Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Методика моделирования и графического отображения экологических рисков, обусловленных загрязнением атмосферы

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Методика моделирования и графического отображения экологических рисков, обусловленных загрязнением атмосферы"

На правах рукописи

О вод ко в Михаил Владимирович

МЕТОДИКА МОДЕЛИРОВАНИЯМ ГРАФИЧЕСКОГО

ОТОБРАЖЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ РИСКОВ, ОБУСЛОВЛЕННЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЕМ АТМОСФЕРЫ

Специальность 25.0036 - «Геоэкология»

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва 2006

Работа выполнена в Московском государственном университете геодезии и картографии (МИИГАиК) на кафедре прикладной экологии.

Научный руководитель - кандидат военных наук, профессор Буров Владимир Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Разяпов Анвар Закирович доктор геолого-минералогических наук, профессор Зверев Анатолий Тихонович

Ведущая организация - Академия гражданской защиты МЧС России

Защита состоится _ _2006 г. в_ч._мин. на заседании диссертационного совета Д 212.143.02 при Московском государственном университете геодезии и картографии по адресу: 105064, Москва, Гороховский пер., дом 4, ауд. 321.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета геодезии и картографии.

Автореферат разослан _ _2006 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета 4—Сладкопевцев С.А.

гоое^г бг72_

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Качество атмосферы на обширных территориях Российской Федерации характеризуется широким спектром негативных оценок. Значительное количество населения проживает на территориях, подверженных хроническому воздействию широкого ряда атмосферных поллютантов, обладающих общетоксическим и канцерогенным механизмом биологического воздействия. Техногенные выбросы в атмосферу, в том числе, от основных источников загрязнения - промышленности и автотранспорта, продолжают неуклонно расти, обуславливая повышение рисков возникновения негативных эффектов для здоровья населения и качества природной среды.

Современная система контроля качества атмосферного воздуха не позволяет решать задачи идентификации и контроля зон хронического загрязнения атмосферы на больших территориях, сопоставимых по масштабу с областями, федеральными округами и прочими масштабными территориальными единицами. Таким образом, огромные территории страны с многомиллионным населением, содержащие крупнейшие производства, фактически, остаются вне системы контроля качества атмосферного воздуха, что, соответственно, не позволяет проводить качественную оценку опасности воздействия хронических техногенных выбросов на здоровье населения, контролировать и прогнозировать ущербы природным и техногенным объектам и системам, вести мониторинг показателей экологических рисков, являющихся сегодня наиболее эффективным средством оценки и прогностического моделирования опасности, обусловленной влиянием загрязненной окружающей среды на состояние биологических объектов и систем, в том числе человека.

Кроме того, существуют различные подходы к моделированию экологических рисков, к определению содержания рисковых показателей, к установлению степеней приемлемости величин рисков и пр.

Процесс моделирования пространственного распределения значений экологических рисков на обширных территориях связан с обработкой больших объёмов информации и требует нового методического подхода к применению

космических дистанционных технологий, математических моделей и программных средств. В современной практике данный вопрос не нашёл решения на надлежащем теоретическом и технологическом уровне. Также, при очевидной географической и, в частности, картографической специфики проблемы, отсутствуют эффективные механизмы применения геоинформационных технологий, обеспечивающих визуализацию и поддержку анализа пространственно локализованных данных, каковыми являются показатели экологического риска. Таким образом, отсутствует единый технологический подход к автоматизации процесса моделирования и графического отображения экологических рисков, обусловленных загрязнением атмосферы больших территорий.

На основании приведенных выше положений можно сделать заключение о том, что сегодня на надлежащем уровне не решена проблема, связанная с разработкой методического подхода к моделированию экологических рисков, обусловленных загрязнением атмосферы на обширных территориях и представлению рисковых показателей в легковоспринимаемой форме графического отображения распространенного электронного формата, обеспечивающего качественный анализ и поддержку в принятии управленческих решений относительно качества атмосферы на обширных территориях.

Данная ситуация, имеющая место сегодня, не соответствует провозглашенной стратегии устойчивого развития, предполагающей фиксирование и прогнозирование техногенных опасностей и принятие мер, направленных на снижение рисков для населения и природной среды до значений установленных приемлемых уровней.

В связи с вышесказанным, тема настоящей диссертационной работы представляется актуальной и своевременной, хранящей потенциал для применения в выработке управленческих решений относительно экологических проблем, обусловленных загрязнением атмосферы на больших территориях.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является решение актуальной задачи, заключающейся в разработке универсальной методики моделирования и графического отображения экологических рисков для

здоровья, обусловленных загрязнением атмосферы на больших территориях. Поставленная цель достигается путём последовательного решения следующего комплекса задач:

1. Установление ключевых пространственно-временных характеристик современных процессов загрязнения атмосферы.

2. Анализ возможностей методов дистанционного зондирования и коммуникационных систем на предмет их использования для моделирования экологических рисков, обусловленных загрязнением атмосферы на больших территориях.

3. Разработка универсальной методики моделирования и графического отображения экологических рисков для здоровья, обусловленных загрязнением атмосферы на больших территориях, ориентированной на работу с данными дистанционного зондирования загрязнения атмосферы.

4. Разработка технологии моделирования и графического отображения экологических рисков для здоровья, обусловленных загрязнением атмосферы на больших территориях.

Таким образом, в настоящей диссертационной работе решается конкретная актуальная задача геоэкологии, связанная с обеспечением экологической безопасности и устойчивого развития на обширных территориях Российской Федерации.

Методы исследования. В работе применены различные методы исследования, основными из которых являются:

анализ и сравнительная оценка качества атмосферного воздуха на территориях России за период 1998 - 2004 гг.;

математическое моделирование процессов загрязнения атмосферы и экологических рисков, обусловленных загрязнением атмосферы;

дистанционные технологии для идентификации характеристик загрязнения атмосферы;

информационные и компьютерные технологии дня моделирования и графического отображения экологических рисков и др.

Исходные материалы диссертации. В качестве исходных материалов диссертации использованы результаты научных исследований по ключевым направлениям изучаемой проблемы, нашедшие отражение в научных трудах экологов (В.Н. Буров, A.B. Садов, В.Н Крутько и др.), медиков и гигиенистов (С.М. Новиков, В.А. Кислицин, Ю.А. Рахманин, C.JI. Авалиани и др.), метеорологов (М.Е. Берлянд и др.), специалистов в области геоинформатики и картографии (Л.М. Бугаевский, A.M. Берлянт и др.).

Также использованы практические, в том числе программные, разработки лаборатории ГУ НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН (В.А. Кислицин), материалы Государственных докладов «О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации» за 19982003 гг., информационные материалы Американского и Европейского космических агентств, а также другие источники, в том числе, результаты собственных исследований автора.

Научная новизна. Научная новизна исследований, проведённых в рамках настоящей диссертационной работы, заключается в разработке нового методического подхода к решению актуальной задачи моделирования и графического отображения экологических рисков для оценки экологической ситуации на больших территориях с использованием информационных и коммуникационных возможностей дистанционного зондирования. В том числе разработаны и обоснованы новые подходы к математической интерпретации и моделированию экологических рисков для здоровья, обусловленных воздействием на организм человека поллютантов, обладающих различными механизмами биологического воздействия. Также разработан технологический подход к автоматизации процесса решения поставленной задачи посредством применения программных решений.

Практическое значение. Разработанная методика моделирования и графического отображения экологических рисков для здоровья, обусловленных загрязнением атмосферы, может быть использована в качестве универсального инструмента поддержки принятия управленческих решений в области охраны

б

окружающей среды и здоровья населения на больших территориях, в том числе и в новых районах развития промышленности и освоения природных ресурсов.

Разработанная методика применения программных решений для моделирования и графического отображения экологических рисков для здоровья, обусловленных воздействием загрязненной атмосферы способна, в рамках единого программного решения, автоматизировать основные расчётно-аналитические и расчётно-графические операции моделирования и графического отображения экологических рисков от загрязнения атмосферы и тем самым обеспечить оперативность исследований и доступность результатов исследований в области экологических рисков. Данная методика позволяет представить на рынок экологических услуг новый продукт в виде графико-аналитических показателей экологических рисков для здоровья, обусловленных хроническим воздействием загрязненной атмосферы.

Личный вклад автора. Личный вклад автора в решение проблем, поднимаемых в работе, заключается в следующем:

разработке методики моделирования и графического отображения экологических рисков и ее представлении на IV Всероссийском научно-методическом семинаре «Экологически ориентированная учебно-исследовательская и практическая деятельность», проходившем 10-13 ноября 2004 г;

подготовке докладов, отражающих основные результаты исследований, для ежегодных межвузовских и внутривузовских научно-практических конференциях, проводимых в МИИГАиК, посвященных актуальным проблемам экологии и природопользования (2002-2005 гг.);

анализе материалов практических наработок, в том числе программных средств, в области моделирования процессов загрязнения атмосферы и моделирования рисков хронической интоксикации, накопленных в лаборатории оценки риска здоровью ГУ НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН, Государственном центре санитарного и эпидемиологического надзора (ГЦСЭН) и др. (2003-2005 гг.);

разработке методических указаний «Графическое отображение зон загрязнения атмосферы», предназначенных для проведения практических занятий со студентами в рамках курса «Экология природопользования» (2004 г.);

участии в составе аналитической инспекции качества атмосферного воздуха в мероприятиях по идентификации поллютантов, выбрасываемых в атмосферу предприятиями Москвы (2005 г.).

Основные результаты, выносимые на защиту. На защиту выносятся следующие результаты диссертационной работы:

1. Методика моделирования и графического отображения экологических рисков для здоровья, обусловленных загрязнением атмосферы, ориентированная на работу с данными дистанционного зондирования загрязнения атмосферы.

2. Технология моделирования и графического отображения экологических рисков для здоровья, обусловленных загрязнением атмосферы.

3. Результаты экспериментов практического применения методики моделирования и графического отображения экологических рисков для здоровья, обусловленных загрязнением атмосферы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении дана общая постановка проблемы, обоснована её актуальность, сформулирована цель и определены задачи исследований, показана их новизна и практическая значимость, а так же сформулированы результаты работы, представляемые к защите.

Глава 1. Идентификация характеристик загрязнения атмосферы По данным статистической отчётности после экономического спада 19911998 гг. наблюдается устойчивая тенденция повышения загрязнённости атмосферы на обширных территориях Российской Федерации (рис.1). К таким тер-

I

риториям относятся: Москва, Санкт-Петербург, Липецкая область, Кемеровская область, Челябинская область, Тульская область, Свердловская область, Самарская область, Ханты-Мансийский автономный округ, Оренбургская область, Удмуртская Республика и др. Общая площадь территорий РФ, загрязнённых

основными атмосферными поллютактами в опасных концентрациях может составлять до 500 тыс. км2 с населением более 30 млн. чел. Такие территории квалифицируются как экологически неблагополучные, на которых проявляются различные рецидивы, обусловленные хроническим воздействием опасных атмосферных поллютантов на здоровье населения. В целом по стране, ежегодно вследствие проживания в зонах устойчивого загрязнения атмосферы преждевременно умирает более 40000 человек.

В настоящее время основной вклад в загрязнение атмосферного воздуха на территории России вносят следующие отрасли: автотранспорт, теплоэнергетика, предприятия черной металлургии, нефтедобычи и нефтехимии, предприятия цветной металлургии и производство стройматериалов (рис 1). На долю этих отраслей приходится более 90% всех выбросов в атмосферу.

Доминирующими компонентами загрязнения являются: взвешенные вещества, диоксид азота, оксид углерода, диоксид серы, фенол, формальдегид, углеводороды, свинец, обладающие общетоксическим и канцерогенным механизмами воздействия на биологические объекты и системы, формирующие санитарно-гигиеническую обстановку среди населения страны.

зоооо 21000 26000 24000 | 22000 || 20000 11000 16000 14000 12000

Промышленность Транспорт

Рисунок 1. Динамика выбросов загрязняющих веществ в атмосферу промышленностью и транспортом РФ, тыс. т

Ч<РЧ & ^ ^ # # / ^ Гмы

Распространение поллютантов в атмосферном воздухе определяется процессами рассеивания, которые обусловлены многими факторами: атмосферной диффузией, географическими условиями местности, масштабами выбросов и

пр. В настоящей работе, в соответствии с основными положениями теории атмосферной диффузии примесей, в основу прогностического моделирования процессов загрязнения атмосферы на больших территориях положена математическая модель, имеющая вид:

да да да да д , да д , да д , да от дх ду дг дх дх ду ду дг дг

(1.1)

где значения концентраций определяются в пространстве в трёхмерной системе координат. Здесь оси х и у расположены в горизонтальной плоскости; ось г - по вертикали; / - время; и, V, соответствующие средней скорости перемещения примеси соответственно по направлению осей х, у, г; А* ку, ^ - горизонтальные и вертикальные составляющие коэффициента обмена; а - коэффициент, определяющий изменения концентрации за счёт превращений примеси.

В настоящее время математическое моделирование процессов загрязнения атмосферы реализуется с использованием программных решений, которые являются областью специальных исследований данной работы.

Результаты анализа современных методов дистанционного зондирования (традиционная съёмка, многозональная съёмка, ИК съёмка, радиосьёмка, спектрометрическая съёмка, лазерная съёмка) показали, что их возможности позволяют идентифицировать поллютанты в атмосферном воздухе и ранжировать их по химическому составу и концентрации в приземных слоях, единовременно на больших территориях, сопоставимых по масштабу с регионами и континентами. Универсальная схема получения ДДЗ загрязнения атмосферы представлена на рис. 2.

Сбоу плрччч* < ДДЗ

Прием ла рч паи ДДЗ

(ЭДаби'де пяраичиыг

зо, \ с.н.

/Ш т

N0.

V/

V 1

Рисунок 2. Универсальная схема получения ДДЗ загрязнения атмосферы, раскрывающая теоретические особенности спутниковой спектрометрической съёмки и коммуникационных систем

Анализ возможностей отечественных и зарубежных спутниковых средств зондирования атмосферы показал, что в настоящее время наиболее активно применяется пассивная спекрометрическая съемка, позволяющая идентифицировать количественные характеристики более 25 атмосферных поллютантов, в числе которых СО, С02, NO, NO2, N03, N20, N205, 03, ВЮ, СЮ, OCIO, SO2, Н2СО, СН4, HNO3, НС1 и др. Все более широкое применение получают лидары и спектрометры наземного базирования в виде портативных или стационарных установок, позволяющие идентифицировать количественные характеристики более 20 атмосферных поллютантов, в числе которых Oj, СО, C02, NO, N02, NO3, S02, C„Hm, NH4, PM10 и др. Возможности методов традиционной, многозональной, тепловой и радиолокационной космических съёмок, на современном уровне их технологического развития, являются ограниченно пригодными для идентификации параметров загрязнения атмосферы.

Таким образом, установлено, что среди существующих методов дистанционного зондирования загрязнения атмосферы наиболее приемлемыми с точки зрения полноты идентифицируемой информации являются методы спектрометрической и лазерной съёмок со съемочной аппаратурой спутникового или наземного базирования. Также установлено, что коммуникационные возможности данных методов дистанционного зондирования позволяют заинтересованным лицам в течение короткого временного интервала (от нескольких часов до суток) получать обновлённую информацию о пространственно-временном распределении атмосферных поллютантов на обширных территориях, представляющих исследовательский интерес. Запрос данных дистанционного зондирования загрязнения атмосферы и их транспортировка к конечному пользователю осуществляется с применением информационных компьютерных технологий, в частности сети Интернет, когда заинтересованное лицо, параметрически обозначив территорию, группу атмосферных поллютантов и временной интервал, получает информацию в популярном формате баз данных. Вариант доступа к ДДЗ загрязнения атмосферы в системе ATMOS User Center представлен на рис.3.

17 ОЭ Totti

UnWrlèftCmir 1а<*Л)-Ь«<ЧМ&-

родоол] (Soi ¡-подтщ (эоо

Рисунок 3.

L«inr Bicbt Canar

pö [ иол. ПОЛ] рС5

Форма получения ДДЗ загрязнения атмосферы в системе ATMOS User Center посредством Интернет

Р Latitode

Р tM^wh

Data Conversion:

Select your prefered oupul data format and the compression mode from the menu below

|ASC«-TA8LE »J I uncompraas*d Mod* ^

Dot| R«wt Section« |

Глава 2. Моделирование экологических рисков, обусловленных воздейст-

В основу методики рисковых оценок положена интегральная зависимость вероятностного ущерба здоровью от количественного присутствия поллютанта в точках пространства; причем риск (вероятностный ущерб) отождествляется с математическим ожиданием случайной величины (характеризующей ущерб):

где Р - вероятность реализации негативного воздействия (рассеивания поллю-тантов, аварии и пр.), в результате которого возникает поражающий фактор, характеризуемый параметром Ф (например, интоксикация и пр.); 5 - область интегрирования (например, территория города); ФШп и Ф^ - соответственно минимально и максимально возможное значение параметра поражающего фактора; Р(Ф) - вероятность поражения людей в зависимости от Ф как параметра (часто задается в виде функции нормального распределения от пробит-функции параметра Ф); ц/(х, у) - плотность населения в пределах рассматриваемой территории; /(х,у, Ф) - плотность распределения интенсивности параметра Ф в пределах территории с координатами (х, у).

вием загрязнённой атмосферы

R = M[N] = P 0(Ф)Ч(х, у) f(x, у, ®)d&dxdy (2.1)

S Фод,

Экологический риск для здоровья, обусловленный загрязнением атмосферного воздуха техногенными выбросами - это вероятностный ущерб от реализации токсического и канцерогенного воздействия поллютантов, рассеянных в атмосфере, с учётом всех неопределённостей проявления эффектов их негативного воздействия на здоровье.

Моделирование экологического риска для здоровья, обусловленного хроническим воздействием загрязнённой атмосферы, представляет собой расчётно-аналитическую процедуру, которая включает два блока:

1) комплекс методик моделирования рисков здоровью, учитывающих эффект хронического ингаляционного токсического и канцерогенного действия поллютантов с применением пороговой (рис 4), безпороговой или универсальной (рис 5) моделей зависимости «концентрация-ответ»;

2) методику учёта неопределённостей поведения поллютантов в атмосфере.

Рисунок 4. Сигмоидальная зависимость «доза-ответ», описывающая воздействие на здоровье химических неканцерогенов и канцерогенов с пороговым механизмом воздействия

Рисунок 5. Универсальная зависимость «концентрация-ответ», описывающая воздействие на здоровье веществ различных классов опасности. Вещества: 1 - чрезвычайно опасные; 2 - высокоопасные; 3 -умеренно опасные; 4 - малоопасные

Установлено, что для моделирования рисков здоровью, обусловленных хроническим воздействием атмосферных поллютантов общетоксического порогового механизма воздействия, целесообразно использовать модель:

к (С,-ПДКсс,) 11пит=1-10-6 е ^ ПДК«< > (2.2)

или к(Е,-щ>сс1Л

^ J (2-3)

где: Лдел - популяциоиный ингаляционный токсический (неканцерогенный) риск от хронического воздействия ¡-го вещества, измеряется числом пострадавших; С, - среднесуточная в течение года концентрация 1-го токсичного вещества в зоне воздействия, мг/м3; Е, - среднесуточная в течение года экспозиция воздействия ¡-го токсического вещества в зоне воздействия, мг/кг сутки (определяется расчетом); ПДКсс, - среднесуточная предельно допустимая концентрация ¡-го вещества, мг/м3; фЦ*/ - среднесуточная референтная доза ¡-го вещества, лет/кг-сут; е ~ экспонента, моделирующая усреднённый показатель дополнительного риска воздействия ¡-го вещества в динамике возрастания его концентрации (дозы); К, - коэффициент, учитывающий особенности динамики токсического действия ¡-го вещества; 1106 - начальная координата отсчёта приемлемого показателя риска летального эффекта для любого фактора негативного воздействия.

Модель (2.2) и её модификация (2.3) ориентированы на получение популя-ционных (групповых) рисков для здоровья, размерность которых выражается в количестве пострадавших человек из миллиона. Установлено, что с помощью данных моделей возможно получать корректные значения рисков при уровне загрязнении атмосферы 1+20 ПДК. Модели (2.2) и (2.3) разработаны проф. В.Н. Буровым при участии автора.

Установлено, что для моделирования рисков здоровью, обусловленных хроническим воздействием атмосферных поллютантов канцерогенного безпо-рогового механизма воздействия, целесообразно использовать модель:

(2.4)

где: ЯтК - индивидуальный ингаляционный канцерогенный риск, размерность которого [0,0-1,0]; Ск - концентрация канцерогена в зоне воздействия, мг/м3; 14

- фактор потенциала канцерогенного эффекта при воздействии вещества

дике; 20 - среднесуточный объбм дыхания человека, м3; 70 - средняя масса тела взрослого человека, кг. Канцерогенный риск рассчитывается на период всей жизни человека.

Установлено, что для моделирования рисков здоровью, обусловленных хроническим воздействием атмосферных поллютантов как порогового так и безпорогового механизма воздействия, целесообразно использовать универсальную модель:

где: ПДКсс - среднесуточная предельно допустимая концентрация ¡-го вещества, мг/м3; параметры р и К„ рекомендованные для расчётов при различном времени экспозиции, приведены в справочных материалах и зависят от класса опасности поллютанта; независимо от класса опасности поллютанта, при его концентрации менее ПДК, (3=1,00.

Установлено, что данные «пороговая» (2.2), «безпороговая» (2.4) и «универсальная» (2.5) модели являются наиболее пригодными для моделирования рисков здоровью, обусловленных хроническим ингаляционным воздействием поллютантов общетоксического и канцерогенного механизмов воздействия.

Методика учёта неопределённостей поведения поллютантов в атмосфере заключается во введении в процесс моделирования экологических рисков вероятностных показателей, характеризующих степень возможности изменения физико-химических свойств поллютантов Рфх (физическое состояние, дисперсность, химический состав, химическая стойкость и пр.); погодных условий Р^ (степень вертикальной устойчивости атмосферы в приземном слое, направление и скорость ветра, температура воздуха, осадки, атмосферная влажность); параметров диффузионных процессов Рпиф (характер и масштабы рассеивания поллютантов в различных условиях климата и рельефа) и пр.

через органы дыхания, (мг/кг • день)*1, определяющийся по специальной мето-

(2.5)

Рисунок 6. Схема методики моделирования и графического отображения экологических рисков для здоровья, обусловленных загрязнением атмосферы

Исследование данных вероятностных показателей в аспекте их численного выражения и способов введения в процесс моделирования экологических рисков является областью специальных исследований настоящей работы.

Математически экологический риск для здоровья определяется как произведение риска для здоровья от воздействия загрязняющего вещества атм, выступающего как величина ущерба биологического объекта (населения) от загрязнения атмосферы, на добавочную вероятность проявления ущерба здоровью, связанную с неопределённостями поведения рассеянных веществ в атмосфере.

Графическое отображение экологических рисков, обусловленных загрязнением атмосферы, реализуется методом переноса графических построений, отражающих пространственно-временное распределение значений рисков, на картографическую основу исследуемой территории в соответствии с выбранным способом картографического отображения, мат. основой и пр.

Разработанная методика моделирования и графического отображения экологических рисков для здоровья, обусловленных загрязнением атмосферы, конструктивно, состоит из четырёх частей: 1) постановка задачи; 2) идентификация данных о пространственном распределении значений концентраций рассеянных поллютангов на оцениваемой территории и населении; 3) моделирование экологических рисков для здоровья, обусловленных загрязнением атмосферы; 4) графическое отображение экологических рисков для здоровья, обусловленных воздействием загрязнённой атмосферы (рис 6). Варианты практической реализации данной методики зависят от способа получения информации о пространственно-временном распределении концентрации поллютантов.

Глава 3. Программные решения в методике моделирования и графического отображения экологических рисков, обусловленных загрязнением атмосферы

Моделирование процессов загрязнения атмосферы реализуется средствами специальных программ - компьютерных моделей процессов рассеивания, ре-

зультатом работы которых является получение показателей концентраций пол-люлгантов в атмосфере в заданных точках пространства. Для работы с компьютерными моделями рассеивания необходимо располагать определённым набором исходных данных: 1) климат и рельеф, 2) геометрические параметры источников, 3) параметры выброса. Результаты анализа тематического программного обеспечения показали, что среди большого количества существующих программных продуктов наиболее предпочтительно использовать отечественные программные комплексы «Призма», «Эколог», «Zone» или зарубежный «ISC3», результаты работы которых корректны с профессиональной и юридической точек зрения.

Моделирование рисков для здоровья, обусловленных воздействием загрязнённой атмосферы реализуется средствами программных продуктов, моделирующих пространственно-локализованные значения индивидуальных и групповых рисков для здоровья, обусловленных воздействием атмосферных поллю-тантов общетоксического и канцерогенного механизмов воздействия. Результаты анализа тематического программного обеспечения показали, что в рамках разработанной методики наиболее предпочтительно использовать разработки НИИ ЭЧ и ГОС (программы «ЭпиРиск-Воздух», «МедЭкоРиск») или зарубежный комплекс «Risk Assistant». Данные продукты моделируют значения рисков здоровью в соответствии с общепринятыми методиками.

Моделирование значений экологических рисков, представленное в работе алгоритмом механизма оценки рисков для здоровья с участием ряда неопределённостей, характеризующих поведение псшлютантов в атмосфере, технически, предлагается выполнять средствами программного модуля, разработанного автором, выполненного в объектно-ориентированной среде программирования Delphi.

Установлено, что программные средства для графического отображения пространственно-локализованных значений экологических рисков могут быть представлены широким рядом САПР- и ГИС-программ. Анализ возможностей данных программ показал, предпочтительность применения популярной ГИС-

программы Map Info, располагающей наиболее полным инструментарием тематической картографии в базовой комплектации для графического отображения экологических рисков.

Разработанная технология моделирования и графического отображения экологических рисков для здоровья, обусловленных загрязнением атмосферы, заключается в последовательном применении программных продуктов для: 1) идентификации параметров загрязнения атмосферы, 2) моделирования экологических рисков от загрязнения атмосферы, 3) графического отображения экологических рисков (рис 7).

1. Идентификация параметров загрязнения атмосферы

Коммуникационные программы доступа к ДДЗ загрязнения атмосферы (броузеры, сайты и др.) Коммуникационные программы доступа к данным контактной индикация загрязнения атмосферы (программы запросов к удаленным базам данных) Программы моделирования процессов загрязнения атмосферы (1SC3, «Призма», «Zone»)

2. Моделирование экологических рисков для здоровья, обусловленных воздействием загрязнённой атмосферы

2.1 Программы моделирования значений индивидуальных и групповых рисков для здоровья, обусловленных загрязнением атмосферы веществами общетоксического и канцерогенного механизмов воздействия (ЭпиРиск-Воздух)

1

2 2 Программы моделирования экологических рисков, обусловленных загрязнением атмосферы (авторские разработки на уровне подключаемых модулей)

1

3. Графическое отображение экологических рисков для здоровья, обусловленных воздействием загрязненной атмосферы

Программы, реализующие графическое представление и поддержку анализа пространственно-локализованных данных об экологических рисках (САПР, ГИС (Map Infol Professional в базовой комплектации)

Рисунок 7. Схематичное представление технологии моделирования и графического отображения экологических рисков для здоровья, обусловленных загрязнением атмосферы

Глава 4. Практическое применение методики моделирования и графического отображения экологических рисков, обусловленных загрязнением

атмосферы

Проверка практической применимости предлагаемой в работе методики моделирования и графического отображения экологических рисков, обусловленных загрязнением атмосферы, осуществлена в двух экспериментах.

В первом эксперименте было осуществлено моделирование экологических рисков, обусловленных загрязнением атмосферы выбросами предприятия (Московский мусоросжигательный завод №4) с использованием данных контактной индикации и моделирования диффузионных процессов. Данные контактной индикации относительно концентрации заданных поллютантов в выбросной трубе предприятия, при активном участии автора, были получены средствами передвижной экологической лаборатории по контролю промышленных выбросов в атмосферу при Департаменте природопользования и охраны окружающей среды г. Москвы. На основе данных контактной индикации, моделирование процессов загрязнения атмосферы осуществлялось посредством модуля «КСЗ», входящего в состав универсального программного комплекса «ЭпиРиск-Воздух». В качестве приоритетных поллютантов были выбраны СО, С02, 802 (рис 8).

— 1

\ ч ^

■ \

У / - Ч * ' .

им- "* , у -

-!■'< 7 / _ 1 1 ' '

- / 4

- - СО (мг/м3) БОг (мг/м3) "" С02 (мг/м3)

• А мм ют шю тт

■ м ■■ аЬ М§ ЯП |

Рисунок 8. Графическое отображение в Г'ИС результатов моделирования процессов загрязнения атмосферы с получением показателей среднесуточных в течение 2005 года концентраций поллютантов в заданных точках исследуемого пространства

Результаты эксперимента выявили в пределах исследуемой территории,

в т. (0;0)) пространственное распределение значений экологического риска для здоровья, обусловленного хроническим воздействием выбросов предприятия в пределах Я. Э1гга = МО"4 - НО"12 (рис 9).

На основе общепринятой классификации приемлемости рисков, предложенной ВОЗ в 1998 г., риски здоровью в пределах МО"4 + 1-Ю"6 считаются допустимыми для населённых территорий. Таким образом, в пределах исследуе-

Смоделированные величины рисков следует трактовать следующим образом. Так, в соответствии с рис. 9, на площади 1 км2 экологический риск т равен МО"4. Это означает, что эффект преждевременной смерти, обусловленный хроническими выбросами исследуемого источника загрязнения атмосферы, получит один человек из 10 ООО постоянно (25 и более лет) проживающих на этой территории. Конкретное количество пострадавших из числа действительно проживающих находится по пропорции «1 к 10000 как п к Ы», где п число получивших эффект преждевременной летальности, Ы-число жителей.

Цель второго эксперимента состояла в моделировании и графическом отображении значений экологического риска для здоровья, обусловленного воз-

площадью 9 км2 (1-я четверть в прямоугольной системе координат с нач. коорд.

Рисунок 9. Графическое отображение в ГИС экологического риска для здоровья, обусловленного хроническим воздействием атмосферных выбросов исследуемого предприятия; источник загрязнения атмосферы в т. (0;0)

мой территории, на площади 1км2 риск превышает допустимый.

действием озона в приземном слое на территории Центрально-Европейской части России. В данном эксперименте в качестве исходных данных для моделирования экологических рисков для здоровья, обусловленных хроническим загрязнением атмосферы, использовались осреднённые за 2004 г данные спутникового дистанционного зондирования загрязнения атмосферы спектрометрической системой MAS, которые были заимствованы с информационного сайта ESA, где находились в системе свободного распространения. Результаты эксперимента выявили в пределах исследуемой территории пространственное распределение значений экологического риска, обусловленного воздействием на здоровье озона в приземном слое, в пределах R эетм - НО"15 + НО"25, что соответствует допустимым по степени приемлемости величинам рисков для здоровья населения (рис 10).

Рисунок 10. Графическое отображение в ГИС экологического риска, обусловленного воздействием озона в приземном слое атмосферы

Результаты проведённых экспериментов показали универсальность предлагаемых методик и технологий и их корректность по отношению к сложившейся системе рисковых оценок.

Заключение

В итоге выполненной работы можно сделать следующие выводы: 1. Установлено, что в условиях всё расширяющихся масштабов воздействия на окружающую среду опасных поллютантов, универсальным средством оценки последствий их воздействия являются показатели экологического риска, идентифицированные с применением методов дистанционного зондирования.

2. Разработана аналитическая модель оценки экологических рисков, обусловленных воздействием загрязнённой атмосферы, позволяющая моделировать ущерб здоровью населения от хронического воздействия поллютантов, обладающих токсическим и канцерогенным механизмами воздействия, с учётом последних достижений в области токсикологии и теории риска.

3. Разработана универсальная методика моделирования и графического отображения экологических рисков, обусловленных воздействием загрязнённой атмосферы, по данным дистанционного зондирования и с учётом коммуникационных возможностей аэрокосмических систем дистанционного зондирования.

4. Разработана технология моделирования и графического отображения экологических рисков, обусловленных воздействием загрязнённой атмосферы.

5. Проведённые экспериментальные исследования практического применения разработанной методики моделирования и графического отображения экологических рисков, обусловленных воздействием загрязнённой атмосферы, показали приемлемость данной методики для решения локальных и региональных задач по оценке последствий загрязнения атмосферы территорий поллютантами, а так же возможность применения полученных показателей для регулирования экологической обстановки в зонах повышенной загрязнённости атмосферы.

Основное содержание диссертационного исследования автора отражено в следующих публикациях: Периодические издания, рекомендованные ВАК:

«Геоинформационное картографирование экологических рисков» / Геодезия и

картография. -2005., №10. с.44-46.

Прочие издания:

1. «Использование обновлённого программного комплекса «Призма» для определения экологического риска». Природопользование и охрана окружающей среды Московского региона. Сб. науч. трудов студентов, аспирантов и молодых учёных / Под редакцией A.B. Садова, В.Н. Бурова. М.: Издательский дом РоЗ ИКСИ, 2002. с. 165-168;

««-6272

2. «Картографирование экологического риска загрязнения атмосферного юз-духа техногенными выбросами». Актуальные проблемы экологии и природопользования. Сб. науч. трудов студентов, аспирантов и молодых учйных / Под редакцией A.B. Садова, В.Н. Бурова,- М.: ГУЗ,2003. сЗ 1-33;

3. «Методологические решения графического отображения экологических рисков загрязнения атмосферь»>. Экология и сохранение здоровья населения. Сб. науч. трудов студентов, аспирантов и молодьк учёных / Отв. ред. A.B. Садов. - М. Изд-во КМИГАиК, 2005. с.85-89;

4. «Методы дистанционного зондирования загрязнения атмосферы и их коммуникационные возможное™» / Естественные и технические науки. -2005., №5. с.116-117;

5. «Методические решения графического отображения экологических рио-ков» / Естественные и технические науки.-2005 .,№5. с.114-115;

Подписано в печать 20.02.2006. Гарнитура Тайме Формат 60x90/16. Бумага офсетная. Печать офсетвая. Печ. л. 1,5 Тираж 80 экз. Заказ № 16 Цена договорная

Отпечатано вУПП «Репрография» МИИГАиК 105064, Москва, Гороховский пер., 4

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Оводков, Михаил Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ИДЕНТИФИКАЦИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ЗАГРЯЗНЕНИЯ

АТМОСФЕРЫ

1.1 Загрязнение атмосферы

1.1.1 Масштабы загрязнения атмосферы

1.1.2 Источники загрязнения атмосферы

1.1.3 Поллютанты

1.1.4 Диффузионные процессы распространения поллютантов в атмосфере

1.1.5 Воздействие загрязнённой атмосферы на здоровье человека и состояние природной среды

1.2 Дистанционное зондирование загрязнения атмосферы

1.2.1 Дистанционное зондирование

1.2.2 Методы дистанционного зондирования

1.2.2.1 Традиционная съёмка

1.2.2.2 Многозональная съёмка

1.2.2.3 Инфракрасная съёмка

1.2.2.4 Особенности практического применения традиционной, многозональной и инфракрасной съёмок

1.2.2.5 Радиосъёмка

1.2.2.6 Спектрометрическая съёмка

1.2.2.7 Лазерная съёмка 68 1.2.2.7.1 Развитие лазерной съёмки атмосферы

1.2.2.7.2 Принцип действия лазерной съёмки атмосферы

1.2.2.7.3 Типылидаров

1.2.2.7.4 Особенности практического применения лидарной съёмки атмосферы

1.2.3 Коммуникационные возможности методов дистанционного зондирования

1.2.4 Анализ методов дистанционного зондирования загрязнения атмосферы и их коммуникационных возможностей

Выводы по главе

ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ РИСКОВ, ОБУСЛОВЛЕННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЕМ ЗАГРЯЗНЁННОЙ АТМОСФЕРЫ

2.1 Методология моделирования рисков

2.2 Экологический риск для здоровья, обусловленный воздействием загрязнённой атмосферы

2.3 Моделирование экологических рисков для здоровья, обусловленных воздействием загрязнённой атмосферы

2.3.1 Структура процесса моделирования экологических рисков для здоровья, обусловленных загрязнением атмосферы

2.3.2 Подходы к моделированию рисков здоровью, обусловленных хроническим воздействием загрязнённой атмосферы

2.3.3 Моделирование хронического ингаляционного токсического риска для здоровья, обусловленного воздействием загрязнённой атмосферы, с применением пороговой модели

2.3.4 Моделирование хронического ингаляционного токсического риска для здоровья, обусловленного воздействием загрязнённой атмосферы, с применением безпороговой модели

2.3.5 Моделирование хронических ингаляционных токсических и канцерогенных рисков для здоровья, обусловленных воздействием загрязнённой атмосферы, с применением универсальной безпороговой модели

2.3.6 Моделирование экологического риска для здоровья, обусловленного воздействием атмосферных поллютантов с общетоксическим и канцерогенным механизмом воздействия

2.4 Классификация уровней риска

2.5 Графическое отображение информации об экологических рисках, обусловленных воздействием загрязнённой атмосферы

2.6 Методика моделирования и графического отображения экологических рисков, обусловленных воздействием загрязнённой атмосферы

Выводы по главе

ГЛАВА 3. ПРОГРАММНЫЕ РЕШЕНИЯ В МЕТОДИКЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ГРАФИЧЕСКОГО ОТОБРАЖЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ РИСКОВ, ОБУСЛОВЛЕННЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЕМ АТМОСФЕРЫ

3.1 Программные решения моделирования процессов загрязнения атмосферы

3.2 Программные решения моделирования экологических рисков для здоровья, обусловленных воздействием загрязнённой атмосферы

3.3 Программные решения графического отображения информации об экологических рисках

3.4 Технология применения программного обеспечения для моделирования и графического отображения экологических рисков, обусловленных загрязнением атмосферы

Выводы по главе

ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДИКИ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ГРАФИЧЕСКОГО ОТОБРАЖЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ РИСКОВ, ОБУСЛОВЛЕННЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЕМ АТМОСФЕРЫ

4.1 Моделирование и графическое отображение экологических рисков, обусловленных загрязнением атмосферы, с использованием данных контактной индикации и моделирования процессов рассеивания

4.2 Моделирование и графическое отображение экологических рисков, обусловленных загрязнением атмосферы, с использованием данных дистанционного зондирования

Выводы по главе

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Методика моделирования и графического отображения экологических рисков, обусловленных загрязнением атмосферы"

Актуальность темы

Качество атмосферы на обширных территориях Российской Федерации характеризуется широким спектром негативных оценок. Значительное количество населения проживает на территориях, подверженных хроническому воздействию широкого ряда атмосферных поллютантов, обладающих общетоксическим и канцерогенным механизмом биологического воздействия. Техногенные выбросы в атмосферу, в том числе, от основных источников загрязнения - промышленности и автотранспорта, продолжают неуклонно расти, обуславливая повышение рисков возникновения негативных эффектов для здоровья населения и качества природной среды.

Современная система точечного контроля качества атмосферного воздуха не позволяет решать задачи идентификации и контроля зон хронического загрязнения атмосферы на больших территориях, сопоставимых по масштабу с областями, федеральными округами и прочими масштабными территориальными единицами. Таким образом, огромные территории страны с многомиллионным населением, содержащие крупнейшие производства, фактически, остаются вне системы контроля качества атмосферного воздуха, что, соответственно, не позволяет проводить качественную оценку опасности воздействия хронических техногенных выбросов на здоровье населения, контролировать и прогнозировать ущербы природным и техногенным объектам и системам, вести мониторинг показателей экологических рисков, являющихся сегодня наиболее эффективным средством оценки и прогностического моделирования опасности, обусловленной влиянием загрязнённой окружающей среды на состояние биологических объектов и систем, в том числе человека.

Вместе с тем, существуют расхождения относительно подходов к оценке и моделированию экологических рисков, содержания рисковых показателей, степеней приемлемости величин рисков и пр.

Процесс моделирования пространственного распределения значений экологических рисков на обширных территориях связан с обработкой больших объёмов информации и требует методического подхода к применению различных программных средств. В современной практике данный вопрос не нашёл решения на надлежащем теоретическом и технологическом уровне. Также, при очевидной географической и, в частности, картографической специфики проблемы, отсутствуют эффективные механизмы применения геоинформационных технологий, обеспечивающих визуализацию и поддержку анализа пространственно локализованных данных, каковыми являются показатели экологического риска. Таким образом, отсутствует единый методический подход к автоматизации процесса моделирования и графического отображения экологических рисков средствами программного обеспечения.

Таким образом, сегодня, проблема, связанная с разработкой методического подхода к прогностическому моделированию экологических рисков, обусловленных загрязнением атмосферы, на обширных территориях и представлению рисковых показателей в легковоспринимаемой форме, обеспечивающей качественный анализ и поддержку в принятии управленческих решений относительно качества атмосферы не решена на надлежащем уровне.

Данная ситуация, имеющая место сегодня, не соответствует провозглашённой стратегии устойчивого развития, предполагающей фиксирование и прогнозирование техногенных опасностей и принятие мер, направленных на снижение рисков для населения и природной среды до значений установленных приемлемых уровней.

В связи с вышесказанным, тема настоящей диссертационной работы представляется актуальной и своевременной, хранящей потенциал для применения в поддержке принятия управленческих решений относительно экологических проблем, обусловленных загрязнением атмосферы.

Цель и задачи исследования

Целью диссертационной работы является решение актуальной задачи, заключающейся в разработке универсальной методики моделирования и графического отображения экологических рисков для здоровья, обусловленных загрязнением атмосферы на больших территориях. Поставленная цель достигается путём последовательного решения следующего комплекса задач:

1. Установление ключевых пространственно-временных характеристик современных процессов загрязнения атмосферы.

2. Анализ возможностей методов дистанционного зондирования и коммуникационных систем на предмет их использования для моделирования экологических рисков, обусловленных загрязнением атмосферы на больших территориях.

3. Разработка универсальной методики моделирования и графического отображения экологических рисков для здоровья, обусловленных загрязнением атмосферы на больших территориях, ориентированной на работу с данными дистанционного зондирования загрязнения атмосферы.

4. Разработка технологии моделирования и графического отображения экологических рисков для здоровья, обусловленных загрязнением атмосферы на больших территориях.

Таким образом, в настоящей диссертационной работе решается конкретная актуальная задача геоэкологии, связанная с обеспечением экологической безопасности и устойчивого развития на обширных территориях Российской Федерации.

Методы исследования

В работе применены различные методы исследования, основными из которых являются: анализ и сравнительная оценка качества атмосферного воздуха на территориях России; математическое моделирование процессов загрязнения атмосферы и экологических рисков, обусловленных загрязнением атмосферы; дистанционные технологии для идентификации характеристик загрязнения атмосферы; информационные и компьютерные технологии для моделирования и графического отображения экологических рисков и др.

Исходные материалы диссертации

В качестве исходных материалов диссертации использованы результаты научных исследований по ключевым направлениям изучаемой проблемы, нашедшие отражение в научных трудах экологов (В.Н. Буров, В.Н Крутько и др.), медиков и гигиенистов (С.М. Новиков, В.А. Кислицин, Ю.А. Рахманин, C.JI. Авалиани и др.), метеорологов (М.Е. Берлянд и др.), специалистов в области геоинформатики и картографии (JI.M. Бугаевский, A.M. Берлянт и др.).

Также использованы практические, в том числе программные, разработки лаборатории ГУ НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им, А,Н. Сысина РАМН (В.А. Кислицин), материалы Государственных докладов «О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации» за 19982003 гг., информационные материалы Американского и Европейского космических агентств, а также другие источники, в том числе, результаты собственных исследований автора.

Научная новизна

Научная новизна исследований, проведённых в рамках настоящей диссертационной работы, заключается в разработке нового методического подхода к решению актуальной задачи моделирования и графического отображения экологических рисков для оценки экологической ситуации на больших территориях с использованием идентификационных и коммуникационных возможностей технологий дистанционного зондирования. В том числе разработаны и обоснованы новые подходы к математической интерпретации и прогностическому моделированию экологических рисков для здоровья, обусловленных воздействием на организм человека поллютантов, обладающих различными механизмами биологического воздействия. Также разработан технологический подход к автоматизации процесса решения поставленной задачи посредством применения программных решений.

Практическое значение

Разработанная методика моделирования и графического отображения экологических рисков для здоровья, обусловленных загрязнением атмосферы, может быть использована в качестве универсального инструмента поддержки принятия управленческих решений в области охраны окружающей среды и здоровья населения на больших территориях, в том числе и в новых районах развития промышленности и освоения природных ресурсов,

Разработанная технология применения программного обеспечения для моделирования и графического отображения экологических рисков для здоровья, обусловленных загрязнением атмосферы, способна, в рамках единого программного решения, автоматизировать основные расчётно-аналитические и расчётно-графические операции моделирования и графического отображения экологических рисков от загрязнения атмосферы, тем самым, обеспечить и оперативность и доступность исследований в области экологических рисков. Данная методика позволяет представить на рынок экологических услуг новый продукт, состоящий в программном решении получения графикоаналитических показателей экологических рисков для здоровья, обусловленных воздействием загрязнённой атмосферы.

Личный вклад автора

Личный вклад автора в решение проблем, поднимаемых в работе, заключается в: разработке универсальной методики моделирования и графического отображения экологических рисков и её представлении на IV Всероссийском научно-методическом семинаре «Экологически ориентированная учебно-исследовательская и практическая деятельность», проходившем 10-13 ноября 2004 г; подготовке материалов для докладов, отражающих основные результаты исследований в ежегодных межвузовских и внутривузовских научно-практических конференциях, проводимых в МИИГАиК, посвящённых актуальным проблемам экологии и природопользования (2002-2005 гг.); проведении анализа практических наработок, в том числе программных средств, в области моделирования процессов загрязнения атмосферы и моделирования рисков хронической интоксикации по материалам лаборатории оценки риска здоровью ГУ НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН, ГЦСЭН и др. (2003-2005 гг.); разработке методических указаний «Графическое отображение зон загрязнения атмосферы», предназначенных для проведения практических занятий со студентами в рамках курса «Экология природопользования» (2004 поллютантов, выбрасываемых в атмосферу промышленными предприятиями Москвы (2005 г.).

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на ежегодных межвузовских и внутривузовских конференциях, проходивших в МИИГАиКе, а также опубликованы в шести научных статьях:

1. «Использование обновлённого программного комплекса «Призма» для определения экологического риска». Природопользование и охрана окружающей среды Московского региона. Сб. науч. трудов студентов, аспирантов и молодых учёных Москвы и Московской области, посвященный Дням защиты от экологической опасности Московской области в 2002 г. / Под редакцией A.B. Садова, В.Н. Бурова. М.: Издательский дом РоЗ ИКСИ, 2002. с.165-168;

2. «Картографирование экологического риска загрязнения атмосферного воздуха техногенными выбросами». Актуальные проблемы экологии и природопользования. Сб. науч. трудов студентов, аспирантов и молодых учёных Москвы и Московской области, посвященный Дням защиты от экологической опасности Московской области в 2003 г. / Под редакцией A.B. Садова, В.Н. Бурова. -М.: ГУЗ, 2003. с.31-33;

3. «Методологические решения графического отображения экологических рисков». Экология и сохранение здоровья населения. Сб. науч. трудов студентов, аспирантов и молодых учёных Москвы и Московской области, посвященный Дням защиты от экологической опасности Московской области в 2005 г. / Отв. Ред. A.B. Садов. - М. Изд-во МИИГАиК, 2005. с.85-89;

4. «Методы дистанционного зондирования загрязнения атмосферы и их коммуникационные возможности» / Естественные и технические науки. -2005., №5. с.116-117;

4. «Методы дистанционного зондирования загрязнения атмосферы и их коммуникационные возможности» / Естественные и технические науки. -2005., №5. с.116-117;

5. «Методические решения графического отображения экологических рисков, обусловленных загрязнением атмосферы» / Естественные и технические науки. -2005., №5. с. 114-115;

6. «Геоинформационное картографирование экологических рисков» / Геодезия и картография. -2005., №10. с.44-46.

Основные результаты, выносимые на защиту

На защиту выносятся следующие результаты диссертационной работы:

1. Методика моделирования и графического отображения экологических рисков для здоровья, обусловленных загрязнением атмосферы, ориентированная на работу с данными дистанционного зондирования загрязнения атмосферы.

2. Технология моделирования и графического отображения экологических рисков для здоровья, обусловленных загрязнением атмосферы.

3. Результаты экспериментов практического применения методики моделирования и графического отображения экологических рисков для здоровья, обусловленных загрязнением атмосферы.

Структура и объём работы

Диссертация, объёмом 177 страниц состоит из введения, четырёх глав с выводами по каждой главе и заключения. Использовано 12 таблиц и 19 иллюстраций. Библиографический список использованной литературы содержит 142 работы, из которых 25 на английском языке.

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Оводков, Михаил Владимирович

Выводы по главе

1. Цель первого эксперимента состояла в моделировании и графическом отображении гипотетических значений экологического риска для здоровья, обусловленного воздействием атмосферных поллютантов, выбрасываемых мусоросжигательным предприятием. В этом эксперименте было осуществлено моделирование экологических рисков, обусловленных загрязнением атмосферы, с использованием данных контактной индикации и моделирования процессов рассеивания. Результаты эксперимента выявили в пределах исследуемой территории распределение значений экологического риска для здоровья, обусловленного хроническим воздействием выбросов предприятия в пределах Я э а™ = Н0Ц + 1-Ю"12, что, в целом, соответствует допустимым по степени приемлемости величинам рисков для здоровья населения.

2. Цель второго эксперимента состояла в моделировании и графическом отображении значений экологического риска для здоровья, обусловленного воздействием приземного озона. Территория, представлявшая исследовательский интерес - Центральная Россия. В этом эксперименте в качестве исходных данных для моделирования экологических рисков для здоровья, обусловленных хроническим загрязнением атмосферы, использовались данные спутникового дистанционного зондирования загрязнения атмосферы. Результаты эксперимента выявили в пределах исследуемой территории распределение значений экологического риска, обусловленного воздействием приземного озона на здоровье в пределах Я э а™ ~

15 25

МО" 1-10" , что соответствует допустимым по степени приемлемости величинам рисков для здоровья населения.

Заключение

В итоге выполненной работы можно сделать следующие выводы:

1. Установлено, что в условиях всё расширяющихся масштабов воздействия на окружающую среду опасных поллютантов, универсальным средством оценки последствий их воздействия являются показатели экологического риска, идентифицированные с применением методов дистанционного зондирования.

2. Разработана аналитическая модель оценки экологических рисков, обусловленных загрязнением атмосферы, позволяющая моделировать ущерб здоровью населения от хронического воздействия поллютантов, обладающих токсическим и канцерогенным механизмами воздействия, с учётом последних достижений в области токсикологии и теории риска.

3. Разработана универсальная методика моделирования и графического отображения экологических рисков, обусловленных загрязнением атмосферы, по данным дистанционного зондирования и с учётом коммуникационных возможностей аэрокосмических систем дистанционного зондирования.

4. Разработана технология моделирования и графического отображения экологических рисков, обусловленных загрязнением атмосферы.

5. Проведённые экспериментальные исследования практического применения разработанной методики моделирования и графического отображения экологических рисков, обусловленных загрязнением атмосферы, показали приемлемость данной методики для решения локальных и региональных задач по оценке последствий загрязнения атмосферы территорий поллютантами, а так же возможность применения полученных показателей для регулирования экологической обстановки в зоне повышенной загрязнённости атмосферы.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Оводков, Михаил Владимирович, Москва

1. Авалиани СЛ., Андрианова М.М., Печенникова Е.В., Пономарёва О.В. Окружающая среда. Оценка риска для здоровья (мировой опыт). М.: Консультационный центр по оценке риска, 1996.

2. Авалиани СЛ., Буштуева К.А., Петрухин В.А. и др. Оценка риска для здоровья населения от введения в эксплуатацию 3-го транспортного кольца в г. Москве. Отчет о НИР. Московский фонд содействия сан-эпид. благополучию населения, М., 2001, 169 стр.

3. Автореферат диссертации «Экологический риск загрязнения атмосферы», М., 2000.

4. Алымов В.Т., Крапчатов В.П., Тарасова Н.П. Анализ техногенного риска: Учеб. пособие. -М., 2000.

5. Алымов В.Т., Тарасова Н.П. Техногенный риск: Анализ и оценка: Учебное пособие для вузов. -М.: ИКЦ «Академкнига», 2004. -118 е.: ил.

6. Башаринов А.Е., Гурвич A.C., Егоров С.Т. Радиоизлучение Земли как планеты. М. Наука. 1974. 188 с.

7. Берлянд М.Е. Современные проблемы атмосферной диффузии и загрязнения атмосферы. JL, 1975.

8. Берлянт A.M. Геоинформационное картографирование. -М.: Астрея, 1997. -64 с.

9. Берлянт A.M. Картографический метод исследования. 2-е изд. - М.: Изд-воМГУ, 1988.-252с.

10. Берлянт A.M. Картография: Учебник для вузов. М., 2001.

11. Беспамятное Г.П., Кротов Ю.А. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде: Справочник. JL: Химия, 1985. 528 с.

12. Большаков A.M., Крутько В.Н., Пуцилло Е.В. Оценка и управление рисками влияния окружающей среды на здоровье населения. -М.: Эдиториал УРСС, 1999. -256 с.

13. Бондарь В.А., Попов Ю.П. Риск, надёжность и безопасность. Система понятий и обозначений // Безопасность труда в промышленности. 1997. №10. С. 39-42.

14. Бугаевский JIM. Математическая картография: Учебник для вузов. М.: Златоуст, 1998. - 400 с.

15. Бугаевский JI.M., Цветков В.Я. Геоинформационные системы: Учебное пособие для вузов. М.: 2000. -222 с.,: ил. 28.

16. Бурмистров В.Б., Козырев A.B., Шаргородский В.Д. Экологический контроль воздушных бассейнов городов с помощью лидаров // Информационные проблемы изучения биосферы. М., 1992. С. 28-35.

17. Буров В.Н. Оценка экологического риска загрязнения воздушной среды города. Сборник докладов VI Международной научно-практической конференции. М., Издательство Прима-Пресс-М, 2001. 286 с.

18. Буров В.Н. Экология природопользования. М., 2000, 146 с.

19. Быков A.A., Соленова Л.Г., Земляная Г.М., Фурман В.Д. Методические рекомендации по анализу и управлению риском воздействия на здоровье населения вредных факторов окружающей среды. -М.: Издательство «Анкил», 1999.

20. Волкотруб Л.П., Егоров И.М. Идентификация зон с различным уровнем техногенного загрязнения атмосферного воздуха по данным космической съёмки территории // Гигиена и санитария. 1993. №6. С. 7-10.

21. Востокова Е.А., Сущеня В.А., Шевченко Л.А. Экологическое картографирование на основе космической информации. М., 1988.

22. Геоинформатика. Толковый словарь основных терминов / Под ред. A.M. Берлянта и A.B. Кошкарёва. -М.: ГИС-Ассоциация, 1999. 204 с.

23. ГОСТ 17.2.3.01-86. Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества воздуха населенных пунктов. Общие технические требования. М., 1986.

24. ГОСТ 17.2.4.02-81. Охрана природы. Атмосфера. Общие требования к методам определения загрязняющих веществ. М., 1982.

25. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2002 году». М., 2003.

26. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2001 году». М., 2002.

27. Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 2003 году». М., 2004.

28. Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 1998 году». М., 1999.

29. Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 1999 году». М., 2000.

30. Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 2000 году». М., 2001.

31. Григорьев A.A., Липатов В.Б. Дымовое загрязнение атмосферы по наблюдениям из космоса. Л., 1978.

32. Гудериан Р. Загрязнение воздушной среды / Пер. с англ. М., 1979.

33. Данилов-Данильян В.И., Лосев К.С. Экологический вызов и устойчивое развитие: Учебное пособие. -М.: Прогресс-Традиция, 2000. С. 418.

34. Дронин Н.М., Травина Л.В. Методика картографирования промышленных выбросов в атмосферу предприятиями городского района (на примере Бабушкинского района Москвы) // Вестн. МГУ. Сер. 5, геогр. 1993. № 1. С. 108-112.

35. Ежегодник состояния загрязнения атмосферы в городах на территории России. 1995 г. / Под ред. Э. Ю. Безуглой. СПб., 1996.

36. Ермаков С.М., Михайлов Г.А. Статистическое моделирование. 2-е изд., доп. М.: Наука: Гл. ред. физ.-мат. лит-ры, 1982. 296 с.

37. Жуков В.Т., Новаковский Б.А., Чумаченко А.Н. Компьютерное геоэкологическое картографирование. М., 1999.

38. Загрязнение воздуха и жизнь растений / Пер. с англ. JI., 1988. С. 295-326.

39. Захаров В.М., Костко O.K. Метеорологическая лазерная локация. Л. Гидрометеоиздат. 1977. 222 с.

40. Зуев В.Е. Лазер-метеоролог. Л. Гидрометеоиздат. 1974. 179 с.

41. Измалков В.И., Измалков A.B. Безопасность и риск при техногенных воздействиях. Ч. 1,2. М.; СПб., 1994. 269 с.

42. Информатика / Под ред. Н. В. Макаровой. -М.: Финансы и статистика, 2000.

43. Информационные технологии в управлении качеством среды обитания: Учеб. пособие для студ. высш. пед. у^еб. заведений / В. Е. Гершензон, Е. В. Смирнова, В. В. Элиас; Под ред. В. Е. Гершензона.- М.: Издательский центр «Академия», 2003. -288 с.

44. Исаченко А. Г. Экологическая география России. СПб., 2001.

45. Кимстач В.А., Фридман Ш.Д., Дмитриев Е.С., Язвин Л.С, Нейман Е.Я. Концепция системы экологического мониторинга России // Метеорология и гидрология. 1992. № 10. С. 5-18.

46. Киселёв A.B. Оценка риска здоровью в медико-экологических исследованиях и практике управления качеством окружающей среды. С.-П.: Дейта, 1996.

47. Киселёв A.B., Фридман К.Б. Оценка риска здоровью. С.-П.: Дейта, 1997.

48. Киселёв A.B., Фридман К.Б. Оценка риска здоровью. СПб.: АО «Дейта», 1997. 100 с.

49. Комедчиков H.H., Лютый A.A. Экология России в картах: Аннотированный библиографический указатель карт и атласов. М., 1995.

50. Кондратьев К.Я., Тимофеев Ю.М. Метеорологическое зондирование атмосферы из космоса. Л. Гидрометеоиздат. 1978. 280 с.

51. Кондратьев К.Я., Тимофеев Ю.М. Термическое зондирование атмосферы со спутников. J1. Гидрометеоиздат. 1970. 410 с.

52. Кошкарёв A.B., Тикунов B.C. Геоинформатика. -М.: Картгеоцентр -Геодезиздат, 1993. 213 с.

53. Кузьмин И.И., Махутов H.A., Хетагуров C.B. Безопасность и риск: Эколого-экономические аспекты. СПб.: СПб. гос. ун-т экономики и финансов, 1997. 163 с.

54. Лазерный контроль атмосферы. Под ред. Э.Дэ Хинкли. М. Мир. 1979. 416с.

55. Малкевич М.С. Оптические исследования атмосферы со спутников. М. Наука, 1973. 303 с.

56. Мартынюк В.Ф., Лисанов М.В., Кловач Е.В., Сидоров В.И. Анализ риска и его нормативное обеспечение // Безопасность труда в промышленности. 1995. №11. С. 55-63.

57. Межерис Р. Лазерное дистанционное зондирование. М. Мир. 1987. 550 с.

58. Меньшиков В.В. Концептуальные основы оценки экологического риска. -М.: Издательство МНЭПУ, 2001.

59. Методика расчёта концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД-86. Л., 1987.

60. Моисеев H.H. Человек и ноосфера. -М.: Молодая гвардия. 1990. С. 351.

61. Мэннинг У.Дж., Федер У.А. Биомониторинг загрязнения с помощью растений. Л., 1985.

62. Мягков С.М. География природного риска. М.: Изд-во МГУ, 1995.

63. Назаров И.М., Николаев А.И., Фридман Ш.Д. Основы дистанционных методов мониторинга загрязнения природной среды. Л., 1983.

64. Новиков С.М., Авалиани С.Л., Андрианова М.М., Пономарева О.В. Основные элементы оценки риска для здоровья (Пособие для семинаров). -М.: Консультационный цент по оценке риска, 1998.

65. Новиков С.М., Авалиани С.Л., Пономарева О.В., Семеновых Г.К., Привалова Л.И. Оценка риска воздействия факторов окружающей среды на здоровье человека. Англо-русский глоссарий. М., 1998.

66. Новиков С.М., Румянцев Г.И., Жолдакова З.И, и др. Проблемы оценки канцерогенного риска воздействия химических загрязнений окружающей среды. // Гигиена и санитария. 1998. -№1. - с. 29-34.

67. Новиков С.М., Шашина Е.А., Фурман В.Д., Лебедева Н.В. Применение зависимостей "доза-ответ", полученных в эпидемиологических исследованиях, при оценке риска для здоровья населения от воздействия вредных факторов окружающей среды., М., 2001, 67 с.

68. Общесоюзный нормативный документ: Руководство по контролю источников загрязнения атмосферы. ОНД-90. СПб., 1992. Ч. 1,2.

69. Ожегов С.И., Шведова Н.Ю. Толковый словарь русского языка. М.: Азбуковник, 1977.

70. Основы геоэкологии / Под ред. В.Г. Морачевского. СПб., 1994.

71. Оценка качества окружающей среды и экологическое картографирование, М., 1995.

72. Оценка состояния и устойчивости экосистем. М., 1972.

73. Потапов Б.В., Радаев H.H. Экономика природного и техногенного рисков. М.: ФИД «Деловой экспресс», 2001. 513 с.

74. Рамад Ф. Основы прикладной экологии / Пер. с фр. Л., 1981.

75. Рахманин Ю.А., Новиков С.М. Роль и место концепции оценки риска и качества жизни населения в принятии управленческих решений. // Материалы 3-го совещания Общенационального Экологического Форума, -г. Волгоград г. Пермь, 18-25 сентября 2001 г.

76. Ревич Б.А. Загрязнение окружающей среды и здоровье населения. Введение в экологическую эпидемиологию. М.: Издательство МНЭПУ, 2001.

77. Реймерс Н.Ф. Природопользование: словарь-справочник. М.: Мысль,1990.

78. Реймерс Н.Ф. Экология (теория, законы, правила, принципы и гипотезы). -М.: Россия молодая, 1994. С. 367.

79. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. РД 52.04.186-89. М.,1991.

80. Руководство по контролю источников загрязнения атмосферы. ОНД-90. СПб., 1992. Ч. 1,2.

81. Савиных В.П., Цветков В.Я. Геоинформационный анализ данных дистанционного зондирования. М.: Карттеоцентр-Геодезиздат, 2001. -228 е.: ил.

82. Савиных В.П., Цветков В.Я. Интеграция технологий ГИС и систем дистанционного зондирования Земли // Исследование Земли из космоса. -2000. -№2. -С. 83-86.

83. Савиных В.П., Цветков В.Я. Особенности интеграции геоинформационных технологий и технологий обработки данных дистанционного зондирования //Информационные технологии, 1999. -№ 10. -С. 36-40.

84. Салищев К.А. Картоведение. 3-е изд. - М.: Изд-во МГУ, 1990. -400 с.

85. Салищев К.А. Картоведение. М., 1982.

86. Салищев К.А. Проектирование и составление карт. 2-е изд. - М.: Изд-во МГУ, 1987.-240 с.

87. Сербенюк С.Н. Картография и геоинформатика их взаимодействие. -М: Изд-во МГУ, 1990. - 159 с.

88. Сеттон О.Г. Микрометеорология. (Пер с англ.) JL, Гидрометеоиздат. 1958.

89. Система контроля точности результатов измерений показателей загрязненности контролируемой среды. РД 52.24.66-86. JI., 1986.

90. Смирнов JI.E. Экология и картография: Учеб. пособие. СПб.: Изд-во С.Петербург. ун-та, 1997. - 152 с.

91. Сосунова И.А., Мамонов Н.Е., Крестникова С.И. Социальные проблемы использования ракетно-космической техники // Конверсия в машиностроении. -2004. №3. -С. 85-91.

92. Степаненко В.Д. Радиолокация в метеорологии. JI. Гидрометеоиздат. 1973. 343 с,

93. Стурман В.И. Основы экологического картографирования: Учеб. пособие. -Ижевск: Изд-во Удм. ун-та, 1995. 221 с.

94. Суворов А.К. Геоинформационные технологии и экологическое картографирование // Геоинформационное картографирование. М., 1993. С. 66-84.

95. Тикунов B.C. Моделирование в картографии: Учебник. М.: Изд-во МГУ, 1997.-405 с.

96. Ушаков И.Б. Экология человека опасных профессий. -М. -Воронеж: Воронежский государственный университет, 2000.

97. Федеральный закон Российской Федерации «Об охране окружающей среды» // Российская газета. 2002. №6.

98. Шахраманьян М.А., Акимов В.А., Козлов К.А. Оценка природной и техногенной безопасности России: Теория и практика. М.: «Деловой экспресс», 1998. 218 с.

99. Экологическая карта Московской области / Под ред. Д.М. Хомякова, Б.И. Кочурова, Е.П. Сорокиной. М., 1993.

100. Экологические и природоохранные карты и атласы России и сопредельных государств (в пределах бывшего СССР). М., 1993.

101. Экологический атлас России. СПб., 2002.

102. Экологический программный комплекс для персональных ЭВМ: Теоретические основы и руководство пользователя ЭПК «ZONE» / Под ред. A.C. Гаврилова. СПб., 1992.

103. Экологический энциклопедический словарь. -М.: Издательский дом «Ноосфера», 1999. -930 с.

104. Экологическое картографирование: Учебное пособие / В.И. Сгурман. М.: Аспект Пресс, 2003. -251 с.

105. Экологическое состояние территории России / Под ред. С.А. Ушакова, Я. Г. Каца. М., 2001.

106. RISK ASSISTANT для Windows. Руководство пользователя / Пер. с англ. и адаптация: Н.П. Тарасова, В.П. Крапчатов, A.B. Аверкиев. М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 1996. 269 с.

107. Bednarz, F.: Global Ozone Monitoring Experiment (GOME) Users Manual, Eur. Space Agency Publ. Div., Noordwijk, The Netherlands, 1995.

108. Health and Welfare Canada. Human Health Risk Assessment for Priority Substances (Canadian Environmental Protection Act Report). Supply and Services Canada, Ottawa, 1994.

109. L. R. Brown, C. B. Farmer, C. P. Rinsland, and R. Zander, "Remote sensing of the atmosphere by high resolution infrared absorption spectroscopy", Spectroscopy of the Earth's Atmosphere and Interstellar Medium, Academic Press, 1992.

110. Li, Guankun, and C. Russell Philbrick, "Lidar Measurements of Airborne Particulate Matter," Remote Sensing of the Atmosphere, Environment, and Space, SPIE 4893, 94-104, 2002.

111. M. R. Gunson, F. W. Irion, "Measurements of atmospheric composition by the ATMOS instrument from Table Mountain Observatory", Remote Sensing of

112. Atmospheric Chemistry, Proceedings of the meeting, Orlando, FL, April 1-3, 1991, Society of Photo-optical Instrumentation Engineers, 335-346,1991.

113. Measures, Raymond M., Laser Remote Sensing, Wiley-Interscience, New York, 1984.

114. Novitsky, Edward J., "Multistage Lidar Profile Measurements of Lower Tropospheric Aerosol and Particulate Matter," PhD Thesis for Penn State University, Department of Electrical Engineering, August 2002.

115. Philbrick, C. R., "Raman Lidar Measurements of Atmospheric Properties", Atmospheric Propagation and Remote Sensing III, SPIE 2222, 922-931, 1994.

116. Philbrick, C. Russell, "Application of Raman Lidar Advancements in Meteorology and Air Quality Monitoring," Remote Sensing of the Atmosphere, Environment, and Space, SPIE , 4893, 61-69, 2002.

117. Rao, Y.-C., "Multi-Wavelength Raman-Rayleigh Lidar for Atmospheric Remote Sensing," PhD Thesis for Penn State University, Department of Electrical Engineering, May 1994.

118. Robinson A.H., Morrison J.L., Muehrke P.C., Kimerling A.J., Guptill S.C. Elements of Cartography. 6 ed. John Willey & Sons, INC., 1995.

119. Stephens G.L. Remote Sensing of the Lower Atmosphere. An Introduction. New York, Oxford. Oxford University Press. 1994. 523 p.

120. U.S. EPA. Guidance for Performing Aggregate Exposure and Risk Assessments. Washington, 1999.

121. U.S. EPA. Guidance on Cumulative Risk Assessment. Part 1. Planning and Scoping. Science Policy Council. Washington, 1997.

122. U.S. EPA. Guidelines for Carcinogen Risk Assessment. Draft. Washington, 1996.

123. U.S. EPA. Hazardous Waste Identification Rule Technical Support Documents: Risk Assessment for Human and Ecological Receptors. Initial (8/95) and Supplemental (11/95) Technical Support Documents. Washington, 1995.

124. U.S. EPA. Modeled Outdoor Concentrations of Hazardous Air Pollutants: Analysis of Data from the Cumulative Exposure Project for the Urban Area Source Program). June 29,1999 (CEP RBC for Urban HAPs).

125. U.S. EPA. Policy for Risk Characterization. Washington, 1995.

126. U.S. EPA. Role of Ecological Assessment in the Baseline Risk Assessment. OSWER Directive No. 9285.7-17. Office of Solid Waste and Emergency Response, Washington, 1994.