Vypracování modelu šíření znečištění ADMoSS

Zpráva z realizace úkolu č. 5:

Vypracování modelu šíření znečištění ADMoSS

Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava

Ostrava 30.6.2013

Str. 0

Partner projektu:

Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava 17. listopadu 15/2172 708 33 Ostrava – Poruba

Odpovědný řešitel:

Doc. Ing. Petr Jančík, Ph.D. Katedra ochrany životního prostředí v průmyslu Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava

Řešitelský tým:

RNDr. Jan Bitta, Ph.D. Ing. Irena Pavlíková Ing. Daniel Hladký

Obsah 1

ÚVOD ................................................................................................................................................ 1

2

SYSTÉM ADMOSS ......................................................................................................................... 3

3

4

2.1

ZAJIŠTĚNÍ VÝPOČETNÍHO VÝKONU SYSTÉMU ............................................................................ 5

2.2

PŘÍPRAVA VSTUPNÍCH DAT ....................................................................................................... 6

VSTUPNÍ ÚDAJE ............................................................................................................................ 7 3.1

OBECNÁ CHARAKTERISTIKA LOKALITY .................................................................................... 7

3.2

TERÉN ....................................................................................................................................... 8

3.3

KLIMATICKÉ A METEOROLOGICKÉ CHARAKTERISTIKY ÚZEMÍ .................................................. 8

3.4

IMISNÍ LIMITY ......................................................................................................................... 12

3.5

IMISNÍ CHARAKTERISTIKA LOKALITY ...................................................................................... 12

CHARAKTERISTIKA ZDROJŮ ................................................................................................. 17 4.1

4.2

5

4.1.1

Průmyslové zdroje na české straně modelované oblasti .............................................. 18

4.1.2

Průmyslové zdroje na polské straně modelované oblasti ............................................ 19

LOKÁLNÍ TOPENIŠTĚ ............................................................................................................... 21 4.2.1

Analýza rozložení lokálních topenišť ........................................................................... 21

4.2.2

Emise z lokálních topenišť ........................................................................................... 23

4.2.3

Reprezentace lokálních topenišť plošnými zdroji ........................................................ 23

4.3

AUTOMOBILOVÁ DOPRAVA ..................................................................................................... 24

4.4

REKAPITULACE EMISÍ ZE VŠECH MODELOVANÝCH SKUPIN ZDROJŮ ........................................ 32

METODIKA VÝPOČTU ............................................................................................................... 33 5.1

SUTTONOVA STATISTICKÁ TEORIE TURBULENTNÍ DIFÚZE ....................................................... 33

5.2

SYMOS´97 ............................................................................................................................ 35

5.3

KOREKCE VÝSLEDKŮ MODELOVÁNÍ........................................................................................ 37

5.4 6

PRŮMYSLOVÉ ZDROJE ............................................................................................................. 18

5.3.1

Stanovení pozaďových koncentrací .............................................................................. 38

5.3.2

Stanovení korekčních konstant..................................................................................... 38

REFERENČNÍ BODY.................................................................................................................. 40

VÝSLEDKY MODELOVÁNÍ ...................................................................................................... 42 6.1

VYPOČTENÉ CHARAKTERISTIKY ............................................................................................. 42

6.2

KARTOGRAFICKÁ INTERPRETACE VÝSLEDKŮ.......................................................................... 42

6.3

DISKUZE VÝSLEDKŮ ............................................................................................................... 47 6.3.1

Průměrné roční koncentrace PM10 v roce 2006 .......................................................... 47

6.3.2

Průměrné roční koncentrace PM10 v roce 2010 .......................................................... 48

6.3.3 7

Shrnutí ......................................................................................................................... 49

ANALÝZY VÝSLEDKŮ MODELOVÁNÍ .................................................................................. 50 7.1

POSTUP ANALÝZ ..................................................................................................................... 50

7.2

DISKUZE VÝSLEDKŮ ANALÝZ.................................................................................................. 50 7.2.1

Podíl jednotlivých skupin zdrojů v modelovaných koncentracích PM10 ...................... 50

7.2.2

Vzájemný vliv polských a českých zdrojů na modelované koncentrace PM 10 .............. 51

8

ZÁVĚR ............................................................................................................................................ 52

9

POUŽITÁ LITERATURA ............................................................................................................ 55

10

POUŽITÉ ZKRATKY .............................................................................................................. 57

Poděkování Autoři by rádi vyjádřili svůj vděk za možnost realizace této studie a celého projektu Informační systém kvality ovzduší v oblasti Polsko-Českého pohraničí ve Slezském a Moravskoslezském regionu díky finanční podpoře z Operačního programu přeshraniční spolupráce Česká republika - Polská republika 2007 – 2013. Dále by chtěli autoři poděkovat za práci a píli, kterou vynaložili všichni partneři během společné realizace tohoto zadání, zvláště při nelehkém shromažďování dat a verifikaci výsledků modelování.

1

Úvod

Tato zpráva se vypracovává v rámci realizace projektu „Informační systém kvality

ovzduší

v oblasti

Polsko-Českého

pohraničí

ve

Slezském

a

Moravskoslezském regionu“ (CZ.3.22/1.2.00/09.01610), který byl financován z Operačního programu přeshraniční spolupráce Česká republika - Polská republika 2007 – 2013 (OPPS CZ-PL). Projekt nese akronym AIR SILESIA. Hlavním cílem projektu bylo vytvoření Regionálního informačního systému kvality ovzduší v Moravsko-Slezském regionu. To bylo podmíněno vytvořením společné informační a metodické základny pro hodnocení kvality ovzduší, což následně umožnilo hodnocení přeshraničních přenosů znečišťujících látek a prognózu vývoje znečištění ovzduší. Úkolem Zadání č. 5 Vypracování modelu šíření znečištění ADMoSS bylo provést modelování rozptylu suspendovaných částic PM10 v ovzduší s využitím modelovacího systému ADMoSS. Tento systém byl vyvinut na Katedře ochrany životního prostředí v průmyslu, Fakultě metalurgie a materiálového inženýrství, VŠB – TU Ostrava, která je rovněž odpovědným řešitelem tohoto dílčího zadání projektu. Modelování a následné analýzy byly provedeny pro průměrné roční koncentrace suspendovaných částic PM10 v letech 2006 a 2010, pro který byla v době řešení projektu dostupná nejnovější data o zdrojích znečišťování ovzduší po obou stranách hranice. Modelování rozptylu znečišťujících látek bylo provedeno velmi detailně, podle doporučené metodiky Ministerstva životního prostředí ČR SYMOS´97. Pro modelování byly využity všechny dostupné informace o zdrojích znečišťování ovzduší po obou stranách hranici v odpovídající podrobnosti. Výsledky modelování byly korigovány s využitím metody tzv. Landuse regression a údajů z imisního monitoringu. Výsledky modelování byly verifikovány modelováním doporučenou polskou metodikou CALPUFF, které provedl partner Str. 1

Insytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej – Państwowy Instytut Badawczy, pobočka Krakov (IMGW-PIB) za spolupráce firmy "EKOMETRIA" Sp. z o.o. v Gdaňsku. Popis tohoto modelování tvoří přílohu této zprávy. Na modelování navazovaly analýzy převahy zdrojů a přeshraničního přenosu řešené v rámci dílčího Zadání č. 8: Hodnocení transhraničního přenosu znečišťujících látek.

Str. 2

2

Systém ADMoSS

Pro hodnocení kvality ovzduší v rozsáhlých oblastech s velkým množstvím zdrojů znečišťování ovzduší byl na VŠB – TU Ostrava vytvořen modelovací systém ADMoSS (Analytický Disperzní Modelovací Superpočítačový Systém) kombinující v sobě výhody využití GIS, matematického modelování a výpočetního výkonu paralelních clusterů. Tento systém vznikl v průběhu prací na studiích zabývajících se hodnocením kvality ovzduší v rozsáhlých oblastech. Při těchto modelováních bylo nutné zahrnout vliv velkého množství zdrojů znečišťování ovzduší v rozsáhlých oblastech s co nejvyšší mírou detailnosti, stejně jako tomu bylo v rámci projektu AIR SILESIA. Taková modelování s sebou přináší několik závažných komplikací:  Příprava, management, interpretace, vizualizace a analýza vstupních a výstupních dat matematického modelování;  nestabilita operačního systému během výpočtů;  časová náročnost výpočtů;  automatizace, opakovatelnost a dokumentace postupu. Jakýkoliv postup nebo výpočetní systém se musí těmito okruhy zabývat a řešit je. V systému ADMoSS jsou řešeny níže popsaným způsobem. Příprava, management, interpretace, vizualizace a analýza vstupních a výstupních dat matematického modelování jsou realizovány pomocí propojení matematického modelu (SYMOS’97) se softwarem pro GIS (ArcInfo for Workstation). Všechny výše zmíněné úkony jsou prováděny v prostředí GIS a využívají modelovací software jako externí program. Nestabilita operačního systému během výpočtů je způsobena dlouhodobým stoprocentním zatížení procesoru počítače. Běžné počítače nejsou pro tyto situace Str. 3

uzpůsobena a jsou v těchto situacích nestabilní. Vhodnějším výpočetním prostředkem jsou speciální počítače – pracovní stanice a paralelní clustery, které využívají operační systémy odvozené od systému Unix, kde tento problém nenastává. Tyto operační systémy navíc nepotřebují pro svůj provoz grafické uživatelské rozhraní (GUI). Navíc umožňují práci z příkazové řádky, což při výpočtech znamená efektivnější využití procesorového výkonu. Systémové nároky na výpočetní čas procesoru jsou tak v tomto případě podstatně nižší. Časová

náročnost

výpočtů

při

matematickém

modelování

rozptylu

znečišťujících látek v ovzduší je i přes relativní jednoduchost metodiky SYMOS’97 značná. Vyplývá ze skutečnosti, že výpočty jsou prováděny v rozsáhlých oblastech, do výpočtu vstupuje velké množství zdrojů znečišťování ovzduší, a jsou velké požadavky na detailnost výsledků. V systému ADMoSS je tento problém řešen tím, že každá výpočetní úloha je rozdělena na více menších úloh, které jsou poté počítány současně na více uzlech výpočetního clusteru. Automatizace jednotlivých fází modelování je realizována pomocí jazyka AML (ArcInfo Macro Language) formou skriptů. Celý proces modelování je rozdělen do malých logických částí a pro každou část je vytvořen zvláštní skript. To umožňuje průběžně sledovat výsledky jednotlivých kroků modelování a v některých případech si lze vybrat z několika různých postupů (např. při tvorbě receptorů). Opakovatelnost a popis postupů jsou dány posloupností příkazů. Ty jsou při modelování zapisovány do zvláštního textového souboru, ze kterého jsou podle potřeby spuštěny na příkazovém řádku terminálu. Takto je možné uchovat celý postup, kdykoli jej snadno zopakovat a relativně snadno v něm nalézt případnou chybu. Veškerá vstupní data pro modelování jednotlivých dílčích úloh v systému ADMoSS se připravují ve formě textových souborů vzniklých exportem z prostorových dat. Pro samotný výpočet je následně nutné sestavení seznamu výpočetních úloh. Jako výpočetní úloha je zde chápána unikátní kombinace dat o Str. 4

zdrojích, dat o receptorech, dat o stabilitní větrné růžici a dat o terénu. Tyto kombinace jsou sestavovány na základě vstupních dat pro polohu zdrojů, parametry zdrojů, parametry receptorů a parametry stabilitní větrné růžice. Jsou-li seznamy výpočtů sestaveny, lze následně plně automaticky provést modelování na paralelním clusteru.

2.1

Zajištění výpočetního výkonu systému

Paralelní clustery (anglicky „cluster“ = shluk, roj) jsou skupinou počítačů určených pro provádění výpočetně náročných aplikací, nejčastěji se jedná o analýzu velkých objemů dat nebo o matematické modelování. Zjednodušeně řečeno, jedná se o jakousi sadu počítačů, nazývaných uzly (node), které jsou vzájemně propojeny vysokorychlostní počítačovou sítí a využívají společný diskový prostor. Výpočetní výkon clusterů je získán distribucí výpočtů na mnoho uzlů počítajících paralelně. Na základě tohoto principu jsou v současnosti sestavovány ty nejvýkonnější počítače současnosti. Pro výpočty v systému ADMoSS byly pro účely projektu využity prostředky Superpočítačového Centra VŠB-TU Ostrava (SPC). Jedná se o celoškolské pracoviště poskytující výpočetní prostředí a výpočetní zdroje pro náročné výpočty v oblasti vědy a výzkumu. Výpočty jsou na clusteru zařazeny do fronty úloh a počítány paralelně na všech volných uzlech. Průběh výpočtů lze sledovat pomocí webového rozhraní nebo pomocí výpisu vypočtených úloh a jejich počtu, aktuálně počítaných úloh jejich počtu a úloh ve frontě. Základní a klíčovou složkou celého systému je software pro GIS ArcInfo for Workstation, který je provozován na pracovních stanicích Abacus. Použití tohoto software je omezeno operační systém Microsoft Windows a operační systémy odvozené ze standardu Unix (Aix, Irix, Solaris). Není možné jej provozovat na strojích s operačním systémem Linux. Veškerá práce na pracovních stanicích je realizována

Str. 5

pomocí terminálu pro vzdálený přístup z příkazové řádky. Pracovní data jsou uložena na diskovém poli NFS2. Pomocí protokolu NFS jsou data dostupná pracovním stanicím i paralelním clusterům. Přes rozhraní Samba rovněž pracovním počítačům ve formě síťového disku.

2.2

Příprava vstupních dat

Vstupní data pro modelování byla připravována převážně v prostředí GIS (ArcInfo for Workstation, ArcGIS 11). Vstupní údaje jsou do matematického modelu vkládány ve formě textových souborů. Pro samotné modelování je potřeba připravit data o terénu; meteorologická data; data o zdrojích znečišťování ovzduší a data o referenčních bodech (tzv. receptorech). Postup přípravy vstupních dat pro systém bude popsán dále. Tato data byla připravena na základě výstupů předchozích dílčích zadání projektu. Jednalo se o:  Zadání č. 2: Příprava prostorových digitálních dat  Zadání č. 3: Inventarizace a charakteristika zdrojů znečištění  Zadání č. 4: Příprava meteorologických dat pro zkoumané oblasti Popisu realizace dílčích zadání a společné přípravě jednotných vstupních dat jsou věnovány závěrečné technické zprávy zpracované v rámci těchto úkolů. Zprávy i vstupní data jsou dostupné na webovém rozhraní projektu www.air-silesia.eu nebo u jednotlivých partnerů projektu. V rámci realizace projektu byla všechna data poprvé po obou stranách hranice připravena společně jednotným postupem a byla z nich vytvořena jednotná databáze. Z této databáze pak čerpaly obě strany při řešení navazujících úkolů projektu.

Str. 6

3

Vstupní údaje

3.1

Obecná charakteristika lokality

Česká část zájmové oblast projektu AIR SILESIA se nachází na severovýchodě České republiky a je tvořena téměř celým územím Moravskoslezského kraje. Zahrnuje okresy Frýdek – Místek, Karvinou, Nový Jičín, Opavu, a Ostravu. Polská část zájmové oblasti se rozkládá na jihu Slezského a Opolského Vojvodství. Ve Slezském Vojvodství ji tvoří okresy (powiaty) Bielski, Cieszyń, Pszczyna, Raciborz, Rybnicki, Wodzisław, Bielsko-Biała, Jastrzebie-Zdrój, Rybnik, a Żory. V Opolském Vojvodství pak zahrnuje okresy (powiaty) Głubczyce a Kędzierzyń-Kozlie. Celá oblast má přes 8 300 km². Viz Obr. č. 1. Obr. č. 1: Vymezení zájmové oblasti

Str. 7

3.2

Terén

Pro modelování českou referenční metodikou SYMOS’97 je nutno zadat tvar reliéfu celé modelované oblasti. Podrobný popis, jakým byl vytvořen digitální model terénu, který byl následně převeden do formátů pro modelování systémem ADMoSS, je popsán ve Zprávě z realizace Zadání č. 2: Příprava prostorových digitálních dat. Zpráva a digitální model terénu jsou dostupné na webovém rozhraní projektu www.air-silesia.eu nebo u jednotlivých partnerů projektu. Digitální model terénu je pro potřeby modelování metodikou SYMOS’97 v systému ADMoSS zadáván v textovém formátu, který odpovídá standardu ASCII Grid. Digitální model terénu vytvořený v rámci zadání č. 2 byl tedy převeden do tohoto formátu. Nezastupitelnou roli při tomto úkolu sehrává GIS.

3.3

Klimatické a meteorologické charakteristiky území

Při modelování dlouhodobým modelem, který byl použit v rámci tohoto zadání projektu AIR SILESIA, se pracuje s meteorologickými daty statisticky zpracovanými pro určité období (v tomto případě jeden rok). Data zpracoval a připravil partner projektu Český hydrometeorologický ústav ve spolupráci s partnerem Insytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej. Kompletní meteorologické charakteristiky území byly předmětem dílčího Zadání č. 4: Příprava meteorologických dat pro zkoumané oblasti. Jejich podrobný popis je obsažen v odborné zprávě z tohoto zadání dostupné na webovém rozhraní projektu www.air-silesia.eu nebo u jednotlivých partnerů projektu. Pro modelování metodikou SYMOS’97 jsou meteorologická data upravena do matice hodnot, které jsou procentuálním výskytem určitého generalizovaného typu počasí v daném období. Počasí je zařazeno do určité kategorie podle kombinace třídy teplotní stability ovzduší (reprezentované průměrným teplotním gradientem γ) a rychlosti větru. Používají se třídy podle Bubníka a Koldovského.

Str. 8

Celá sada takto upravených dat se nazývá stabilitní větrná růžice. Graficky lze četnost počasí v jednotlivých kategoriích znázornit jako paprskový graf, ve kterém je na jednotlivých osách (např. osmi směrů) vynesena četnost výskytu jednotlivých kategorií počasí [%]. Vzhledem k členitosti a rozlehlosti terénu zájmové oblasti projektu bylo území meteorology rozděleno na části s podobnými charakteristikami, a těm byly posléze přiřazeny odpovídající roční stabilitní větrné růžice. S ohledem na vliv zejména velkých průmyslových zdrojů znečišťování bylo rovněž modelováno území za hranicemi zájmové oblasti (v odlehlosti do cca 50 km od hranice zájmového oblasti). Pro toto území byly proto rovněž sestaveny stabilitní větrné růžice. Růžice jsou generalizací počasí pro modelované roky 2006 a 2010. Viz Obr. č. 2 a Obr. č. 3 na následujících stránkách. Stabilitní větrné růžice byly poté převedeny do vstupních formátů modelovacího systému ADMoSS a jsou v této podobě rovněž k dispozici na webových stránkách projektu www.air-silasia.eu nebo u jednotlivých partnerů.

Str. 9

Obr. č. 2: Znázornění stabilitních větrných růžic pro rok 2006

Str. 10

Obr. č. 3: Znázornění stabilitních větrných růžic pro rok 2010

Str. 11

3.4

Imisní limity

V souladu s právem Evropského společenství mají Česká republika i Polsko shodné přípustné limity úrovně znečištění ovzduší. V ČR je do roku 2012 definoval Zákon č. 86/2002 Sb., o ochraně ovzduší [1], resp. jeho prováděcí

předpis Nařízení vlády č. 597/2006 Sb. [2] Nový Zákon

č. 201/2012 Sb. [3], o ochraně ovzduší definuje imisní limit jako nejvýše přípustnou úroveň znečištění stanovenou tímto zákonem. Imisní limity a přípustné četnosti jejich překročení jsou stanoveny v příloze č. 1 tohoto zákona. V Polsku je přípustná úroveň znečištění ovzduší definovaná na základě Zákona o ochraně životního prostředí (Dz. U. z 2008 r. Nr 25, poz. 150), resp. Přílohy č. 1 jeho prováděcího předpisu Vyhlášky Ministerstva životního prostředí (Dz. U. z 2012 r., poz. 1031). Hodnoty imisních limitů podle nové legislativy jsou shodné s hodnotami, které byly v platnosti v modelovaných letech 2006 a 2010. Imisní limity pro PM10 jsou uvedeny v Tab. č. 1. Tab. č. 1: Imisní limity pro PM10 Imisní limit Účel vyhlášení [μg.m-3] 24 hodin 50(35x) PM10 Ochrana zdraví lidí 1 kalendářní rok 40 V závorce je uveden maximální počet překročení uvedeného limitu za rok.

Znečišťující látka Doba průměrování

3.5

Imisní charakteristika lokality

Na základě výsledků analýzy provedené v rámci Zadání č. 1: Identifikace problémů kvality ovzduší ve sledované oblasti bylo v závěrečné zprávě k tomuto zadání zájmové území z imisního hlediska charakterizováno takto: Moravskoslezský kraj náleží z hlediska kvality ovzduší k nejvíce zatíženým oblastem v České republice. Limitní koncentrace znečišťujících látek jsou zde

Str. 12

překračovány především u suspendovaných částic PM10, PM2,5, ale rovněž u benzo(a)pyrenu a v letním období u ozónu. Hodnoty se výrazně liší rok od roku, což vypovídá o významném vlivu meteorologických podmínek a terénního reliéfu. Situace však odpovídá rovněž emisním podmínkám v oblasti, přičemž lze zdůraznit jak vliv emisí průmyslových, tak neprůmyslových. Podíl průmyslových emisí v této oblasti může být podstatně vyšší, než na polské straně, vzhledem k tomu, že koncentrace průmyslu je větší na menším území, než jak je tomu v případě Slezského Vojevodství. Dalším faktorem způsobujícím vysoké koncentrace znečišťujících látek je již zmíněný tvar reliéfu - topografie (nejprůmyslovější část zájmové oblasti leží v pánvi a říčních údolích obklopených poměrně vysokým pohořím). To způsobuje, že inverzní situace jsou zde častější a delší než na polské straně. Je nutné rovněž zmínit pravděpodobně významný podíl přeshraničního znečištění z polských zdrojů při výskytu vysokých koncentrací znečištění za nepříznivých meteorologických podmínek. Tyto situace obvykle nastávají při slabém východním a severovýchodním proudění. To může způsobovat přenos zejména neprůmyslového znečištění z polské strany. Na území polských obcí v zájmové oblasti jsou rovněž překračovány limitní koncentrace sledovaných znečišťujících látek. Na základě výsledků modelování (Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej) lze konstatovat, že hlavními problémy v zájmové oblasti jsou na polské straně taktéž nadlimitní koncentrace PM10, PM2,5 a látek obsažených v prachových částicích, zejména polycyklických aromatických uhlovodíků, jejichž ukazatelem je benzo(a)pyren. Analýza zdrojů a velikosti emisí jednoznačně v polské části ukazuje významnou roli lokálních topenišť. Vysoké koncentrace výše zmíněných znečišťujících látek se vyskytují jak v městských oblastech, tak v oblastech mimo města. Situaci zhoršuje nepříznivý tvar a využití terénu, jakožto i značně rozptýlená obytná zástavba. To je při stávajícím mikroklimatu příznivé pro výskyt dlouhých období s nízkou rychlostí větru, Str. 13

se sklonem k hromadění znečištění z nízkých zdrojů znečišťování pod inverzní vrstvou. Bezvýznamný není v polské části ani vliv dopravy, neboť v zájmové oblasti se nacházejí hlavní tepny tranzitní dopravy na jih a komunikace vedoucí do horských oblastí (cíle víkendové rekreace). K tomu se přidávají emise z velkých průmyslových zdrojů (je zde soustředěn průmysl okolo těžby a zpracování černého uhlí – doly, teplárny, elektrárny, koksovna, strojní průmysl atd.), ze zemědělství a služeb. Tato skutečnost se pak odráží ve špatné kvalitě ovzduší. Epizody s extrémně vysokými koncentracemi znečišťujících látek (smogové situace) nastávající v zimním období byly jedním ze základních problémů výzkumu v rámci projektu AIR SILESIA. Jsou ve značné míře určovány meteorologickými podmínkami v oblasti, čímž se rozumí jednak synoptická situace (typ atmosférického proudění), a jednak místní meteorologické podmínky měřené ve státních sítích meteorologických stanic po obou stranách hranice. Proto s ohledem na vyhodnocení růžic směrovosti znečištění v některých situacích dochází k přenosu z Čech, a v jiném případě k přenosu znečištění z Polska. Podrobně se v rámci projektu tímto přenosem zabývalo Zadání č. 8: Hodnocení transhraničního přenosu znečišťujících látek. Úplné texty odborných zpráv ze Zadání č. 1: Identifikace problémů kvality ovzduší ve sledované oblasti i ze Zadání č. 8: Hodnocení transhraničního přenosu znečišťujících látek jsou k dispozici na webovém rozhraní projektu www.airsilesia.eu nebo u jednotlivých partnerů projektu. Základním podkladem pro hodnocení imisního zatížení znečišťujícími látkami, který je dále rovněž využíván pro korekci výsledků v rámci modelování systémem ADMoSS jsou data z imisního monitoringu. Stanice imisního monitoringu a naměřené průměrné roční koncentrace suspendovaných částic PM10 na těchto stanicích v letech 2006 a 2010, uvádí Tab. č. 2. Zdrojem naměřených dat jsou Český hydrometeorologický ústav Str. 14

(ČHMÚ) a Wojwodski Inspektorat Ochrony Środowiska (WIOŚ). Rozložení monitorovacích stanic znázorňuje následující

Obr. č. 4.

Tab. č. 2: Výsledky imisního monitoringu na monitorovacích stanicích v zájmovém území Průměrné roční koncentrace PM10 [μg/m3] 2006 2010 PL0217A Glubczyce B/U/R 39.1 PL0218A Kedzierzyn-Kozle B/U/R 52.4 44.0 PL0234A M. Bielsko-Biala B/U/R 49.4 43.0 PL0239A M. Rybnik B/U/R 72.5 70.6 PL0241A Wodzislaw Slaski B/U/R 72.6 67.6 PL0240 Pszczyna B/U/R 65.7 TBKR Bílý Kříž B/R/N-REG 19.0 17.8 TBOM Bohumín B/S/RI 63.4 63.9 TCEL Čeladná B/R/N 30.8 31.4 TCER Červená B/R/N 20.0 19.9 TCTN Český Těšín B/U/R 60.5 53.5 TFMI Frýdek-Místek B/S/R 43.8 45.8 THAR Havířov B/U/R 54.6 52.9 TKAO Karviná-ZÚ T/U/R 47.6 50.4 TKAR Karviná B/U/R 56.7 54.3 TNUJ Návsí u Jablunkova B/R/N 41.1 39.6 TOBA Ostrava-Bartovice I/S/IR 63.7 61.7 TOCB Ostrava-Českobratrská T/U/CR 54.1 50.5 TOFF Ostrava-Fifejdy B/U/R 46.9 51.3 TOPO Ostrava-Poruba/ČHMÚ B/S/R 37.5 39.9 TOPR Ostrava-Přívoz I/U/IR 56.4 52.1 TORV Orlová B/U/R 58.0 51.0 TOVK Opava-Kateřinky B/U/R 44.4 38.9 TSTD Studénka B/R/A-NCI 41.1 43.8 TTRK Třinec-Kanada B/U/R 39.5 43.6 TTRO Třinec-Kosmos B/U/R 42.8 44.9 TVER Věřňovice B/R/AI-NCI 64.1 66.1 TOZR Ostrava-Zábřeh B/U/R 43.6 51.0 TOMH Ostrava-Marianské Hory I/U/IR 40.2 TOPU Ostrava-Poruba IV. B/U/R 28.6 TZBY Zbyslavice B/R/RA-NCI 36.2 Pozn.: Hodnoty zvýrazněné červeně překračují roční imisní limit 40 μg/m3. Kód stanice

Název

Klasifikace

Str. 15

Obr. č. 4: Znázornění rozložení monitorovacích stanic

Str. 16

4

Charakteristika zdrojů

Zdroje znečišťování ovzduší definuje zákon ČR č. 201/2012 Sb. [3]. Rozlišuje:  Stacionární zdroje, což jsou ucelené technicky dále nedělitelné stacionární technické jednotky nebo činnosti, které znečišťují nebo by mohly znečišťovat ovzduší.  Mobilní zdroje, což jsou samohybné a další pohyblivé, případně přenosné technické jednotky vybavené spalovacím motorem, pokud tento slouží k vlastnímu pohonu nebo je zabudován jako nedílná součást technologického vybavení.  Spalovací stacionární zdroje, což jsou stacionární zdroje, ve kterých se oxidují paliva za účelem využití uvolněného tepla. Pro účely modelování je za zdroj považován jednotlivý komín či výduch. Proto se v této zprávě používá pojem zdroj právě v tomto smyslu (není-li uvedeno jinak). Pro účely modelování jsou antropogenní zdroje děleny dle svého charakteru do tří základních skupin:  Průmyslové zdroje  Lokální topeniště  Automobilová doprava Průmyslové stacionární, resp. průmyslové spalovací stacionární zdroje jsou pro účely modelování reprezentovány body (komín, výduch), umístěnými v souřadném systému S-JTSK. Spalovací stacionární zdroje malých výkonů, tzv. lokální topeniště, jsou reprezentovány sítí plošných zdrojů o zvolené velikosti buňky 200 m. Mobilní zdroje, v případě této studie silniční doprava, jsou reprezentovány sítí liniových zdrojů, která kopíruje průběh silniční sítě. Str. 17

Předmětem modelování v systému ADMoSS v rámci Zadání č. 5 jsou všechny skupiny zdrojů znečišťování ovzduší po obou stranách hranice zpracované stejným způsobem do jednotných databází v rámci řešení Zadání č. 3: Inventarizace a charakteristika zdrojů znečištění. Závěrečná zpráva z řešení tohoto zadání a vstupní data o zdrojích použitá pro modelování jsou k dispozici na webovém rozhraní projektu www.air-silesia.eu nebo u jednotlivých partnerů projektu.

4.1

Průmyslové zdroje

4.1.1 Průmyslové zdroje na české straně modelované oblasti Data o průmyslových zdrojích znečišťování ovzduší jsou na českém území dostupná v digitální podobě ve formě výstupů z relační databáze REZZO. Správcem této databáze je partner projektu ČHMÚ. Výchozím podkladem pro tuto databázi jsou údaje Souhrnné provozní evidence zdrojů znečišťování ovzduší za daný rok. Data o průmyslových zdrojích znečišťování byla pro oba modelované roky 2006 a 2010 dodána ve formě tabulek exportovaných z příslušné relační databáze, ve které jsou uložena všechna data potřebná pro modelování rozptylu znečišťujících látek pro jednotlivé komíny/výduchy. Dodaná data byla verifikována podle poplatkové databáze úřadu Moravskoslezského kraje. Prostorový charakter těchto dat je dán polohou komínů či výduchů. Databáze REZZO disponuje obvykle souřadnicemi zdrojů, případně adresou provozovny. Lokalizace byla dle zkušeností z předchozích studií přezkoumána a upřesněna podle leteckých snímků resp. místním šetřením. Do modelování byly na české straně zahrnuty všechny průmyslové zdroje (dle původní legislativy kategorie zvláště velké a velké zdroje a střední zdroje) s přesností na jednotlivé komíny a výduchy, které leží na zájmovém území a v okruhu do 50 km od jeho hranice. Data použitá pro modelování jsou dostupná na webové stránce projektu www.air-silesia.eu. Str. 18

Ze zpracování podkladových dat vyplývá, že k roku 2006 se na české straně v zájmové oblasti a do 50 km od hranice zájmové oblasti nacházelo celkem 3793 průmyslových zdrojů znečišťování ovzduší, které produkovaly emise PM10. V roce 2010 to pak bylo 2025 průmyslových zdrojů. Rozložení průmyslových zdrojů v zájmovém území pro oba roky je zobrazeno ve formě map s odborným obsahem v Mapových přílohách k této zprávě. 4.1.2 Průmyslové zdroje na polské straně modelované oblasti Data o průmyslových zdrojích znečišťování byla za polskou stranu dodána z různých zdrojů, a tedy ve velmi rozdílné kvalitě a různých formátech. Jednalo se většinou o databáze úřadů Vojvodství, databáze WIOŚ, databáze partnerů atd. Data za rok 2006 byla dodána za Slezské Vojvodství v generalizaci za celou provozovnu. Za Malopolské Vojvodství pak podobně, ovšem byla dodána data platná k roku 2005. Podrobná data s přesností na jednotlivé výduchy se za tento rok v těchto případech nepodařilo získat. Podle dodatečné kontroly byly většinou zdroje řádně lokalizovány na území závodu, v ostatních případech byla provedena dodatečná lokalizace. Technické parametry potřebné pro modelování byly u jednotlivých provozoven uvedeny. Za Opolské Vojvodství byla dodána data za jednotlivé komíny a výduchy v rámci provozoven, zdroje však nebyly lokalizovány. Proto byla provedena dodatečná

lokalizace

jednotlivých

výduchů

v rámci

průmyslových

podniků.

U některých zdrojů rovněž chyběly technické parametry zdrojů potřebné pro modelování. Tyto byly doplněny odborným odhadem podle zkušeností s modelováním obdobných typů zdrojů. Dodávka dat za rok 2010 se za polskou část území ukázala jako velmi problematická a pozdržela o více než rok ukončení zadání č. 3. Za území Slezského Vojvodství byla za rok 2010 dodána data za jednotlivé výduchy, ovšem bez lokalizace a s neúplnými technickými parametry potřebnými pro modelování. Souřadnice byly dodány spolu s daty o zdrojích za toto Vojvodství, která byla platná pro rok 2009. Str. 19

Databáze však vzhledem k nejednoznačnosti identifikátorů nebylo možné mezi sebou propojit. Stovky zdrojů byly proto lokalizovány ručně. Stejně byly doplňovány technické parametry zdrojů. Podobně tomu bylo s daty za rok 2010 v případě Malopolského Vojvodství. Data nebyla lokalizována, byla provedena dodatečná lokalizace a také doplnění chybějících technických parametrů. Data za Opolské Vojvodství byla za rok 2010 dodána pouze pro malé průmyslové zdroje, data za významné průmyslové zdroje byla dodána pouze za rok 2008. Tato data se ukázala jako totožná s původně dodanými daty z roku 2006. Data o zdrojích za rok 2010 byla proto odhadnuta dle veřejně dostupných informací o firmách na internetu, z výročních zpráv atp. Byly dohledány vždy emise za celou provozovnu a ty byly rozděleny na jednotlivé zdroje podle váhy tohoto zdroje v roce 2006. Dodatečná lokalizace zdrojů byla pro provedena v prostředí GIS pomocí digitálně zpracovaných leteckých snímků (ortofotomap), resp. podle místních šetření. Celý proces dodatečné lokalizace a doplňování technických parametrů byl velice pracný a časově náročný. Byly postupně zpracovány stovky výduchů. Tato práce však byla nezbytná proto, aby byly podklady pro modelování průmyslových zdrojů srovnatelné s podklady za českou stranu. Řádně lokalizované zdroje s přiřazenými technickými parametry jsou následně důležité z hlediska porovnatelnosti výsledků modelování pro tyto a nízké zdroje, jako jsou doprava a lokální topeniště. Do modelování byly na polské straně zahrnuty všechny průmyslové zdroje, které leží na zájmovém území a v okruhu do 50 km od jeho hranice, a to s přesností, s jakou to dovolila kvalita dodaných dat. Data použitá pro modelování jsou dostupná na webové stránce projektu www.air-silesia.eu. Ze zpracování podkladových dat vyplývá, že k roku 2006 se na polské straně zájmového území do 50 km od jeho hranice nacházelo celkem 1200 průmyslových zdrojů znečišťování ovzduší, které produkovaly emise PM10. V roce 2010 to pak bylo Str. 20

1598 průmyslových zdrojů. Rozložení průmyslových zdrojů v zájmovém území pro oba roky je zobrazeno ve formě map s odborným obsahem v Mapových přílohách k této zprávě.

4.2

Lokální topeniště

Lokální topeniště jsou spalovací stacionární zdroje určené pro lokální vytápění prostor k individuálnímu bydlení (rodinné domy a byty). Tvoří významnou skupinu zdrojů znečišťování ovzduší s ohledem na jejich velké množství, umístění přímo v obytné zástavbě, relativně nízké komíny, tepelné výkony, použitá paliva a nižší kvalitu spalovacích zařízení. Provozovatelům lokálních topenišť zákon neukládá oznamovací povinnost. Jediná povinnost, která pro ně ze zákona vyplývá, je provozovat zdroje znečišťování ovzduší v souladu s podmínkami pro provoz těchto zařízení. Provozovatelé lokálních topenišť nemají povinnost oznamovat druh a spotřebu paliva, proto neexistuje žádná ucelená databáze s těmito údaji, ani informace o umístění těchto topenišť. Vzhledem k významnosti těchto zdrojů byla na Katedře ochrany životního prostředí v průmyslu, Fakultě metalurgie a materiálového inženýrství, VŠB – TU Ostrava vyvinuta metodika pro analýzu jejich rozložení v zástavbě a pro reprezentaci pomocí sítě plošných zdrojů. V rámci tak rozhlehlého území, jaké zahrnuje projekt AIR SILESIA, nelze jednotlivé komíny lokálních topenišť vzhledem k jejich množství lokalizovat přímo. 4.2.1 Analýza rozložení lokálních topenišť S využitím GIS byla provedena analýza rozložení lokálních topenišť. Nejprve byly v digitální prostorové vrstvě zástavby identifikovány plošné objekty, které představují rodinné domy, resp. lokální topeniště. Vycházelo se z předpokladu, že rodinné domy jsou představovány polygony do určité velikosti. Tato velikost byla ověřována analýzou nad leteckými snímky, a pro danou oblast byla stanovena na Str. 21

220 m2. Výběr byl dále upřesněn vyloučením objektů, které neobsahují údaje o adrese. Výstupem takovéto analýze pak bylo rozložení rodinných domů v zástavbě. Viz Obr. č. 5. Vybrané polygony byly nahrazeny pravidelnou sítí čtvercových buněk o rozměru 200 m, které pokrývají celou oblast a ve které se nacházejí studovaná lokální topeniště. Tato síť nahrazuje zástavbu rodinných domů. Každé buňce sítě byla dále přiřazena taková váha, která relativně odpovídá množství rodinných domů v její ploše. Obr. č. 5: Analýza rozložení rodinných domů

Pro městskou zástavbu je však typický ještě další typ lokálních topenišť – místní vytápění bytů v bytových domech (tzv. etážová topení). Jejich emise jsou lokalizovány do zástavby velkých obytných domů a uvedeným způsobem nemohou být identifikovány. Lze je však nalézt dalšími prostorovými analýzami v GIS. Po výpočtu emisí pro jednotlivé čtverce mohou být identifikovány čtverce s relativně vysokými emisemi a malou zástavbou rodinných domů. V těchto místech je pak Str. 22

možno podle leteckých snímků lokalizovat bytové domy s množstvím komínů na střechách. Polygony, které reprezentovaly tyto domy, pak byly přidány do vrstvy s rodinnými domy a byla znovu provedena generalizace do váženého gridu o straně buňky 200 m. 4.2.2 Emise z lokálních topenišť Podrobně se emisemi z lokálních topenišť zabýval projekt Zlepšení kvality ovzduší v příhraniční oblasti Česka a Polska (CZ.3.22/1.2.00/08.00104). V rámci tohoto projektu byly jednotnou metodikou stanoveny emise PM10 z lokálních topenišť po obou stranách hranice. Podrobně je metodika popsána v technické zprávě z řešení tohoto projektu: Metodika stanovení emisí prachu frakcí PM10 a PM2,5 ze spalování paliv ve zdrojích tepla pro vytápění domácností [4]. Výsledky projektu jsou dostupné na webových stránkách www.cleanborder.eu. V rámci projektu AIR SILESIA byly výsledky tohoto projektu využity a lokálním topeništím v oblasti byly přiřazeny emise stanovené v rámci tohoto projektu. Byly provedeny přepočty pro zdroje z lokálních topenišť získané uvedeným postupem a aktualizace pro meteorologické podmínky roku 2010 podle platné metodiky ČHMÚ [5] a [6]. Původní záměr využít k aktualizaci rovněž výsledky Sčítání lidu, domů a bytů 2011 se nepodařilo uskutečnit, neboť v době ukončení prací na Zadáním č. 3 nebyly k dispozici zpracované podrobné výsledky. 4.2.3 Reprezentace lokálních topenišť plošnými zdroji Na vrstvu polygonů, získanou analýzou rozložení lokálních topenišť v zástavbě, byly rozděleny emise. Takto přiřazené údaje o emisích byly pro účely modelování reprezentovány pravidelnou čtvercovou sítí plošných zdrojů o straně čtverce 200 m. Hodnoty emisí v každé buňce této sítě odpovídají součtu vypočtených emisí z rodinných domů, jejichž středy se nacházejí v této buňce. Každá z buněk sítě pak Str. 23

tvoří čtvercový plošný zdroj znečišťování ovzduší. Viz na následující straně Obr. č. 6. Rozložení emisí z lokálních topenišť v zájmovém území je pro oba roky zobrazeno ve formě map s odborným obsahem v Mapových přílohách k této zprávě. Data použitá pro modelování jsou dostupná na webové stránce projektu www.air-silesia.eu. Obr. č. 6: Reprezentace lokálních topenišť plošnými zdroji

4.3

Automobilová doprava

Zejména

ve

městech

je

významným

zdrojem

znečišťování

ovzduší

automobilová doprava. Stanovení emisí z těchto mobilních zdrojů spočívá především ve vyhodnocování údajů o množství emisí z automobilové dopravy a její struktuře a intenzitě. Tyto údaje lze získat z různých zdrojů, především z pravidelného sčítání Str. 24

dopravy, které provádí Ředitelství silnic a dálnic ČR, a různých dopravních studií a analýz. S ohledem na nedostatečnou hustotu sčítaných úseků byl v rámci realizace Zadání č. 3 firmou UDIMO spol. s r. o. zpracován model dopravy pro celé zájmové území. Modelem dopravy byly dopočítány intenzity dopravy na nesčítaných úsecích silniční sítě celé zájmové oblasti odděleně pro osobní a nákladní silniční dopravu. Model nákladní dopravy byl modelován jako lehká nákladní vozidla, těžká nákladní vozidla a bus dohromady na podkladech počtu pracujících dle odvětví OKEČ resp. EKD. Modelové roky byly 2005, 2006 a 2010. Modelový čas byl vozidla za 24 hodin s kalibrací na sčítání ŘSD ČR 2005 a 2010. Pro zpracování modelu dopravy byl použit software Omnitrans. Podrobně se vytvořeným dopravním modelem zabývá technická zpráva společnosti UDIMO [7]. Model dopravy byl dále doplněn o existující podrobné městské dopravní modely (Ostrava a Opava) a v ostatních městech nad 20 tis obyvatel pomocí analýzy v GIS a metodiky pro odhad průjezdů vozidel na nesčítaných úsecích. Vstupními daty pro výpočet emisí z automobilové dopravy byly tedy zde údaje o intenzitě dopravy, strukturované na počet projíždějících osobních automobilů, lehkých a těžkých nákladních automobilů, dále pak informace o rychlosti projíždějících automobilů. Množství emisí z automobilů závisí na mnoha parametrech jako jsou technické parametry vozidla (typ motoru), používané palivo, typ a technický stav komunikace, režim jízdy, intenzita dopravy na jednotlivých úsecích komunikací na daném území. Tato data byla získána z Centrálního registru vozidel ČR [8], resp. Głównego urzędu statystycznego v Polsku. Emise z vozidel byly stanoveny výpočtem pomocí emisních faktorů. V dopravě se emisní faktor [g.km-1.vozidlo-1] vyjadřuje jako veličina udávající, jaké množství znečišťující látky zanechá jedno projíždějící vozidlo v ovzduší, ujede-li 1 km. Str. 25

Hodnoty emisních faktorů byly získány z Programu MEFA v. 06 (ATEM, DINPROJEKT, VŠCHT Praha). Jejich hodnota pro určitý rok závisí na technickém a legislativním vývoji v oblasti silniční dopravy a na kategorii vozidla. Výpočet emisních faktorů pro motorová vozidla vyžadoval zadání následujících vstupních dat:  výpočtový rok;  kategorie vozidla – jednostopá vozidla, osobní automobil (OA), lehký nákladní automobil (LNA), těžký nákladní automobil (TNA), autobus (BUS);  palivo – benzin, motorová nafta, stlačený zemní plyn (CNG), zkapalněné uhlovodíkové plyny (LPG), pohon plynnými palivy – LPG a CNG je uvažován pouze v případě kategorií vozidel OA;  emisní úroveň – konvenční, EURO 1, EURO 2, EURO 3, EURO 4, EURO 5 (kategorie konvenční se týká vozidel splňujících emisní limity platné ještě před emisními úrovněmi EURO). Pro výpočet emisí byly použity emisní úrovně Konvenční a EURO 1 – 4 a podélné sklony vozovky zjištěné analýzou v GIS. Emisní faktory pro emisní úroveň EURO 5 ještě nebyly oficiálně publikovány. Jejich implementace do MEFA v. 06 byla plánována na rok 2012, nicméně v době ukončení řešení zadání č. 3 nebyly k dispozici. Pro vozidla emisní úrovně EURO 5 byly z tohoto důvodu použity emisní faktory pro emisní úroveň EURO 4. Použité emisní faktory uvádějí následující tabulky.

Str. 26

Tab. č. 3:Emisní faktory pro výpočtový rok 2006 a emisní úroveň Konvenční

Látka

PM10

Rychlost [km/h] 30 50 70 90 110

Emisní faktory pro výpočtový rok 2006 Konvenční [g/km] Osobní automobily LNA TNA Benzín Diesel LPG Diesel Diesel 0.0013 0.3271 0.0013 0.791 3.9424 0.0016 0.3089 0.0016 0.6617 2.7379 0.0023 0.328 0.0023 0.6413 2.4243 0.004 0.3159 0.004 0.7905 2.3372 0.0068 0.4363 0.0068 1.1675 2.3372

BUS Diesel 4.6225 3.4698 3.8538 5.8756 5.8756

Tab. č. 4: Emisní faktory pro výpočtový rok 2010 a emisní úroveň Konvenční

Látka

PM10

Rychlost [km/h] 30 50 70 90 110

Emisní faktory pro výpočtový rok 2010 Konvenční [g/km] Osobní automobily LNA TNA Benzín Diesel LPG Diesel Diesel 0.0013 0.3271 0.0013 0.6891 3.8442 0.0016 0.3089 0.0016 0.6412 2.6697 0.0023 0.328 0.0023 0.6026 2.364 0.004 0.3159 0.004 0.7095 2.302 0.0068 0.4363 0.0068 1.0697

BUS Diesel 4.6225 3.4698 3.8538 5.8756

Tab. č. 5:Emisní faktory pro výpočtový rok 2006 a emisní úroveň EURO 1

Látka

PM10

Rychlost [km/h] 30 50 70 90 110

Emisní faktory pro výpočtový rok 2006 EURO 1 [g/km] Osobní automobily LNA TNA Benzín Diesel LPG Diesel Diesel 0.0005 0.1272 0.0005 0.27 2.3134 0.0005 0.1636 0.0005 0.2376 1.6204 0.0008 0.1561 0.0008 0.2653 1.4325 0.0014 0.1377 0.0014 0.3317 1.3983 0.0023 0.2008 0.0023 0.4284 1.3742

BUS Diesel 1.26 0.6462 0.616 1.4998 2.3835

Tab. č. 6: Emisní faktory pro výpočtový rok 2010 a emisní úroveň EURO 1

Látka

PM10

Rychlost [km/h] 30 50 70 90 110

Emisní faktory pro výpočtový rok 2010 EURO 1 [g/km] Osobní automobily LNA TNA Benzín Diesel LPG Diesel Diesel 0.0005 0.1311 0.0005 0.2515 2.1934 0.0005 0.1825 0.0005 0.2215 1.5364 0.0008 0.1791 0.0008 0.2452 1.3582 0.0014 0.147 0.0014 0.3064 1.3258 0.0023 0.2107 0.0023 0.3995

BUS Diesel 1.26 0.6462 0.616 1.4998

Str. 27


Látka

PM10

Rychlost [km/h] 30 50 70 90 110


BUS Diesel 0.3637 0.1834 0.1611 0.3881 0.6219


Látka

PM10

Rychlost [km/h] 30 50 70 90 110


BUS Diesel 0.3496 0.173 0.1372 0.3258


Látka

PM10

Rychlost [km/h] 30 50 70 90 110


BUS Diesel 0.2405 0.1631 0.1999 0.3577 0.3577


Látka

PM10

Rychlost [km/h] 30 50 70 90 110


BUS Diesel 0.2394 0.144 0.1573 0.3118

Str. 28


Látka

PM10

Rychlost [km/h] 30 50 70 90 110


BUS Diesel 0.0632 0.0524 0.0742 0.1171 0.1171


Látka

PM10

Rychlost [km/h] 30 50 70 90 110


BUS Diesel 0.0632 0.0524 0.0213 0.1171

Vozidlům byly dle roku výroby přiřazeny emisní úrovně a dle procentuálního zastoupení vozidel v emisní úrovni byly vypočítány emisní faktory se zahrnutím statického složení vozového parku. Na základě tohoto rozdělení vypočítané dílčí emisní faktory se zahrnutím statického složení vozového parku uvádí Tab. č. 13 a Tab. č. 14. Tab. č. 13: Vypočítané emisní faktory pro rok 2006 se zahrnutím statického složení vozového parku

Látka

Rychlost [km/h]

PM10

30 50 70 90 110

Emisní faktory se zahrnutím statického složení vozového parku [g/km] Osobní automobily LNA TNA BUS Benzín Diesel LPG Diesel Diesel Diesel 0.0008 0.1467 0.0008 0.2780 1.2208 2.1241 0.0009 0.1478 0.0009 0.2368 0.8513 1.5465 0.0013 0.1480 0.0013 0.2423 0.7525 1.7068 0.0022 0.1427 0.0022 0.3011 0.7323 2.6935 0.0037 0.2042 0.0037 0.4226 0.7325 2.8158

Str. 29

Tab. č. 14: Vypočítané emisní faktory pro rok 2010 se zahrnutím statického složení vozového parku

Látka

Rychlost [km/h]

PM10

30 50 70 90 110

Emisní faktory se zahrnutím statického složení vozového parku [g/km] Osobní automobily LNA TNA BUS Benzín Diesel LPG Diesel Diesel Diesel 0.0007 0.1030 0.0007 0.1201 1.5600 1.1966 0.0007 0.1070 0.0007 0.1073 1.0851 0.8614 0.0011 0.1062 0.0011 0.1117 0.9601 0.9304 0.0019 0.1016 0.0019 0.1371 0.0032 0.1453 0.0032 0.1888 0.9371 1.5109

Takto získané emisní faktory byly dále podle analýzou získaného sklonu vozovky násobeny příslušnými koeficienty, které byly určeny za použití Programu MEFA v. 06 (ATEM, DINPROJEKT, VŠCHT Praha) na základě emisních faktorů pro jednotlivé sklony vozovky. Koeficienty jsou uvedeny v následující Tab. č. 9. Tab. č. 15: Koeficienty pro úpravu emisních faktorů dle sklonu vozovky Změna sklonu [%] 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

TZL OA 1,0000 1,0028 1,0106 1,0240 1,0427 1,0672 1,0975 1,1349 1,1787 1,2302 1,2896

LNA 1,0000 1,0150 1,0608 1,1417 1,2633 1,4358 1,6725 1,9925 2,4200 2,9892 3,7467

TNA 1,0000 1,0242 1,0911 1,1868 1,2952 1,4045 1,5075 1,6020 1,6877 1,7657 1,8377

Z údajů Centrálního registru vozidel ČR [8], resp. Głównego urzędu statystycznego v Polsku byly dále podle procentuálního zastoupení jednotlivých typů vozidel a druhu pohonných hmot vypočítány souhrnné emisní faktory. Viz Tab. č. 16 a Tab. č. 17.

Str. 30

Tab. č. 16: Vypočítané souhrnné emisní faktory pro rok 2006 Látka

Rychlost [km/h]

PM10

30 50 70 90 110

Souhrnné emisní faktory se zahrnutím statického složení vozového parku [g/km] OA Nákladní 0.0212 1.2659 0.0214 0.8861 0.0218 0.8002 0.0219 0.8303 0.0318 0.8366

Tab. č. 17: Vypočítané souhrnné emisní faktory pro rok 2010 Látka

Rychlost [km/h]

PM10

30 50 70 90 110

Souhrnné emisní faktory se zahrnutím statického složení vozového parku [g/km] OA Nákladní 0.0240 0.6154 0.0250 0.4448 0.0251 0.4123 0.0247 0.4489 0.0356 0.4822

Tímto postupem vypočtené spalovací emise byly přiřazeny jednotlivým úsekům komunikací. K těmto emisím pak byly dále připočteny nespalovací emise z otěru vozovek, brzdných destiček a pneumatik. Autorem tohoto výpočtu je partner ČHMÚ. Výpočet byl proveden na základě metodiky U.S. EPA AP 42. Modelované zdroje znečišťování ovzduší představují v případě silniční dopravy úseky komunikací. Středy těchto úseků odpovídají lokalizaci zdrojů, které byly použity jako vstup pro modelování imisí. Optimální velikost těchto úseků byla testována při předchozích studiích. Pro modelovanou oblast byla vyhodnocena jako optimální velikost 50 m. Rozložení emisí z dopravy v zájmovém území je pro oba roky zobrazeno ve formě map s odborným obsahem v Mapových přílohách k této zprávě. Data použitá pro modelování jsou dostupná na webové stránce projektu www.air-silesia.eu.

Str. 31

4.4

Rekapitulace emisí ze všech modelovaných skupin

zdrojů Souhrnné údaje o emisích z jednotlivých modelovaných skupin zdrojů znečišťování ovzduší jsou pro modelované roky 2006 a 2010 uvedeny v Tab. č. 18 Tab. č. 18: Souhrnné emise PM10 podle jednotlivých skupin zdrojů pro roky 2006 a 2010 Skupina zdrojů Průmyslové zdroje v oblasti Průmyslové zdroje mimo oblast Lokální topeniště Doprava

Emise PM10 [t/rok] 2006 Česká strana Polská strana 3667 6684 490 7939 1695 8829 1134 1083

Emise PM10 [t/rok] 2010 Česká strana Polská strana 2092 4239 223 9161 1589 8610 911 961

Str. 32

5

Metodika výpočtu

Ve většině zemí je v současné době rozptyl znečišťujících látek v přízemní vrstvě atmosféry modelován pomocí difúzních modelů založených na aplikaci Suttonovy statistické teorie turbulentní difúze. Tato teorie je základem většiny používaných rozptylových modelů, které jsou často modifikací základní Suttonovy funkce. Na Suttonově teorii difúze je rovněž založena referenční metodika SYMOS´97, která byla použita v této rozptylové studii. [9], [10] Pravděpodobně, nejzávažnějším limitujícím faktorem při modelování rozptylu znečišťujících látek v ovzduší je jeho výpočetní náročnost. Úspěšně aplikovaným řešením tohoto problému se ukázalo být rozdělení výpočetních úloh na větší množství menších, jednodušších úloh, které jsou poté počítány současně na více procesorech paralelního clusteru. Používaným matematický model SYMOS’97 je model typu “zdroj - receptor” neboli výpočet koncentrací znečišťující látky je určován ze zadané množiny zdrojů a vypočítáván v definované sadě referenčních bodů, tzv. receptorů. Samotný výpočet probíhá tak, že pro každou dvojici zdroj – receptor je spočten příspěvek znečištění z vybraného zdroje v místě, kde se nachází vybraný receptor. Celkové znečištění v místě receptoru potom odpovídá součtu příspěvků jednotlivých zdrojů. Pro dělení výpočetních úloh byl v systému ADMoSS vybrán způsob, který spočívá v rozdělení sady zdrojů podle jejich polohy do více menších skupin, kde celkový výsledek je získán sečtením výsledků jednotlivých úloh. Toto dělení lépe odpovídá reálné situaci, kdy je celkové znečištění ovzduší dáno souhrnem vlivu jednotlivých zdrojů.

5.1

Suttonova statistická teorie turbulentní difúze

Statistická teorie turbulentní difúze byla vytvořena Suttonem na základě

Str. 33

Taylorovy statistické korelační teorie turbulence a řešení klasické rovnice difúze. Suttonova rovnice pro výpočet koncentrace plynných látek v libovolném místě v okolí plynulého vyvýšeného bodového zdroje je (1):



2 2 2         Q     y z  h z  h m       K ( x , y , z ) 2 exp  exp   exp     n 2 2  n 2 2  n 2 2  n       C C ux C x C x C z   y z y z z         (1)

Odvození parametrů Cy a Cz bylo provedeno ve tvaru (2), (3): 1

 4   N w     C    z 2       1  n 2  n u u        n

 n2 '21

(2)

Kde Cz je vertikální difúzní parametr. Analogicky pro složku y: 1  n2 n '21

 4  N u     C   y 2       1  n 2  n u u       

(3)

V těchto vzorcích je n

…

meteorologický exponent (bezrozměrný),

N

…

Suttonova makroviskozita [m2∙s-1],

u', w' …

odchylky od průměrných složek rychlostí proudění ve

směru osy y a z [m∙s-1]. Meteorologický exponent je definován z profilu rychlostí větru (4): n

 z 2n uu1 z    1

(4)

Kde u a u1, jsou rychlosti větru ve výškách z a z1. Exponent n nabývá hodnot v intervalu <0;1> v závislosti na stabilitě ovzduší (0 – vysoce labilní, 1 - velmi Str. 34

stabilní). Suttonova makroviskozita (5):

N  u  z0 (5) Kde z0 je délka drsnosti, tj. teoretická výška nad terénem mající geometrický význam hladiny, kde se průměrná rychlost u′ stává nulovou [m]. Třecí rychlost u* [m∙s-1] lze stanovit (6):

u  uw (6) Pro z = 0 (12):

 1  y 2 h 2  2Qm K ( x, y )  exp 2 n  2  2  2 n C y C z ux  x  C y C z  kde

5.2

(7)

x,y

…

souřadnice receptoru [m],

K

…

koncentrace ZL v bodě o souřadnicích x,y,(z) [g∙m-3],

Qm

…

emise ZL ze zdroje [g∙s-1],

h

…

výška bodového zdroje [m],

u

…

rychlost větru v místě zdroje [m∙s-1].

SYMOS´97

SYMOS´97 byl vydán v roce 1998 jako doporučená metodika MŽP ČR ve Věstníku Ministerstva životního prostředí. Zároveň byla tato metodika zpracována jako software pro počítače třídy PC s operačním systémem Windows NT, DOS/Windows 95, 98 i pro počítače třídy pracovních stanic s operačním systémem UNIX. Program dodává firma Idea Envi, s.r.o. Metodika je určena především pro vypracování rozptylových studií, jakožto podkladů pro hodnocení kvality ovzduší.

Str. 35

SYMOS´97

je

tzv.

dlouhodobý

model.

To

znamená,

že

vstupní

meteorologická data, tj. rychlost větru a stabilita ovzduší, vstupují do modelu po statistickém zpracování skutečných meteorologických pozorování a roztřídění počasí do tříd, které jsou dány určitým rozsahem rychlostí větru a průměrného vertikálního teplotního gradientu ve směšovací vrstvě. Výsledek je možno znázornit grafy četnosti výskytu uvedených tříd počasí – tzv. stabilitními větrnými růžicemi. Modelování tzv. průměrných dlouhodobých koncentrací se pak provádí tak, že výpočtová funkce se počítá pro „každý“ směr větru (obvykle ve všech směrech po jednom až třech stupních) a výsledku je přiřazena taková váha, jaká je četnost výskytu použité kombinace tříd počasí v daném směru. Výsledek je tedy závislý na průměrném výskytu určitého počasí za modelované období. Pokud jsou známy průměrné emise zdrojů za stejné období, je možno správně vyhodnotit průměrné koncentrace za období, pro které jsou statisticky zpracována meteorologická data. Ve studii byla použita průměrná roční data o zdrojích i roční průměry meteorologických dat. Výsledkem tedy byly vyhodnocené průměrné roční koncentrace modelovaných znečišťujících látek. Podle použité metodiky je však možno vyhodnocovat také tzv. maximální krátkodobé koncentrace. Tyto koncentrace se vyhodnocují tak, že se vypočítají hodnoty imisí při „všech“ rychlostech větru od 1,5 do 15 m/s v intervalech daných metodikou, ve „všech“ směrech (podle metodiky 360 směrů po 1 stupni). Výsledkem jsou pak teoretická maxima, vypočtená na všech receptorech, ze všech uvedených kombinací meteorologických parametrů, bez ohledu na to, zda se ve sledované oblasti za sledovaný časový interval vůbec vyskytly, a bez ohledu na časový průběh emisí ze zdrojů. Výsledky jsou tedy kromě emisí ovlivněny pouze geometrií zdrojů a terénu. Maximální krátkodobé koncentrace nebyly modelovány, neboť z výše uvedených důvodů je problematické je srovnávat s výsledky imisního monitoringu. Metodika je určena především pro vypracování rozptylových studií, jakožto Str. 36

podkladů pro hodnocení kvality ovzduší. Metodika není použitelná pro výpočet znečištění ovzduší ve vzdálenosti nad 100 km od zdrojů a uvnitř městské zástavby, pod úrovní střech budov (např. na křižovatkách nebo v kaňonech ulic). Toto omezení jsme zohlednili v grafických výstupech, kde je znázorněna zástavba tak, aby překrývala grafické informace o koncentracích znečišťujících látek. Základních rovnic modelu rovněž nelze použít pro výpočet znečištění pod inverzní vrstvou, ve složitém terénu a při bezvětří. Při posuzování výsledků modelování je nutno vzít v úvahu všechna uvedená omezení použitého modelu. To znamená, že výsledné rozložení přízemních koncentrací všech znečišťujících látek je statistické, s významným zjednodušením působících faktorů (zejména meteorologických podmínek a prostorových okrajových podmínek). Výsledky modelování jsou proto orientační a jsou vhodné zejména pro srovnání působení jednotlivých druhů zdrojů v různých obdobích. Lokálně se mohou ve skutečnosti vyskytnout i výrazně vyšší koncentrace znečišťujících látek, zejména ve složitém terénu (hlubší, úzká údolí) a v husté zástavbě. [9], [10]

5.3

Korekce výsledků modelování

Model SYMOS´97, který byl použit pro modelování, vykazuje u průměrných ročních koncentrací obecně nižší výsledky. Srovnání výsledků modelování s výsledky imisního monitoringu ukazuje, že modelové hodnoty jsou nižší než hodnoty naměřené, přičemž největší rozdíly jsou zaznamenány u PM10. Podhodnocení výsledků modelování je způsobeno zejména tím, že model SYMOS´97 nepostihuje ranní přízemní inverze a tzv. inverzní situace při bezvětří, při kterých dochází ke zvýšenému znečišťování ovzduší. V případě PM10 modelování dále zahrnuje některé další zdroje tuhých znečišťujících látek, zejména reemise (emise, způsobené opětovným zvířením již usazených částic vlivem větru a dopravy), stavební a zemědělskou činnost.

Str. 37

5.3.1 Stanovení pozaďových koncentrací Na základě imisního monitoringu byly určeny pro zájmové znečišťující látky pozaďové koncentrace. Tyto koncentrace v sobě zahrnují imise ze zdrojů, které nebyly zahrnuty do modelování. Jedná se o konstantní složku ovzduší nezávislou na emisích z lokálních antropogenních zdrojů zahrnutých do modelování. Koncentrace PM10 v emisně nezatížených částech sledovaného území, resp. na stanici Košetice, která má za cíl stanovení celkové hladiny pozadí koncentrací v České republice, uvádí následující Tab. č. 19. Tab. č. 19: Roční imisní charakteristiky PM10 z vybraných pozaďových monitorovacích stanic Stanice Bílý kříž - TBKR Jeseník - MJES Červená – TCER0 Košetice JKOSA

Roční aritmetický průměr PM 10 [µg/m3] 2006 19.0 19.6 20.0 26.8

Roční aritmetický průměr PM10 [µg/m3] 2010 17.8 20.2 19.9 19.5

Jedním z faktorů, který významně ovlivňuje koncentrace suspendovaných částic v ovzduší, je pokryv terénu. Pro zpřesňování výsledku modelu byl v okolí monitorovacích stanic proveden zákres pokryvu terénu. Na základě získaných údajů o pokryvu terénu v dané lokalitě byly vypočítány faktory pokryvu terénu, které tvoří podkladové údaje pro metodu „Land use regression“. Tato metoda byla v práci využita pro odhad „pozaďových“ koncentrací PM10. Jedná se především o znečištění z přírodních zdrojů, dálkový přenos znečištění, provoz zemědělské techniky, železniční a leteckou dopravu, sekundární prašnost a reemise, apod. Pro rok 2006 byla odhadnuta konstantní hodnota pozadí PM10 18,5 μg.m-3, pro rok 2010 byla odhadnuta hodnota pozadí PM10 20 μg.m-3. 5.3.2 Stanovení korekčních konstant Při stanovování korekčních konstant se hodnoty pozaďových koncentrací Str. 38

odečtou od průměrných ročních koncentrací znečišťujících látek z monitorovacích stanic a stanoví se poměr mezi upravenými hodnotami výsledků imisního monitoringu a výsledků modelování. Korekce výsledků modelování podle hodnot naměřených na imisních monitorovacích stanicích významně ovlivňuje konečné výsledky modelování, a je proto nutné, co nejpřesněji vypočítat hodnoty koncentrací znečišťujících látek v místech, kde se stanice imisního monitoringu nacházejí. Pro dosažení maximální možné přesnosti bylo provedeno místní šetření v lokalitách, kde se nacházejí stanice imisního monitoringu. Cílem těchto šetření byl průzkum lokality měřící stanice. Dále byl proveden průzkum okolí (2-5 km) monitorovacích stanic, aby bylo možné provést kontrolu umístění a technických parametrů okolních zdrojů znečišťování ovzduší, dohledání zdrojů, které nejsou podchyceny v dodaných datech o zdrojích znečišťování ovzduší, verifikaci výsledků modelu dopravních intenzit a sledování struktury zástavby pro účely modelování znečištění z lokálních topenišť. Na některých stanicích tak byly kupříkladu zjištěny vlivy stavebních prací (např. Opava), zemědělské činnosti (např. Studénka), nepopsaných zdrojů (např Bielsko – Biała). Korekční konstanty uvádí Tab. č. 20. Tab. č. 20: Použité korekční konstanty Látka

Korekční konstanty 2006

Korekční konstanty 2010

PM10

1.1 – 14.1

1.6 – 17.3

Konstanty uvádějí, kolikrát model hodnoty koncentrací v daném území podhodnocuje. Obecně lze na základě stanovení korekčních konstant, že větší shodu modelovaných koncentrací s měřením vykazovala plošně polská strana. Výsledky modelování byly následně korigovány násobením korekčními konstantami a přičtením uvedených pozaďových koncentrací.

Str. 39

5.4

Referenční body

Další možností, jak zefektivnit podrobné modelování pro rozsáhlou zájmovou oblast, je vhodná volba receptorů. Pro lokální topeniště a dopravu je charakteristický lokální vliv. K významným změnám koncentrací znečišťujících látek dochází v těsné blízkosti těchto zdrojů. Průmyslové zdroje mají větší dosah a ovlivňují svými emisemi zpravidla větší oblasti. Pro každou skupinu modelovaných zdrojů byla vytvořena a otestována síť receptorů skládající se ze tří částí pokrytých vždy pravidelnou sítí receptorů se zvoleným krokem. První část zahrnuje nejbližší okolí, které zdroje ovlivňují. Tato část má nejhustší výpočtovou síť. Druhá tvoří obalovou zónu v určené vzdálenosti od zdrojů a je méně hustá. Třetí, řídká síť receptorů pokrývá vždy zbytek zájmového území vně obalové zóny. Tímto postupem bylo možné získat detailní informace o hodnotách znečištění v oblasti, kde se tyto hodnoty dynamicky mění, a zároveň mít pod kontrolou hodnoty znečištění v rozsáhlém zájmovém území. Srovná-li se tento postup s běžně užívaným postupem, kdy je celá výpočetní oblast pokryta hustou sítí receptorů, je patrné že tento postup je při stejné míře požadované detailnosti výsledků méně náročný na množství receptorů, a tím také na výpočetní čas. Efektivita tohoto postupu byla v rámci vývoje systému ADMoSS testována a optimalizována. Modelovaná oblast byla stanovena, tak aby zahrnovala zájmovou oblast, měla rozměr 130 km x 120 km. Jednalo-li se o modelování průmyslových zdrojů znečišťování, které ovlivňují svými emisemi velké oblasti, skládala se síť receptorů z těchto částí.  1. část – do 5 km okolo zdroje výpočtová síť s krokem 200 m.  2. část – od 5 km do 10 km od zdroje výpočtová síť s krokem 1 000 m.  3. část – zbytek zájmové oblasti výpočtová síť s krokem 4 000 m. Str. 40

V případě nižší zdrojů – lokálních topenišť a dopravy, byla použita síť receptorů skládající z těchto částí.  1. část – do 2 km okolo zdroje výpočtová síť s krokem 200 m.  2. část – od 2 km do 5 km od zdroje výpočtová síť s krokem 1 000 m.  3. část – zbytek zájmové oblasti výpočtová síť s krokem 4 000 m. V případě automobilové dopravy je ještě 2. část receptorové sítě dále členěna, aby bylo možné modelováním zachytit specifika liniového zdroje.

Str. 41

6

Výsledky modelování

6.1

Vypočtené charakteristiky

Pro zájmovou oblast byly provedeny výpočty průměrných ročních koncentrací PM10 pro emisní data a rozptylové podmínky za roky 2006 a 2010. Byly vypočteny průměrné roční koncentrace PM10 z jednotlivých skupiny zdrojů - průmyslových zdrojů, lokálních topenišť a automobilové dopravy, a celková imisní situace.

6.2

Kartografická interpretace výsledků

Výsledkem každé varianty výpočtu byl databázový soubor ve formátu *.dbf. S využitím technologie GIS byly z uvedených výsledků vytvořeny bodové vrstvy ve formátu ESRI Shapefile. Z těchto bodových vrstev byly vytvořeny rastrové soubory ve formátu ESRI GRID s velikostí buňky 100 m, které pokrývaly spojitě celé zájmové území. Hodnota každé buňky gridu odpovídá průměrné roční koncentraci v daném místě. Pro jejich vytvoření byla použita po částech lineární interpolace. Výsledky modelování ve formátu ESRI GRID byly následně zobrazeny formou map s odborným obsahem. Jejich tvorba je pracná a časově náročná. Z tohoto důvodu byl proces vytváření mapových kompozic realizován celý v prostředí ArcGIS 11, v programovacím jazyce Python. Výsledkem je sada skriptů, pomocí kterých lze generovat a exportovat mapy s požadovanými mapovými prvky v odpovídajícím formátu (A3) a rozlišení (600dpi). Zkušenosti s tímto postupem ukázali několik výhod v porovnání s většinou využívanou ruční tvorbou map. Nejzásadnější je časová úspora. Vytvoření první mapové kompozice je sice časově náročné, ale následné vytváření dalších mapových kompozic podobného charakteru je následně možno velmi pomocí naprogramovaných skriptů automatizovat. Podstatně a výrazně rychlejší je tvorba mapových kompozic při následných modifikacích již hotových výstupů, např. při změně výsledků modelování, Str. 42

mapových prvky nebo způsobu jejich zobrazování. To bylo realizováno prostou jednoduchou úpravou vstupních parametrů a opakováním postupu. V každé takto vytvořené mapě jsou vyobrazena rozložení přízemních koncentrací suspendovaných částic PM10 (ve výšce 1,5 m nad povrchem). Podle metodiky SYMOS´97 totiž není možno vyhodnocovat výsledky modelování uvnitř husté zástavby. Proto byly topografické prvky kompozic zvoleny tak, aby bylo zřejmé rozložení zástavby. Výsledky modelování jsou pro srovnatelnost zobrazeny pomocí jednotné skokové legendy, kdy jedna barva odpovídá vždy jistému rozmezí koncentrací znečištění. Vytvořené mapy s odborným obsahem jsou součástí Mapové přílohy k této zprávě. Kromě těchto map byl ještě vytvořen řez koncentračním polem ve zvoleném profilu, vedeném ve směru převládajících větrů zájmovou oblastí. Tento řez ukazuje příspěvky jednotlivých skupin zdrojů k celkovým imisím v daném místě. Průběh profilu je zobrazen na Obr. č. 7. Řezy koncentračním polem pro oba modelované roky jsou uvedeny na obrázcích na následujících stranách.

Str. 43

Obr. č. 7: Průběh zvoleného profilu oblastí

Str. 44

Obr. č. 8: Znázornění řezu modelovaným koncentračním polem ve zvoleném profilu v roce 2006

Str. 45

Obr. č. 9: Znázornění řezu modelovaným koncentračním polem ve zvoleném profilu v roce 2010

Str. 46

6.3

Diskuze výsledků

6.3.1 Průměrné roční koncentrace PM10 v roce 2006 Výsledky modelování průměrných ročních koncentrací PM10 pro rok 2006 ukázaly, že imisní limit 40 μg/m3 byl překročen na významné části obydleného území celé zájmové oblasti. Nejvyšších koncentrací bylo podle výsledků modelování dosahováno v roce 2006 na polské straně území v hustě osídlených oblastech, které jsou ovlivňovány zejména nepříznivým působením lokálních topenišť. Jedná se zvláště o oblast Rybniku, Wodzisława Śląskiego, Jastrzębie-Zdrój a přilehlé obce. Průměrné roční koncentrace se v této lokalitě pohybovaly mezi 60 a 80 μg/m3. Místně je patrný rovněž vliv průmyslu – Kędzierzyn-Koźle, Rybnik. Na české straně jsou vyššími koncentracemi PM10 v roce 2006 postiženy zejména oblasti Ostravy, Třince, Bohumína a Těšínska. Zde se podle modelování kombinuje působení průmyslových zdrojů a lokálních topenišť (včetně polských), místně pak i dopravy. Maxima se vyskytovala v Ostravě, Bohumíně a Třinci, kde koncentrace přesahovaly 60 μg/m3. Průmyslové zdroje se podílely na průměrných ročních koncentracích PM10 v roce 2006 plošně 5 – 15 μg/m3. Místně jsou pak patrné vyšší přírůstky koncentrací vlivem této skupiny zdrojů v Rybniku, Jastrzębie-Zdróji, Třinci, Ostravě, Bohumíně. Nejvíce průmyslové zdroje působí v oblasti Kędzierzyna-Koźle. Lokální topeniště se podílely na průměrných ročních koncentracích PM10 v roce 2006 v rozmezí 5 – 30 μg/m3. Zatímco na české straně se vliv lokálních topenišť vzhledem k rozsáhle plynofikaci pohyboval u spodní hranice tohoto rozmezí, na polské straně byl vliv lokálních topenišť na průměrné roční koncentrace PM10 velmi významný. V hustě osídlených oblastech se pohyboval mezi 20 – 30 μg/m3, místně i více. Z modelování je také zřejmé, že polská lokální topeniště nepříznivě ovlivňují Str. 47

svým působením české příhraniční oblasti. Vliv automobilové dopravy na výši průměrných ročních koncentracích PM10 v roce 2006 na zájmovém území činil plošně 2 – 6 μg/m3. Významnější působení těchto zdrojů bylo zřejmé ve velkých městech a v okolí frekventovaných komunikací jako jsou dálnice a rychlostní silnice. 6.3.2 Průměrné roční koncentrace PM10 v roce 2010 Rozloha území, na kterém byl v roce 2010 překročen imisní limit PM10 40 μg/m3, je velmi podobná, jako v případě modelování za rok 2006. Imisní limit byl překročen na rozsáhlé části zájmového území. Rozložení imisí a příspěvky jednotlivých skupin zdrojů k imisnímu zatížení zájmového území byly obdobné jako v roce 2006. Podle výsledků modelování bylo nejvyšších koncentrací v roce 2010 dosahováno na polské straně území. Bylo zde opět jasně patrné významné imisní zatížení způsobené lokálními topeništi, které zasahovalo na české území. Nejvyšší koncentrace se pohybovaly mezi 60 a 80 μg/m3. Místně je opět patrný vliv průmyslu – Kędzierzyn-Koźle, Pawlowice. Na české straně byly vyššími koncentracemi PM10 v roce 2010 stejně jako v roce 2006 postiženy oblasti Ostravy, Třince, Bohumína a Těšínska. Koncentrace zde opět přesahovaly 60 μg/m3. Průmyslové zdroje se podílely na průměrných ročních koncentracích PM10 v roce 2010 plošným příspěvkem v rozmezí 5 – 10 μg/m3. Místně byly pak patrné vyšší přírůstky koncentrací vlivem této skupiny zdrojů v Rybniku, Pawlowicích, Ostravě a Třinci. Nejvíce průmyslové zdroje působily opět v oblasti KędzierzynaKoźle. V roce 2010 se lokální topeniště podílely na průměrných ročních koncentracích PM10 na české straně v rozmezí 5 – 10 μg/m3. Blíže k hranicím s Polskem jejich vliv Str. 48

narůstal. Na polské straně byl vliv lokálních topenišť na průměrné roční koncentrace opět PM10 velmi významný. Pohyboval se mezi 20 – 40 μg/m3. Vliv automobilové dopravy na výši průměrných ročních koncentracích PM10 v roce 2010 činil podle výsledků modelování plošně 2 – 8 μg/m3. Významnější působení těchto zdrojů bylo patrné ve velkých městech a v okolí frekventovaných komunikací jako jsou dálnice a rychlostní silnice, kde se vyšplhal i k 10 μg/m3. 6.3.3 Shrnutí Na základě výsledků modelování průměrných ročních koncentracích PM10 pro roky 2006 a 2010 lze pro tuto znečišťující látku konstatovat, že:  Vyšší zatížení znečištěním suspendovanými částicemi PM10 je v rámci zájmového území na polské straně, kde je roční imisní limit pro tuto znečišťující látku překračován až dvojnásobně.  Polská strana zájmového území je nejvýznamněji ovlivňována znečištěním pocházejícím z lokálních topenišť.  Na české straně je nejvýznamnější působení průmyslových zdrojů.  Vliv

lokálních

topenišť

z Polska

významně

zasahuje

české

příhraničí, a to i s ohledem na převládající směry větrů z Čech do Polska.

Str. 49

7

Analýzy výsledků modelování

7.1

Postup analýz

Jednou z největších výhod využití GIS při matematickém modelování je možnost využití jejich analytických nástrojů. Tyto nástroje poskytují širokou škálu možností studia a analýz výsledků. Analýzami

výsledků

modelování

byly

stanoveny

procentuální

podíly

průmyslových zdrojů, lokálních topenišť a automobilové dopravy na modelovaných koncentracích. Tedy to, jak daná skupina zdrojů v modelovaných koncentracích převažuje nad ostatními. Dále bylo identifikováno působení polských zdrojů na českém území a naopak. Analýzy byly provedeny pro oba modelované roky 2006 a 2010. Z výsledků analýz byly vytvořeny mapy s odborným obsahem. Oblasti reprezentované červenou barvou vyjadřují převahu vlivu dané skupiny zdrojů nad ostatními, naopak zelené oblasti minimum vlivu. Žluté oblasti označují, že vliv zdrojů je vyrovnaný. Podobně je tomu v případě působení polských a českých zdrojů. Červená barva poukazuje na působení polských zdrojů, zelená na české. V oblastech vyplněných žlutě je vliv polských a českých zdrojů srovnatelný. Výsledky analýz jsou uvedeny v Mapových přílohách k této zprávě.

7.2

Diskuze výsledků analýz

7.2.1 Podíl

jednotlivých

skupin

zdrojů

v modelovaných

koncentracích PM10 Z analýz výsledků modelování pro oba modelované roky vyplývá, že průmyslové zdroje převažují svým vlivem na výši modelovaných průměrných ročních koncentrací PM10 pouze lokálně. Jedná se o oblasti Kędzierzyn-Koźle, Ostrava a Třinec, v roce 2006 rovněž území Kopřivnice. Zde průmyslové zdroje Str. 50

ovlivňují

modelované

koncentrace

ze

70 %.

Plošně

působí

významněji

v Moravskoslezském kraji a Opolském Vojvodství. Zde ovlivňují modelované koncentrace PM10 v rozmezí 30 – 40 %. Ve Slezském Vojvodství působí na modelované koncentrace plošně cca z 20 %. Podle analýz výsledků modelování lokální topeniště převažují svým vlivem na výši modelovaných průměrných ročních koncentrací PM10 na polské části zájmového území a v českém pohraničí. Podíl lokálních topenišť na modelovaných koncentracích zde činí 50 – 80 %. Na české straně lokální topeniště ovlivňují modelované koncentrace plošně v rozmezí z 30 – 50% . Výsledky analýz dále ukázaly, že automobilová doprava svým vlivem na výši modelovaných průměrných ročních koncentrací PM10 nepřevažuje v žádné části zájmového území. Nejvýznamnější je její vliv v okolí významných komunikací a centrech velkých měst. Zde působí v modelovaných koncentracích z cca 10 % 7.2.2 Vzájemný vliv polských a českých zdrojů na modelované koncentrace PM10 Na základě analýz výsledků modelování lze konstatovat, že polské zdroje převažují svým vlivem na výši modelovaných průměrných ročních koncentrací PM10 na polském území a v českém příhraničí; české zdroje převažují svým vlivem na výši modelovaných průměrných ročních koncentrací PM10 na českém území. Polské zdroje se plošně podílejí na modelovaných koncentracích na českém území v závislosti na vzdálenosti od hranice od 50 – 30 %. České zdroje ovlivňují plošně modelované koncentrace na polském území v závislosti na vzdálenosti od hranice od 30 do 5 %.

Str. 51

8

Závěr

Tato zpráva popsala postup realizace Zadání č. 5 Vypracování modelu šíření znečištění ADMoSS v rámci řešení projektu „Informační systém kvality ovzduší v oblasti Polsko-Českého pohraničí ve Slezském a Moravskoslezském regionu“ (AIR SILESIA). Hlavním cílem projektu bylo vytvoření Regionálního informačního systému kvality ovzduší v Moravsko-Slezském regionu, který je dostupný na webových stránkách projektu www.air-silesia.eu a zahrnuje rovněž výsledky modelování a analýz provedených v rámci tohoto zadání. Cílem tohoto zadání bylo provést modelování rozptylu suspendovaných částic PM10 v ovzduší s využitím modelovacího systému ADMoSS. To bylo podmíněno vytvořením společné datové základny v rámci realizace předchozích úkolů: Zadání č. 2: Příprava prostorových digitálních dat; Zadání č. 3: Inventarizace a charakteristika zdrojů znečištění; Zadání č. 4: Příprava meteorologických dat pro zkoumané oblasti. Závěrečné zprávy z těchto úkolů jsou dostupné na webových stránkách projektu www.air-silesia.eu. Modelování a následné analýzy byly provedeny pro průměrné roční koncentrace suspendovaných částic PM10 v letech 2006 a 2010. Modelování bylo provedeno podle doporučené metodiky Ministerstva životního prostředí ČR SYMOS´97 a korigováno s využitím metody tzv. Land Use Regression a údajů z imisního monitoringu. Modelování provedené v rámci projektu AIR SILESIA je svým rozsahem a podrobností unikátní a poprvé je založeno na jednotné platformě vstupních dat. Modelování systémem ADMoSS bylo verifikováno modelem CULPUFF využívaným v Polsku. Model zpracoval partner Insytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej – Państwowy Instytut Badawczy, pobočka Krakov (IMGW-PIB) za Str. 52

spolupráce firmy "EKOMETRIA" Sp. z o.o. v Gdaňsku. Popis modelování s využitím modelu CULPUFF je shrnut v Příloze k této zprávě. Na základě korekce výsledků modelování lze konstatovat, že větší shodu s měřenými průměrnými ročními koncentracemi PM10 model vykazoval na polské části modelovaného území. Z výsledků modelování průměrných ročních koncentracích PM10 pro roky 2006 a 2010 konstatovat, že:  Vyšší zatížení znečištěním suspendovanými částicemi PM10 je v rámci zájmového území na polské straně. Jedná se o oblast Rybniku, Wodzisława Śląskiego, Jastrzębie-Zdrój a přilehlých obcí. Průměrné roční koncentrace se v této lokalitě podle modelování pohybují mezi 60 a 80 μg/m3.  Polská strana zájmového území je nejvýznamněji ovlivňována znečištěním pocházejícím z lokálních topenišť.  Na české straně je nejvýznamnější působení průmyslových zdrojů.  Vliv

lokálních

topenišť

z Polska

významně

zasahuje

české

příhraničí, a to i s ohledem na převládající směry větrů z Čech do Polska. Z analýz vlivu jednotlivých skupin zdrojů na výši modelovaných průměrných ročních koncentrací PM10 letech 2006 a 2010 vyplývá, že:  Průmyslové zdroje převažují svým vlivem lokálně. Jedná se o oblasti Kędzierzyn-Koźle, Ostrava a Třinec.  Lokální topeniště převažují svým vlivem na polské části zájmového území a v českém pohraničí. Podíl lokálních topenišť zde činí 50 – 80 %. Na české straně lokální topeniště ovlivňují modelované

Str. 53

koncentrace plošně v rozmezí z 30 – 50%.  Automobilová doprava svým vlivem nepřevažuje v žádné části zájmového území. Z analýz vzájemného vlivu polských a českých zdrojů na výši modelovaných průměrných ročních koncentrací PM10 letech 2006 a 2010 vyplývá, že polské zdroje převažují svým vlivem na polském území a v českém příhraničí; české zdroje převažují svým vlivem na výši modelovaných průměrných ročních koncentrací PM10 na českém území. Polské zdroje se plošně podílejí na modelovaných koncentracích na českém území v závislosti na vzdálenosti od hranice od 50 – 30 %. České zdroje ovlivňují plošně modelované koncentrace na polském území v závislosti na vzdálenosti od hranice od 30 do 5 %. Výsledky modelování a analýz byly zpracovány do podoby map s odborným obsahem, které tvoří Mapové přílohy k této zprávě.

Str. 54

9

Použitá literatura

[1] Zákon č. 86/2002 Sb. ze dne 14. února 2002, o ochraně ovzduší a o změně některých dalších zákonů (Zákon o ovzduší), ve znění pozdějších předpisů. [2] Nařízení vlády č. 597/2006 Sb. ze dne 12. prosince 2006 o sledování a vyhodnocování kvality ovzduší, ve znění pozdějších předpisů. [3] Zákon č. 201/2012 Sb. ze dne 13. června 2012, o ochraně ovzduší. [4] KOLONIČNÝ, Jan aj. Metodika stanovení emisí prachu frakcí PM10 a PM2,5 ze spalování paliv ve zdrojích tepla pro vytápění domácností. Ostrava : Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava, Výzkumné energetické centrum, 25. 10. 2011. 88 s. [5] MACHÁLEK, Pavel, MACHART, Jiří. Emisní bilance vytápění bytů malými zdroji od roku 2001. Milevsko : Český hydrometeorologický ústav, 2003. 17 s. [6] MACHÁLEK, Pavel, MACHART, Jiří. Upravená emisní bilance vytápění bytů malými zdroji od roku 2006. Milevsko : Český hydrometeorologický ústav, 2009. 8 s. [7] MACEJKA, Petr. Model dopravy technická zpráva : Informační systém kvality ovzduší v oblasti Polsko-Českého pohraničí ve Slezském a Moravskoslezském regionu. Ostrava : UDIMO spol. s r. o., srpen 2012. 9 s. [8] Centrální registr vozidel. Praha : Ministerstvo vnitra, aktualizováno 4.11.2011 [cit. 2011-10-5]. Dostupný na WWW: . [9] BUBNÍK, Jiří aj. SYMOS´97 : Systém modelování stacionárních zdrojů : Metodická příručka. Praha : Český hydrometeorologický ústav, 1998. 60 s. [10] Dodatek č. 1 k Metodickému pokynu odboru ochrany ovzduší MŽP výpočtu znečištění ovzduší z bodových, plošných a mobilních zdrojů „SYMOS´97“ Str. 55

publikovanému ve Věstníku MŽP, částce 3, ročník 1998, dne 15.4.1998. Věstník Ministerstva životního prostředí, 2009, roč. XIII, č. 4, s. 1-6. ISSN 0862-9013. [11] Zásady pro vypracování rozptylových studií [online]. Praha : Ministerstvo životního

prostředí,

2002

[cit.

2007-08-10].

Dostupný

na

WWW:

. 2 s.

Str. 56

10

Použité zkratky

AIM

…

Automatizovaný imisní monitoring

ČHMÚ

…

Český hydrometeorologický ústav

ČSÚ

…

Český statistický úřad

ČR

…

česká republika

EF

…

Emisní faktor

GIS

…

Geografický informační systém

IMGW

…

Insytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej – Państwowy Instytut Badawczy, pobočka Krakov

KÚ

…

Katastrální území

LV

…

Limitní hodnota (Limit Value)

MT

…

Mez tolerance

MŽP

…

Ministerstvo životního prostředí

PM10

…

Suspendované částice frakce PM10

SLBD

…

Sčítání lidu, bytů a domů

SPC

…

Superpočítačové centrum

TZL

…

Tuhé znečišťující látky

VŠB – TU

…

Vysoká škola báňská – Technická univerzita

WIOŚ

…

Wojwodski Inspektorat Ochrony Środowiska

ZL

…

Znečišťující látka

ZSJ

…

Základní sídelní jednotka

ZÚ

…

Zdravotní ústav Str. 57

Vypracování modelu šíření znečištění ADMoSS

Recommend Documents