Tallinna Lennujaamast väljuvate-maanduvate lennukite õhusaaste hajumisarvutused Ülemiste järve suunal

Hajumisarvutuste all on mõeldud Tallinna Lennuväljalt startivate ja maanduvate lennukite emissioonide visualiseeritud väljendust. Antud töö puhul uuritakse lämmastikoksiidide (NOx) hulka ajaühikus.

Uurimuse põhjuseks on asjaolu, et Ülemiste järv mis on Tallinna linna toorvee allikaks, asub TL vaid mõnesaja meetri (u. 300 m.) kaugusel ning on seetõttu lennukite heitgaaside (NOx) vahetus mõjupiirkonnas.

Uurimuse eesmärgiks on:

·        välja selgitada üle Ülemiste järve lendavate lennukite emissioonide (NOx) hajumine ja mõju õhu - vee kvaliteedile.

·        võrrelda saadud tulemusi Tartu mnt. ja Järvevana teel kasutavate sõidukite (keskeltläbi 20 000 ja 45 000 sõidukit ööpäevas) poolt emiteeritavate heitgaaside (NOx) hulgaga.

I Sissejuhatus

Tallinna Lennujaam

Tallinna Lennujaam asub linna idaosas u. 3 km kaugusel kesklinnast ja piirneb järgnevate  orientiiridega: Tartu mnt, Väike- ja Suur-Sõjamäe tööstusrajoon, Mõigu asumiga külgnevad endised talumaad ja Pirita-Ülemiste ülevoolukanal. Lennujaama territooriumi pikkus on u. 6,5 km ja laius 0,4-0,9 km.

Tallinna Lennujaama haldab AS Tallinna Lennujaam. Lennujaam teenindas 1999 aastal 551740 reisijat. Kodumaiste lendude osakaal kogu lendude hulgast oli 1.2%. kokku lennatakse Tallinnast 15-sse rahvusvahelisse sihtpunkti.

Problemaatiliseks muudab lennujaama asukoha Ülemiste järve suhtes asjaolu, et lennurada on joondunud ida-läänesuunaliselt st. lennukid kas maanduvad või tõusevad üle Ülemiste järve.

Lennuväljale lähenevad lennukid seitsmest erinevast suunast (Eesti, Balti, Birsi, Sutis, Kemet, Vadan, Osmur). Umbes 8 km kõrgusele jõudes teevad kõik lennukid pöörde ja paiknevad maandumisrajaga samale sirgele. Lennujaamale lähenemise protseduur on kindlalt paika pandud vastavate reglementidega ja enamasti kasutatakse instrumentaallähenemist. Instrumentaallähenemise protseduur on näidatud joonisel 3. Punkt, mis ajaks kõik lennukid peavad olema lõpetanud pöörde ja joondunud maandumisrajaga asub ida poolt lähenedes umbes 12 km kaugusel maandumisrajast (Kadaka turu kohal Mustamäel). Samasugune punkt asub ka lennujaamast lääne pool, mis jääb linnast välja. Tõusmise puhul jälgitakse samasugust skeemi – lennukid tõusevad etteantud punktini ja sealt sooritavad pöörde vastavale sihtkoha kursile. See, millist suunda maandumiseks ja tõusmiseks kasutatakse sõltub oluliselt meteoroloogiast (tuule suunast ja kiirusest). (Joonis 1).

Ülemiste järv

Tallinna linna põhiline (kesklinn ja “mäed”) joogiveeallikas, mille varud on pärit ligi 2000 km2 suuruselt alalt: Pirita ja Jägala jõgedest ning Pärnu jõe ülemjooksult.

II Algandmed

Lennuki kõrgus. Õhusaaste leviku ja saasteainete hajumise seisukohast on oluline teada, millises ruumipunktis ja kui palju saasteaineid lennuk emiteerib. Instrumentaallähenemise skeemilt ja jooniselt 1 saab välja arvutada lennuki kõrguse maapinnast teatud hetkel.


Lennukite tüüpidest sõltuvalt võib tõusukiirus olla erinev, kuid kõik lennukid peavad jälgima etteantud protseduuri tõusmisel ja maandumisel.

LTO on lennuki maandumis-stardi tsükkel (sisaldab kahte lennuoperatsiooni) Selle tähtsus seisneb asjaolus, et lennuliikluse õhusaastena arvestatakse vaid seda saastekogust, mis emiteeritakse LTO tsükli käigus. LTO koosneb neljast etapist (start, kõrguse võtmine, lähenemine koos maandumisega ja ruleerimine) ning tema kogukestvuseks on 32,9 minutit. (tabel 1).

Hajumisarvutused on tehtud Tallinna Keskkonnaametis tarkvarapaketiga Airviro. Tulemuseks on kaardid, kus on samaväärsusjoontena märgitud NOx kontsentratsioonid.

Tarkvarapakett Airviro

Airviro on Rootsis välja töötatud universaalne tarkvarapakett õhusaaste kvaliteedi kontrolliks. Pakett hõlmab endas emissiooni andmebaase paiksete saasteallikate ja sõidukitest tuleva õhusaaste kohta; seireandmete andmebaasi (meteoroloogia ja õhusaaste); statistilist tööriista ning hajumisarvutuste mudelit. Hajumisarvutusi on võimalik teha kolme eri mudeli järgi – Gaussi hajumismudel, “kanjoni” mudel (tänava ristlõikes õhusaaste arvutamiseks) ja raskete gaaside mudel (raskete gaaside hajumisarvutusteks õnnetusjuhtumite puhul).

Käesolevas töös on kasutatud Gaussi mudelit. Gaussi mudel võimaldab arvutada õhusaaste hajumist ~20x20 km suurusel alal. Saasteallikaid saab kirjeldada kahte moodi – punktallikatena ja joonallikatena. Esimesteks loetakse enamasti korstnaid, teiste all mõeldakse tänavaid, kus saaste on jaotunud piki ettenäidatud joont.

Lennuliikluse modelleerimise teeb keeruliseks asjaolu, et lennukite liikumise kirjeldamiseks ei piisa ühest teljest. Lihtsaim viis oleks vaadelda lennuliiklust joonallikana, märkides maha täpselt vastava lennuki trajektoori projektsiooni maapinnal. See annab aga ebaõigeid tulemusi, kuna õhusaaste hajub erinevalt maapinnal ja näiteks 100 m kõrgusel. Seetõttu tehti lennuliikluse modelleerimisel teatud lihtsustusi ja kirjeldati lennuki trajektoor paljude järjestikuste punktallikatena erinevatel kõrgustel. Punktallika kirjeldusel tuleb kirjeldada allika kõrgust maapinnast, emissiooni dünaamikat ja emissiooni suurust (t/a).

III Arvutused

Tulemused kajastavad keskmist (20 enimkülastanud lennukit kokku) NOx hulka ajaühikuks aasta keskmise kontsentratsioonina. Lihtsustamise mõttes ei arvutatud iga lennuki emissioone eraldi vaid arvutused tehti teada oleva NOx üldkoguse kaudu [IB Stratum].

Teada on, et 1997 aastal oli kogu NOx saasteemissioon 322 tonni. See number sisaldab 20 lennujaama enimkülastanud lennukitüüpide heitgaaside hulka LTO kohta (LTO tsükkel sisaldab kaht lennuoperatsiooni).

LTO tsükli puhul ei arvestatud ruleerimist, kuna see operatsioon on ajaliselt kõige pikem ja võimsuse kasutamise poolest kõige madalam. Vaadeldi ainult starti, kõrguse võtmist ja lähenemist ning maandumist.

Kui jätta LTO tsüklist välja ruleerimine (eeldades, et saasteaine tekkimine on otseses seoses võimsusega) saame, et ülalmainitud operatsioonid tekitavad 312 tonni NOx aastas (322*0.93).

Kuna üldjuhul välditakse tõusmist-maandumist idapoolse rajaotsa suunas siis 1997 aastal moodustas sealt poolt tehtavate operatsioonide arv 17% kogu operatsioonidest. Seega on tegelik üle Ülemiste järve tehtavatest lendudest tulenev õhusaaste võrdne 53 tonniga (312x0.17).

Teada on ka, et distants lennujaamast tõusu lõpuni on ca 12 kilomeetrit, tuleb 53 tonni saastet jaotada sellele pikkusele. Arvutustes kasutatakse punktallikaid, mis paiknevad üksteisest 150 m kaugusel. Seega tuleb jagada 53 tonni NOx 150 meetristele lõikudele. Arvutustest tuleneb, et iga 150 m järel paiknev “korsten” peab õhku paiskama 0.66 tonni NOx aastas, et kirjeldada lennukite poolt tekitatavat õhusaastet.

Andmebaasi sisestati ka Ülemiste järve ümbritsevate teede sõidukite emissioonid. Vaatluse alla võeti Tartu mnt. lõik lennujaama eest ja Järvevana tee lõik, mis ümbritseb järve lennuliikluse alt.

Hajumisarvutuste tulemused

Päringud sisestatud andmebaasist näitasid, et transpordisaaste järve ümbritsevatelt teedelt on aastas 288 tonni. See on ~5.5 korda rohkem, kui lennukitest. Hajumisarvutused näitavad, et lennukitest tulenev õhusaaste avaldab mõju ainult lennujaama läheduses olevatele aladele. See on tingitud sellest, et mida kõrgemal on lennuk, seda suuremale maa-alale õhusaaste hajub. Järve kohale jõudes on lennuk umbes 100 m kõrgusel. See on umbes sama kõrge, kui Tallinna suurimate katlamajade korstnad. Arvutuste tulemustest võib ka näha, et isegi lennutsükli alguses (st. siis kui lennuk on maapinna lähedal) ei ületa saadud kontsentratsioonid kehtestatud norme. NOx -le kehtestatud normid 1997 aastal olid järgmised: lühiajaline kontsentratsioon ei tohtinud ületada 400µg/m3 ja päeva keskmine ei tohtinud ületada 140µg/m3. Normi ei ületata ka teedelt tuleva õhusaaste osas.

Kokkuvõte

Tallinna lennujaamast väljuvad ja saabuvad lennud ohustavad Ülemiste järve saastatusega ainult katastroofi korral. Järve kohal lendab lennuk kokku 3 kilomeetrit ja on sellel ajal 100 m kõrgusel läänepoolses otsas ja 170 m kõrgusel idapoolses otsas. Selliselt kõrguselt emiteeritud õhusaaste hajub väga suurele maa-alale ja praktiliselt ei mõjuta järve kohal oleva õhu kvaliteeti. Tunduvalt suuremat mõju avaldab maa peal liiklevatest sõidukitest tulenev õhusaaste, mis levib oma piiridega järve rannikuäärsetele aladele.

1997. aastal võis tõdeda, et eelosoneeritud joogivee kvaliteet mahtus kontrollnäitajate osas kehtivate  Euroopa Liidu (EL) joogidirektiivide piiridesse. Kuna Eesti Vabariigi joogiveestandard on kvaliteediklasside tõttu mõningate näitajate osas EL direktiividest rangem, siis vastas veepuhastusjaamas toodetud vesi klassile “väga hea”.

report2_image2_compressed.jpg (359081 bytes)

Click on the picture to see it larger. Full size 351 kb.
Joonis 1. Lennujaama mõju Tallinna üldisele saastetasemele, NOx

report2_image3_compressed.jpg (266118 bytes)

Click on the picture to see it larger. Full size 260 kb.
Joonis 2. Ainult lennujaama mõju ümbruskonnale, NOx

report2_image4_compressed.jpg (322776 bytes)

Click on the picture to see it larger. Full size 316 kb.
Joonis 3. Leenujaama ümbritsevate teede mõju linnaõhule, NOx


Up ] Report 1 ] [ Report 2 ]

Please send us an e-mail with your comments, views, questions, etc!
For normal mail address, telephone and fax, please click here! Updated: 23 June 2002