Ατμοσφαιρική χημεία: επίδραση των ακτινοβολιών: προσομοίωση

Abstract

This work presents a new methodology of unifying Geographical Information Systems (GIS), computer numerical simulations with chemical analyses for studies in air pollution. After an introduction on chemical pollution of the environment and health effects, the work covers three independent areas to demonstrate the versatility of the methodologies. The first area focuses on industrial pollution and VOCs exposure in the Kavala County near the city of Nea Karvali. The study discusses air data samples that were collected and analyzed for VOCs pollutant concentrations. The study continues with a simulation analysis demonstrating how this pollution disperses over the geographical area. Lastly, mortality statistics are presented indicating higher than average deaths due to cancer, cardio-vascular and pulmonary diseases. The study concludes that there is most likely a relationship between the higher death rates and the high levels of pollution concentration levels. All the data, including tabular air pollution data, is integrated in the GIS “geodatabase” making it a central tool to the entire data and analysis of the project. The second area focuses on the airport pollution of Eleftherios Venizelos and the impact on surrounding areas. An inventory of pollution emissions is first computed based on the airport activity (aircraft, automobiles, passengers, etc.). The emission levels were compared to data provided by the Athens International Airport authority (AIA). Lastly, the emission data was entered in a simulation dispersion model to study the dispersion on the pollutants on the surrounding areas of Spata, Rafina, Loutsa, Markopoulo and Porto Rafti. Once again, GIS is the main tool to gather all data and present visual summary of the results on the geographic region. The third area concerns the toxicity levels incurred by radioactive lignite burning in the Megalopolis area. Data samples were collected from vegetation in the surrounding areas and analyzed for radioactivity. High energy levels (up to 4-5 times higher than recommended standards) were found in several samples containing 226Ra and 238U and their daughter products. The plants showed a selected behaviour with respect to the radioactive isotopes. A dispersion analysis indicates how the lignite plumes transport over the area for several wind directions. In conclusion, it was found that the three regions showed increasing risk for the human health and additional controls, recording and analysis of the pollutants should be applied at a local and National level.

Στην διατριβή αυτή έγινε για πρώτη φορά προσπάθεια υπολογιστικής προσομοίωσης της κατανομής των χημικών δεδομένων που προκύπτουν από την ανάλυση των ατμοσφαιρικών ρύπων με την εφαρμογή μιας νέας μεθοδολογίας ενοποίησης ενός γεωγραφικού συστήματος πληροφοριών (Geographical Information Systems, GIS), της βάσης δεδομένων GoogleEarth σε συνδυασμό με το υπολογιστικό πρόγραμμα EDMS (Emission & Dispersion Modeling System). Μετά την θεωρητική αναφορά στην ατμοσφαιρική ρύπανση και τις επιπτώσεις στην υγεία η διατριβή καλύπτει τρεις ανεξάρτητες περιοχές, ώστε να αποδείξουμε την πολυπλοκότητα των μεθοδολογιών. Η πρώτη περιοχή εστιάστηκε στην βιομηχανική ρύπανση και την εκπομπή VOCs στην περιοχή της Καβάλας κοντά στην πόλη της Νέας Καρβάλης, όπου υπάρχουν σημαντικές πηγές ρυπογόνων εστιών, όπως η ΒΦΛ (Βιομηχανία Φωσφορικών Λιπασμάτων), η Καβάλα ΟΙΛ και αποθήκες πετρελαίου. Στην μελέτη σχολιάζονται τα ατμοσφαιρικά δεδομένα που απορρέουν από την ανάλυση των συγκεντρώσεων των VOCs, όπως προέκυψαν από τα δείγματα που συλλέχθηκαν. Η έρευνα συνεχίζεται με την προσομοίωση τη κατανομής των ρύπων στην γύρω περιοχή. Τέλος, παρουσιάζονται τα στατιστικά δεδομένα σχετικά με την θνησιμότητα, τα οποία δείχνουν τους περισσότερους θανάτους από καρκίνο, καρδιο-αγγειακά και αναπνευστικά περιστατικά. Η μελέτη δείχνει ότι ο μεγαλύτερος ρυθμός θνησιμότητας συνδέεται με την αύξηση της συγκέντρωσης των ρύπων. Όλα τα δεδομένα, συμπεριλαμβανομένων και των δεδομένων της ρύπανσης από τους πίνακες, επεξεργάζονται με την GIS “γεωβάση”, καθιστώντας την το κεντρικό εργαλείο για την ανάλυση των απόλυτων δεδομένων της διατριβής. Η δεύτερη περιοχή εστιάστηκε στο αεροδρόμιο Ελ. Βενιζέλος και τη διαβάθμιση της διασποράς των ρύπων στην γύρω περιοχή. Μια καταγραφή των εκπεμπόμενων ρύπων υπολογίστηκε με βάση την δραστηριότητα του αεροδρομίου (αεροσκάφη, αυτοκίνητα μεταφοράς, βοηθητικοί χώροι, τροχιόδρομοι, επιβάτες, κ.ά.). Τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν συγκρίθηκαν με τα επίσημα δεδομένα του Διεθνούς Αεροδρομίου (AIA) Ελ. Βενιζέλος. Τέλος, τα δεδομένα εκπομπής εισήχθηκαν στα πρόγραμμα προσομοίωσης, ώστε να υπολογισθεί θεωρητικά και η διάχυση των ρύπων στην ευρύτερη περιοχή των Σπάτων, Ραφήνας, Λούτσας, Μαρκόπουλου και Πόρτο Ράφτη. Για άλλη μια φορά το GIS σύστημα χρησιμοποιήθηκε για την προσομοίωση και απεικόνιση των αποτελεσμάτων της ως άνω γεωγραφικής περιοχής. Τα αποτελέσματα συγκρίθηκαν με τα δεδομένα άλλων αεροδρομίων και υπήρχε καλή και ενδιαφέρουσα σύμπτωση. Από την τρίτη περιοχή διαπιστώνονται τα επίπεδα των τοξικών στοιχείων που προέρχονται από την καύση του λιγνίτη στην περιοχή της Μεγαλόπολης. Τα δεδομένα προέρχονται από την ετήσια κατανάλωση λιγνίτη, την αντίστοιχη παραγωγή τέφρας και την μεταβολή των ραδιενεργών υλικών που προσρροφώνται από τα φυτά της ευρύτερης περιοχής. Υψηλά επίπεδα ραδιενέργειας μέχρι και 4-5 φορές υψηλότερα υπολογίστηκαν να προέρχονται από 226Ra, 238U και τα θυγατρικά τους προϊόντα. Η ανάλυση διασποράς έδειξε πώς τα παράγωγα από την καύση του λιγνίτη μεταφέρονται με βάση την εκάστοτε κατεύθυνση του αέρα. Συμπερασματικά, υπολογίστηκε ότι οι τρεις αυτές περιοχές φαίνεται να εμφανίζουν αυξημένη επικινδυνότητα για την ανθρώπινη υγεία και επιπρόσθετη καταγραφή, ανάλυση και βελτιστοποίηση για επαναφορά πρέπει να ληφθούν υπόψη σε τοπικό επίπεδο και εθνική κλίμακα.