Научно-методическое обеспечение мониторинга зон экологического риска, связанных с загрязнением воздушного бассейна урбанизированных территорий

Хорпякова, Татьяна Владимировна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Научно-методическое обеспечение мониторинга зон экологического риска, связанных с загрязнением воздушного бассейна урбанизированных территорий
ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Научно-методическое обеспечение мониторинга зон экологического риска, связанных с загрязнением воздушного бассейна урбанизированных территорий"

На правах рукописи

Хорпякова Татьяна Владимировна

НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ МОНИТОРИНГА ЗОН ЭКОЛОГИЧЕСКОГО РИСКА, СВЯЗАННЫХ С ЗАГРЯЗНЕНИЕМ ВОЗДУШНОГО БАССЕЙНА УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ

25.00.36 - Геоэкология (науки о Земле)

АВТОР Е ФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

2 8 НОЯ 2013

Воронеж - 2013

005540772

Работа выполнена в Военном учебно-научном центре Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г.Воронеж)

Научный руководитель: Кашников Владимир Иванович

кандидат географических наук, доцент. Военный учебно-научный центр ВВС «Военно-воздушная академия им. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж), профессор кафедры экологии и безопасности жизнедеятельности

Официальные оппоненты: Петин Александр Николаевич

доктор географических наук, профессор. Белгородский государственный национальный исследовательский университет, декан геолого-географического факультета

Костылева Людмила Николаевна

кандидат географических наук. Воронежский государственный университет инженерных технологий, доцент кафедры инженерной экологии

Ведущая организация: Воронежский государственный университет

Защита состоится «26» декабря 2013 г. в 15.00 часов на заседании диссертационного совета Д 215.007.01 при ВУНЦ ВВС «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г.Воронеж) по адресу: 394064, г.Воронеж, ул. Старых большевиков, д.54-а, аудитория 621.

С диссертацией можно ознакомиться в учебной библиотеке ВУНЦ ВВС «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г.Воронеж), на официальном сайте ВАК (11ир/М\у\у.vak.ed.gov.ru).

Автореферат разослан ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

В.П. Закусилов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Выявление зон экологического риска и мониторинг загрязнения воздушного бассейна в городах - важнейшая задача современной урбоэкологии. Особенно актуальны эти вопросы для высокоурбанизированных регионов, в том числе Воронежской области, центром которой является город с миллионным населением (Воронеж), а более 65 % всего населения проживает в городских поселениях.

Несмотря на значительное число исследований по экологии городов, факторам экологического риска, интегральным оценкам техногенной нагрузки городской среды с применением квалиметрического анализа экологических ситуаций, в том числе и в Воронежской области (Э.Ю. Безуглая, 1991; Г.В. Зибров, В.М. Умы-вакин с соавт., 2009, 2010; A.A. Келлер, 1998; А.Т. Козлов с соавт., 1996, 2011; И.И. Косинова, О.В. Базарский, 2004, 2011, 2012; С.А. Куролап с соавт., 200б| 2010; О.П. Негробов с соавт., 2000), многие аспекты данной проблемы остаются дискуссионными и требуют детальной научной оценки. Одной из приоритетных геоэкологических задач является оптимизация системы мошггоринга уровня загрязнения воздушной среды урбанизированных территорий и обоснование мероприятий по обеспечению экологической безопасности населения в условиях воздействия выбросов от промышленных источников и автотранспорта.

Начиная с 90-х годов XX века активно развивается деятельность мирового сообщества по созданию эффективной системы экологической безопасности, включая Россию. Одним из основных путей её реализации является внедрение методологии оценки риска для здоровья населения, которая рассматривается в качестве главного механизма разработки управленческих решений по оптимизации состояния окружающей среды как основы первичной профилактики экологически обусловленных заболеваний населения. Внедрение методологии оценки риска в Российской Федерации позволило оценить эколого-гигиеническую ситуацию в стране как напряженную: ухудшение её состояния во многом происходит за счёт неудовлетворительного качества атмосферного воздуха (С.Л. Авалиани, 2001; A.B. Киселев, 1997; Г.П. Онищенко с соавт., 2002; Б.Б. Прохоров, 1998, 2000; Б.А. Ревич, 2004; П. Реввель, 1995).

В этой связи разработка научно-методического обеспечения мониторинга зон экологического риска, связанных с загрязнением воздушного бассейна урбанизированных регионов, является актуальной научной задачей.

Цель работы - Геоэкологическое обоснование создания региональной системы мониторинга воздушного бассейна и оценка аэротехногенного риска для населения урбанизированных территорий.

Для достижения цели решались следующие задачи:

s \

вносящие наибольший вклад в величину валового объема выбросов от стационарных источников загрязнения атмосферы, а также проанализировать объем и структуру выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух.

2. Выявление закономерности сезонной динамики уровня загрязнения атмосферного воздуха, положенной в основу классификации городов Воронежской области по степени сходства сезонной динамики уровня аэротехногенного загрязнения, формирующего зоны риска для здоровья населения, с их картографическим отображением на основе геоинформационных технологий.

3. Совершенствование методического подхода к оценке аэротехногенного риска для здоровья населения, обусловленного воздействием загрязнения атмосферного воздуха, и выявление приоритетных загрязняющих веществ, вносящих наибольший вклад в его величину.

4. Обоснование методики оценки заболеваемости населения в условиях интенсивного техногенного загрязнения воздушного бассейна, а также на территориях, контрастно различающихся по величине аэротехногенного риска, позволившее выявить «болезни риска» на основе интегрального обобщения достоверных корреляционных связей в системе «загрязнение атмосферного воздуха - заболеваемость населения».

5. Предложение методического подхода к совершенствованию системы аэротехногенного мониторинга городских поселений и разработка рекомендаций по охране воздушного бассейна с оценкой эффективности проведения комплекса мероприятий по снижению риска загрязнения атмосферы.

Объект исследования - воздушный бассейн и здоровье населения города Воронежа и основных малых городов Воронежской области.

Предмет исследования - техногенное загрязнение воздушного бассейна и причинно-следственные связи в системе «уровень загрязнения - здоровье населения» на примере г. Воронежа и малых городов Воронежской области.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем.

Разработана методическая схема анализа техногенного загрязнения воздушного бассейна и установлены региональные параметры аэротехногенной нагрузки в пределах урбанизированных территорий Воронежской области, отличающиеся установленной закономерностью сезонной динамики уровня загрязнения атмосферного воздуха. На основе системного подхода к анализу уровня загрязнения атмосферного воздуха выявлены типы городов с различной динамикой загрязнения воздушного бассейна в зависимости от величины аэротехногенной нагрузки, физико-географических и климатических условий.

Обоснована методика оценки аэротехногенного риска для здоровья населения урбанизированных территорий, сочетающая применение методов кластерного анализа для классификации сходства сезонной динамики уровня загрязнения воздушной среды, количественной оценки канцерогенного и неканцерогенного рисков для здоровья населения, применение алгоритмов корреляционного и регрессионного анализов в системе «загрязнение атмосферного воздуха - заболеваемость населения», позволяющая с высокой степенью достоверности оценить степень влияния аэротехногенного воздействия на качество

окружающей среды и здоровье населения.

Разработана методика оценки заболеваемости населения в условиях интенсивного техногенного загрязнения воздушного бассейна, отличающаяся учетом количественной информации о том, что выбросы от стационарных источников и автотранспорта обусловливают опасный уровень риска для здоровья населения.

Предложен методический подход к совершенствованию системы аэротехногенного мониторинга городских поселений и разработаны рекомендации по охране воздушного бассейна с оценкой эффективности их применения. Отличительной особенностью данного подхода является наличие единого механизма оценки состояния охраны воздушного бассейна от негативного влияния техногенных и природных факторов

Практическая значимость работы определяется возможностью применения полученных результатов природоохранными и гигиеническими службами региона для организации и совершенствования системы мониторинга воздушного бассейна и уменьшения негативного воздействия промышленных вкладчиков-загрязнителей атмосферы на городскую среду.

Материалы диссертационной работы использовались при подготовке информационных и программных документов: доклада «О санитарно-эпидемиологической обстановке в Воронежской области за 2011 и 2012 гг.»; ведомственной целевой программы «Модернизация и обеспечение функционирования системы предупреждения вредного влияния факторов среды обитания на здоровье населения». Разработанные методики геоэкологического анализа аэротехногенного риска для здоровья населения внедрены в учебный процесс кафедры экологии ВУНЦ ВВС «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г.Воронеж).

Результаты исследований рекомендуются к использованию в региональных природоохранных и гигиенических ведомствах, занимающихся вопросами мониторинга окружающей среды и профилактики экологически обусловленных заболеваний населения.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на Международной научной школе-конференции, посвященной 150-летию со дня рождения академика В.И. Вернадского «Творческое наследие В.И. Вернадского: прошлое, настоящее, будущее» (Тамбов, 2013); XXIII межвузовской научно-практической конференции «Перспектива-2013» (Воронеж, 2013) и II Всероссийской научно-практической конференции с международным участием на базе ВУНЦ ВВС ВВА (Воронеж, 2013); III Международной научно-практической конференции «Экологическая геология: теория, практика и региональные проблемы» (Воронеж, 2013).

Положения, выносимые на защиту.

1. Закономерности формирования техногенного загрязнения воздушного бассейна и зон экологического риска в г. Воронежа и малых городов Воронежской области в условиях интенсивного антропотехногенного воздействия на среду обитания, с учетом сезонности и естественного самоочищения атмосферы в различных природных зонах.

2. Комплекс методических подходов и моделей оценки аэротехногенного риска для здоровья населения как основа регионального мониторинга уровня загрязнения атмосферного воздуха в условиях интенсивного техногенного загрязнения воздушного бассейна урбанизированных территорий.

3. Система научно-практических рекомендаций по совершенствованию аэротехногенного мониторинга и обеспечению экологической безопасности городской среды обитания, основанная на результатах сопряженного анализа закономерностей загрязнения атмосферного воздуха и заболеваемости населения.

Структура и объём работы. Диссертация изложена на 190 страницах машинописного текста и состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического указателя, включающего 184 источника, в том числе 12 источников иностранной литературы. Диссертация в основном тексте иллюстрирована 47 таблицами и 30 рисунками.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность, цель работы, определены основные задачи исследования, раскрыта научная новизна и практическая ценность работы, на основе которых сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

Глава 1. Теоретические основы оценки воздействия на воздушный бассейн урбанизированных территорий

Проведен анализ и обобщение опыта отечественных и зарубежных источников литературы по вопросам анализа качества и мониторинга воздушного бассейна урбанизированных территорий, а также оценки риска для здоровья населения, связанного с загрязнением атмосферы. В качестве методологической основы использованы фундаментальные работы C.JI. Авалиани, Э.Ю. Безуглой, М.Е. Берлянда, ЮА. Израэля, A.A. Исаева, A.A. Келлера, Г.Г. Онищенко, Б.Б. Прохорова, Б.А. Ревича по проблемам экологической климатологии и оценке риска здоровью, а также проведен анализ предшествующих работ по урбоэко-логии и вопросам экологического мониторинга Воронежского региона на основании работ О.В. Базарского, А.Т. Козлова, И.И. Косиновой, С.А. Куролапа, Н.П. Мамчика, A.B. Назаренко, О.П. Негробова, В.М. Умывакина, М.И. Чубир-ко и других исследователей.

Несмотря на то, что основные элементы мониторинга были разработаны зарубежными учеными как дополнение к термину «экологический контроль»

ещё в 70-е - 80-е годы прошлого столетия (J. Barkham, J. Ware, "Global environmental monitoring system..." и др.) , отечественная система мониторинга окружающей среды до настоящего времени находится в стадии становления. Не развиты критерии и механизмы эффективного управления, что подтверждается отсутствием эффективной системы ликвидации последствий экологических катастроф различного масштаба, общим снижением качества среды в соответствии с эколого-гигиеническими стандартами, т.е. не обосновано научно-методическое обеспечение мониторинговых систем в условиях современных жестких экологических ограничений. Особенно отчетливо недостатки системы контроля качества атмосферного воздуха выявились в период неблагоприятной эколого-гигиенической обстановки в Москве и других российских городах аномально жарким летом 2010 года в условиях экстремально высоких уровней загрязнения атмосферы в сочетании с лесными пожарами ("Жара в Центральном Черноземье: последствия, причины, прогнозы", 2012).

Основным методическим документом, детально регламентирующим все основные аспекты мониторинга воздушной среды, является «Руководство по контролю загрязнения атмосферы» РД 52.04.189-91 (1991). Сделан вывод о том, что наиболее эффективным путем совершенствования методологии эколого-гигиенической диагностики является разработка и внедрение новых информационных технологий, компьютерных методов прогнозирования и диагностики качества среды, состояния здоровья человека, а также связей «среда — здоровье» (Г. Онищенко с соавт, 2002).

Актуальность проблемы аэротехногенного мониторинга обусловлена тем, что во многих региональных исследованиях наблюдается статистически достоверная зависимость заболеваемости населения от загрязнения атмосферного воздуха, прежде всего, по болезням органов дыхания, крови (анемии), злокачественным новообразованиям, инфекционным заболеваниям за счет снижения иммунитета. Так, течение острых респираторных заболеваний у детей, проживающих в загрязненных районах, в 2-2,5 раза длительнее и тяжелее, а вклад загрязнения атмосферного воздуха в суммарную заболеваемость взрослого населения составляет около 10%, в развитие хронических болезней верхних дыхательных путей и бронхитов - около 35 % (Н.В. Зайцева с соавт., 1995; Б.А. Ревич с соавт., 2004).

Изучение территориальной неравномерности медико-экологических показателей, связанных с состоянием среды обитания, является одним из основных элементов метода эколого-гигиенического зонирования территорий промышленных городов. Региональный опыт медико-экологического зонирования городов, в том числе г.Воронежа (Н.П. Мамчик с соавт., 2002, 2010; О.П. Негробов, 2000 и др.), использован нами для обоснования общего методического подхода к исследованию.

Таким образом, анализ литературных источников подтверждает, что региональный аэротехногенный мониторинг - важнейшее условие обеспечения экологической безопасности городских территорий, требующий унифицированного подхода и четкого регламента. Большинство современных мониторин-

говых исследований носит узкоотраслевой ведомственный характер, что свидетельствует о необходимости дальнейшего совершенствования и геоэкологического обоснования системы организации мониторинга воздушного бассейна урбанизированных территорий.

Глава 2. Методические подходы, материал и этапы исследований по обоснованию закономерностей формирования зон аэротехногенного риска

С позиции системного подхода определены основные направления исследований и детально описаны методы оценки аэротехногенного риска, в том числе особенности применения вероятностно-статистических и геоинформационно-аналитических подходов к выявлению зон экологического риска. В ходе исследований сформирована база данных по качеству воздушного бассейна и здоровью населения модельных городов Воронежской области в ретроспективе за 5 лет (2007-2011 гт.) в сезонном аспекте. Основу базы данных составила официальная статистика региональных природоохранительных ведомств -Управлений Роспотребнадзора и Росприроднадзора по Воронежской области.

Для обеспечения регионального аэротехногенного мониторинга нами разработан и апробирован комплекс методических подходов и моделей последовательной оценки антропогенной нагрузки и риска здоровью населения, обладающих достоверной прогностической значимостью (вероятностно-статистические и геоинформационно-аналитические методы).

В качестве индикаторов аэротехногенного загрязнения использованы парциальный (1„) и комплексный показатели (Катм) загрязнения атмосферы.

Алгоритм расчета парциального индекса загрязнения атмосферного воздуха (1„) следующий (формула 1):

1п = (С}/ПДК;)к,

(1)

где С^ - средняя за год концентрация ¡-го вещества; ПДК( - среднесуточная предельно допустимая концентрация 1-го вещества; к - константа, принимающая значения 1,5; 1,3; 1; 0,85 соответственно для веществ 1, 2, 3, 4 классов опасности (коэффициент изоэффективности).

Интегральная оценка качества атмосферного воздуха проведена с использованием показателя загрязнения атмосферы (Катм), рассчитанного по формуле (2) К.А. Буштуевой (1979):

К =

^ПДКС< М2ПДКС

с.

клдкс

(2)'

где С„ - разовые концентрации отдельных компонентов загрязнения, присутствующих в атмосферном воздухе; ПДКП - максимально разовая ПДК компонентов загрязнения атмосферы (п - число веществ); N - коэффициент, величина ко-

торого зависит от класса опасности вещества и равна для I класса - 1, для II класса -1,5, для Ш класса - 2, для IV класса - 4.

В расчет Катм. включены семь приоритетных для Воронежской области загрязнителей: пыль, диоксид азота, диоксид серы, оксид углерода, свинец, фенол, формальдегид.

Для выяснения степени опасности техногенного загрязнения воздушного бассейна исследуемых урбанизированных регионов осуществлен расчет и оценка уровней риска для здоровья населения в сравнительном анализе проведенный по канцерогенному и неканцерогенному рискам здоровью населения, при этом применены методы, приведенные в нормативном документе Р 2.1.10.1920—04 «Руководство по оценке риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду» (2004).

Так, канцерогенный риск (СИ) определялся по формуле (3):

СК = АОЭхЯР, (3)

где А ПО - средняя суточная доза в течение жизни, мг/(кгхдень); ББ - фактор канцерогенного потенциала, мг/(кгхдень)"'.

Для расчета средней суточной дозы использованы стандартные значения факторов экспозиции для взрослого населения.

По г.Воронежу канцерогенный риск оценен по 5 веществам, а в малых городах Воронежской области - по 2 наиболее характерным веществам (формальдегид, свинец) для двух возрастных групп (дети 6 лет и взрослые).

Неканцерогенный риск (Н<2) количественно оценивался на основе расчета коэффициента опасности по формуле (4):

Н0= АСтс, (4)

где Н<3 - коэффициент опасности; АС - средняя концентрация (для воздушной среды - мг/м3); Ш'с - референтная (безопасная) концентрация, мг/м3.

С учетом однонаправленности воздействия веществ (например, на органы дыхания) рассчитывался суммарный индекс канцерогенной и неканцерогенной опасности по формулам (5) и (6):

С1=Ск,+Ск2+...+Ск„, (5)

НЫ10,+Н02+...+Н0п , (6)

где п - число веществ; О - суммарный канцерогенный риск вследствие эффекта влияния нескольких канцерогенов; Н1 - суммарный неканцерогенный риск вследствие суммирующего эффекта коэффициентов опасности (НС2!...„) для отдельных компонентов смеси воздействующих веществ.

При помощи геоинформационно-аналитических технологий построены карты, отражающие пространственно-временные особенности загрязнения атмосферы по приоритетным загрязняющим веществам, индексам загрязнения атмосферы и уровням аэротехногенного риска для здоровья населения.

Глава 3. Геоэкологическая оценка техногенного воздействия на воздушный бассейн урбанизированных территорий Воронежской области

Осуществлен сравнительный анализ данных мониторинга уровня загрязнения атмосферного воздуха для обоснования закономерностей формирования качества воздушной среды исследуемых модельных городов.

Главным критерием выбора территорий для оценки экологического риска, связанного с загрязнением воздушного бассейна, являлся объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух (т/год) от стационарных источников. По результатам ранжирования мощности источников загрязнения атмосферы отобраны 8 городских населенных пунктов: областной центр (г. Воронеж) и 7 малых городов Воронежской области (Россошь, Калач, Лиски, Семилуки, Павловск, Острогожск и п.г.т. Кантемировка), удельный вклад которых достигает ежегодно около 80 % вклада в суммарный выброс загрязняющих веществ стационарными источниками области. Установлено, что основными составляющими выбросов стационарных источников являются твердые вещества, сернистый ангидрид, оксид углерода, оксиды азота и летучие органические соединения. При этом динамика объема выбросов на данных территориях различна: так, по отношению к 2007 г. в 2011 г. рост объема выбросов отмечается в Лискинском (на 49,9 %), Семилукском (36,7 %), Россошанском (1 1,2 %), районах; снижение - в Калачеевском (-37,4 %), Павловском (-9,6 %), Кантемировском (-1,6 %) районах и г. Воронеже (-19,9 %) (рис.!).

Рисунок 1 - Объем и динамика выбросов загрязняющих веществ от стационарных источников (т/год)

За последние 5 лет уровень загрязнения воздуха увеличился по диоксиду серы, оксиду и диоксиду азота, бенз(а)пирену; остался на прежнем уровне - по пыли,

аммиаку, саже, фенолу. Причем, аномально высокими были концентрации формальдегида и некоторых других ингредиентов летом 2010 г. в период атмосферной засухи и лесных пожаров, превысив фоновый уровень от 3 до 19 ПДК.

Обобщение данных в сезонном аспекте за 2011г. по исследуемым пунктам мониторинга воздушного бассейна показано в табл. 1. Оно позволило сгруппировать исследуемые города по значениям сезонного индекса в 3 группы, что подтверждает анализ динамики комплексного показателя загрязнения атмосферы (Катм) в селитебных зонах (рис. 2).

Таблица 1 - Сезонные индексы загрязнения атмосферы по пунктам мониторинга

Пункты мониторинга Катм по сезонам

Зима Весна Лето Осень

Пост : ул. Героев стратосферы, 8 (г.Воронеж) - промзона 1,22 1,36 1,43 1,19

Пост: ул. Дарвина, 1 (г.Воронеж) - селитебная зона 0,98 1,03 1,34 1,17

Пост: ОАО «Минудобрения» (г.Россошь) - промзона 1,27 1,18 1,23 1,13

Пост: г.Россошь -селитебная зона 1,21 0,90 1,08 1,09

Пост: гЛиски -селитебная зона 1,16 1,32 1,29 1,47

Пост: г.Павловск -селитебная зона 1,18 1,29 1,32 1,40

Пост: г.Калач -селитебная зона 1,18 0,87 1,12 1,15

Пост: г.Семилуки -селитебная зона 1,28 1,54 1,69 1,42

Пост: г.Острогожск -селитебная зона 0,92 1,18 1,25 1,27

Пост: пгт. Кантемировка - селитебная зона 1,24 0,89 1,09 1,11

Проведенное исследование показало, что степень загрязнения атмосферы в целом закономерно согласуется с уровнем техногенной нагрузки на городскую среду, а зоны наибольшего загрязнения атмосферы приурочены к про-мышленно-транспортным микрорайонам. Эту ситуацию иллюстрирует созданная нами карта аэротехногенного загрязнения воздушного бассейна города Воронежа, который обеспечен наиболее значительным объемом репрезентативных данных по загрязнению атмосферного воздуха (рис. 3).

В зимний период повышается удельный вклад в аэрогенное загрязнение диоксида серы и пыли из-за работы отопительных систем. В теплое время года повышаются концентрации оксида углерода, диоксида серы, диоксида азота и пыли в основном за счет увеличения количества автомашин на улицах города и формирования локальных «островов тепла» в центральном секторе города с пониженной турбулентностью и недостаточно высокой рассеивающей способностью атмосферы.

н зима П весна □ лето О осень

города

Рисунок 2 - Динамика комплексного показателя загрязнения атмосферы (Катм) по сезонам года в городах Воронежской области /селитебная зона

В целом в исследуемых городах наиболее высокое загрязнение характерно для летне-осеннего периода (с июня по октябрь). Это отчетливо проявляется в городах северного сектора области (Воронеж, Семилуки), в то время как в городах южного сектора повышенное загрязнение смещается на холодный период года (ноябрь-март). Более отчетливо проявляется в г.Россошь и п.г.т. Кантеми-ровка, т.е. в сезонном аспекте проявляются два основных цикла: а) лето-осень (КаТм - около 1,26-1,27); б) зима-весна (Катм - около 1,13-1,14). По более детальным особенностям динамики концентраций загрязняющих веществ выделены следующие классификационные группы городских поселений.

1. Повышение загрязнения атмосферы в летне-осенний период с выраженным пиком загрязнения в летний сезон (города Воронеж, Семилуки).

2. Повышение загрязнения атмосферы в летне-осенний период с незначительным пиком загрязнения в осенний сезон (города Острогожск, Лиски, Павловск).

3. Повышение загрязнения атмосферы в зимний период и существенное снижение в весенний сезон при стабильном, умеренном загрязнении в летне-осенний период (города Россошь, Калач, пгт. Кантемировка).

Это также подтверждается и результатами кластерного анализа (рис. 4).

Выявленные различия в структуре загрязнения связаны, прежде всего, с географическим фактором, а именно: с потенциалом загрязнения атмосферы, который имеет вариабельность и сезонную динамику в пределах Воронежской области. Так, в северном типично лесостепном секторе региона, в Подвороне-жье (города Воронеж, Семилуки) летний сезон и начало осени отличаются

Зоны техногенного загрязнения атмосферы (Катм)

высокого (1,40 -1,60) повышенного (1,20 -1,39) среднего (1,0-1,19) низкого (менее 1,0)

ШШШ промышленная застройка | | жилая застройка

Рисунок 3 - Качество воздушного бассейна г.Воронежа по комплексному показателю загрязнения атмосферы (Катм), 2011г.

повышенной частотой штилей, инверсий, снижающих рассеивающую способность атмосферы, особенно в условиях крупного промышленного центра (Воронежа), где формируются «острова тепла» и повышается загрязнение воздушного бассейна. В другие сезоны отмечается достаточно хорошая аэрация и про-ветриваемость, снижающие загрязнение воздуха.

Рисунок 4 - Классификация городов Воронежской области по степени сходства сезонной динамики Катм /кластерная дендрограмма; О - евклидово расстояние

В центральном Донском секторе области (на стыке типичной и южной лесостепи, где расположены города Лиски, Острогожск и несколько южнее -город Павловск) потенциал загрязнения в целом увеличивается в летне-осенний сезон, что приводит к растянутому, «сглаженному» пику повышенного загрязнения с тенденцией увеличения загрязнения в осенний период на фоне сезонного увеличения числа инверсий и дополнительного «подключения» техногенного фактора (увеличения количества транзитного автотранспорта).

Южнее г.Павловска на стыке лесостепи и степи, а также в степной зоне (города Россошь, Калач, пгт. Кантемировка) усиливается ветровой режим в весенне-летний период. Например, по данным Воронежского ГМЦ в районе Калача повторяемость дней с сильным ветром достигает 9,0 % (33 дня в году), в то время как в районе Воронежа она примерно вдвое меньше - 4,1 % (15 дней в году), причем, «ветренность» в степной зоне усиливается в апреле - июне, что способствует хорошему рассеиванию загрязнений и самоочищению воздушного бассейна. Напротив, в зимний, относительно теплый сезон для этого региона (по сравнению с северным Подворонежьем) при повышенной частоте штилей, туманов потенциал загрязнения атмосферы усиливается.

Таким образом, уровень и структура техногенного загрязнения воздушного бассейна, с одной стороны, определяются антропогенным фактором - объемами и характером выбросов загрязняющих веществ промышленно-транс-портным комплексом, а, с другой стороны, дополнительно формируются под влиянием зональных процессов самоочищения атмосферы, связанных со специфическим сочетанием, прежде всего, температурного, ветрового, влажностного факторов.

Разработанный нами методический подход к оценке аэротехногенного риска для здоровья населения включает следующую схему оценки техногенного загрязнения воздушного бассейна: !) анализ данных по объемам и структуре выбросов загрязняющих веществ от стационарных источников загрязнения; 2) расчет коэффициентов эмиссионной нагрузки на воздушный бассейн; 3) анализ данных по концентрациям загрязняющих веществ в атмосфере; 4) расчет коэффициента интегрального техногенного загрязнения; 5) оценка риска для здоровья населения, связанного с аэротехногенным фактором, на основе сопряженного учета данных по эмиссии загрязняющих веществ и их концентрациям в атмосфере.

Глава 4. Оценка экологического риска, связанного с загрязнением воздушного бассейна, и совершенствование системы аэротехногенного мониторинга городских терри торий

Представлен анализ расчетных уровней риска здоровью населения; приведены результаты корреляционного анализа в системе "уровень загрязнения атмосферного воздуха - заболеваемость населения" и обоснованы научные и методические аспекты комплекса мероприятий по снижению экологического риска и мониторингу воздушной среды.

Результаты расчета канцерогенного риска от присутствия в атмосфере свинца показаны в табл. 2 (для малых городов).

Таблица 2 - Индивидуальный канцерогенный риск от присутствия свинца в атмосферном воздухе малых городов Воронежской области

Город

Калач

Концентрация, мг/м''''

0,00026

Вероятная доза(дети 6 лет), мг/кг в сутки

3,078x10°

Вероятная доза (взрослые), мг/кг в сутки

3,298x10

Индивидуальный канцерогенный риск (дети 6 лет)

1,29x10"

7Г

Индивидуальный канцерогенный риск (взрослые)

1,39x10

Ранг

Кантемировка

0,000! 0

1,189x10

1,274x10

5,00x10'

5,35x10

9,65x10"'

Лиски

0,00018

2,145x10

2,299x10

9,01x10

Острогожск

0,00024

2,798x10"'

!,399х10"5

2,998x10'

1,18x10

?г

1,26x10"

7Г

Павловск

0,00012

1,499x10

5,88x10

6,30x10

7Г

Россошь

0,00011

1,236x10"5

1,324x10

5,19x10

5,56x10'

1,26x10"

Семилуки

0,00024

2,798x10°

2,998x10

1,18x10

*) среднее арифметическое значение максимально-разовых концентраций по территории за период 2007-2011 гг.

Суммарная величина индивидуального канцерогенного риска по совокупности воздействия формальдегида и свинца не превышает величины пре-

дельно допустимого риска, принятого в Российской Федерации и не вызывает опасения (рис. 5).

С1

8.00Е-05 7.00Е-05 -6.00Е-05 -5.00Е-05 -4.00Е-05 +-3,(ЮЕ-05 -2.00Е-05 -1.00Е-05 -О.ООЕ+ОО

О Индивид канц риск (дети 6 лет) В Индивид канц риск (взрослые)

Рисунок 5 - Суммарный индивидуальный канцерогенный риск (С1) (формальдегид+свинец) ("Е-05" соответствует "10"5")

На примере комбинированного эффекта от присутствия 4-х приоритетных канцерогенов (1,3-бутадиена, соединений хрома шестивалентного, акрилокит-рила и сажи) проанализирован суммарный канцерогенный риск отдельно для летнего и зимнего сезонов в г. Воронеже, подтверждающий рост канцерогенной опасности в теплый период года. Причем, если в холодный период уровни канцерогенного риска выше в промышленно-селитебных районах, то в теплый период очаги повышенного риска смещаются в селитебно-транспортные районы и в центр города, что отражает рост опасности автотранспортного прессинга на городскую среду обитания и формирование "островов тепла" в условиях плотной застройки центральной части города.

По совокупности коэффициентов опасности (неканцерогенный риск) наиболее неблагополучная ситуация отмечена в г. Семилуки (сумма Н<3 составляет 15,80), а относительно благополучная - в г. Калач (9,54), что иллюстрирует рис. 6.

Сравнительный анализ суммарных индексов риска по основным загрязняющим веществам в главных городах Воронежской области свидетельствует, что в малых городах риски по основным фоновым веществам, на первый взгляд, выше (Ш - от 9,54 до 15,80), чем в г.Воронеже по этим же веществам (Н1 - около 4,60), однако в атмосфере г.Воронежа присутствуют другие несвойственные малым городам вещества сильного медико-биологического эффекта, создающие чрезвычайно высокий риск в некоторых пунктах контроля (в частности, акрило-

нитрил, 1,3-бутадиен, оксид марганца), существенно повышающие общий уровень риска до опасных величин, особенно по риску возникновения заболеваний органов дыхания, крови, сердечно-сосудистой системы (Ш>100).

18,00 -рЦ 16,00-- 14,00 — 12,00--! 10,00 - 8,00--I 6,00 — 4,00-- 2,00-- 5,80 |-12=37 11,85 " " - - - -Щ--9,58 9,54 1111 1

о </ > # ¿Г * </ Л ^ Ч^ города

Рисунок 6 - Суммарный неканцерогенный риск (Н1)

Выявленные корреляционные связи также согласуются с результатами оценки неканцерогенного риска, свидетельствующими, что наибольшие величины индексов опасности (Ш), значительно превышающие приемлемый уровень (Н1=1), получены при оценке воздействия атмосферных загрязнителей на органы дыхания и кровь.

В дополнение к вероятностной оценке риска для здоровья населения, обусловленного воздействием загрязнителей атмосферного воздуха, выполнена оценка достоверности различий среднемноголетних показателей заболеваемости детского населения на территориях, контрастно различающихся по уровню аэротехногенной нагрузки и риска для здоровья. При этом заболеваемость населения оценена по данным обращаемости в поликлинические учреждения за медицинской помощью с использованием Формы №12 государственной статистической отчетности «Отчет о числе заболеваний, зарегистрированных у больных, проживающих в районе обслуживания лечебного учреждения» за 5-летний период (2007-2011 гг.).

Проведено выборочное исследование по оценке уровня заболеваемости по нозологическим формам, наиболее вероятно связанным с высокой аэротехногенной нагрузкой (всего 13 показателей): болезни органов дыхания (в т.ч. аллергический ринит (поллиноз); хронический фарингит, назофарингит, синусит, ринит; хронические болезни миндалин, аденоидов; бронхит хронический; астма, астматический статус; пневмонии); болезни нервной системы; болезни эндокринной системы; болезни крови и кроветворных органов; болезни системы кровообращения; болезни кожи и подкожной клетчатки; новообразования.

Для доказательства гипотезы о воздействии загрязнения атмосферного воздуха на здоровье населения в региональном аспекте был использован алгоритм корреляционного анализа, результаты которого приведены в табл. 3. Для прогноза уровня заболеваемости на основе временных трендов применен регрессионный анализ.

Анализ причинно-следственных связей в системе «уровень загрязнения атмосферного воздуха - состояние здоровья населения» проведен в территориально-временном разрезе (8 административных территорий, 2006 - 2011 гг.).

Вместе с тем, следует отметить значительную дисперсию исходных показателей: как значений комплексного коэффициента загрязнения атмосферы, так и заболеваемости населения. Такая ситуация является вполне оправданной и объясняется тем, что атмосферный воздух является высоко динамичной средой.

Таблица 3 - Коэффициенты парной корреляции уровня заболеваемости населения с величиной комплексного показателя загрязнения атмосферы (Катм.) и оценка их статистической значимости_

Классы болезней Коэффициент парной корреляции (г) Расчетный критерий Стьюдента (1расч.) Статистическая значимость коэффициента парной корреляции при р<0,05

Дети до 14 лет

Болезни органов дыхания 0,53 3,61 +

Болезни крови и кроветворных органов 0,34 2,10 +

Болезни кожи и подкожной клетчатки 0,17 0,99 -

Новообразования 0,19 1,13 -

Взрослое население

Болезни органов дыхания 0,45 2,87 +

Болезни крови и кроветворных органов 0,22 1,28 -

Болезни нервной системы и органов чувств 0,15 0,86 -

Болезни кожи и подкожной клетчатки 0,12 0,71 -

*) "+ " - коэффициент парной корреляции статистически значим, "-" - не значим.

Таким образом, оценка канцерогенного риска для здоровья населения, проведенная по имеющимся результатам лабораторных исследований качества атмосферного воздуха в мониторинговых точках контроля г.Воронежа, показала, что неприемлемые уровни индивидуального канцерогенного риска отмечаются по воздействию 1,3-бутадиена, хрома шестивалентного, акрилонитрила и сажи. Ситуация по уровню канцерогенного риска в малых городах по таким веществам как формальдегид и свинец не вызывает опасения.

Концентрации 1,3-бутадиена, хрома шестивалентного, акрилонитрила в малых городах не контролируются поскольку данные вещества практически не содержатся в выбросах промышленных источников малых городов.

Расчеты неканцерогенного риска показали, что неприемлемый уровень риска (НС2>1) в г.Воронеже отмечается от воздействия азота диоксида, акрилонитрила, взвешенных веществ, акролеина, 1,3-бутадиена, меди оксида, хрома шестивалентного, марганца. При оценке однонаправленного воздействия веществ установлено, что неприемлемый уровень канцерогенного риска (Н1>1) характерен для органов дыхания, кроветворной и сердечно-сосудистой систем.

В малых городах превышения приемлемого уровня (Н1>1) выявлены по всем учитываемым органам и системам: болезням органов дыхания (Н1 до 14,28), болезням крови (Ш до 7,83), центральной нервной системы (Н1 до 2,26), сердечно-сосудистой системы (Н1 до 1,78); неблагоприятному воздействию на развитие организма (Ш до 1,52) и иммунную систему (Ш до 6,77).

Выявление зон экологического риска, связанных с загрязнением воздушного бассейна, осуществлялось на основе сопряженного анализа результатов статистических расчетов и геоинформационного картографирования. Применение различных методик позволило разработать оригинальный методический подход к обоснованию системы городского аэротехногенного мониторинга и оценке риска здоровью населения, обусловленного качеством воздушного бассейна.

Мероприятия по охране атмосферного воздуха от загрязнения являются составной частью системы управления качеством окружающей среды в условиях интенсивного техногенного воздействия. На основе обобщения материалов исследования нами разработана схема научно-методического обеспечения мониторинга зон экологического риска, связанных с загрязнением воздушного бассейна урбанизированных территорий (рис. 7).

Охрана атмосферного воздуха от загрязнения включает в себя реализацию: 1) санитарно-организационных и санитарно-технических мероприятий (организация санитарно-защитных зон, внедрение методов эффективной очистки выбросов стационарных источников предприятий от вредных загрязняющих веществ (газов, паров, аэрозолей); 2) совершенствование технологических процессов с целью уменьшения объема выбросов, внедрение малоотходных технологий; 3) исполнение требований природоохранного законодательства, природоохранных и гигиенических нормативов.

Для снижения экологического риска и оздоровления городской среды необходима целенаправленная экологическая политика, составными блоками которой могут быть, во-первых, реконструкция транспортных сетей городов с увеличением их пропускной способности и созданием «транспортных коридоров» по типу современных «органических систем» городского транспорта во многих европейских городах; во-вторых, изменение топливного баланса в теплоэнергетической промышленности с полным переходом на газ в качестве топлива; в-третьих, более высокое озеленение внутригородского пространства по опыту ряда крупных городов Европы.

Оценка организации и данных мониторинга загрязнения атмосферного воздуха

Анализ уровня загрязнения атмосферного воздуха на основе системы эколого-гигиенического нормирования

Выявление приоритетных загрязнителей

Выявление территорий риска

тг-

Вероятностная оценка канцерогенного и неканцерогенного аэ-ро-техногенного риска для здо-

ППЙкЯ

Оптимизация мониторинга

Обоснование предложений по расширению перечня контролируемых показателей

Обоснование предложений по числу и расположению стационарных и маршрутных постов

-О-

Верификация результатов оценки риска на основе других методических приемов

ЛД-

-О-

Оценка уровня и динамики заболеваемости населения, вероятно обусловленной аэротехногенным фактором

Оценка достоверности различий показателей заболеваемости на территориях с различным уровнем загрязнения воздуха

Корреляционный анализ в системе "уровень загрязнения атмосферного воздуха - заболеваемость населения"

Доказательство гипотезы о неблагоприятном влиянии аэротехногенного фактора на состояние здоровья населения

Выявление болезней риска, прогноз

"ЗГГ

Снижение числа неопределенностей при оценке качества атмосферного воздуха и аэротехногенного риска для здоровья населения. Повышение объективности (достоверности) данных монитооинга

ТГ

Эффективное обоснование мероприятий по охране атмосферного воздуха от загрязнения

-4. V-

Санитарно-организэционные (организация СЗЗ, переселение жителей из зон риска)

Технологические (снижение объема выбросов)

Градолпанировочные (оптимизация дорожной сети, озеленение и др.)

Рисунок 7 - Схема (концептуальная модель) научно-методического обеспечения мониторинга зон экологического риска, связанных с загрязнением воздушного бассейна урбанизированных территорий

Анализ современной ситуации по аэротехногенному загрязнению урбанизированных регионов Воронежской области позволяет заключить: перспектива развития мониторинговых наблюдений связана с совершенствованием аналитических средств контроля, внедрением дистанционных методов и современных геоинформационных технологий; требуется расширение сети постов мониторинга с более равномерным охватом территории; мониторинга на базе объединения информационных потоков различных природоохранных и гигиенических служб, а также статистики областного здравоохранения; целесообразно создать единое информационное поле аэротехногенного загрязнения, электронная база данных о выбросах загрязняющих веществ предприятиями и автотранспортом областного центра может быть объединена с аналогичной информацией городов и районов области.

Следует организовать контроль концентрации сажи в малых городах, так как приоритетным источником её поступления в атмосферный воздух являются дизельные двигатели автотранспорта. Кроме того, с целью повышения достоверности оценки риска для здоровья населения от воздействия приоритетных веществ, поступающих в атмосферный воздух г. Воронежа, необходимо разработать сводный том предельно допустимых выбросов (ПДВ), включающий результаты моделирования концентраций загрязняющих веществ в приземном слое атмосферного воздуха (в настоящее время ПДВ разработаны для отдельных хозяйствующих субъектов).

ВЫВОДЫ

1. Разработан методический подход к оценке техногенного загрязнения воздушного бассейна и установлены региональные параметры аэротехногенной нагрузки в крупных и малых городах Воронежской области, позволившие выявить комплекс основных объектов экологического риска, а также обосновать взаимосвязанную схему организации мониторинга на основе сочетания лабора-торно-инструментальных и расчетно-аналитических технологий. Установлено, что основными отраслями хозяйства, вносящими наибольший вклад в величину валового объема выбросов загрязняющих веществ стационарными источниками загрязнения атмосферы Воронежской области и формирующими качество воздушного бассейна урбанизированных территорий, являются трубопроводный транспорт и пищевая промышленность (40%), электроэнергетика, машиностроение, строительная индустрия (30%), химическая промышленность (17%). Среди параметров техногенного воздействия на атмосферу доминирует фактор химического загрязнения.

2. Установлены три типа сезонной динамики загрязнения воздушного бассейна при общей тенденции увеличения загрязнения воздуха в летне-осенний период: 1) выраженный пик загрязнения в летний сезон (северный типично-лесостепной сектор региона: города Воронеж, Семилуки); 2) «сглаженный», растянутый пик загрязнения в осенний сезон (центральный южнолесостепной сектор региона: города Острогожск, Лиски, Павловск); 3) повышение загрязнения атмосферы в зимний период и существенное снижение в ве-

сенний сезон при умеренном загрязнении в летне-осенний период (южный степной сектор региона: города Россошь, Калач, Кантемировка).

3. Разработан методический подход к оценке аэротехногенного риска для здоровья населения урбанизированных территорий, сочетающий применение геоинформационных методов и многомерного статистического анализа. Отмечено, что в условиях промышленно развитого города уровень канцерогенного риска для здоровья населения, обусловленного влиянием загрязнителей атмосферного воздуха, превышает приемлемую величину (1x10^) по воздействию 1,3-бутадиена, соединений хрома шестивалентного, акрилонитрила и сажи. Уровень неканцерогенного аэротехногенного риска для здоровья населения с учетом однонаправленного действия веществ на органы и системы организма человека характеризуется как неприемлемый (Ш>1) на большинстве урбанизированных территорий, при наиболее высоких значениях индекса опасности по риску развития болезней органов дыхания (Н1=8,56+14,28), болезней крови (Н1 до 7,83), центральной нервной системы (Н1 до 2,26), сердечно-сосудистой системы (Н1 до 1,78), неблагоприятному воздействию на развитие организма (Н1 до 1,52) и иммунную систему (Н1 до 6,77).

4. Разработана методика оценки заболеваемости населения в условиях интенсивного загрязнения воздушного бассейна, с помощью которой выявлены статистически значимые (достоверные) связи между уровнем загрязнения атмосферного воздуха (Катм.) и заболеваемостью детского населения болезнями органов дыхания (г=0,53), болезнями крови и кроветворных органов (п=0,34), а также заболеваемостью взрослого населения болезнями органов дыхания (г=0,45). Установлено, что болезни органов дыхания, а также крови и кроветворных органов служат региональными "болезнями риска", обусловленными повышенным техногенным загрязнением воздушного бассейна городских поселений. Прогностическая оценка и апробация разработанной методики оценки состояния здоровья населения показывает, что при снижении уровня загрязнения воздушной среды, характеризуемого значением комплексного коэффициента аэротехногенной нагрузки Кетм., с 1,65 единиц (максимальное значение) до 0,93 (минимальное значение), т.е. в 1,8 раза, заболеваемость детей болезнями органов дыхания в среднем снизится в 1,6 раза; заболеваемость детей болезнями крови и кроветворных органов — в 1,8 раза; а общая заболеваемость взрослого населения сократится в 1,5 раза.

5. Разработанная схема (концептуальная модель) аэротехногенного мониторинга основывается на сочетании лабораторно-инструментальных и расчетных методов оценки техногенного загрязнения атмосферы в комплексе с методологией оценки риска для здоровья населения, являющейся основой экологической диагностики и выявления зон экологического риска. Снижение риска заболеваемости, этиологически связанной с воздействием загрязнителей атмосферного воздуха, возможно на основе реализации комплекса санитарно-организационных, технологических и градопланировочных решений - приоритетных составляющих системы обеспечения экологической безопасности населения, проживающего на урбанизированных территориях с выраженным воздействием аэротехногенного фактора.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в периодических научных изданиях рекомендуемых ВАК

1. Хорпякова Т.В. Экологическая оценка техногенного воздействия на воздушный бассейн урбанизированных территорий Воронежской области / Т.В. Хорпякова // Вестник Тамбовского государственного университета, 2013. -Т. 18. - Вып.З. - 4.2. - С. 909-913.

2. Хорпякова Т.В. Оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха и аэротехногенного риска для здоровья населения / Т.В. Хорпякова, О.М. Пасечная // Вестник Тамбовского государственного университета, 2013. - Т. 18. -Вып.З. - 4.2.-С. 914-918.

Публикации в других изданиях

3. Хорпякова Т.В. Техногенное воздействие на воздушный бассейн урбанизированных территорий и его оценка / Т.В. Хорпякова, Н.В. Вельских, Ю.В. Цыплухина // Современные проблемы гидрометеорологического обеспечения войск и функционирования систем специального мониторинга: Сб. статей по материалам докл. XXIII межвуз. науч.-практ. конф. "Перспектива-2013" - Воронеж: ВУНЦ ВВС «ВВА», 2013. - С. 262-265.

4. Хорпякова Т.В. Мониторинг уровня загрязнений атмосферного воздуха / Т.В. Хорпякова, В.И. Кашников II Современные проблемы гидрометеорологического обеспечения войск и функционирования систем специального мониторинга: Сб. статей по материалам докл. XXIII межвуз. науч.-практ. конф. "Пер-спектива-2013" - Воронеж: ВУНЦ ВВС «ВВА», 2013. - С. 266-269.

5. Хорпякова Т.В. Роль аэротехногенной нагрузки в формировании заболеваемости населения урбанизированных территорий / Т.В. Хорпякова, Ю.В. Цыплухина // Сб. науч. статей II Всерос. науч.-практ. конф. с межд. участием (Воронеж, 25.04.2013). - Воронеж, 2013. - С. 123-125.

6. Цыплухина Ю.В. Обзор исследований Центрально-Черноземного региона по оценке риска для здоровья с загрязнением атмосферы / Ю.В. Цыплухина, Т.В. Хорпякова // Сб. науч. статей II Всерос. науч.-практ. конф. с межд. участием (Воронеж, 25.04.2013). - Воронеж, 2013. - С. 126-129.

7. Хорпякова Т.В. Оценка риска для здоровья населения, связанная с загрязнением атмосферы в ЦЧР / Т.В. Хорпякова, Ю.В. Цыплухина // Экологическая геология: теория, практика, региональные проблемы: Сб. статей по материалам III Международной науч.-практ. конф. (Воронеж, ноябрь 2013). - Воронеж: ВГУ, 2013. - С. 412-414.

8. Хорпякова Т.В. Формирование заболеваний на урбанизированных территориях в зависимости от аэротехнической нагрузки. / Т.В. Хорпякова, Ю.В. Цыплухина // Экологическая геология: теория, практика, региональные проблемы: Сб. статей по материалам III Международной науч.- практ. конф. (Воронеж, ноябрь 2013). - Воронеж: ВГУ, 2013. - С. 431-433.

Типография ВУНЦ ВВС «ВВА им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж). Зак. 758. Тираж 100. Подп. в печ. 18.11.2013 г. Формат 60x84'А6. Бумага офсет. Усл. п.л. 1,3. Бесплатно.

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Хорпякова, Татьяна Владимировна, Воронеж

ВОЕННЫЙ УЧЕБНО-НАУЧНЫЙ ЦЕНТР ВОЕННО-ВОЗДУШНЫХ СИЛ «ВОЕННО-ВОЗДУШНАЯ АКАДЕМИЯ ИМЕНИ ПРОФЕССОРА Н.Е. ЖУКОВСКОГО И Ю.А. ГАГАРИНА»

НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ МОНИТОРИНГА ЗОН

ЭКОЛОГИЧЕСКОГО РИСКА, СВЯЗАННЫХ С ЗАГРЯЗНЕНИЕМ ВОЗДУШНОГО БАССЕЙНА УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ

25.00.36 - геоэкология (науки о Земле)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук

Научный руководитель - кандидат географических наук, доцент

Кашников Владимир Иванович

На правах рукописи

04201453918

Хорпякова Татьяна Владимировна

Воронеж —2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ............................................................................. 4

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОЦЕНКИ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ВОЗДУШНЫЙ БАССЕЙН

УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ.................................... 11

1. Отечественный и зарубежный опыт нормирования качества атмосферного воздуха и организации мониторинга воздушного

бассейна........................................................................... 11

1.1. Роль аэротехногенной нагрузки в формировании заболеваемости населения урбанизированных территорий

...................................................................................... 22

1.2. Обзор региональных исследований по оценке риска для здоровья населения, связанного с загрязнением атмосферы ................................................................................................................ 27

1.4. Формирование цели и научной задачи исследования ... 34 Резюме..................................................................................... 37

ГЛАВА 2. МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ, МАТЕРИАЛ И ЭТАПЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ОБОСНОВАНИЮ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ФОРМИРОВАНИЯ ЗОН АЭРОТЕХНОГЕННОГО РИСКА............. 38

2.1. Основные направления и объем исследований...................... 38

2.2. Методы оценки аэротехногенного риска............................. 41

2.3. Статистические методы оценки причинно-следственных связей в системе «уровень загрязнения воздушной среды -заболеваемость населения»................................................... 47

2.4. Методы выявления зон экологического риска, обусловленных

состоянием воздушного бассейна........................................... 52

Резюме...................................................................................... 53

ГЛАВА 3. ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ТЕХНОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ВОЗДУШНЫЙ БАССЕЙН УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ ВОРОНЕЖСКОЙ ОБЛАСТИ.................... 55

3.1. Обоснование выбора территорий для оценки экологического риска, связанного с загрязнением воздушного бассейна............... 55

3.2. Краткая эколого-географическая характеристика

территорий и источников загрязнения атмосферы....................... 63

3.3. Сравнительный анализ данных мониторинга уровня загрязнения атмосферного воздуха и закономерности

формирования качества воздушной среды................................. 93

Резюме....................................................................................... 101

ГЛАВА 4. ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО РИСКА, СВЯЗАННОГО С ЗАГРЯЗНЕНИЕМ ВОЗДУШНОГО БАССЕЙНА, И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ АЭРОТЕХНОГЕННОГО

МОНИТОРИНГА ГОРОДСКИХ ТЕРРИТОРИЙ.......................... 102

4.1. Оценка экологического риска, связанного с загрязнением

воздушного бассейна городских территорий.............................. 102

4.1.1. Оценка канцерогенного риска

для здоровья населения.......................................... 102

4.1.2. Оценка неканцерогенного риска

для здоровья населения........................................... 107

4.2. Оценка уровня заболеваемости населения,

связанной с аэротехногенным фактором.............................................. 124

4.3. Корреляционный анализ в системе «уровень загрязнения атмосферного воздуха — заболеваемость населения».................... 132

4.4. Научно-методическое обоснование аэротехногенного мониторинга и мероприятия по охране воздушного бассейна урбанизированных территорий от загрязнения................................... 139

4.4.1. Предложения по совершенствованию мониторинга воздушной среды................................................................ 139

4.4.2. Схема (концептуальная модель) аэротехногенного мониторинга и анализ эффективности мероприятий по охране атмосферного воздуха от загрязнения................... 142

Резюме...................................................................................... 146

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ.................................................... 149

ЛИТЕРАТУРА.................................................................................. 155

ПРИЛОЖЕНИЕ............................................................................................. 172

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Проблема мониторинга загрязнения воздушного бассейна и выявления зон экологического риска в городах - важнейшая задача современной урбоэкологии. Геоэкологические аспекты данной проблемы связаны с обоснованием методик и моделей оценки экологического риска, обусловленного качеством воздушного бассейна городов, и разработкой механизмов управления качеством атмосферы для снижения риска неблагоприятных экологических последствий. Особенно актуальна эта проблема для сильноурбанизированных регионов, в том числе Воронежской области, центром которой является город с миллионным населением (Воронеж), а более 65 % всего населения проживает в городских поселениях.

Несмотря на значительное число исследований по экологии городов и факторам экологического риска, в том числе на территории Воронежской области [7, 12, 41, 80, 82, 47, 55, 104], многие аспекты данной проблемы остаются дискуссионными и требуют детальной научной оценки. Одной из приоритетных геоэкологических задач является оптимизация системы мониторинга уровня загрязнения воздушной среды урбанизированных территорий и обоснование мероприятий по обеспечению экологической безопасности населения в условиях воздействия выбросов от промышленных источников и автотранспорта.

Проведенные отечественными учеными фундаментальные эколого-географические исследования внесли существенный вклад в выяснение закономерностей загрязнения воздушной среды городов, позволили установить некоторые причинно-следственные связи между уровнями аэротехногенной нагрузки и показателями состояния здоровья населения [1, 91, 121, 132, 160].

Начиная с 90-х годов XX века, активно развивается деятельность мирового сообщества по созданию эффективной системы экологической безопасности, включая Россию. Одним из основных путей её реализации является внедрение методологии оценки риска для здоровья населения, которая рас-

сматривается в качестве главного механизма разработки управленческих решений по оптимизации состояния окружающей среды как основы первичной профилактики экологически обусловленных заболеваний у населения, проживающего на урбанизированных территориях. Реализация внедрения методологии оценки риска в Российской Федерации позволила оценить эколого-гигиеническую ситуацию в стране как напряженную: ухудшение её состояния во многом происходит за счёт неудовлетворительного качества атмосферного воздуха [21, 29, 64, 67, 98, 113].

В этой связи, выполнение исследований по разработке научно обоснованных рекомендаций по совершенствованию системы мониторинга уровня загрязнения атмосферного воздуха, методологии оценки аэротехногенного риска для здоровья населения, обусловленного воздействием загрязнения атмосферного воздуха, является актуальной задачей.

Цель работы Геоэкологическое обоснование создания региональной системы мониторинга воздушного бассейна и оценка аэротехногенного риска для населения урбанизированных территорий.

Задачи исследования:

1. Разработка методической схемы оценки техногенного загрязнения воздушного бассейна и установление региональных параметров аэротехногенной нагрузки в крупных и малых городах Воронежской области (г. Воронеж, г. Россошь, г. Калач, г.Лиски, г.Семилуки, г.Павловск, г.Острогожск, п.г.т. Кантемировка), позволивших выявить основные объекты экологического риска, вносящие наибольший вклад в величину валового объема выбросов от стационарных источников загрязнения атмосферы, а также проанализировать объем и структуру выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух.

генного загрязнения, формирующего зоны риска для здоровья населения, с их картографическим отображением на основе геоинформационных технологий.

4.. Обоснование методики оценки заболеваемости населения в условиях интенсивного техногенного загрязнения воздушного бассейна, а также на территориях, контрастно различающихся по величине аэротехногенного риска, позволившее выявить «болезни риска» на основе интегрального обобщения достоверных корреляционных связей в системе «загрязнение атмосферного воздуха — заболеваемость населения».

Объект исследования - воздушный бассейн и здоровье населения города Воронежа и основных малых городов Воронежской области, предмета исследования техногенное загрязнение воздушного бассейна и причинно-следственные связи в системе «уровень загрязнения - здоровье населения» на примере г. Воронежа и малых городов Воронежской области.

Научная новизна

диссертационной работы заключается в следующем.

загрязнения атмосферного воздуха. На основе системного подхода к анализу уровня загрязнения атмосферного воздуха выявлены типы городов с различной динамикой загрязнения воздушного бассейна в зависимости от величины аэротехногенной нагрузки, физико-географических и климатических условий.

ринга воздушного бассейна и уменьшения негативного воздействия промышленных вкладчиков-загрязнителей атмосферы на городскую среду.

Материалы диссертационной работы использовались при подготовке информационных и программных документов: доклада «О санитарно-эпидемиологической обстановке в Воронежской области за 2011 и 2012 гг.»; ведомственной целевой программы «Модернизация и обеспечение функционирования системы предупреждения вредного влияния факторов среды обитания на здоровье населения» (подтверждено документом Центра гигиены и эпидемиологии в Воронежской области»).

Разработанные методики геоэкологического анализа аэротехногенного риска для здоровья населения внедрены в учебный процесс кафедры экологии Военного учебно-научного центра «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина».

Результаты исследований могут быть использованы в Управлениях Рос-природнадзора, Роспотребнадзора, в Федеральных бюджетных учреждениях здравоохранения "Центры гигиены и эпидемиологии" в субъектах Российской Федерации, в региональных Центрах по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды и рекомендуются к использованию в природоохранных службах, занимающихся вопросами мониторинга окружающей среды и профилактики экологически обусловленных заболеваний населения.

Достоверность результатов исследований обеспечена использованием большого объема репрезентативных данных, отобранных в соответствии с действующими государственными и отраслевыми стандартами, применением современных статистических методов обработки и анализа исходного материала, в том числе с использованием геоинформационных технологий (в среде Мар1пй>), обстоятельной аргументацией принятых допущений и ограничений при разработке методики осуществления мониторинга воздушной среды и анализа состояния здоровья населения.

Апробация работы.

Результаты исследований доложены на Международной научной школе-конференции, посвященной 150-летию со дня рождения академика В.И. Вернадского «Творческое наследие В.И. Вернадского: прошлое, настоящее, будущее» (Тамбов, 2013); XXIII межвузовской научно-практической конференции «Перспектива-2013» (Воронеж, 2013) и II Всероссийской научно-практической конференции с международным участием на базе ВУНЦ ВВС ВВА (Воронеж, 2013); III Международной научно-практической конференции «Экологическая геология: теория, практика и региональные проблемы» (Воронеж, 2013).

Публикации результатов исследования. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ, в том числе 2 работы — в ведущем рецензируемом издании, рекомендованном ВАК РФ.

Положения, выносимые на защиту.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОЦЕНКИ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ВОЗДУШНЫЙ БАССЕЙН УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ

1.1. Отечественный и зарубежный опыт нормирования качества атмосферного воздуха и организации мониторинга воздушного бассейна

Мониторинг техногенного загрязнения воздушного бассейна (аэротехногенный мониторинг) - один из основных информационных механизмов управления качеством окружающей среды и обеспечения экологической безопасности населения. Главной задачей аэротехногенного мониторинга служит выявление и контроль источников загрязнения атмосферы, а также наблюдение, оценка и прогноз поведения в атмосферном воздухе населенных мест приоритетных загрязняющих веществ, представляющих риск для здоровья населения.

Основные элементы мониторинга были разработаны зарубежными учеными как дополнение к термину «экологический контроль» в начале 70-х годов прошлого века [174, 178, 180, 184]. В нашей стране в это время были разработаны две альтернативные концепции экологического мониторинга -Ю.А. Израэлем и И.П. Герасимовым [47]. Достоинством концепции Ю.А. Израэля служит нацеленность на фиксацию антропогенного изменения природной среды, прежде всего, в области гидрометеорологических процессов и явлений. В его классификации находит место и «человеческий фактор» (подсистема - медик�

Информация о работе

Хорпякова, Татьяна Владимировна
кандидата географических наук
Воронеж, 2013
ВАК 25.00.36

Диссертация

Научно-методическое обеспечение мониторинга зон экологического риска, связанных с загрязнением воздушного бассейна урбанизированных территорий - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы