Ocena zależności natężenia ruchu samochodowego i poziomu zanieczyszczenia powietrza tlenkami azotu (NOx) na Al. A. Mickiewicza w Krakowie

Transkrypt

1 Maciej Gliniak 1, Zbigniew Zuśka 2, Janusz Miczyński 3 Uniwersytet Rolniczy w Krakowie Ocena zależności natężenia ruchu samochodowego i poziomu zanieczyszczenia powietrza tlenkami azotu (NOx) na Al. A. Mickiewicza w Krakowie Wprowadzenie Zanieczyszczenie powietrza to problem, który mimo coraz większej świadomości społeczeństwa nie ulega zmianom. Postępująca urbanizacja oraz liczne czynniki antropogeniczne wywołujące skażenie środowiska, prowadzą do pogłębiania się skali tego zjawiska. Kraków, jako aglomeracja miejska, jest dotknięty poruszanym problemem. Dzieje się tak za sprawą występowania emisji niskiej i wysokiej. Emisja na obszarach miejskich jest bardzo poważnym zagrożeniem dla mieszkańców. Jej główne źródła to między innymi komunikacja i transport, domowe paleniska oraz lokalne kotłownie [3]. Wzrost emisji jest wyjątkowo intensywny w sezonie grzewczym, dlatego w zimie tlenki azotu oraz pył zawieszony dostają się do atmosfery w zwiększonej ilości. Na obszarze stacji pomiarowej tła komunikacyjnego na Al. Krasińskiego w Krakowie, w 2013 roku zanotowano 1,5-krotne przekroczenie dopuszczalnego średniego rocznego stężenia dwutlenku azotu (NO2) wynoszącego 40 μg m - ³. Z uwagi na niedostateczny stan jakości powietrza w aglomeracji krakowskiej, przekroczenia dopuszczalnych stężeń NO2 oraz pyłu PM10, Wojewoda Małopolski wydał rozporządzenie w sprawie sporządzenia dla Krakowa Programu Ochrony Powietrza [1, 2, 6]. Źródła tlenków azotu w powietrzu atmosferycznym W trakcie procesu spalania azotu (N2) oraz tlenu atmosferycznego (O2) w temperaturze płomienia powyżej 773 K powstają tlenki azotu. Około 90% wszystkich tlenków azotu stanowi tlenek azotu (NO). W środowisku naturalnym tlenek azotu w wyniku procesów utleniania tworzy ditlenek azotu (NO2), który jest gazem o czerwonobrunatnej barwie i ostrym zapachu [9]. Tlenek azotu w przeciwieństwie do NO2 jest gazem bezwonnym i bezbarwnym. Razem z węglowodorami aromatycznymi jest głównym składnikiem smogu fotochemicznego. Reakcje fotochemiczne zachodzące w atmosferze smogu sprzyjają powstawaniu silnych utleniaczy (np. ozonu), które są bardzo niebezpieczne dla ludzi i zwierząt. Zarówno, jako zanieczyszczenie pierwotne jak i czynnik prowadzący do powstania zanieczyszczeń wtórnych tlenek azotu w zasadniczy sposób wpływa na stan powietrza atmosferycznego. Tlenki azotu prowadzą do powstania kwasu azotowego (HNO3), azotanu nadtlenku acetylu (PAN) oraz ozonu troposferycznego (O3) [1, 2]. Według Matuszka [8] na obszarach miejskich stężenie tlenków azotu jest razy większe niż na pozostałych obszarach. W skład pojęcia tlenki azotu (NOx) wchodzą dwie formy azotu atmosferycznego NO i NO2. Wśród źródeł zanieczyszczenia ditlenkiem azotu dominującą rolę odgrywa ruch samochodowy. Duży wpływ na jego zawartość w powietrzu atmosferycznym ma także lokalny przemysł energetyczny. Zależności te można zaobserwować na terenach, które potwierdzają dominujący wpływ ruchu komunikacyjnego oraz wysokie uprzemysłowienie (np. powiat oświęcimski i tarnowski). Marginalny wpływ na wzrost stężenia tlenków azotu w powietrzu ma spalanie paliw w piecach i kotłowniach przydomowych [4, 5, 10]. 1 Maciej Gliniak, mgr inż., Uniwersytet Rolniczy w Krakowie, Katedra Ekologii, Klimatologii i Ochrony Powietrza, Polska, m.gliniak@ur.krakow.pl 2 Zbigniew Zuśka, mgr inż., Uniwersytet Rolniczy w Krakowie, Katedra Ekologii, Klimatologii i Ochrony Powietrza, Polska, rmzuska@cyf-kr.edu.pl 3 Janusz Miczyński, prof. dr hab. inż., Uniwersytet Rolniczy w Krakowie, Katedra Ekologii, Klimatologii i Ochrony Powietrza, Polska, rmmiczyn@cyf-kr.edu.pl 8882

2 Metodyka badań Ocenę stopnia zanieczyszczenia powietrza tlenkami azotu (NOx) na terenie aglomeracji krakowskiej przeprowadzono w kanionie ulicznym w obrębie Alei Adama Mickiewicza. Jest to ciąg komunikacyjny o znacznym natężeniu ruchu samochodowego, wchodzącego w skład drugiej obwodnicy Miasta. Do pomiarów natężenia ruchu samochodowego wybrano fragment Alei w pobliżu budynku Uniwersytetu Rolniczego im. Hugona Kołłątaja. W punkcie pomiarowym zliczano pojazdy kołowe przejeżdżające przez Al. Mickiewicza w okresie wiosenno-letnim w 2013 roku (od marca do lipca). Obserwacje prowadzono w różnych dniach tygodnia, w godzinach 12:00 15:00 i 22:00 1:00. Dni, w których mierzono natężenie ruchu pojazdów, wybierano na podstawie analizy przebiegu pogody sprzyjającej koncentracji gazowych zanieczyszczeń powietrza. Przeprowadzone analizy miały potwierdzić występowanie związku pomiędzy ilością samochodów przejeżdżających w trakcie godziny a stężeniem tlenków azotu (NOx) w powietrzu. Informacje o stężeniach tlenków azotu zostały pozyskane ze stacji tła komunikacyjnego WIOŚ w Krakowie, zlokalizowanej przy Alei Krasińskiego. Wpływu natężenia ruchu samochodowego na zawartość tlenków azotu w powietrzu oceniono za pomocą korelacji liniowej Pearsona. Wyniki badań i dyskusja Z opisanego w metodyce badań ciągu pomiarowego wybrano cztery charakterystyczne dni pomiarowe. Wybór poszczególnych obserwacji został wykonany na podstawie analizy występowania czynników meteorologicznych, sprzyjających koncentracji NOx w powietrzu. Do wspomnianych czynników należy zaliczyć niewielkie wahania temperatury, brak wiatru i niską wilgotność powietrza. Wyniki badań w dniu r. wykazują całkowitą korelację ruchu samochodowego i stężenia tlenków azotu w powietrzu (0,98). W godzinach 14:00 15:00 zanotowano najwyższą ilość samochodów 4709 dla okresu zimowego (rys. 1). Najmniejszą ilość pojazdów 581 zanotowano w godzinach 0:00-01:00. Rys. 1. Liczba przejeżdżających samochodów na tle stężenia NOx w dniu r. W dniu r. nie stwierdzono występowania związku między ilością przejeżdżających samochodów a wielkością stężenia tlenków azotu (współczynnik korelacji wyniósł -0,33). Liczba samochodów była dwukrotnie większa w godzinach popołudniowych niż nocnych (rys. 2). 8883

3 Rys. 2. Liczba przejeżdżających samochodów na tle stężenia NOx w dniu r. Pomiary przeprowadzone w dniu r. ponownie wykazały całkowitą zależność między ilością przejeżdżających pojazdów a stężeniem tlenków azotu w powietrzu (rys. 3). Współczynnik korelacji obliczony dla tego dnia wyniósł 0,99. Liczba samochodów w godzinach pomiarowych wahała się od 701 do Najwyższe stężenie tlenków azotu zanotowano w godzinach 14:00 15:00. Rys. 3. Liczba przejeżdżających samochodów na tle stężenia NOx w dniu r. Badania przeprowadzone r. potwierdziły występowanie istotnej zależności między ilością przejeżdżających samochodów a zanieczyszczeniem powietrza NOx 0,44. W godzinach 22:00 23:00 odnotowano najwyższe stężenie tlenków azotu, które wynosiło 214 µg/m 3 (rys. 4). 8884

4 Rys. 4. Liczba przejeżdżających samochodów na tle stężenia NOx w dniu r. Analiza powyższych wyników potwierdza występowanie istotnej zależności między ilością tlenków azotu w powietrzu a ilością przejeżdżających samochodów. W 94% rozpatrywanych przypadków korelacja była wysoka i bardzo wysoka, natomiast pozostałe 6% wyników wykazywało korelację niską bądź umiarkowaną. Współczynnik korelacji zestawiony z wynikami ze wszystkich dni pomiarowych dla ilości przejeżdżających samochodów i NOx wynosił 0,65. Jest to korelacja wysoka i wskazująca na występowanie znacznej zależności między badanymi parametrami. Podsumowanie Na podstawie przeprowadzonych badań, stwierdzono, że 94,4% badanych dni wykazywało istotną zależność między ilością samochodów a wielkością stężenia tlenków azotu. Zjawisko to potwierdzają badania Lochno [7] według, których źródłem 52% zanieczyszczeń tlenkami azotu jest ruch komunikacyjny. Według Rozbieckiej [10] wartości stężeń tlenków azotu uzależnione są od dni tygodnia. W dni powszednie wartości stężeń były zdecydowanie wyższe niż w weekendy. Badania przeprowadzone przez zespoły Derwenta, Zickusa i Drzenieckiej [4, 5, 11] dowodzą zależności pomiędzy wielkością stężeń tlenków azotu a warunkami pogodowymi. Przeprowadzone badania potwierdziły tą zależność w okresie zimowym stężenie tlenków azotu sięgało 556 µg m -3, natomiast w okresie wiosenno-letnim najwyższa wartość stężenia NOx wynosiła 231 µg m -3. Streszczenie W badaniach oceniono wpływ natężenia ruchu komunikacyjnego na alejach Trzech Wieszczów w Krakowie na stężenie tlenków azotu (NOx) w powietrzu. Badania przeprowadzono przy Al. Mickiewicza na wysokości ulic Ingardena i Czystej w Krakowie. Stwierdzono, że w 94,4% badanych dni zanotowano istotny wpływ natężenia ruchu komunikacyjnego na wielkość stężenia tlenków azotu (NOx). Ponadto wyraźnie większe stężenia tlenków azotu notowano w okresie zimowym (556 µg m -3 ). Liczba samochodów podczas wszystkich dni w których prowadzono badania była znacznie większa w godzinach popołudniowych niż nocnych. Słowa kluczowe: Emisja, tlenki azotu, liczba pojazdów, Kraków 8885

5 DEPENDING CAR TRAFFIC RATING AND THE NITROGEN OXIDES (NOX) AIR POLLU- TION LEVEL ON THE AL. A. MICKIEWICZ IN KRAKOW Abstract The studies looked at the impact of traffic congestion on the avenues Krasinski in Krakow on the concentration of nitrogen oxides (NOx) in the air. The study was conducted at the height of avenues Mickiewicz street Ingarden and Pure in Krakow. It has been found that as much as 94.4% of the subjects reported a significant influence days of traffic flow on the size of the concentration of NOx. In addition, significantly higher concentrations of nitrogen oxides in winter (556 mg m -3 ). Number of cars during all days in which the research was carried out was much greater in the afternoon than the night. Keywords: Emission, car traffic, nitrogen oxides, Krakow Literatura [1] Badyda A.J.: Wpływ ruchu drogowego na poziom zanieczyszczeń powietrza oraz ryzyko chorób układu oddechowego. Cz. I opis zależności poziomów zanieczyszczeń od natężenia ruchu i innych wybranych parametrów z wykorzystaniem modeli statystycznych. Modelowanie Inżynierskie, 37, Gliwice 2009, s [2] Badyda A.J.: Zagrożenia środowiskowe ze strony transportu. Nauka, 4/2010, s [3] Bokwa A.: Wieloletnie zmiany struktury mezoklimatu miasta na przykładzie Krakowa. Instytut Geografii i Gospodarki Przestrzennej Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kraków 2010, s [4] Derwent R.G., Middleton D.R., Field R.A., Goldstone M.E. Lester J.N., Perry R.: Analysis and interpretation of air quality data from an urban roadside location in Central London over the period from July 1991 to July Atmospheric Environment, 29, s [5] Drzeniecka A.: Wpływ warunków meteorologicznych na stężenie zanieczyszczeń powietrza w śródmieściu Wrocławia. Chemia i Inżynieria Ekologiczna 7( 8/9), s [6] Fuksa D., Cieszyńska E.: Analiza i prognoza zanieczyszczeń powietrza na przykładzie aglomeracji miejskiej Krakowa. Publikacja opracowana na ramach pracy statutowanej AGH nr , Kraków. [7] Lochno A. (red.): Program ochrony powietrza dla województwa małopolskiego. Kraków 2013, s [8] Matuszko D.: Klimat Krakowa w XX wieku. Instytut Geografii i Gospodarki Przestrzennej Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kraków 2007, s [9] Muskała W.: Tworzenie i destrukcja tlenków azotu w procesach energetycznego spalania paliwa. Plan rozwoju Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2012, s [10] Rozbicka K.: Charakterystyka zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego tlenkami azotu na obszarze aglomeracji warszawskiej ze szczególnym uwzględnieniem Ursynowa. Warszawa 2006, s [11] Zickus M., Kvietkus K., Marsaka A.: Real time relations between local meteorological conditions and pollutant concentrations in the urban atmosphere. Journal of Aerosol Science, 28(6), s