %). Proto se emise NOx dostávají již na úroveň emisí SO2. Oxidy dusíku jsou tvořeny bezbarvými plyny, který vznikají spalováním pevných, kapalných i plynných paliv. Největším zdrojem oxidů dusíku jsou plynové kotelny a automobilová doprava. V ovzduší prochází NOx (NO, NO2) celou řadou reakcí. NO se tvoří za teplot nad 1000 °C a v ovzduší se oxiduje samovolnou reakcí na oxid dusičitý (NO2). Ten se může zpětně rozkládat fotochemicky na oxid dusnatý a kyslík. V zákoně o ovzduší číslo 86/2002 Sb. ze dne 1.6. 2002 jsou oxidy dusíku řazeny do 5. skupiny anorganických kyslíkatých sloučenin dusíku vyjádřených jako oxid dusičitý (NO2). K posouzení kvality ovzduší a příčin imisních koncentrací NOx na území Pardubického kraje je použit modelový výpočet, jehož základem je metodika určená pro kontrolu emisních a technických parametrů zdrojů (Bubník,1979) a metodický pokyn MŽP ČR odboru ochrany ovzduší výpočtu znečištění ovzduší z bodových a mobilních zdrojů „Systém modelování stacionárních zdrojů (dále jako SYMOS 97) (Bubník, Keder, Macoun, Maňák, 1998). Model je dále doplněn o procesy chemické transformace, dálkového 2
transportu emisí s využitím trajektoriového modelu a o zařazení větrných růžic (směru a rychlosti větru) charakterizující místní a regionální rozptyl emisí. Hlavní předpoklad Gaussova rozptylového modelu je ten, že kouřová vlečka, obsahující škodlivinu, vystupuje kontinuálně z bodového zdroje a je transportována jak ve směru větru, totožném s osou x, tak ve vertikálním (osa z) i horizontálním směru (osa y). Dále se vychází z předpokladu, že transport škodliviny ve směru osy x převládá nad difusí v osách y a z. Celková koncentrace imisí je získána superpozicí každého bodového zdroje k referenčním bodům. Model pracuje v trojrozměrném kartézském souřadném systému XYZ. Souřadná soustava X,Y,Z je orientovaná tak, aby se posunutý počátek nacházel v místě bodového zdroje, a aby kladný směr osy X byl totožný se směrem větru. Osa Z je orientována ve vertikálním směru. Prostorové schéma šíření kouřové vlečky vystupující z bodového zdroje je uvedeno na obrázku 1. Na základě údajů o emisní produkci a technických parametrech komínů energetických, hutnických, chemických a průmyslových podniků a závodů, tepláren a domácích kotelen, o fyzikálním stavu ovzduší a prostorových souřadnic komínů a referenčních bodů je počítáno v nerovném terénu přízemní pole koncentrací imisí.
Obrázek č. 1. Prostorové schéma průběhu rozptylu a rozložení koncentrací v kouřové vlečce c(x,y,z,), maximální koncentrace cmax, c0.1, c0.61 vystupující z bodového zdroje počítané ve vzdálenosti x od paty komína. Model rozptylu emisí umožňuje výpočet kumulovaného znečištění od většího počtu zdrojů, a tím je možné určit podíl každého použitého zdroje. Udává charakteristiky znečištění v referenční síti bodů, čehož se dá využít pro názornou kartografickou interpretaci. V modelovém výpočtu se bere v úvahu směr a rychlost větru a zvrstvení ovzduší. Vypočítané koncentrace z jednotlivých zdrojů byly integrovány přes čas, po který se vyskytoval příslušný směr a rychlost větru a zvrstvení ovzduší. Při výpočtu koncentrací imisí v nerovném terénu v bodě o souřadnicích x, y, z se vyšlo ze základního vztahu 2
2
2
2
2
c(x,y,z)= [106 Q/ (2π σyσz u)] exp(-y2 / 2σy ) [exp-((z1-he) / 2σz )+(1-η) exp-((z2+he) / 2σz )+η exp 2
2
((z3-he) / 2σz )] exp (-ku(x /u)) τ .
(1) 3
Proměnná Q představuje váhovou vydatnost škodliviny z jednotlivých zdrojů v g s -1, he je efektivní výška komína v m, u je rychlost větru ve stavební výšce komína v m s-1, y je příčná, x je podélná a z vertikální souřadnice referenčního bodu v souřadném systému X,Y,Z v m, σy a σz jsou parametry rozptylu ve směru y-ové nebo z-ové souřadnice v m ve vzdálenosti x od zdroje. Hodnoty parametrů rozptylu závisí na třídě stability atmosféry. Parametr η je koeficient charakterizující reliéf, parametr ku vyjadřuje odstraňování imisí přes suchou a mokrou depozici a chemické transformace, koeficient τ umožňuje kalibrovat model na imisní monitoring, parametry z1, z2, z3 představují korigování souřadnic referenčního bodu v členu pro přímý rozptyl, pro odraz v dolním odhadu a pro odraz v horním odhadu. Počítané hodnoty koncentrací c jsou v µg m-3 . Při výpočtu rozptylu emisí z plošných zdrojů je používán opět základní vztah (1) s příslušnou opravou příčných horizontálních a vertikálních rozptylových parametrů σy , σz o počáteční rozptylové parametry σy = σy + σy0, σz=σz +σz0. Při výpočtu rozptylu emisí z mobilních zdrojů se používá rovněž vztah (1) i s příslušnou opravou příčných horizontálních a vertikálních rozptylových parametrů σy a σz. Liší pouze parametr Q, který vyjadřuje emisi liniového zdroje. Liniový zdroj rozdělíme na dostatečný počet délkových elementů. Koncentraci v dílčím referenčním bodu vypočítáme od každého z nich a pak sečteme. Původní Gaussův rozptylový model předpokládá inertnost škodlivin k okolnímu ovzduší. Tento předpoklad však není v souladu s fyzikálními a chemickými procesy, které probíhají v atmosféře (např. vyplavování imisí srážkami atd.). Aby se modelová simulace přiblížila více skutečnosti, byl výpočet doplněn o procesy, které ovlivňují změny imisních koncentrací. Při řešení tohoto úkolu se vyšlo z předpokladu, že chemické reakce v atmosféře mají charakter nelineární funkce (Chadwick, Hutton, 1990). Korekce na chemické reakce imisí, je založena na teorii zákona rozpadu. Pro zjednodušení se vychází z toho, že chemické reakce v atmosféře jsou reakce prvního řádu. Tyto reakce jsou charakteristické tím, že reakční rychlost je přímo úměrná koncentraci. Koncentrace reagující látky tedy klesá exponenciálně s časem (řídí se rovnicí stejného typu jako radioaktivní přeměna). Jestliže čas t vyjádříme podílem vzdálenosti zdroje od referenčního bodu xt a rychlostí proudění vzduchu u, po úpravě plyne výraz pro poločas reakce prvního řádu τ = ln 2 (x t/u)/k ,
(2)
pro k, což je rychlostní konstanta, byla použita hodnota 3600 s-1, ln (1/2) (respektive ln 0.5) = -0.693. Pro výpočet průměrných ročních koncentrací imisí je použit vztah ct =c(xp,yp,zp)exp[-τ],
(3)
který definoval zmenšování koncentrací v atmosféře s rostoucí vzdáleností od zdroje znečišťování. Vztah (1) je používán jen pro zdroj, jehož vzdálenost od referenčního bodu je menší nebo rovna 100 km. U emisních zdrojů se vzdáleností nad 100 km je rozptyl emisí v ovzduší řešen na základě modelování přenosu znečišťujících látek v územním měřítku střední Evropy. Jedná se tedy o emisní zdroje, které se od referenčního bodu (resp. gridu) nacházejí ve vzdálenosti větší než 100 km, a jde převážně o zdroje ze zahraničí. Pro tyto zdroje se aplikuje trajektoriový model, jehož metodický základ představuje model Matematicko-fyzikální fakulty University Karlovy (dále jako MFF UK) (Baťka, Bednář, Brechler, Kopáček, 1984). K výpočtu koncentrací imisí byl použit vztah
4
2
ct =[ Q/ (2π σ u)0.5] exp(-y2 / 2σ ) f(z,R/u) A(t) B(t) ,
(4)
Během výpočtu jsou uvažovány aproximaci fyzikálně-chemických procesů, probíhající při rozptylu a transportu škodlivých látek v ovzduší. Funkce f popisuje suché ukládání imise na zemském povrchu, funkce A(t) popisuje vliv chemické transformace, B(t) charakterizuje vymývání srážkami. Pro vymývání srážek je použita hodnota průměrné intenzity srážek během roku, která byla odvozena ze srážkového úhrnu řešeného období každého referenčního bodu. 2.1. BRZDÍCÍ ÚČINEK ZEMSKÉHO POVRCHU A ZOHLEDNĚNÍ RELIÉFU. V modelovém výpočtu je zohledněn vliv brzdícího účinku zemského povrchu a vliv vnitřního tření v atmosféře, které vzniká v důsledku rozdílných rychlostí vzduchových částic. Teorie vychází s tzv. Eckmanovy spirály, která popisuje závislost změny směru větru s výškou (tzn. trajektorii částic vzduchu) v důsledku změny turbulence a drsnosti zemského povrchu. Obecně platí, že na severní polokouli se směr větru s růstem výšky nad zemským povrchem stáčí vpravo. Stáčení větru s výškou se neuplatňuje u dálkového transportu emisí. Rozdílný charakter rozptylu z komínů emisních zdrojů je v rozptylovém modelu zohledňován jak ve směru, tak v rychlosti větru. U rychlosti větru se vychází z logaritmického profilu, který definuje závislost vzrůstu rychlosti větru s výškou nad zemským povrchem. V určení rychlosti větru je přijata podmínka minimální výchozí rychlosti větru 1.5 m s-1. Výpočet vertikálních souřadnic a rozptylových parametrů plošných zdrojů je prováděn ve vztahu (1) podle metodického pokynu odboru ochrany ovzduší MŽP ČR dle Věstníku MŽP ročník 1998 z 15.4.1998 str. 22-57: „Systém modelování stacionárních zdrojů (SYMOS 97)“ . 2.2. KOEFICIENT VLIVU RELIÉFU Koeficient vlivu terénu η pro charakterizování reliéfu mezi emisním zdrojem a referenčním bodem byl určen podobně jak v metodice SYMOS 97 z profilového řezu terénu. V referenčním bodu byly vypočítány po 10o profily reliéfu do vzdálenosti 100 km (tzn., že referenční bod byl ve středu kružnice s poloměrem 100 km). Na základě podílu integrálu plochy řezu reliéfu a plochy obdélníka (stany obdélníka jsou určeny vzdáleností bod-zdroj a výškou 0-2000 m) byla vytvořena pro každý referenční bod a každý směr větru po 10 o matice koeficientů η. Hodnota koeficientů η se pohybuje od 0-1, hodnota 0 charakterizuje maximálně zvlněný hornatý terén, hodnota 1 charakterizuje absolutně plochý rovinný terén. Je zřejmé, že teoreticky se mohou pohybovat v intervalu 0-1, reálné hodnoty se pohybují v intervalu 0.2-0.9.
3. Metoda výpočtu imisních koncentrací O3 Ozón je označován za sekundární znečišťující látku v ovzduší. Nemá vlastní zdroj emisí, ale vzniká celou řadou chemických reakcí z tzv. prekursorů, kterými jsou oxidy dusíku a těkavé organické látky (dále jako VOC) za účinků slunečního ultrafialového záření a spolupůsobením O2. Měřením byla rovněž potvrzena oxidace oxidu dusičitého NO2 ozónem. Maximální koncentrace ozónu, která může být ve znečištěném ovzduší dosažena, závisí na poměru absolutních koncentracích oxidů dusíku (NO, NO2), organických látek (např. uhlovodíků, aldehydů) a rovněž na meteorologických podmínkách. Protože poměry 5
koncentrací organických látek ke koncentracím oxidů dusíku v ovzduší hustě osídleného a industrializovaného území České republiky se obvykle příliš nemění, jsou meteorologické podmínky hlavním faktorem, který určuje rychlost fotochemických procesů. Nejdůležitějším faktorem je intenzita přímé sluneční radiace a teplota vzduchu. Intenzivní přímé sluneční záření vyvolává fotochemické reakce, v důsledku čehož se tvoří ozón (Šiška, 1980). K definování plošného rozložení koncentrací O3 jsou využity stanice měřící O3 jak na území ČR, tak v okolních státech (Polsko, Rakousko, Německo). Celkem bylo použitou 79 stanic. Tyto stanice reprezentují „velkorozměrnou“ informaci. Existuje několik metod, jak přenést tuto „velkorozměrnou“ informaci do menších měřítek, do sítě gridů.. Souhrnně se tyto postupy označují jako downscaling, tzn. že jde o metodu zmenšování prostorového měřítka měřených prvků. Základním předpokladem použité metodiky je to, že řady měřených prvků jsou značně ovlivněny charakterem zemského povrchu v okolí měření. Pro aplikaci v regionální měřítku přírodních lesních oblastí je nezbytné s charakterem reliéfu při hodnocení možného vlivu klimatu na změnu zdravotního stavu počítat. Proto je metodika postavena tak, aby vliv reliéfu na prostorové rozložení koncentrací O3 byl uplatněn. Uplatnění vlivu reliéfu na měřené prvky je docíleno tak, že síť 4810 bodů (gridů) území Pardubického kraje oblasti, ve kterých se provádí vyhodnocení koncentrací O3, je pravidelně rozmístněna, tak aby reprezentovala hlavní tvary reliéfu území – náhorní plošiny, vrcholové polohy, svahy a význačná údolí. Síť gridů je definována v systému XYZ (X a Y – horizontální souřadné osy, Z – vertikální osa představující nadmořskou výšku). Metoda výpočtu spočívá v tom, že prostorové změny měřených parametrů (např. průměrné denní koncentrace O3) na stanicích imisního monitoringu byly pomocí orografické interpolace převedeny do sítě referenčních bodů, reprezentující reliéf studovaného území. Orografická interpolace je založena na aplikaci vícenásobné lineární regrese, parametry regresních funkcí jsou odvozeny podle metody nejmenších čtverců. Pomocí systému vícenásobných lineárních funkcí se provádí vertikální prostorová interpolace, tzn. že jde o vyjádření závislosti měřeného parametru na nadmořské výšce. Vícenásobná lineární regresní funkce má obecný tvar O3 = a XS + b YS + c ZS + d,
(5)
kde XS,YS,ZS jsou prostorové souřadnice stanic monitoringu, a,b,c,d, jsou koeficienty regresních funkcí. Je zřejmé, že regresní funkce aproximují sledovanou závislost vždy z určitou odchylkou residua. Pro zvýšení přesnosti jsou v druhém kroku prostorově odvozené residua hodnot klimatických parametrů stanic interpolovány do souřadnic sítě bodů. Interpolace residuí zvýšila nebo snížila vypočítanou hodnotu příslušného parametru podle funkce (5) v příslušném referenčním bodu. Interpolace residuí byla provedena pomocí interpolační metody inverze vzdáleností (horizontální interpolace) podle vztahu ±RES(x,y,z) = [∑ RESi (1/di2) ]/ [∑ (1/di2) ]
(6)
kde ∑ je suma pro i=1 až N stanic, RESi je residuum mezi dvěma sousedními stanicemi, di je prostorová vzdálenost mezi těmito stanicemi a N je počet stanic. Rovnici (5) můžeme nyní vyjádřit jako T, S = a XS + b YS + c ZS + d ±RES(x,y,z).
(7)
Orografické interpolace představuje v rámci „downscaling“ vertikální interpolaci a interpolaci residuí, lze označit jako horizontální interpolaci. Na základě uvedené interpolační metody byly odvozeny průměrné roční koncentrace O3, průměrné koncentrace O3 vegetačního období a nejvyšší denní průměr O3 pro rok 2000 a 2001. Výsledky jsou graficky zpracovány ve formě mapových příloh.
6
Vertikální interpolace imisních koncentrací O3 v roce 2000 byla provedena na základě 366 lineárních funkcí (dle vztahu 5), v roce 2001 na základě 365 lineárních funkcí, tzn. že pro každý den roku 2000 i 2001 byla odvozena samostatná funkce. Na obrázku 2 jsou znázorněny koeficienty korelace všech 366 funkcí pro rok 2000. Hodnota koeficientu korelace poskytuje informaci o tom s jakou přesností byla koncentrace ozónu ve vertikálním směru interpolována. Čím je hodnota koeficientu vyšší tím je interpolace přesnější a tím jsou i odchylky residua menší. 1
Hodnota koeficientu korelace
0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
31.12
17.12
3.12
5.11
19.11
22.10
8.10
24.9
10.9
27.8
13.8
30.7
16.7
2.7
4.6
18.6
21.5
7.5
23.4
9.4
26.3
12.3
26.2
12.2
29.1
15.1
1.1
0
Datum
Obrázek č. 2. Hodnoty koeficientů korelace 366 regresních funkcí orografické interpolace. Kritická hodnota R na hladině významnosti 99% je rovna 0.2350. To znamená, že korelace regresních funkcí jsou ve všech dnech roku 2000 statisticky průkazné. Počet použitých stanic n=79.
4. Datové vstupy Hodnocení imisní zátěže NOx a O3 bylo provedeno pro roky 2000 a 2001. Pro časový horizont 2010 byla provedena prognóza stavu imisní zátěže NOx. K provedení modelových výpočtů bylo nutné připravit několik souborů vstupních dat pro aplikaci počítačových programů. 4.1 SÍŤ GRIDŮ A REFERENČNÍCH BODŮ První datový soubor obsahuje v souladu s použitým souřadným systémem údaje o souřadnicích referenčních bodů (gridů) x,y,z, ve kterých se počítají imisní koncentrace. Území Pardubického kraje je definováno sítí 4810 gridů. Zeměpisná délka dosahuje minimální hodnoty 15.36923°, maximální 16.87874°, minimum u zeměpisné šířky má hodnotu 49.57223°, maximum 50.20971°. Vertikální souřadnice Z reprezentuje nadmořskou výšku gridu. Nejvyšší nadmořská výška dosahuje hodnoty 1416 m n. m., nejnižší grid leží ve výšce 202 m n. m.. Prostorové rozložení koncentrací NOx (imisní zátěž NOx v jednotlivých 7
letech) je na území Pardubického kraje hodnoceno celkem v síti 4810 gridů, podíl dílčích emisních zdrojů resp. skupin emisních zdrojů ve 24 referenčních bodech. Dílčí hodnoty podílů emisních zdrojů nebo skupin emisních zdrojů byly provedeny v referenčních bodech, které zohledňovaly polohu území CHKO, polohu obcí s rozšířenou působností samosprávy, území s překročením imisního limitu NOx (roční aritmetický průměr). Seznam referenčních bodů je uveden v tabulce 1. Tabulka č. 1. Seznam referenčních bodů pro hodnocení podílů emisních zdrojů na průměrné roční koncentraci NOx na území Pardubického kraje v roce 2001 Číslo Název referenčního bodu bodu
Geografické souřadnice Délka (°)
Šířka (°)
Nadmořská výška (m)
1
Lázně Bohdaneč
15.684988
50.087131
220
2
Rybitví
15.696911
50.052810
213
3
Pardubice
15.754386
50.042746
218
4
Srch
15.755875
50.080982
228
5
Staré Hradiště
15.783188
50.069384
219
6
Orlické hory
16.558929
50.139752
518
7
Libišany
15.789621
49.975153
250
8
Černá u Bohdanče
16.671208
50.053533
920
9
Ústí nad Orlicí
16.427690
49.968474
370
10
Železné hory
15.735107
49.825380
558
11
Litomyšl
16.313680
49.877344
432
12
Hlinsko
15.912220
49.764179
616
13
Žďárské vrchy
16.043218
49.748800
666
14
Svitavy
16.470150
49.764143
458
15
Přelouč
15.558408
50.037007
222
16
Holice
15.984453
50.065565
266
17
Vysoké Mýto
16.158241
49.953215
288
18
Žamberk
16.462228
50.085639
460
19
Králíky
16.760173
50.080357
576
20
Lanškroun
16.608087
49.910166
390
21
Moravská Třebová
16.656104
49.763343
358
22
Česká Třebová
16.437305
49.904990
420
23
Polička
16.262523
49.711220
564
24
Chrudim
15.795402
49.949996
248
8
4.2 EMISE NOX V ROCE 2000 A 2001 Druhý datový soubor obsahuje údaje o technických a emisních parametrech jednotlivých bodových, plošných a liniových zdrojů, jako je výška komína (resp. průduchu, výfuku), váhová a tepelná vydatnost emise. Poloha každého zdroje je určena definováním paty každého komína (průduchu), středu plochy průmyslové aglomerace nebo sídla, počátku a konce dílčího úseku liniového zdroje (úseku dopravní komunikace) zeměpisnými souřadnicemi. Tento datový soubor sdružuje údaje jednotlivých bodových (komíny elektráren, tepláren atd.), plošných (skupiny zdrojů - např. domácí topeniště, sloučené střední zdroje) a liniových (dálnice, rychlostní komunikace atd.) zdrojů, ze kterých dochází na území ČR ke vnosu emisí NOx. V rámci stacionárních zdrojů (dle Zákona o ovzduší číslo 86/2002 Sb. ze dne 1.6. 2002) byly použity zdroje zvlášť velké, velké, střední a malé. K modelování rozptylu emisí NOx byla vedle polohy zvláště velkých a velkých zdrojů REZZO 1 definována rovněž poloha zdrojů REZZO 2 (střední zdroje znečišťování), topeniště rodinných domků REZZO 3 (malé zdroje znečišťování) a poloha mobilních zdrojů na dálnicích a rychlostních komunikacích REZZO 4 (mobilní zdroje). Databázi REZZO-1,2,3 pro rok 2000 a 2001 poskytl ČHMÚ Praha. Vzhledem k objektivnosti posouzení prostorového pole rozložení imisních koncentrací NOx byly použity také emise NOx ze zahraničních zdrojů, tzn. z území Slovenska, Polska, Německa, Rakouska, Maďarska atd. Údaje o úletu NOx z elektráren, rafinerií a železáren byly čerpány s odborných ročenek a periodik (Kraftwerke und tagebaue beiderseits der DeutchPolnischen grenze, Umwelt-bericht 1994 - Freistaat Sachsen, ACID NEWS 5/1994, 3/2000, Zpráva o ochraně čistoty ovzduší v Krušných horách – vydavatel Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit Bonn), z oficiální databáze projektu v rámci Evropské hospodářské komise (UN ECE „United Nations Economic Commission for Europe“) Konvence k dálkovému přeshraničnímu znečišťování ovzduší (CLRTAP „Convention on Long-Range Transboundary Air)“ v souladu s Evropským monitorovacím a vyhodnocovacím programem (EMEP „European Monitoring and Evaluation Programme“), nebo byly stanoveny na základě odborného odhadu s využitím poznatků o poloze a struktuře významných průmyslových oblastí, a podle hodnoty emise sledované škodliviny na obyvatele (Závodský, Pukančíková, 1992) a počtu obyvatel měst nebo průmyslových aglomerací a konurbací (Novotný, 1989). Poloha každého zdroje je určena definováním paty komína nebo středu průmyslové aglomerace (popř. města nebo sídla) zeměpisnými souřadnicemi. Celkové sumy emisí NOx za jednotlivé skupiny nebo státy, které byly použity v modelovém výpočtu imisních koncentrací pro rok 2000 a 2001 jsou uvedeny v tabulce 2. Celková emise NOx použitá v modelovém výpočtu např. v roce 2001 dosahuje 7.013 mil tun. Česká republika byla reprezentována 0.2907 mil. tun NOx, což představuje 4.15 % z celkového množství emisí NOx. Emisní zdroje Pardubického kraje jsou uvedeny v tabulce 3. K modelování rozptylu emisí NOx a depozičních toků dusíku pro období roku 2001 bylo lokalizováno na území ČR v rámci skupiny REZZO 1 (zvláště velké, velké zdroje) celkem 3704 bodových zdrojů. Při výpočtu imisní zátěže byly vyhodnoceny také plošné zdroje lokálního charakteru podle počtu kotlů v rodinných domcích na zemní plyn a tuhá paliva (REZZO 3 malé zdroje znečišťování), které byly přiřazeny k příslušné sídelní jednotce. Jako plošné zdroje byly definovány i emisní zdroje REZZO-2 (střední zdroje znečišťování). Zdroje REZZO 2 z území Pardubického kraje byly definovány jako bodové zdroje. Pro tyto účely bylo lokalizováno celkem 1452 emisních zdrojů. Dále bylo definováno 4669 dílčích liniových úseků (mobilní zdroje), které reprezentují dálniční síť a rychlostní komunikace. Území Pardubického kraje bylo reprezentováno 1677 dílčími liniovými úseky. Mimo území ČR (z území Slovenska, Polska, Německa, Rakouska a Maďarska atd.) bylo definováno 3117 9
bodových a plošných zdrojů emitujících SO2 a 3117 bodových a plošných zdrojů emitujících NOx. Celkem bylo použito 20168 bodových a plošných a liniových emisních zdrojů NOx. Tabulka č. 2. Celkové sumy NOx použité v rozptylovém modelu NOx (tun rok-1) Skupina /Stát
Rok 2000
Počet zdrojů
Rok 2001
2000
2001
143555.3
145849.1
3704
3704
18786.1
18134.0
7226
8678
110977.6
126684.0
4669
4669
1532309.5
1593601.9
436
436
Polsko
838178.6
871705.7
308
308
Slovensko
106344.1
110597.9
636
636
Rakousko
183598.1
190942.0
157
157
Maďarsko
187150.4
194636.4
61
61
Ostatní(Ukrajina,Dánsko, Belgie,Itálie,Francie atd.)
3616499.3
3761159.3
1519
1519
Celkem
6737399.0
7013310.3
18716
20168
REZZO 1 (ČR) REZZO 2, 3 (ČR) REZZO 4 (ČR) Německo
Tabulka č. 3. Celkové sumy a počet zdrojů NOx Pardubického kraje použité v rozptylovém modelu NOx (tun rok-1) Skupina zdrojů
Rok 2000
Rok 2001
Počet zdrojů Rok 2000
Rok 2001
REZZO 1
12845.8
13106.1
116
262
REZZO 2
230.6
300.7
1668
1452
REZZO 3
1311.6
915.0
425
462
REZZO 4
7896.3
9099.6
1677
1677
22284.2
23421.4
3886
3853
Celkem
Pardubický kraj se v rámci celkové bilance emisí NOx podílí na celkové emisi NOx (tab. 2) jen 0.33 %. Teoreticky může do ovzduší Pardubického kraje z bezprostředně sousedících krajů ČR a států v současné době vstupovat téměř 99.7 % emisí oxidů dusíku. Avšak skutečná hodnota podílů emisních zdrojů ČR a zahraničních zdrojů, ovlivňujících imisní zátěž NOx na území Pardubického kraje, se bude měnit v závislosti na podmínkách rozptylu emisí, tj. na 10
převládajícím směru větru, na rychlosti proudění vzduchové hmoty, na teplotním zvrstvení a bude dále závislá na vzdálenosti emisních zdrojů od území Pardubického kraje. Jak jsou emise NOx ze zdrojů REZZO 1, 2 a 3 prostorově rozloženy na území Pardubického kraje napovídá tabulka 4. V této tabulce jsou uvedeny hodnoty sum emisí NOx okresních měst Pardubického kraje za rok 2001. Suma emisí NOx okresních měst dosahuje téměř 56 % podílu na celkových emisích oxidů dusíku z celého Pardubického kraje. Je zřejmé, že emise těchto měst se budou významným způsobem podílet na formování imisní zátěže oxidy dusíku v Pardubickém kraji. Tabulka č. 4. Celkové sumy emisí NOx dle REZZO 1 z okresních měst Pardubického kraje použité v rozptylovém modelu pro rok 2001 NOx ( tun rok-1)
Město Chrudim
518.323
Pardubice
11954.858
Svitavy
509.973
Ústí nad Orlicí
122.986
Celkem
13106.140
Množství emisí NOx z mobilních zdrojů bylo odvozeno na základě vývoje dopravních výkonů a výhledových koeficientů k roku 2000 podle „Výsledků sčítání dopravy na dálniční a silniční síti v roce 1995 a 2000“ a měrných emisí uváděných v práci „Stabilizace a postupné snižování zátěže životního prostředí z dopravy v České republice“ (CDV Brno). Vyšlo se ze základního předpokladu, že na dálnicích a rychlostních komunikacích v roce 2000 a 2001 vytvoří těžká, osobní doprava a motocykly celkem 9720 mil. vozokm/rok, což představuje cca 60 % celkového dopravního výkonu ze všech komunikací. Dálnice a rychlostní komunikace E 50, E 59, E 55, E 462, E 442, E 49, E 65, E 67 a vybrané úseky silnic I. třídy byly definovány v prostoru pomocí 4669 dílčích úseků. Na obrázku 3 je znázorněna silniční síť, která byla použita v modelovém výpočtu imisních koncentrací NOx pro rok 2000 a 2001. Z obrázku 3 vyplývá, že na území Pardubického kraje byla definována nejfrekventovanější úseky stávající silniční sítě.
11
Obrázek č. 3. Silniční síť použitá v modelovém výpočtu imisních koncentrací oxidů dusíku v roce 2000 a 2001. 4.3 SCÉNÁŘ VÝVOJE EMISÍ NOX PRO ČASOVÝ HORIZONT 2010 Modelový výpočet imisní zátěže NOx je vsazen do scénáře vývoje emisí NOx v časovém horizontu 2010. Scénář vývoje emisí NOx ze zahraničních zdrojů pro časový horizont roku 2010 byl převzat z z oficiální databáze projektu v rámci Evropské hospodářské komise (UN ECE „United Nations Economic Commission for Europe“) Konvence k dálkovému přeshraničnímu transportu škodlivin (CLRTAP „Convention on Long-Range Transboundary Air)“ v souladu s Evropským monitorovacím a vyhodnocovacím programem (EMEP „European Monitoring and Evaluation Programme“). V prognóze vývoje emisí NOx se odráží předpokládaný vývoj ekonomik jednotlivých států Evropy, množství finančních prostředků na zavádění nových výrobních technologií a ekologických opatření na úseku ochrany ovzduší. Prognóza vývoje emisí oxidů dusíku v jednotlivých státech Evropy v časovém horizontu 2010 (Vestreng, Klein, 2002) a stav emisí NOx v roce 2000 je znázorněna na obrázku 4. V roce 2000 dosáhla suma oxidů dusíku hodnoty 12.865 mil tun. V roce 2010 se předpokládá, že bude emise NOx dosahovat 12.756 mil. tun, což je o 0.9 % méně než v roce 2000. Největší zvýšení emisí NOx je soustředěno na východní Evropu - Ukrajinu, Rusko, Bělorusko. Státy střední Evropy (Polsko, Německo, Rakousko, Česká republika, Maďarsko, Slovensko) budou v roce 2010 produkovat cca 2.651 mil tun NOx, což je o téměř 17.5 % méně než v roce 2000. Vývoj emisí NOx na území ČR a na území Pardubického kraje v časovém horizontu 2010 byl odvozen dle prognózy ČHMÚ. Jak se bude měnit množství emisí NOx v ČR a v Pardubickém kraji je uvedeno v tabulce 5 a 6. Emise NOx jednotlivých kategorií pro časový horizont 2010 byly odvozena na základě poměru k roku 2001. Emise NOx ze zahraničí byly stanoveny na základě stavu v roce 2000.
12
3500
Emise NOx (v tis. tun)
3000 2500 2000 1500 1000 500 0 Srbsko
Anglie
Ukrajina
Švýcarsko
Švédsko
Slovinsko
Slovensko
Rusko
Rumunsko
Polsko
Norsko
Holandsko
Litva
Lotyšsko
Itálie
Maďarsko
Německo
Francie
Finsko
Estonsko
Dánsko
Česká republika
Chorvatsko
Bulharsko
Belgie
Bělorusko
Rakousko
Stát Emise NOx-2000
Emise NOx-2010
Obrázek č. 4. Scénář vývoje emisí NOx v časovém horizontu 2010 a stav emisí NOx v roce 2000 v jednotlivých státech Evropy použitých v modelovém výpočtu imisních koncentrací oxidů dusíku (podle EMEP). Tabulka č. 5. Celkové emise oxidů dusíku v České republice (dle ČHMÚ) Kategorie zdrojů NOx - 2001 NOx - 2010 -1 -1 t rok % t rok % Velké zdroje 145 313.8 62.2 138 310.0 48.4% Střední zdroje 4 943.8 1.2 4 780.0 1.7% Malé zdroje 13 280.2 2.7 12 910.0 4.5% Celkem stacion. zdroje 163 537.8 66.1 156 000.0 54.5% Mobilní zdroje 168 282.7 33.9 130 000.0 45.5% Celkem 331 820.5 100.0 286 000.0 100.0% Tabulka č. 6. Celkové emise oxidů dusíku na území Pardubického kraje (dle ČHMÚ) Kategorie zdrojů NOx - 2001 NOx - 2010 -1 -1 t rok % t rok % Velké zdroje 13 181.9 56.1% 11 150.0 57.7% Střední zdroje 300.7 1.3% 290.0 1.5% Malé zdroje 915.0 3.9% 900.0 4.7% Celkem stacion. zdroje 14 397.6 61.3% 12 340.0 63.8% Mobilní zdroje 9 099.6 38.7% 7 000.0 36.2% Celkem 23 497.2 100.0% 19 340.0 100.0% U některých emisních zdrojů Pardubického kraje byly hodnoty emisí NOx v časovém horizontu 2010 stanoveny na základě limitních zákonných hodnot emisních stropů (Elektrárna Opatovice a.s., Elektrárna Chvaletice a.s.) nebo na základě očekávané průměrné emisní 13
hodnotě uváděné v investičním záměru (např. zařízení na energetické využívání odpadu – EVO Opatovice, výroba kol z lehkých slitin pro osobní automobily - Pardubice–Staré Čívice). 4.4. ROZPTYLOVÉ POMĚRY V ROCE 2000 A 2001 Třetí datový soubor obsahuje údaje o fyzikálním stavu atmosféry – teplotním zvrstvení, směru a rychlosti proudění vzduchu v roce 2000 a 2001, které jsou hnacím motorem procesů rozptylu imisí. Jedná se o vyhodnocení větrných růžic, tzn. zpracování četností, respektive časového trvání směrů a rychlostí větru pro 5 typů stabilitních tříd zvrstvení atmosféry. Stabilitní třídy byly vyhodnoceny na základě stanovení vertikálního gradientu teploty vzduchu v termínech 7, 14, 21 hod. SEČ mezi dvěma klimatickými stanicemi, které jsou situovány ve dvou rozdílných výškových hladinách. Pro charakterizování směru proudění větru byla větrná růžice rozdělena na 36 směrů s krokem 10o, resp. na 360 směrů s krokem 1°. Z měření směru a rychlosti větru v klimatologických stanicích byly pro konkrétní studované území sestaveny větrné růžice pro lokální a dálkový transport imisí. Větrné růžice pro dálkový transport ze zahraničí byly pro rok 2000 vyhodnoceny ze stanice Svratouch, v roce 2001 z aerologické stanice Praha–Libuš. Pro lokální transport byla v roce 2000 použita stanice Pardubice –Rosice, v roce 2001 Hradec Králové – Nový Hradec. Teplotní pole (teplotní zvrstvení ovzduší) bylo hodnoceno v roce 2001 z aerologického výstupu na stanici Praha-Libuš, v roce 2000 z diferencí měřených teplot vzduchu (7,14,21 hod.) mezi stanicemi Svratouch - Pardubice-Rosice. Stavy ovzduší, kdy se vyskytlo bezvětří, byly rozděleny v příslušné stabilitní třídě (dle vertikálního gradientu teploty) rovnoměrně do všech směrů větru. Vypočítané koncentrace podle (1) resp. (4) z jednotlivých bodových nebo plošných zdrojů byly integrovány přes čas, po který se vyskytoval příslušný směr a rychlost větru a zvrstvení ovzduší dle větrných růžic. Větrné růžice použité pro území Pardubického kraje v roce 2001 jsou znázorněny na obrázku 5. Pole rychlostí větru v roce 2001 je znázorněno na obrázku 6. Větrné růžice použité pro území Pardubického kraje v roce 2000 jsou znázorněny na obrázku 7. . 340
350
10
360 8
20
30
7
330
40 50
6
320
3
300
2
290
1
280
0
100
270
110
260
210
200
190
180
170
70 80
2
290
1
90
280
0
100 110 120 130
240
150 220
60
250
140
230
50
260
130
240
40
270
120
250
30
3
300
90
20
4
310
80
10
5
320
70
4
360 6
330
60
5
310
340
350
140
230
160
150 220
a
210
200
190
b 14
180
170
160
Obrázek č. 5. Relativní četnosti směrů větru na stanici Praha-Libuš (a) reprezentující dálkový transport a Hradec Králové (b) reprezentující lokální transport emisí v roce 2001.
340
350
360 12
10
20
30
10
330
340
40
310
290
2
90
290
1
280
0
100
280
0
270
210
200
190
180
170
80 90 100
120 130
240
140
230
150 220
70
110
140
230
60
250
130
240
50
260
120
250
40
270
110
260
30
2
300
80
4
20
3
310
70
10
4
320
60
6
300
360 5
330
50
8
320
350
150 220
160
210
200
a
190
180
170
160
b
Obrázek č. 6. Průměrné rychlosti větru (m s-1) jednotlivých sektorů směru větru na stanici Praha-Libuš (a) reprezentující dálkový transport a Hradec Králové (b) reprezentující lokální transport emisí v roce 2001.
340
350
360
10
20
600
30
500
330 320
290
100
280
0
270 260
90
290
100
280
110
270
210
200
190
180
170
70
400
80
300 200
90
100
100
0
110 120 130 140
230
150 220
60
500
240
140
230
50
250
130
240
40
260
120
250
30
600
300
80
200
20
700
310
70
10 900 800
320
60
300
300
360
330
50
400
310
340
40
350
150 220
160
a
210
200
190
180
170
160
b
Obrázek č. 7. Absolutní četnosti směrů větru na stanici Svratouch (a) a Pardubice-Rosice (b) v roce 2000. 15
Z obrázků 5 a 6 vyplývá, že rozložení směrů a rychlostí proudění vzduchu výrazným způsobem modifikuje úroveň imisních koncentrací. Z relativních četností směrů větru v roce 2001 vyplývá, že u dálkového transportu je nejvyšší četnost dosahována v sektoru 260° až 320°, nejnižší u sektoru 60°až 120°. U lokálního transportu je nejvyšší četnost dosažena v sektoru 250°, 260°, 40° a 140°, nejnižší u sektorů směru 350° až 360°. Z rozložení rychlostí proudění vzduchu vyplývá, že v dálkovém transportu jsou dosahovány nejvyšší rychlosti v sektorech 250°až 310°, nejnižší u směru 190°. V lokálním transportu je nejvyšší rychlost větru dosahována v sektorech směrů 260°až 290°, nejnižší ze sektoru směrů 340° až 360 °. Větrná růžice pro dálkový transport (krok po 10°) je použita pro emisní zdroje, jejichž vzdálenost od gridů resp. referenčních bodů je větší než 100 km. Větrná růžice pro lokální transport (krok po 1°) je použita pro emisní zdroje, jejichž vzdálenost od gridů resp. referenčních bodů je menší nebo rovna 100 km. 4.5. ROZPTYLOVÉ POMĚRY PRO ČASOVÝ HORIZONT 2010 Souběžně s prognózou vývoje emisí je uvažována i prognóza vývoje klimatických parametrů, které ovlivňují rozptyl, přenos a chemické transformace imisí v ovzduší – teplota vzduchu, atmosférické srážky, rychlost větru, globální záření. Scénář vývoje klimatických parametrů byl realizován na základě výstupů z globálních cirkulačních modelů klimatu (Kalvová, 1995) obdobně jako scénář vývoje emisí pro časový horizont 2010. Očekávané změny teploty vzduchu a srážek na území Pardubického kraje v časovém horizontu 2010 byly řešeny pomocí modelu GISS (Goddard Institute for Space Studies), globální záření a rychlost větru pomocí modelu HadCM2 (UK Hadley Centre for Climate Prediction and Research Coupled model (Johns et al., 1997; Mitchell and Johns, 1997, in Kalvová, 2000). Očekávané klimatické podmínky časového horizontu 2010 se v případě teplot získávají přičtením měsíčních hodnot teplotních změn uvedených v tabulce 7 k měsíčním hodnotám teploty vzduchu roku 2001, u srážkových úhrnů je nutno příslušné údaje měsíčních hodnot roku 2001 násobit uvedenými měsíčními změnami v tabulce 7, změny globálního záření a rychlost větru jsou získány na základě měsíční procentické změny roku 2001. Z měsíčních hodnot v tabulce 7 vyplývá, že u ročních srážkových úhrnů lze očekávat v průměru zvýšení o 4.48 %, u globálního záření roční zvýšení dosahuje hodnoty 0.65 %, u rychlosti větru má roční zvýšení hodnotu 0.16 % a u teploty vzduchu lze očekávat roční zvýšení o 0.98 °C.
16
Tabulka č. 7. Výstupy teplotních a srážkových změn v měsíčním časovém kroku z klimatického modelu GISS a výstupy změn globálního záření a rychlosti větru z modelu HadCM2 použité pro odvození klimatických poměrů v časovém horizontu 2010.
Měsíce I. II. III. IV. V. VI. VII. VIII. IX. X. XI. XII.
o
Teploty ( C) 1.45 1.35 1.15 0.95 0.75 0.65 0.60 0.65 0.75 0.95 1.20 1.35
Časový horizont 2010 Srážky (%) Globální záření ( %) 1.042 0.0 1.094 -0.6 1.047 0.0 1.096 0.0 1.047 -1.4 1.010 0.8 1.024 2.6 1.021 3.6 1.050 4.4 1.044 0.7 1.044 -0.6 1.019 -1.7
Rychlost (%) -0.8 -2.4 -1.0 -0.9 1.2 -0.1 0.7 -0.3 0.4 1.8 1.8 1.6
4.6. IMISNÍ KONCENTRACE NOX, O3 A METEORLOGICKÁ DATA PRO ROK 2000 A 2001 V zákoně o ovzduší číslo 86/2002 Sb. ze dne 1.6. 2002 jsou oxidy dusíku řazeny do 5. skupiny anorganických kyslíkatých sloučenin dusíku vyjádřených jako oxid dusičitý NO2. Modelový výpočet imisních koncentrací vychází z emisí NOx. Pro odvození imisních koncentrací NO2 z NOx byl využit imisní monitoring. Výpočet průměrných ročních imisních koncentrací NO2 byl proveden na základě výpočtu složky NO a NOx podle imisního monitoringu prováděného na území ČR. Z porovnání imisních koncentrací NO2 a NO ve složce NOx u každé monitorovací stanice pak byly odvozeny průměrné denní a roční poměry mezi NO, NO2 a NOx. V roce 2000 byl zjištěn pro území Pardubického kraje průměrný poměr NO/NO2 0.2692/0.7308 v NOx, v roce 2001 dosahuje průměrná hodnota poměru v NOx 0.248 pro NO a 0.752 pro NO2. Pro chemickou redukci bylo dále nutné v síti gridů a referenčních bodů odvodit srážkové úhrny a globální radiaci. Pro potřeby kalibrace imisních koncentrací NOx a interpolace O3 do sítě 4810 gridů byly dále z imisního monitoringu použity průměrné denní koncentrace výše uváděných imisí. Data koncentrací NO, NO2, NOx, aerologická, imisní a meteorologická data byla použita z databází přístupných na internetu (www.chmi.cz/uoco/isko/) a vztahovala se k roku 2000 resp. 2001.
17
5. Výsledky výpočtů Emise NOx vnesené do ovzduší v průmyslových oblastech (z elektráren, tepláren, atd.), jsou transportovány na značné vzdálenosti i do oblastí, ve kterých se zdroje NOx nenachází (horské oblasti). Proto bylo cílem rozptylové studie v rámci posuzování kvality ovzduší Pardubického kraje, vedle odvození průměrných ročních koncentrací NOx, NO, NO2, maximálních denních (24 hodinových) průměrů NOx pro rok 2000, 2001 a 2010, rovněž podat vysvětlení dosahované úrovně imisní zátěže NOx. To znamená, že jedním z výstupů modelového výpočtu budou hodnoty podílů dílčích kategorií emisních zdrojů (REZZO 1,2,3,4, zahraničních zdrojů atd.) na průměrné roční koncentraci NOx v roce 2001 a v časovém horizontu 2010, hodnoty podílu největších emisních zdrojů Pardubického kraje jako je Elektrárna Opatovice a.s., ČEZ a.s. Elektrárna Chvaletice, Synthesia a.s., HOLCIM a.s. – závod Prachovice, atd, hodnoty podílů všech emisních zdrojů okresních měst Pardubice, Chrudim, Svitavy, Ústí nad Orlicí na průměrné roční koncentraci NOx v roce 2001. Ve vybraných 24 referenčních bodech je proveden výpočet podílu (v %) všech použitých emisních zdrojů, jejichž podíl na průměrné roční koncentraci NOx v roce 2001 je větší nebo roven 0.1 %. Pro prognózu v časovém horizontu 2010 je vyhodnocen podíl plánované spalovny EVO Opatovice. Samostatnou kapitolu studie tvoří hodnocení zátěže území Pardubického kraje O3, jak během roku, tak během vegetačního období v letech 2000 a 2001. Vedle plošného rozložení koncentrací O3 je provedena analýza závislosti dosažené koncentrace ozónu na fyzikálním stavu ovzduší a na imisních koncentracích NOx, NO, NO2 a na směru větru. Výsledky modelových výpočtů imisních koncentrací NOx, O3, podílů emisních zdrojů v síti 4810 gridů jsou zpracovány ve formě mapových příloh. V mapových přílohách jsou dodrženy základní kartografické zásady (legenda, měřítko, srozumitelné popisky). Hodnoty imisních koncentrací NOx resp. NO2 byly posuzovány vzhledem k platným imisním limitům nebo mezím tolerance. Pro ochranu vegetace (ekosystémů) je použita kritická hodnota aritmetického ročního průměru 30 µg m-3 NOx. Pro ochranu zdraví lidí je použit imisní limit ročního průměru 40 µg m-3 NO2 zvýšený o mez tolerance 12 µg m-3 NO2 (v roce 2003) a imisní limit hodinového průměru 200 µg m-3 NO2 zvýšený o mez tolerance 70 µg m-3 NO2 (v roce 2003). V roce 2010 budou platit imisní limity pro NO2 bez mezí tolerance. Hodnoty dílčích podílů emisních zdrojů REZZO 1 na průměrné roční koncentraci NOx v roce 2001 ve vybraných referenčních bodech (24 bodů) jsou uvedeny v samostatných přílohách pro každý referenční bod. Každý dílčí emisní zdroj REZZO 1 je charakterizován identifikačním číslem a zkráceným názvem. Identifikační číslo zdroje je převzato z REZZO 1 a skládá se s čísla oblasti (kraje), okresu a pořadí zdroje v okresu. 5.1. VÝSLEDKY IMISNÍCH KONCENTRACÍ NOX, NO, NO2 V ROCE 2000 A 2001 Průměrné roční koncentrace NOx na území Pardubického kraje v síti 4810 gridů pro rok 2000 jsou graficky zpracovány ve formě mapové přílohy č. 1. Z plošného rozložení vyplývá, že nejvyšší koncentrace přesahující 30 µg m-3 (kritická hodnota z hlediska ochrany vegetace) se vyskytují západně od města Pardubice (max. téměř 36 µg m-3 ) a v izolovaných lokalitách měst Choceň, Holice. Nejnižší koncentrace pod 5 µg m-3 se vyskytují v údolí horní pramenné části řeky Moravy (min. 3 µg m-3). Obecně lze konstatovat, že imisní koncentrace NOx s rostoucí nadmořskou výškou klesají. Vzhledem k tomu, že NOx jsou tvořeny oxidem dusnatým NO a oxidem dusičitým NO2, které významným způsobem ovlivňují koncentrace O3, byl rovněž proveden výpočet prostorového rozložení NO a NO2 na území Pardubického 18
kraje v roce 2000. Hodnoty koncentrací NO2 jsou znázorněny v mapové příloze č. 2. Průměrná koncentrace NO dosahuje hodnotu 5.32 µg m-3, průměrná koncentrace NO2 14.44 µg m-3. Maximální koncentrace NO nad 10 µg m-3 se formují západně až severně od Pardubic, minimální koncentrace NO pod 1 µg m-3 se vyskytují v oblasti Králíků. Maximální koncentrace NO2 nad 25 µg m-3 se formují západně od Pardubic (s max. 25.4 µg m-3), minimální koncentrace NO2 pod 2 µg m-3 se vyskytují v oblasti horního toku řeky Moravy s minimem 1.1 µg m-3. Průměrné roční koncentrace NOx v roce 2001 na území Pardubického kraje v síti 4810 gridů jsou graficky zpracovány v mapové příloze č. 3. Z plošného rozložení vyplývá, že nejvyšší koncentrace přesahující 30 µg m-3 (kritická hodnota z hlediska ochrany vegetace) se vyskytují v údolí kolem řeky Labe. V tomto prostoru se izolovaně vyskytují koncentrace přesahující i 50 µg m-3. Průměrné roční koncentrace přesahující 30 µg m-3 se dále vyskytují v izolovaných lokalitách měst Chrudim, Vysoké Mýto, Svitavy a podél hlavního silničního tahu mezi Hradcem Králové-Olomouc. Nejnižší koncentrace pod 5 µg m-3 se vyskytují v údolí horní pramenné části řeky Moravy v masívu Kralického Sněžníku. Obecně lze konstatovat, že imisní koncentrace NOx s rostoucí nadmořskou výškou klesají. Hodnota ročního průměru NOx celého území Pardubického kraje dosahuje 12.92 µg m-3. V porovnání s rokem 2000 se roční průměr NOx snížil o 34.6 % (o cca 6.8 µg m-3). Na 5.6 % území Pardubického kraje je překročen imisní limit pro roční průměr 30 µg m-3 NOx. Vzhledem k tomu, že NOx jsou tvořeny oxidem dusnatým NO a oxidem dusičitým NO2, které významným způsobem ovlivňují koncentrace O3, byl i v roce 2001 proveden výpočet prostorového rozložení NO a NO2 na území Pardubického kraje. V mapové příloze č. 4 jsou znázorněny prostorové změny ročních průměrných koncentrací NO2. Průměrná imisní koncentrace NO celého území Pardubického kraje dosahuje 3.43 µg m-3, průměrná koncentrace NO2 9.68 µg m-3. U obou koncentrací došlo plošně rovněž ke snížení zátěže ve srovnání s rokem 2000, u NO o 35.5 %, u NO2 o 33 %. Maximální koncentrace NO nad 10 µg m-3 se formují v údolí řeky Labe u Přelouč a severně od Pardubic, minimální koncentrace NO pod 1 µg m-3 se vyskytují v při hranicích s Olomouckým a Jihomoravským krajem. Maximální koncentrace NO2 nad 30 µg m-3 se formují opět v údolí řeky Labe, kolem Pardubic a severně od Pardubic, u Přelouče, minimální koncentrace NO2 pod 5 µg m-3 se vyskytují v oblasti horního toku řeky Moravy a podél hranice s Olomouckým krajem. Ve srovnání s rokem 2000 se celková zátěž Pardubického kraje snížila cca o více jak 30 %, avšak zvýšila se maxima přesahující 50 µg m-3. Na 0.7 % území Pardubického kraje je překročen imisní limit s mezí tolerance ročního průměru 52 µg m-3 NO2. V příloze č. 5 jsou kartograficky znázorněny maximální hodnoty hodinového průměru NO2. Maximální hodinové průměry koncentrací NO2 nad 100 µg m-3 se formují v údolí řeky Labe, od Pardubic severně po Hradec Králové, mezi Chvaleticemi a Přeloučí, v okolí Hlinska a Vysokého Mýta. Minimální hodinový průměr koncentrace NO2 pod 10 µg m-3 se vyskytuj v oblasti horního toku řeky Moravy v masívu Kralického Sněžníku. Při poměru imisí NO2 v NOx (0.741), lze očekávat na 0.62 % území Pardubického kraje překročení imisního limitu maximálního hodinového průměru NO2 pro ochranu zdraví lidí s mezí tolerance 270 µg m-3. 5.2. PROGNÓZA IMISNÍCH KONCENTRACÍ NOX, NO2 V ROCE 2010 Prognóza průměrné roční koncentrace NOx v roce 2010 je kartograficky znázorněna v mapové příloze 6. Z plošného rozložení vyplývá, že nejvyšší koncentrace přesahující 30 µg m-3 (kritická hodnota z hlediska ochrany vegetace) se vyskytují kolem Pardubic, Přelouče, Opatovic, Hlinska, Vysokého Mýta, Svitav a izolovaně a podél hlavního silničního tahu mezi 19
Hradcem Králové-Olomouc, Pardubic – Chlumec n. Cidl.. V některých uváděných lokalitách se izolovaně vyskytují koncentrace přesahující i 50 µg m-3 (v okolí Pardubic a podél hlavního silničního tahu). Nejnižší koncentrace pod 5 µg m-3 NOx se vyskytují v údolí horní pramenné části řeky Moravy v masívu Kralického Sněžníku, v podhůří Orlických hor, Žďárských vrchů a při hranicích s Olomouckým krajem. Průměrná roční koncentrace celého území Pardubického kraje bude dosahovat 9.5 µg m-3 NOx, což je o 27.6 % (o 3.6 µg m-3) méně, než v roce 2001. Průměrná roční koncentrace NO2 celého Pardubického kraje bude dosahovat 7 µg m-3, což je o 27.4 % (o 2.7 µg m-3) méně ve srovnání s rokem 2001 Na 3 % území Pardubického kraje bude i v časovém horizontu 2010 docházet k překročení imisního limitu pro průměrnou roční koncentraci NOx (30 µg m-3) z hlediska ochrany vegetace a na 0.8 % území bude docházet k překročení imisního limitu pro průměrnou roční koncentraci NO2 (40 µg m-3) z hlediska ochrany zdraví lidí. Prognóza maximální průměrné hodinové koncentrace NOx v roce 2010 je kartograficky znázorněna v mapové příloze 7. Při předpokladu, že imisní koncentrace NOx obsahuje v průměru 74.1 % imisní koncentrace NO2, lze očekávat v časovém horizontu 2010 na 0.25 % území Pardubického kraje hodinové koncentrace NO2 vyšší než 200 µg m-3. 5.3. VÝSLEDKY PODÍLU EMISNÍCH ZDROJŮ V ROCE 2000, 2001 A 2010 V síti 962 gridů byl proveden výpočet podílu emisních zdrojů REZZO 1,2,3,4 a zahraničních zdrojů. Průměrná hodnota podílu dílčích skupin emisních zdrojů na roční koncentraci NOx 19.76 µg m-3 celého území Pardubického kraje je uvedena na obrázku 8.
Chyba výpočtu 10%
REZZO 1 18%
Zahraniční zdroje 11%
REZZO 2+3 32%
REZZO 4 29%
Obrázek č. 8. Průměrný podíl dílčích skupin emisních zdrojů na průměrné roční koncentraci 19.76 µg m-3 NOx na území Pardubického kraje v roce 2000 odvozený na základě modelového výpočtu. Z obrázku 8 vyplývá, že nejvyšší podíl na průměrné roční koncentraci NOx dosahují zdroje REZZO 2+3 32 % a REZZO 4 29 %.. Průměrný podíl zahraničních zdrojů se pohybuje 20
kolem 11 %. Z obrázku rovněž vyplývá, ve které skupině emisních zdrojů je možné hledat prostor pro případné snížení imisních koncentrací NOx. Pro rok 2001 a 2010 byl v síti 4810 gridů proveden výpočet podílu emisních zdrojů REZZO 1,2,3,4 a zahraničních zdrojů. Průměrná hodnota podílu dílčích skupin emisních zdrojů v roce 2001 na roční koncentraci NOx 12.92 µg m-3 celého území Pardubického kraje je uvedena na obrázku 9. Z obrázku 9 vyplývá, že nejvyšší podíl na průměrné roční koncentraci NOx dosahují zdroje REZZO 1 42 %, REZZO 2+3 8 % a REZZO 4 16 %. Průměrný podíl zahraničních zdrojů se pohybuje kolem 18 %. Z obrázku rovněž vyplývá, ve které skupině emisních zdrojů je možné hledat prostor pro případné snížení imisních koncentrací NOx – např. kategorie REZZO 1, dosahuje více jak 42 % vliv na průměrnou roční koncentraci NOx. Je zřejmé, že dosažené hodnoty podílů se mezi rokem 2001 a 2000 liší. Je to dáno tím, že v roce 2000 byl podíl hodnocen pouze v síti 962 gridů.
Ostatní ČR 11% Chyba výpočtu 5%
REZZO 1 42%
Zahraniční zdroje 18% REZZO 4 16%
REZZO 2+3 8%
Obrázek č. 9. Průměrný podíl dílčích skupin emisních zdrojů na průměrné roční koncentraci 12.92 µg m-3 NOx na území Pardubického kraje v roce 2001 odvozený na základě modelového výpočtu. Prognóza průměrné hodnoty podílu dílčích skupin emisních zdrojů v roce 2010 na roční koncentraci NOx 9.49 µg m-3 celého území Pardubického kraje je uvedena na obrázku 10. Z obrázku 10 vyplývá, že nejvyšší podíl na průměrné roční koncentraci NOx dosahují zdroje REZZO 1 35 %, REZZO 2+3 8 % a REZZO 4 20 %. Průměrný podíl zahraničních zdrojů se pohybuje kolem 10 %. Z obrázku rovněž vyplývá, ve srovnání s rokem 2001 došlo k poklesu vlivu pozadí o 8 %, které je tvořeno převážně emisemi ze zahraničních zdrojů a dále k poklesu vlivu REZZO 1 o 7 %. Mírné zvýšení můžeme pozorovat u mobilních zdrojů o 4 % a zejména u ostatní zdrojů z České republiky (REZZO 1,2,3) o 11 %.
21
Ostatní ČR 22%
REZZO 1 35%
Chyba výpočtu 5%
Zahraniční zdroje 10% REZZO 4 20%
REZZO 2+3 8%
Obrázek č. 10. Průměrný podíl dílčích skupin emisních zdrojů na průměrné roční koncentraci 9.49 µg m-3 NOx na území Pardubického kraje v roce 2010 odvozený na základě modelového výpočtu. 5.4. PODÍL VYBRANÝCH EMISNÍCH ZDROJŮ NA NOX V ROCE 2001 A 2010 Prostorové rozložení dílčích podílů vybraných emisních zdrojů na průměrné roční koncentraci NOx je kartograficky zpracováno v mapových přílohách 8 až 11. Největší emisní zdroje Pardubického kraje jsou ČEZ a.s. Elektrárna Chvaletice (dále ECHV, příloha 8) a Elektrárna Opatovice a.s. (dále EOPA, příloha 9). Oba zdroje dosahují velmi podobného průměrného podílu v průměru 13.5 % a 13.3 %, i jejich maximální podíl se téměř shoduje 93.3 % (ECHV) a 90.5 % (EOPA). Třetí největší zdroj Synthesia a.s. (příloha 10) dosahuje průměrného podílu 4.9 % s maximem 88.2 %. Podíl a.s. HOLCIM, závodu Prachovice na průměrné roční koncentraci NOx na území Pardubického kraje u znázorněn v příloze 11. Nejvyšší hodnoty podílů nad 60 % se formují v bezprostředním okolí zdroje ve směru převládajících směrů větru, tzn. na území ležící severně, severovýchodně a jihovýchodně od zdroje. Podíl okresních měst na formování imisní zátěže NOx v roce 2001 je znázorněno v mapových příloze 12. Z hodnocených měst dosahuje vliv emisních zdrojů města Pardubice v průměru 6.2%, Svitavy 1.2 %, Ústí nad Orlicí 0.6 % a Chrudimi 0.3%. V mapové příloze 13 je znázorněn výsledek příspěvku plánovaného zdroje Spalovny EVO Opatovice (dále EVO) na průměrné roční imisní zátěži NOx. Dle provedené prognózy bude dosahovat průměrný podíl EVO 0.18%, s maximem 70.5 %, což odpovídá absolutní hodnotě téměř 45 µg m-3 NOx. Toto zvýšení bude vyšší, než je imisní limit pro ochranu vegetace. Vzhledem k imisnímu limitu pro ochranu zdraví lidí, bude maximální zvýšení průměrné roční koncentrace NO2 dosahovat cca 33 µg m-3. Vzhledem ke stávající hodnotě průměrné roční koncentrace NO2 cca 25 µg m-3, lze předpokládat, že rovněž limit pro ochranu zdraví lidí (40 µg m-3) bude překročen. Maximální hodnoty se budou nacházet v katastru Opatovic n. Labem. Důležitou součástí je zahrnutí imisního pozadí do celkového hodnocení vlivu zdrojů na znečištění ovzduší nad územím Pardubického kraje. Imisní pozadí je tvořeno převážně příspěvky ze zahraničních zdrojů. Průměrný podíl (příloha 14) se v roce 2001 pohyboval kolem 18.4 % (min. 0.8 %, max. 66.9 %), v roce 2010 (příloha 15) bude dosahovat 9.7 % (min. 0, max. 22
37.1%). Průměrná hodnota příspěvku zahraničních zdrojů se v roce 2001 pohybovala cca 1.18 µg m-3 NOx (min. 0.95, max. 1.53 µg m-3 NOx) v roce 2010 bude dosahovat průměru jen 0.58 µg m-3 NOx (min. 0, max. 0.86 µg m-3 NOx). Nejvyšší procentické hodnoty podílů zahraničních zdrojů jsou dosahovány v oblastech, kde jsou průměrné roční koncentrace NOx pod 5 µg m-3. Mapové přílohy 16 až 23 znázorňují příspěvky jednotlivých kategorií emisních zdrojů REZZO 1,2,3,4 v roce 2001 a 2010. Nejvyšší podíl zdrojů REZZO 1 na průměrné roční koncentraci NOx nad 80 % v roce 2001 (příloha 16) se formuje v SZ části okresu Pardubice a Chrudim. V roce 2010 se plošný rozsah nejvyšších 80 % podílů výrazně snižuje (viz příloha 17). Hodnoty podílů zdrojů REZZO 2 na průměrné roční koncentraci NOx v roce 2001 (příloha 18) jsou vázány na jejich polohu, a proto se formují nejvyšší hodnoty nad 30 % v izolovaných oblastech okresů Ústí nad Orlicí a Svitavy. Hodnoty podílů zdrojů REZZO 2 rovněž závisí na úrovni průměrné roční koncentrace NOx. V oblastech s nižší hodnotou průměrné roční koncentrace NOx jsou dosahovány vyšší podíly zdrojů REZZO 2, než v oblastech s vyšší úrovní průměrné roční koncentrace NOx. Například na území okresu Pardubice je průměrná roční koncentrace NOx vyšší a je zformována převážně ze zdrojů REZZO 1. Proto je zde izolovaných oblastí se zvýšeným podílem zdrojů REZZO 2 nejméně. V roce 2010 se plošný rozsah nejvyšších 30 % podílů zdrojů REZZO 2 na průměrné roční koncentraci NOx výrazně snižuje (viz příloha 19). Nejvyšší podíl zdrojů REZZO 3 nad 0.6 % v roce 2001 (příloha 20), respektive 0.4% v roce 2010 (příloha 21) se formuje v SV a JV části Pardubického kraje. Jedná se o oblasti s nejnižší hodnotou průměrné roční koncentrace NOx (pod 5 µg m-3). Na území, kde jsou průměrné roční koncentrace NOx nad 5 µg m-3 klesá podíl zdrojů REZZO 3 pod hranici 0.01 %. Podíl emisních zdrojů REZZO 4 na průměrné roční koncentraci NOx v roce 2001 a v časovém horizontu 2010 je znázorněn v přílohách č. 22 a 23. Z příloh vyplývá, že podíl zdrojů REZZO 4 je výrazně ovlivněn strukturou silniční sítě, polohou liniového zdroje (silnice) k převládajícímu směru větru a úrovní průměrné roční koncentrace NOx. Nejvyšší hodnoty podílů až nad 60 % se formují podél hlavních silničních tahů z Hradce Králové na Svitavy a Olomouc, ze Svitav na Brno a z Pardubic na Chrudim. Od silničního tahu podíl postupně klesá. Rychlejší pokles můžeme pozorovat u směrů větru s nejnižší četností, naopak v převládajícím směru větru je pokles podílů pomalejší. Dosah vlivu emisí z dopravy na formování průměrných ročních koncentrací NOx je v oblastech s nižším ročním průměrem ve směru převládajícího větru větší, než v oblastech s vyšším ročním průměrem NOx (např. okres Pardubice). V časovém horizontu 2010 lze očekávat, že zejména v důsledku poklesu imisní zátěže z pozadí (zahraniční vliv na formování ročních průměrů NOx) se plošný vliv emisí NOx z dopravy na území Pardubického kraje zvýší (viz příloha 23). Hodnoty dílčích podílů emisních zdrojů REZZO 1 na průměrné roční koncentraci NOx v roce 2001 ve vybraných referenčních bodech (24 bodů) jsou uvedeny v příloze 24 - Podíl emisních zdrojů nebo skupin emisních zdrojů na průměrné roční koncentraci NOx v roce 2001 ve vybraných referenčních bodech. Pro každý referenční bod je sestaven seznam dílčích emisních zdrojů REZZO 1, který je charakterizován identifikačním číslem a zkráceným názvem. Identifikační číslo zdroje je převzato z REZZO 1 a skládá se s čísla oblasti (kraje), okresu a pořadí zdroje v okresu. 5.5. VÝSLEDKY IMISNÍCH KONCENTRACÍ O3 V ROCE 2000 A 2001 Obecně platí, že koncentrace O3 se zvyšují s růstem nadmořské výšky. Z průměrných ročních koncentrací O3 v roce 2000 vyplývá, že nejvyšší koncentrace dosahují hodnot téměř 95 µg m-3, nejnižší 48 µg m-3, průměr území Pardubického kraje dosahuje hodnoty 57.2 23
µg m-3 O3. Z průměrných koncentrací O3 vegetačního období vyplývá, že nejvyšší koncentrace dosahují hodnot téměř 114 µg m-3, nejnižší 68 µg m-3, průměr území Pardubického kraje dosahuje hodnoty 77.8 µg m-3 O3. Z rozložení nejvyššího denního průměru koncentrace O3 roku 2000 vyplývá, že nejvyšší koncentrace dosahují hodnot téměř 199.6 µg m-3, nejnižší 112.3 µg m-3. Plošné rozložení odvozených koncentrací ozónu pro rok 2001 jsou graficky znázorněny v mapových přílohách 25 - 27. Z rozložení koncentrací O3 vyplývá, že nejvyšší hodnoty jsou dosahovány v horských oblastech v masivu Kralického Sněžníku, nejnižší v nížinných oblastech v údolí řeky Labe. Průměrné roční koncentrace O3 (příloha 25) dosahují rozpětí od 44.1 do 91.5 µg m-3, průměr území Pardubického kraje dosahuje hodnoty 53.9 µg m-3 O3. Z průměrných koncentrací O3 vegetačního období (příloha 26) vyplývá, že nejvyšší koncentrace dosahují hodnot téměř 106.4 µg m-3, nejnižší 60.5 µg m-3, průměr území Pardubického kraje dosahuje hodnoty 71.6 µg m-3 O3. Z rozložení nejvyššího denního průměru koncentrace O3 roku 2001 (příloha 27) vyplývá, že nejvyšší koncentrace dosahují hodnot téměř 177.9 µg m-3, nejnižší 101.1 µg m-3.
24
5.6. ANALÝZA OZÓNOVÝCH KONCENTRACÍ V ROCE 2000 Na měřená data O3 byla aplikována regresní analýza s cílem zjistit závislost koncentrací ozónu na fyzikálním stavu ovzduší – na teplotě vzduchu, globálním záření, vlhkosti vzduchu, rychlosti větru a na imisních koncentracích NO a NO2. Regresní analýza může poskytnout informace o příčinách formování koncentrací ozónu. Závislost průměrné denní koncentrace O3 na vybraných parametrech abiotického prostředí na stanice Pardubice-Rosice a Svratouch v roce 2000 hodnocená pomocí jednoduchého koeficientu korelace je znázorněna na obrázku 11 a 12. Z obrázků 11 a 12 vyplývá, že průměrné denní koncentrace ozónu vykazují nejvyšší kladné korelační závislosti na globální radiaci a průměrné denní teplotě vzduchu. Teplota vzduchu i globální záření, jako nositel přímé radiace Slunce, tak plní roli prekursorů. Vysokou avšak zápornou korelační závislost vykazují koncentrace ozónu na relativní vlhkosti. Relativní vlhkost nám poskytuje nepřímo informaci o výskytu oblačnosti a atmosférických srážek. Záporná korelace nám říká, že s růstem relativní vlhkosti (nárůstu oblačnosti, výskytu srážek) dochází k poklesu koncentrací ozónu. Na stanici Svratouch, vzhledem k vyšší nadmořské výšce a vyššímu výskytu oblačných dnů, je tato závislost vyšší než na stanici Pardubice-Rosice. Zajímavou zápornou korelační závislost vykazují průměrné denní koncentrace ozónu na průměrných denních koncentracích NO, NO2 a NOx. Ze závislosti vyplývá, že s růstem koncentrací NO, NO2 a NOx klesá koncentrace ozónu. Koncentrace NO se v odborné literatuře považují za jednoho z prekursorů. Závislost koncentrací ozónu na rychlosti proudění vzduchu nebyla prokázána. Proto byl dále proveden test, zda koncentrace O3 nevykazují závislost na směru prodění větru. Výsledky jsou znázorněny na obrázku 13. 1 0.8 0.6
0.2
-0.6
NOX
NO2
NO
Vítr_prům_rych
-0.4
Rel_vlhkost
-0.2
Glb_rad
0 Pr_den_tep
Koeficient korelace
0.4
-0.8 -1
Obrázek č. 11. Závislost průměrné denní koncentrace ozónu na vybraných parametrech abiotického prostředí na stanici Pardubice-Rosice v roce 2000 vyjádřená pomocí koeficientů jednoduché korelace. Korelace je průkazná na 99% hladině významnosti od hodnoty koeficientu korelace ±0.10253.
25
1 0.8 0.6
0.2
NOX
NO2
NO
Vítr_prům_rych
-0.4
Glb_rad
-0.2
Rel_vlhkost
0 Pr_den_tep
Koeficient korelace
0.4
-0.6 -0.8 -1
Obrázek č. 12. Závislost průměrné denní koncentrace ozónu na vybraných parametrech abiotického prostředí na stanici Svratouch v roce 2000 vyjádřená pomocí koeficientů jednoduché korelace. Korelace je průkazná na 99% hladině významnosti od hodnoty koeficientu korelace ±0.10253. …
340
350
330
3600.04
10
20
30
340
40
330
50
0.03
320
300 290 280
90
290
100
280
110
270
0
270 260
210
200
190
180
170
70
0.02
80
0.015 0.01
90
0.005
100
0
110 120 130 140
230
150 220
60
240
140
230
50
250
130
240
40
260
120
250
30
0.025
300
80 0.01
20
0.04 0.03
310
70
0.02
10
0.035
320
60
310
350
3600.045
150 220
160
a
210
200
190
180
170
160
b
Obrázek č. 13. Závislost průměrných denní koncentrací O3 na směru větru na stanici Svratouch (a) Pardubice-Rosice (b) v roce 2000. Koncentrace O3 je v ppm. 26
Z obrázku 13 vyplývá, že na stanici Pardubice-Rosice se nejvýznamněji projevují směry větru 350°, 40° a 180°, u kterých dochází k růstu koncentrací O3. Nejnižší koncentrace ozónu se vyskytují u směrů 10°, 70° a 340°. To znamená, že např. při výskytu směru 350° lze očekávat růst koncentrací O3, naopak při výskytu např. 10° a 70° lze očekávat pokles koncentrací O3. Stanice Pardubice-Rosice reprezentuje lokální přenos vzduchových hmot. Proto můžeme předpokládat, že zejména ze směru 340°a 40° může docházet k místnímu přenosu ozónových koncentrací. Na stanici Svratouch není závislost koncentrací O3 a směr větru tak výrazná jak u stanice Pardubice-Rosice. Nejvyšší koncentrace O3 se formují při proudění větru ze sektoru 310-340°, 50-70°, 180°a 210°, nejnižší koncentrace O3 se formují při proudění větru ze směru 130°a 230°. Vzhledem k tomu, že stanice Svratouch reprezentuje proudění vyšších vrstev atmosféry (tzn. dálkový přenos), lze předpokládat, že zejména ze sektoru 310-340° dochází k přenosu koncentrací ozónu ze vzdálenějších oblastí ČR nebo střední Evropy. Z vícenásobné regresní analýzy vyplývá, že průměrné denní koncentrace O3 na stanici Pardubice-Rosice lze výše uvedenými parametry pomocí koeficientu determinace vysvětlit na stanici Pardubice-Rosice ze 72.7 %, na stanici Svratouch ze 79 %. To znamená, že 29 až 23 % připadá na jiné faktory (prekursory) např. na uhlovodíky nebo aldehydy.
27
6. Závěr Z plošného rozložení průměrných ročních koncentrací NOx v roce 2001 vyplývá, že hodnoty přesahující 30 µg m-3 (kritická hodnota z hlediska ochrany vegetace) se vyskytují v údolí kolem řeky Labe. V tomto prostoru se izolovaně vyskytují nejvyšší koncentrace NOx přesahující i 50 µg m-3. Průměrné roční koncentrace NOx přesahující 30 µg m-3 se dále vyskytují v izolovaných lokalitách měst Chrudim, Vysoké Mýto, Svitavy a podél hlavního silničního tahu mezi Hradcem Králové a Olomoucí. Nejnižší průměrné roční koncentrace NOx pod 5 µg m-3 se vyskytují v pramenné oblasti řeky Moravy v masívu Kralického Sněžníku. Obecně lze konstatovat, že průměrné roční koncentrace NOx s rostoucí nadmořskou výškou klesají. Hodnota ročního průměru NOx celého území Pardubického kraje dosahuje 12.92 µg m-3. V porovnání s rokem 2000 se roční průměr NOx snížil o 34.6 % (o cca 6.8 µg m-3). Na 5.6 % území Pardubického kraje je překročen imisní limit pro roční průměr 30 µg m-3 NOx. Průměrné roční NO2 nad 30 µg m-3 se formují opět v údolí řeky Labe, kolem Pardubic a severně od Pardubic, u Přelouče, minimální roční koncentrace NO2 pod 5 µg m-3 se vyskytují v oblasti horního toku řeky Moravy a podél hranice s Olomouckým krajem. Ve srovnání s rokem 2000 se celková zátěž Pardubického kraje snížila cca o více jak 30 %, avšak zvýšila se maxima přesahující 50 µg m-3. Na 0.7 % území Pardubického kraje je překročen imisní limit s mezí tolerance ročního průměru 52 µg m-3 NO2. Maximální hodinové průměry koncentrací NO2 nad 100 µg m-3 se formují v údolí řeky Labe, od Pardubic severně po Hradec Králové, mezi Chvaleticemi a Přeloučí, v okolí Hlinska a Vysokého Mýta. Minimální hodinový průměr koncentrace NO2 pod 10 µg m-3 se vyskytuje v oblasti horního toku řeky Moravy v masívu Kralického Sněžníku. Na 0.62 % území Pardubického kraje je překročen imisní limit NO2 pro ochranu zdraví lidí s mezí tolerance (k roku 2003) maximálního hodinového průměru 270 µg m-3. Z prognózy průměrných ročních koncentrací NOx pro časový horizont 2010 vyplývá, že na území Pardubického kraje bude roční průměr dosahovat 9.5 µg m-3 NOx, což je o 27.6 % (o 3.6 µg m-3) méně, než v roce 2001. Průměrná roční koncentrace NO2 celého Pardubického kraje bude dosahovat 7 µg m-3, což je o 27.4 % (o 2.7 µg m-3) méně ve srovnání s rokem 2001. Na 3 % území Pardubického kraje bude i v časovém horizontu 2010 docházet k překročení imisního limitu pro průměrnou roční koncentraci NOx (30 µg m-3) z hlediska ochrany vegetace a na 0.8 % území bude docházet k překročení imisního limitu pro průměrnou roční koncentraci NO2 (40 µg m-3) z hlediska ochrany zdraví lidí. Z prognózy průměrné hodinové koncentrace NOx pro časový horizont 2010 vyplývá, že na 0.25 % území Pardubického kraje budou průměrné hodinové koncentrace NO2 vyšší než 200 µg m-3, tzn. že bude překročen imisní limit pro ochranu zdraví lidí. Z vyhodnocených podílů dílčích kategorií emisních zdrojů vyplývá, že v roce 2001 nejvyšší podíl na průměrné roční koncentraci NOx dosahují zdroje REZZO 1 42 %, REZZO 2+3 8 % a REZZO 4 16 %. Průměrný podíl zahraničních zdrojů se pohybuje kolem 18 %. Z prognózy podílů dílčích skupin emisních zdrojů na roční koncentraci NOx pro časový horizont 2010 vyplývá, že na území Pardubického kraje budou dosahovat nejvyšších hodnot podílů zdroje REZZO 1 35 %, REZZO 2+3 8 % a REZZO 4 20 %. Je zřejmé, že kategorie emisních zdrojů REZZO 1 představují hlavní oblast pro případné další snižování imisní zátěže území Pardubického kraje oxidy dusíku. Z hodnocení příspěvku plánovaného zdroje Spalovny EVO Opatovice na průměrné roční imisní zátěži NOx vyplývá, že průměrný podíl EVO na území Pardubického kraje bude dosahovat jen 0.18%. Avšak maximální hodnoty podílů dosahují 70.5 %, což odpovídá zvýšení téměř o 45 µg m-3 NOx. Toto zvýšení bude vyšší, než je imisní limit pro ochranu 28
vegetace. Maximální hodnoty se budou nacházet v katastru Opatovic n. Labem. Imisní pozadí je tvořeno převážně příspěvky ze zahraničních zdrojů. Průměrný podíl zahraničních zdrojů se v roce 2001 pohyboval kolem 18.4 % (min. 0.8 %, max. 66.9 %), v roce 2010 bude dosahovat 9.7 % (min. 0, max. 37.1%). Nejvyšší podíl zdrojů REZZO 1 na průměrné roční koncentraci NOx nad 80 % v roce 2001 se formuje v SZ části okresu Pardubice a Chrudim. V roce 2010 se plošný rozsah nejvyšších 80 % podílů výrazně snižuje. Hodnoty podílů zdrojů REZZO 2 na průměrné roční koncentraci NOx v roce 2001 jsou vázány na jejich polohu, a proto se formují nejvyšší hodnoty nad 30 % v izolovaných oblastech okresů Ústí nad Orlicí a Svitavy. Hodnoty podílů zdrojů REZZO 2 rovněž závisí na úrovni průměrné roční koncentrace NOx. V oblastech s nižší hodnotou průměrné roční koncentrace NOx jsou dosahovány vyšší podíly zdrojů REZZO 2, než v oblastech s vyšší úrovní průměrné roční koncentrace NOx. Například na území okresu Pardubice je průměrná roční koncentrace NOx vyšší a je zformována převážně ze zdrojů REZZO 1. Proto je zde izolovaných oblastí se zvýšeným podílem zdrojů REZZO 2 nejméně. V roce 2010 se plošný rozsah nejvyšších 30 % podílů zdrojů REZZO 2 na průměrné roční koncentraci NOx výrazně snižuje. Nejvyšší podíl zdrojů REZZO 3 nad 0.6 % v roce 2001, respektive 0.4% v roce 2010 se formuje v SV a JV části Pardubického kraje. Jedná se o oblasti s nejnižší hodnotou průměrné roční koncentrace NOx (pod 5 µg m-3). Na území, kde jsou průměrné roční koncentrace NOx nad 5 µg m-3 klesá podíl zdrojů REZZO 3 pod hranici 0.01 %. Podíl zdrojů REZZO 4 je výrazně ovlivněn strukturou silniční sítě, polohou liniového zdroje (silnice) k převládajícímu směru větru a úrovní průměrné roční koncentrace NOx. Nejvyšší hodnoty podílů až nad 60 % se formují podél hlavních silničních tahů z Hradce Králové na Svitavy a Olomouc, ze Svitav na Brno a z Pardubic na Chrudim. Od silničního tahu podíl postupně klesá. Rychlejší pokles můžeme pozorovat u směrů větru s nejnižší četností, naopak v převládajícím směru větru je pokles podílů pomalejší. Dosah vlivu emisí z dopravy na formování průměrných ročních koncentrací NOx je v oblastech s nižším ročním průměrem ve směru převládajícího větru větší, než v oblastech s vyšším ročním průměrem NOx (např. okres Pardubice). V časovém horizontu 2010 lze očekávat, že zejména v důsledku poklesu imisní zátěže z pozadí (zahraniční vliv na formování ročních průměrů NOx) se plošný vliv emisí NOx z dopravy na území Pardubického kraje zvýší. Z rozložení průměrných ročních koncentrací O3 vyplývá, že nejvyšší hodnoty jsou dosahovány v horských oblastech v masivu Kralického Sněžníku, nejnižší v nížinných oblastech v údolí řeky Labe. Průměrné roční koncentrace O3 dosahují rozpětí od 44.1 do 91.5 µg m-3, průměr území Pardubického kraje dosahuje hodnoty 53.9 µg m-3 O3. Z průměrných koncentrací O3 vegetačního období vyplývá, že nejvyšší koncentrace dosahují hodnot téměř 106.4 µg m-3, nejnižší 60.5 µg m-3, průměr území Pardubického kraje dosahuje hodnoty 71.6 µg m-3 O3. Z vícenásobné regresní analýzy vyplývá, že průměrné denní koncentrace O3 na stanici Pardubice-Rosice jsou ovlivněny teplotou vzduchu, globálním zářením, vlhkostí vzduchu, rychlosti větru a imisní koncentrací NO a NO2 dle koeficientu determinace ze 72.7 %, na stanici Svratouch ze 79 %. To znamená, že cca 29 až 23 % hodnot průměrných denních koncentrací O3 je ovlivňováno jinými faktory (prekursory) např. uhlovodíky nebo aldehydy.
29
7. Použitá literatura Baťka M., Bednář J., Brechler J., Kopáček J. 1984: Aplikace trajektoriového modelu na hodnocení transportu znečištění ovzduší v oblasti Čech. Ochrana ovzduší, 11: 161-164. Bubník J. 1979: Výpočet znečištění ovzduší pro stanovení a kontrolu technických parametrů zdrojů. Praha MLVH ČSR, 42 s. Bubník J., Keder J., Macoun J., Maňák J, 1998: Systém modelování stacionárních zdrojů – Metodický pokyn odboru ochrany ovzduší MŽP výpočtu znečištění ovzduší z bodových a mobilních zdrojů „SYMOS 97“. Věstník MŽP ČR, ročník 1998, částka 3, Praha 15.4.1998, 22-57. Chadwick M.J., Hutton M., 1990: Acid depositions in Europe. Stockholm Environment Institute, Stockholm, 376 pp. Kalvová J. a kolektiv, 1995: Scénáře změn klimatu pro Českou republiku – Územní studie změny klimatu, Element 2, Národní klimatický program ČR – svazek 17, Nakladatelství ČHMÚ, Praha, 101 str. Kalvová, J., 2000: Pravidelné sledování změn klimatu, odhady změn ve variabilitě a četnosti výskytu extrémních povětrnostních jevů a zpřesnění scénářů vývoje klimatu na území ČR. Dílčí zpráva DP 01 v rámci projektu VaV/740/1/00 „Výzkum dopadů klimatické změny vyvolané zesílením skleníkového efektu na Českou republiku. MFF UK Praha, 50 str. Sheih C. M., Ludwig F. L., 1985: A comparison of numerical pseudodiffusion and atmospheric diffusion. Atmospheric Environment 19, 7: 1065-1068. Šiška F., 1980: Ochrana ovzduší. ALFA Bratislava, SNTL Praha, 336 str. Vestreng V., Klein H, 2002: Emission data reported to UNECE/EMEP. Norwegian Meteorological Institute, Research Note no. 73, Oslo, 101 str. Závodský D., Pukančíková K., 1992: Vyhodnotenie bilancie diaľkového prenosu znečistenia ovzdušia v strednej Európe za rok 1990. Meteorologické zprávy, 2 (45):41-47.
30
8. Přílohy – aplikace zpracované v GIS 1. 2. 3. 4. 5.
Průměrné roční koncentrace NOx na území Pardubického kraje v roce 2000 Průměrná roční koncentrace NO2 na území Pardubického kraje v roce 2000 Průměrné roční koncentrace NOx na území Pardubického kraje v roce 2001 Průměrná roční koncentrace NO2 na území Pardubického kraje v roce 2001 Maximální průměrná hodinová koncentrace NOx na území Pardubického kraje v roce 2001 6. Prognóza průměrné roční koncentrace NOx v roce 2010 na území Pardubického kraje 7. Prognóza maximální průměrné hodinové koncentrace NOx v roce 2010 na území Pardubického kraje 8. Podíl ČEZ a.s. Elektrárny Chvaletice na průměrné roční koncentraci NOx v roce 2001 9. Podíl Elektrárny Opatovice a.s. na průměrné roční koncentraci NOx v roce 2001 10. Podíl Synthesie a.s. na průměrné roční koncentraci NOx v roce 2001 11. Podíl a.s. HOLCIM – závodu Prachovice na průměrné roční koncentraci NOx v roce 2001 12. Podíl emisních zdrojů okresních měst (REZZO 1,2,3) na formování imisní zátěže NOx v roce 2001 na území Pardubického kraje 13. Prognóza podílu plánovaného zdroje Spalovny EVO Opatovice na průměrné roční imisní zátěži NOx na území Pardubického kraje v roce 2010 14. Podíl zahraničních zdrojů na průměrné roční koncentraci NOx na území Pardubického kraje v roce 2001. 15. Prognóza podílu zahraničních zdrojů na průměrné roční koncentraci NOx na území Pardubického kraje v roce 2010. 16. Podíl emisních zdrojů REZZO 1 Pardubického kraje na formování imisní zátěže NOx v roce 2001 na území Pardubického kraje 17. Prognóza podílu emisních zdrojů REZZO 1 Pardubického kraje na formování imisní zátěže NOx v roce 2010 na území Pardubického kraje 18. Podíl emisních zdrojů REZZO 2 Pardubického kraje na formování imisní zátěže NOx v roce 2001 na území Pardubického kraje 19. Prognóza podílu emisních zdrojů REZZO 2 Pardubického kraje na formování imisní zátěže NOx v roce 2010 na území Pardubického kraje 20. Podíl emisních zdrojů REZZO 3 Pardubického kraje na formování imisní zátěže NOx v roce 2001 na území Pardubického kraje 21. Prognóza podílu emisních zdrojů REZZO 3 Pardubického kraje na formování imisní zátěže NOx v roce 2010 na území Pardubického kraje 22. Podíl emisních zdrojů REZZO 4 Pardubického kraje na formování imisní zátěže NOx v roce 2001 na území Pardubického kraje 23. Prognóza podílu emisních zdrojů REZZO 4 Pardubického kraje na formování imisní zátěže NOx v roce 2010 na území Pardubického kraje 24. Podíl emisních zdrojů nebo skupin emisních zdrojů na průměrné roční koncentraci NOx v roce 2001 ve vybraných referenčních bodech (v tomto případě se nejedná o aplikaci GIS, ale o textový soubor) 25. Průměrná roční koncentrace ozonu na území Pardubického kraje v roce 2001 26. Průměrná koncentrace ozonu za vegetační období na území Pardubického kraje v roce 2001 27. Maximální denní koncentrace ozonu na území Pardubického kraje v roce 2001
31
