Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Влияние массовых лесных пожаров на состояние окружающей среды населенных мест (обзор литературы) 7
Глава 2. Материалы и методы 23
2.1. Оценка эмиссии от лесных пожаров 26
2.2. Оценка ингаляционного воздействия химического загрязнения на популяционное здоровье 34
2.3. Оценка экологических ущербов 37
Глава 3. Влияние массовых лесных пожаров на качество атмосферного воздуха 42
3.1. Горимость лесных территорий по Забайкальскому краю и Читинскому лесничеству за одиннадцатилетний период 42
3.2. Характеристика эмиссии загрязняющих веществ от лесных пожаров 51
3.2.1. Расчет масс загрязняющих веществ, выделившихся при лесных пожарах 51
3.2.2. Концентрации загрязняющих веществ, выделившихся от лесных пожаров 53
3.3. Оценка качества атмосферного воздуха г. Чита 66
Глава 4. Экологическая оценка медико-социальных последствий лесных пожаров 88
4.1. Фоновые показатели заболеваемости болезнями органов дыхания и сердечнососудистой системы в г. Чита 88
4.2. Потери здоровья населения в период высокого кратковременного загрязнения атмосферного воздуха дымом лесных пожаров 95
4.3. Безвозвратные потери населения г. Чита в период высокого кратковременного загрязнения атмосферного воздуха 106
4.4. Результаты трехмерного анализа зависимости в системе «загрязнение атмосферного воздуха – обращаемость за скорой медицинской помощью - смертность» 108
4.5. Относительные риски здоровью населения в период высокого кратковременного загрязнения атмосферного воздуха 114
Заключение 118
Выводы 128
Список сокращений 129
Список литературы 130
- Оценка ингаляционного воздействия химического загрязнения на популяционное здоровье
- Характеристика эмиссии загрязняющих веществ от лесных пожаров
- Потери здоровья населения в период высокого кратковременного загрязнения атмосферного воздуха дымом лесных пожаров
- Результаты трехмерного анализа зависимости в системе «загрязнение атмосферного воздуха – обращаемость за скорой медицинской помощью - смертность»
Введение к работе
Актуальность темы
Пирогенный фактор относится к числу регуляторов жизнедеятельности лесных сообществ (Курбатский, 1980; Цветков, 2006), однако в современных условиях изменения климата на фоне глобального потепления прогнозируется увеличение количества и интенсивности пожаров, продолжительности пожароопасных сезонов и горимости лесов (Фуряев, Заболотский, 2002; Carvalho et al., 2011; Wastl et al, 2012). Это представляет опасность не только для существования самих лесных экосистем (Juday, 2005; Чебакова, 2006), но и является причиной серьезных экологических последствий, к числу которых относится, прежде всего, изменение качества атмосферного воздуха на локальном и региональном уровнях (Ситнов, 2011; Miranda et al., 2008; Kane, Vogel, 2009; Chun, 2011). Поскольку многие лесные пожары случаются в непосредственной близости от населенных пунктов, продукты горения попадают в селитебную зону, изменяя экологическую обстановку и увеличивая риски обострения различных заболеваний, а также повышения смертности населения (Сабирова, 2001; Новиков и др., 2002; Новиков и др., 2009; Суховский, 2009; Зайратьянц и др., 2011; Васильев, Гусаков, 2011).
Увеличивающаяся частота и масштабность лесных пожаров, их прямое и косвенное воздействие на урбоэкосистемы и человека обусловливают актуальность изучения самых различных аспектов этого явления. Вместе с тем, оценка влияния эмиссий лесных пожаров на природные и урбанизированные экосистемы, включая негативные последствия трансформации среды обитания людей в результате воздействия продуктов горения лесных пожаров остается недостаточно исследованной и разработанной. Несомненный научный интерес представляет и разработка комплексного подхода к оценке ущерба от лесных пожаров, включая сравнение экологических потерь на уровне природной и урбанизированной экосистем.
Цель исследования:
Изучить уровень загрязнения атмосферного воздуха в период массовых лесных пожаров и его влияние на отдельные составляющие социоприродной среды.
Задачи исследования:
1. Дать количественную оценку эмиссии от массовых лесных пожаров и представить распределение загрязняющих веществ в пределах селитебной территории.
2. Изучить изменения показателей, характеризующих популяционное здоровье населения, в зависимости от загрязнения атмосферного воздуха в период массовых лесных пожаров.
3. Оценить ущерб природной и урбанизированной экосистеме, обусловленный массовыми лесными пожарами на основе комплексного подхода
Научная новизна работы. Впервые в период массовых лесных пожаров проведен расчет эмиссий и рассеивания основных загрязняющих веществ несколькими методами, основанными на модели Гаусса, и сравнение полученных данных с результатами лабораторных исследований на пунктах наблюдения за загрязнением атмосферного воздуха, что позволило дать научное обоснование адекватности применения расчетных методов. Показана сопряженность измененных условий среды обитания людей и здоровья экспонированного населения в период массовых лесных пожаров: при росте загрязнения атмосферного воздуха увеличиваются уровни обращаемости за скорой медицинской помощью и смертности населения.
Впервые с использованием методик, учитывающих «ресурсный» и «экосистемный» подходы, дана комплексная оценка ущерба от лесных пожаров социоприродной среде в наиболее пожароопасный период.
Теоретическая и практическая значимость работы. Материалы диссертационной работы дополняют знания о последствиях для лесных экосистем массовых лесных пожаров и показывают, что в период их пика и увеличения масс продуктов горения соответственно изменяются условия среды обитания и состояние популяционного здоровья людей, проживающих в зоне непосредственного влияния поллютантов.
Результаты сравнительного анализа данных, полученных расчетными методами и измеренных на ПНЗ концентраций поллютантов и определение пределов возможных различий их расчетных и экспериментальных величин, могут быть использованы при оценке загрязнения атмосферы продуктами горения от лесных пожаров на территории населенных мест, где не проводится мониторинг состояния атмосферного воздуха.
Результаты исследований используются в практической деятельности Государственной лесной службы Забайкальского края (акт внедрения 25. 11. 2013). Результаты исследования применяются в работе Управления Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по Забайкальскому краю и Иркутской области (акт внедрения от 01.10.2013 г.). Разработаны методические рекомендации «Оценка влияния краткосрочного загрязнения атмосферного воздуха на здоровье населения», утвержденные главным государственным санитарным врачом по Забайкальскому краю (2012 г.); результаты исследования представлены в ежегодном государственном докладе о санитарно - эпидемиологическом благополучии населения Забайкальского края (2010 г.). Полученные материалы вошли в программы подготовки магистров по специальности техносферная безопасность и экология (акт внедрения от 17.01.2013 г., акт внедрения от 05.11.2013 г.).
Положения, выносимые на защиту:
1. В период массовых лесных пожаров увеличивается загрязнение атмосферного воздуха, при прохождении пожаров вблизи населенных мест концентрации загрязняющих веществ значительно превышают гигиенические нормативы.
2. Использованные методы расчета концентрации поллютантов, обусловленных выбросами от низовых лесных пожаров, показали высокую сходимость расчетных и экспериментальных данных по СО (до 52%) и существенные расхождения по взвешенным веществам, саже и NOx.
3. Популяционные потери здоровья характеризуются ростом обращаемости за скорой медицинской помощью по поводу болезней органов дыхания среди населения в возрастных группах «0 - 49 лет», «старше 65 лет» и смертности населения в возрасте старше 65 лет.
Личный вклад автора. Автором самостоятельно выполнено 85% исследований. В частности, обработаны исходные данные о лесных пожарах в Читинском лесничестве Забайкальского края, выполнены расчеты масс и концентраций загрязняющих веществ, представлена характеристика среды обитания людей, проживающих в г. Чита, в период массовых лесных пожаров, рассчитаны показатели, характеризующие их популяционное здоровье и риски, дана комплексная оценка ущерба от лесных пожаров, проведен анализ полученных результатов.
Апробация работы. Результаты работы представлены на Научно-практической конференции молодых ученых «Актуальные вопросы права и безопасности на современном этапе» (Иркутск, 2010), 20th Annual International Symposium “Ecology & Safety” (Sunny Beach, Bulgaria, 2011), II Межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых «Человек: Здоровье и Экология» (Иркутск, 2011), Межрегиональной научно-практической конференции молодых ученых «Экологические и медицинские проблемы Сибири» (Ангарск, 2012), Международной научно-практической конференции «Здоровье и качество жизни» (Листвянка, 2013), Межрегиональном семинаре «Основные вопросы развития социально-гигиенического мониторинга Иркутской области» (Иркутск, 2010, 2011, 2012).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 7 статей в рецензируемых журналах, входящих в список ВАК (IF 0,055 – 0,559), 1 статья в зарубежном журнале, 4 публикации в материалах конференций.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, выводов и списка литературы. Работа изложена на 145 страницах, содержит 30 таблиц и 34 рисунка. Список литературы включает 137 наименований, из которых 33 являются источниками иностранной литературы.
Благодарности. Автор искренне благодарит и глубоко признателен начальнику отдела охраны и защиты леса Государственной лесной службы Забайкальского края С.А. Агаркову за предоставленную информацию о лесных пожарах, зав. отделом СГМ Управления Роспотребнадзора по Забайкальскому краю Н.Е. Бурдинскому за предоставленную информацию о смертности и обращаемости за СМП населения г. Чита, н.с. Института динамики систем и теории управления СО РАН, к.т.н. Т.С. Зароднюк за проведенный ею трехмерный анализ исследуемых показателей.
Оценка ингаляционного воздействия химического загрязнения на популяционное здоровье
Лесами покрыта почти треть мировой поверхности суши. При этом 95% этой площади приходятся на природные леса и 5% - на лесные плантации. Из общей площади лесов 27% находятся в Европе, 25% приходятся на Латинскую Америку и страны Карибского бассейна, 19% находятся в Азии и Тихоокеанском регионе, 17% - в Африке и 12% - в Северной Америке. Около 81% лесов сконцентрировано всего в 15 странах. При этом 22% лесов мира находятся в России [1]; примерно столько же – в Бразилии, США и Канаде вместе взятых; на территории Китая и Индии находится примерно 5,5% лесов мира. Таким образом, половина всех лесов планеты произрастает в России, Бразилии, США, Канаде, Китае и Индии. Ещ треть лесов мира занимает часть территории в Индонезии, Конго, Мексике, Перу, Колумбии, Боливии, Венесуэле, Австралии и Папуа – Новая Гвинея [107].
По данным Центра пожарной статистики (ЦПС) Международного Технического комитета по предотвращению и тушению пожаров (КТИФ), обобщающего первичные данные из 30 – 50 стран мира, 1-2% от общего числа пожаров в мире приходятся на лесные пожары и 16-18% - пожары травостоя и кустарников [128]. Ежегодно на Земле возникает до 400 тыс. лесных пожаров, повреждающих около 0,5% общей площади лесов и выбрасывающих в атмосферу миллионы тонн продуктов горения. Высокая горимость лесов наблюдается в США, Канаде, Испании, Португалии, Франции, Греции, Турции, Австралии [14, 103, 134].
Реализация пожарной опасности обусловлена действиями трех основных факторов: природных, социальных, техногенных. По данным официальной статистики абсолютное большинство лесных пожаров (до 95%) возникает по вине граждан и хозяйствующих на природных территориях организаций. Среди естественных причин возникновения лесных пожаров основной являются грозы. На долю лесных пожаров, возникших по причине разряда молний, в среднем по России приходится около 10%, а, к примеру, в Красноярском крае до 17% [96]. Лишь небольшая доля пожаров возникает в результате сельскохозяйственных палов.
Следует отметить, что чаще лесные пожары возникают вокруг населенных пунктов в интенсивно используемых лесорекреационных зонах, вдоль автомобильных и железных дорог, по берегам судоходных рек [3, 90, 125]. Рассматривая причины возникновения лесных пожаров, подчеркивают, что особое место занимают лесные пожары, проходящие в лесорекреационных зонах. П.А. Цветков и А.С. Горбунов [93] по итогам изучения влияния рекреации на природную пожарную опасность сосновых лесов на территории Государственного природного заповедника «Столбы» установили, что рекреационное лесопользование повышает пожарную опасность лесов заповедника, увеличивая число рекреантов и источников огня, с одной стороны, а с другой – снижает природную пожарную опасность. Снижение природной опасности происходило в результате уменьшения запасов лесного горючего материала (ЛГМ) из-за нарастания интенсивности рекреационного лесопользования. Было установлено, что участки леса, достигающие IV стадии дигрессии, не находились в состоянии пожарной зрелости, в то время как участки леса на I стадии дигрессии имели высокие вероятности возникновения пожара [93]. В зарубежных исследованиях также отмечают сильную взаимосвязь рекреационной нагрузки и пожарной опасности лесов и ландшафтов в целом [111].
Основной период действия природных пожаров на территории Российской Федерации приходится на период с апреля по октябрь. В конце весны горят леса Приморья, Алтая, Бурятии и Поволжья [11]. Ближе к середине лета огонь перемещается на северо-запад России – в Карелию, Ленинградскую, Новгородскую и Псковскую области, а также к Магадану, на Сахалин и в Красноярский край. Осенью территорией огня вновь становятся Бурятия, Приамурье, Забайкальский и Хабаровский край [14].
В работе Р.Г. Шубкина [98]подтверждена зависимость возникновения лесных пожаров от весенне-летнего увлажнения. Автором было установлено, что в соответствии с циклическим ходом снижения осадков в мае – июне, в 2012 – 2015 гг. наиболее сложная лесопожарная обстановка в южных районах Байкальского района установится при достижении внутривекового минимума атмосферного увлажнения в весенне-летний период. Было сделано предположение что, в рассматриваемый период будет возможен переход к двухлетней квазицикличности, когда массовые лесные пожары возникают ежегодно, как это было в период 1950 – 1960 гг. и на рубеже XIX – XX веков. Автором было спрогнозировано обострение лесопожарной обстановки в 2010 – 2011 гг., и прогноз оказался достаточно близким к реально произошедшим событиям в эти годы [98].
Следует отметить, что на основе анализа частотно-временной структуры хронологии лесных пожаров и комплекса математических моделей к самым пожароопасным территориям России было отнесено Забайкалье [22].
Реальные масштабы горимости лесов Российской Федерации и размеры наносимого огнем ущерба до настоящего времени точно не установлены. Регулярные наблюдения за лесными пожарами ведутся только в зоне активной охраны лесов, охватывающей 2/3 общей площади лесного фонда. Среднегодовая площадь лесных пожаров в официальной статистике приводится примерно на уровне 1 млн. га. Между тем фактическая площадь лесных пожаров превосходит указанную величину не менее чем в 1,5 - 2 раза. Об этом можно судить по площади гарей и погибших насаждений, фонд которых сохраняется на уровне 25 млн. га. Обычно гари в первую очередь зарастают мягколиственными породами в течение ближайших 10 лет. С учетом площадей гарей и погибших насаждений среднегодовая площадь лесных пожаров составит не менее 2 млн. га, т.е. даже больше, чем ежегодные площади сплошных рубок [48]. Институтом леса им. В.Н. Сукачева СО РАН совместно с Глобальным центром мониторинга пожаров (GFMC, Фрайбург) была дана оценка площадей, пройденных лесными пожарами в период 1992 – 2007 годов, с использованием данных космических снимков [117]. По результатам дистанционного мониторинга на территории России за изучаемый период лесные площади, пройденные пожарами, составляли от 4 до 20 000 тыс. га.
Одним из последних примеров высокой горимости лесов на территории России служит 2010 год. По данным А.С Исаева [41] летом 2010 года площади, пройденные огнем в самых густо населенных районах страны, составили около одного миллиона га. Как сообщает МЧС [20], для тушения пожаров летом 2010 г. привлекалась группировка в 240 тыс. человек и 35 тыс. единиц техники. От лесных пожаров полностью или частично пострадало около 150 населенных пунктов, в огне погибли не менее 70 человек. Общие затраты на ликвидацию пожарной катастрофы составили порядка 12 млрд. рублей [41, 20]. Экологические последствия лесных пожаров значимы как в пределах территории, на которой случилась эта чрезвычайная ситуация, так и на глобальном уровне. При этом следует отметить, что многие исследователи рассматривают лесные пожары как неотъемлемую часть существования лесных экосистем и один из абиотических факторов, необходимый для успешной их жизнедеятельности [92]. Полное исключение пожаров из жизни лесов считается невозможным, особенно в настоящее время. Это обусловлено тем, что жизнедеятельность и само существование многих видов лесных растений, а также растительных сообществ на Земле регулируется пирогенным фактором [92]. Еще в 1980-х годах в работах Н.П. Курбатского было показано, что современные лесные экосистемы почти все послепожарного происхождения, или сформировались под влиянием неоднократного огневого воздействия [50]. Было установлено, что пожары от молний сопровождали развитие растительного покрова со времен возникновения близких к современным климатическим условиям, практически на протяжении сотен тысяч лет [50, 126]. Было отмечено положительное влияние пирогенного фактора и на луга СевероЗападного Кавказа. Установлено, что при периодическом выжигании ветоши возрастала их флористическая насыщенность, увеличивалась или не изменялась численность побегов у большинства растений [31].
Несмотря на то, что пожарный фактор подчас является одним из условий функционирования лесных экосистем, растущие в последние десятилетия антропогенные нагрузки, предопределяют высокую степень их горимости. Складывающаяся лесопожарная обстановка усугубляется потеплением климата, наблюдающимся в последние 2 – 3 десятилетия. По прогнозам отечественных и зарубежных специалистов изменение климата будет сопровождаться увеличением количества и интенсивности пожаров, продолжительности пожароопасных сезонов и ростом горимости лесов [89, 109, 115, 136].
Экологические последствия лесных пожаров могут проявляться на глобальном уровне. Лесные экосистемы оказывают глобальное влияние на концентрацию парниковых газов в атмосфере, и биогеофизические воздействия ощущаются, прежде всего, на региональном уровне, а при больших масштабах изменений экосистем они переходят на глобальный уровень [10, 12, 122]. Исследования влияния лесных пожаров в Сибири и Восточной Азии (май 2003 г.), проведенные Национальным университетом Сеула [119], показали увеличение содержания в атмосферном воздухе фракции мелкодисперсных взвешенных веществ с размером частиц менее 10 микромикрон (РМ10) до 90 мг/м3, а озона – до 33 ppm (объемных частей на миллион). После окончания лесных пожаров в 2003 году наряду с прочим было отмечено увеличение поглощения солнечного излучения [119]. Анализ данных спутниковых наблюдений в период массовых ландшафтных пожаров 2010 г. также показал отчетливое изменение аэрозольных оптических характеристик и концентрации газовых атмосферных примесей. Индекс поглощающего аэрозоля (), составляющий в норме 0,55, увеличился более чем в 20 раз, содержание СО в атмосферном столбе увеличилось более чем в 2 раза, а тропосферное содержание NO2 в июле – августе 2010 г. было на 65% больше его содержания в 2009 г. [84]. Изменение аэрозольных оптических характеристик, увеличение в атмосфере содержания загрязняющих веществ, в числе которых и парниковые газы, указывает на способность массовых лесных пожаров влиять на стабильность атмосферы и климат в целом. Более теплые и сухие условия, наступающие вслед за лесными пожарами, усиливают разложение органических остатков и снижают сток углерода. В свою очередь, таяние вечной мерзлоты и разложение органических остатков, которые до этого были заморожены, становится одним из самых значительных факторов, увеличивающих эмиссию углерода из наземных экосистем в атмосферу
Характеристика эмиссии загрязняющих веществ от лесных пожаров
В данном разделе представлены данные, полученные с помощью метода полей концентрации, в точке на расстоянии 10 километров от очага пожара, основанном на работах [5, 37, 57, 59] Также как при расчете концентрации, полученных на ПО «Эколог», в данной методике концентрации определялись на основе масс поллютантов, рассчитанных по [26].
Расчет был произведен по тем же веществам, по которым производился на ПО «Эколог»: оксид углерода, взвешенные вещества, РМ2,5, сажа, озон и оксид азота. Так как концентрации были рассчитаны, исходя из итоговых масс, наибольшие значения концентрации были у веществ, у которых были наибольшие расчетные массы. Концентрация оксида углерода оказалась наибольшей среди рассчитанных значений. Его средняя концентрация за апрель 2008 г. составляла 0,85 мг/м3, максимальное значение – 18,4 мг/м3. На втором месте концентрация взвешенных веществ, среднее значение концентрации данного вещества за апрель 2008 г. было 1,9 раз меньше концентрации оксида углерода. Третье место среди расчетных концентраций на заданном расстоянии занимали РМ2,5, его средняя за апрель концентрация составляла 0,21 мг/м3. Наименьшими концентрациями характеризовались следующие вещества: сажа, озон и оксид азота (таблица 3.3).
По таким веществам как оксид углерода, взвешенные вещества, РМ2,5, сажа максимальные расчетные концентрации превышали ПДК м.р. в 3,6, 18,7, 29,3, 11,3 раз соответственно. Расчетные концентрации озона и оксидов азота не превышали максимально допустимых концентраций и составляли 0,8 и 0,1 ПДКм.р.. Максимальные значения расчетных концентраций, вследствие «пропорциональности» произведенных расчетов массе и площади, соответствуют дням, в которые зарегистрированы максимальные площади лесных пожаров, а минимальные концентрации были получены, соответственно, в дни с минимальными площадями.
Концентрации загрязняющих веществ, рассчитанные с помощью метода полей концентрации на расстоянии десяти километров от очага пожара, в период с 16 по 21 апреля 2008 г., когда проходили наиболее масштабные лесные пожары, были наиболее высокими. Средние значения концентрации за данный период были равны: CO – 3,8, взвешенные вещества – 1,9, РМ2,5 – 0,9, сажа – 0,4, озон – 0,03, NOх – 0,01 мг/м3. Средние значения концентраций таких веществ как взвешенные вещества, РМ2,5, сажа, полученные за период действия наиболее масштабных лесных пожаров методом полей концентрации, превышали ПДКм.р. в 3,8; 5,6 и 2,6 раза, соответственно.
Концентрации загрязняющих веществ, полученные при расчете на ПО «Эколог», были рассчитаны только для двух наиболее крупных пожаров, прошедших в 16 по 21 апреля 2008 г. Поэтому концентрации по данным постов наблюдения загрязнения воздуха (ПНЗ) и расчетные концентрации полученные методом полей концентрации были взяты за этот же временной промежуток.
При рассмотрении концентраций, полученных расчетным путем, можно отметить, что результаты, полученные с использованием ПО «Эколог» в несколько раз выше, результатов расчета концентраций методом полей концентрации. Концентрации оксида углерода, взвешенных веществ, РМ2,5 рассчитанные с помощью ПО «Эколог» выше в 1,4 раза, концентрации сажи в 1,7 раза, озона в 1,3 раза и оксидов азота (NOx) в 2 раза, чем концентрации полученные вторым расчетным способом (таблица 3.4).
Вследствие того, что на ПНЗ наблюдения ведутся не по всему перечню рассматриваемых веществ, сравнительный анализ концентраций полученных опытным и расчетным путем был выполнен только для таких веществ, как оксид углерода, оксиды азота, взвешенные вещества и сажа. Инструментально замеренные концентрации оксида углерода оказались довольно близкими к значениям концентраций, полученных расчетным путем. Так, концентрация оксида углерода, полученная на ПНЗ г. Читы, была в 1,5 раза меньше концентраций рассчитанных с помощью ПО «Эколог», и в 1,1 раза меньше концентрации, рассчитанной в точке на расстоянии 10 км от лесных пожаров. Содержание в атмосферном воздухе взвешенных веществ и сажи по данным ПНЗ, меньше расчетных концентраций в 3 – 5 раз (взвешенные вещества) и в 10 – 17 раз (сажа). Концентрации оксидов азота, измеренных в атмосферном воздухе в ПНЗ, оказались выше концентраций оксидов азота, полученных обоими расчетными способами. Расчетные значения, полученные с помощью ПО «Эколог», были меньше значений, определенных инструментальным путем в 2,5 раза и в 5 раз меньше инструментальных значений были концентрации оксида азота, рассчитанной в точке на расстоянии десяти километров от очага пожара.
Различие результатов, полученных разными расчетными путями, было обусловлено тем, что концентрации по «Экологу» рассчитывались по большому числу точек, расположенных на территории г. Чита на различном удалении от очагов лесных пожаров. За счет этого в результатах, полученных данным способом, присутствовали концентрации с очень большим диапазоном изменения их значений. Также различия в результатах расчета могли объясняться тем, что мощность источника выброса загрязняющих веществ была рассчитана для разных промежутков времени. Тем не менее, значения концентраций, полученных обоими способами, оказались достаточно близкими. При дополнительной доработке расчетов мощности источников и количества расчетных точек, возможно, будет возможным сократить полученные различия.
Таким образом, с учетом поправок на разницу с значениями концентраций замеренных инструментально, возможно применение расчетных способов установления концентраций загрязняющих веществ, образующихся в результате лесных пожаров, для проведения предварительных оценок загрязнения атмосферного воздуха. Применение данного подхода актуально в условиях близкого расположения очага лесного пожара к жилым территориям, особенно если на данных территориях нет стационарных постов по наблюдению за загрязнением атмосферы.
3.3. Оценка качества атмосферного воздуха г. Чита
Город Чита последние 7 лет входит в Приоритетный список городов с наибольшим уровнем загрязнения [29, 30, 67]. В среднем в г. Чите стационарными источниками выбрасывается 37,7 тыс. тонн загрязняющих веществ в год. Основные загрязняющие вещества: бенз(а)пирен, формальдегид, взвешенные вещества, диоксид азота.
По данным наблюдений Росгидромета г.Читы, в период с 2000 по 2008 годы по многим веществам среднегодовые концентрации превышают ПДКс.с. Так, среднегодовая концентрация взвешенных веществ колебалась от 0,28 до 0,38 мг/м3, что в среднем превышало ПДКс.с. в 2,2 раз. Средняя концентрация диоксида азота составила 0,06 мг/м3, что превышало ПДКс.с. в 1,5 раза. Средние концентрации формальдегида и бенз(а)пирена составляли 0,009 мг/м3 и 4,08 мкг/м3, что соответствовало превышению ПДКс.с. в 3,0 и 4,1 раза. В течение нескольких лет наблюдалось загрязнение атмосферного воздуха фенолом, однако среднемноголетняя концентрация находилась на уровне ПДКс.с.. В изучаемый период (2000 – 2008 гг.) кратность превышения ПДКс.с. по таким веществам как бенз(а)пирен и взвешенные вещества в г. Чите, была больше в 2 раза, что соответствовало кратности превышения по этим же веществам их средних концентраций по России [67].
По прочим веществам: оксиду углерода, оксиду азота, сероводороду, диоксиду серы и саже, в период 2000 – 2008 гг., среднегодовые концентрации не превышали установленных ПДКс.с. для данных веществ.
Для представления особенностей распределения разовых концентраций загрязняющих веществ во время лесных пожаров был проанализирован период, который условно разбили на холодный, переходный и теплый сезоны: март – отнесен к холодному периоду, среднесуточные температуры составляли минус 3,1, апрель - к переходному (2,3), май - к теплому (7,50С).
Оценка качества атмосферного воздуха проведена с использованием сезонного фонового содержания примесей в воздушном бассейне на территории поста наблюдения Росгидромета г. Чита, который в сравнительном анализе был взят как наиболее чистый. Сезонная фоновая концентрация была рассчитана по разовым концентрациям за соответствующий период (таблица 3.5).
Потери здоровья населения в период высокого кратковременного загрязнения атмосферного воздуха дымом лесных пожаров
Среднегодовой уровень обращаемости за СМП по поводу БОД в возрастной группе 18 – 49 лет был меньше, чем у детского населения в 5 – 11 раз. Наибольшая разница в уровнях обращаемости по поводу БОД между возрастными группами была зафиксирована в районе №1, там она составила 11 раз, а наименьшая в районе №4 – 5 раз. В возрастной группе 50 – 64 года, относительно уровней обращаемости за СМП группы детского населения, среднегодовой уровень обращаемости был меньше в 5 – 7 раз. Наибольшее различие между уровнями обращаемости в зависимости от загрязнения атмосферного воздуха наблюдалась в районе №2, здесь уровень обращаемости по поводу БОД взрослого населения по сравнению с группой детского населения был меньше в 7 раз. Достоверные отличия среднегодовых уровней обращаемости между группой детского населения и лицами старшего возраста отмечены в районе №1. В данном районе среднегодовой показатель обращаемости в группе старшего возраста был в 1,8 раза меньше уровней, зафиксированных в группе детского населения. В остальных районах среднегодовой показатель ежедневной обращаемости в возрастной группе 65 лет и старше не имел достоверных отличий от уровней обращаемости в группе детского населения. Таким образом, получили, что среднегодовые уровни обращаемости за СМП по поводу БОД в группах детского и старшего населения в районах №2, №3 и №4 были практически одинаковыми.
В группе детского населения наибольший среднегодовой показатель ежедневной обращаемости по БОД отмечен в районе №2. На втором месте по величине среднегодового показателя ежедневной обращаемости был район №1. На третьем и четвертом месте по уровням обращаемости по поводу БОД среди детского населения были районы №3 и №4 соответственно. Уровни обращаемости за СМП по поводу БОД среди детского населения по районам отличались в 1,03 – 1,7 раз, но статистически достоверных отличий между рассматриваемыми районами отмечено не было. В возрастной группе 18 – 49 лет наименьшие уровни обращаемости по поводу БОД отмечены в районе №1, а наибольшие - в районе №3. Среди группы лиц старшего возраста (65 лет и старше) наибольшие уровни обращаемости по поводу БОД были зафиксированы в районе №3. Наименьшие уровни обращаемости в данной возрастной группе зафиксированы в районе №4. Разница между районами составляла 2,4 раза.
При рассмотрении среднегодовых уровней ежедневной обращаемости за СМП по поводу сердечно – сосудистых заболеваний были отмечены уровни, которые достоверно выше в группе лиц старшего возраста (таблица 4.2). Уровень обращаемости по поводу ССЗ среди лиц старшего возраста был 120 – 220 раз выше, чем среди детского населения, в 28 – 37 раз выше, чем среди лиц в возрасте от 18 до 49 лет, и в 3 – 7 раз выше, чем в группе лиц 50 – 64 лет. Также во всех изучаемых районах, и в городе в целом, уровень обращаемости по поводу ССЗ в возрастной группе 50 – 64 лет был достоверно выше данного показателя возрастных групп 0 – 17 лет и 18 – 49 лет.
Среди лиц в возрасте от 18 до 49 лет наибольший показатель обращаемости отмечен в районе №2, где он был равен 6,3 00. Наибольший уровень среднегодовой ежедневной обращаемости по поводу ССЗ в группе 50 – 64 лет наблюдался в районе №3 (30,5 00). А среди лиц старшего возраста данный показатель имел наибольшее значение в районе №2 (182,2 00). Достоверные отличия уровней обращаемости по районам внутри возрастных групп были отмечены только среди лиц пожилого возраста. Уровень обращаемости среди лиц пожилого возраста в районе №2 был в 1,9 больше, чем в районе №4, и в 1,4 раза больше, чем в районе №3. Между районом №1 и №2 зафиксирована разница уровней обращаемости в 1,2 раза, но данное различие не являлось достоверно значимым. 4.2. Потери здоровья населения в период высокого кратковременного загрязнения атмосферного воздуха дымом лесных пожаров
В период высокого кратковременного загрязнения атмосферного воздуха дымом лесных пожаров в возрастной группе 0 – 17 лет по БОД отмечен рост обращаемости за скорой медицинской помощью (СМП) во всех изучаемых районах (таблица 4.3). Наибольшее число обращений за СМП в период высокого загрязнения атмосферного воздуха было зарегистрировано в районе №2. Среднее число обращений в сутки в данном районе было выше числа обращений в остальных районах в 1,2 раза. В постэкспозиционный период число обращений по поводу БОД среди детского населения снижалось в 1,3 раза. Наибольшая убыль числа случаев отмечена в районе №4, а наименьшая в районе №1. В районе №3 наоборот, был отмечен прирост обращений по поводу БОД в ПЭП, который составил 3%.
Относительно среднегодовых показателей число случаев обращений в сутки по поводу БОД в период высокого загрязнения атмосферного воздуха в группе 0 – 17 лет прирост во всех изучаемых районах был положительным (таблица 4.3). На первом месте, по-прежнему, оставался район №4. На втором месте по приросту относительно среднегодовых показателей в данной возрастной группе находится район №2 (7,6%). Район №3 занимал третье место по величине прироста относительно среднегодовых показателей (7,6%). На четвертом месте по величине прироста числа обращений по поводу БОД относительно среднегодовых показателей находился район №1.
В целом для города Чита число случаев обращений за СМП по поводу БОД среди детского населения составило 38,2 случая на 100000. Данный показатель на 12% больше среднегодового значения обращаемости и на 18% выше числа обращений в постэкспозиционный период.
Сравнивая ежедневные уровни обращаемости населения за СМП с ежедневными уровнями концентраций в период высокого кратковременного загрязнения, отмечено, что увеличение уровней обращаемости до 6 раз, достигая своих максимальных значений, отмечалось в последующие четыре - шесть дней после регистрации максимальных концентраций. Так, в дни с максимальными концентрациями загрязняющих веществ на территории района №1 обращаемость в возрастной группе 0 – 17 лет по БОД была равна 10,300, а в последующие дни она возрастала до 61,800; в районе №2 обращаемость увеличилась с 15,5%о00 ДО 62о/оо00; в районе №3 - с 15,8%о00 ДО 79о/оо00; в районе №4 - с 23,8%ооо до 95,6%ооо (таблица 4.4).
Максимальные уровни обращаемости по поводу БОД были выше средних уровней за острый период в районе №1 в 1,6, в районе №2 в 1,4 , в районе №3 в 2,1, в районе №4 в 2,7 раза. Наибольшая убыль уровней обращаемости в постэкспозиционный период была отмечена в районе №4 (-260%). В районе №2 наблюдали вторую по значимости убыль обращений за СМП по поводу БОД(-175%), в районе №3 - третью (-104%) и наименьшую убыль в ПЭП относительно максимальных уровней обращаемости отметили в районе №1.
Прирост числа обращений по поводу БОД в группе детского населения относительно среднегодовых показателей составлял от 62% до 313% (таблица 4.4). По отношению к среднегодовым уровням значение приростов распределялось в той же последовательности, что и при рассмотрении уровней в ПЭП. В среднем по городу максимальное число обращений за СМП по поводу БОД достигало значения 82,3 случая на 100000 человек; относительно числа обращений в ПЭП данное значение числа обращений было выше на 159%, а относительно среднегодовых уровней – на 142%.
Пик обращаемости детского населения по поводу сердечно–сосудистых заболеваний, также как и в случае с обращаемостью по поводу БОД, приходился в дни следующие после максимальных концентраций. Так, в районах №2 и №3 рост числа обращаемости после пика концентраций загрязняющих веществ составил от 0 до 15,800. В среднем по городу Чита максимальное число обращений детского населения по поводу ССЗ составило 7,8 случая на 100000 населения. Этот уровень обусловил прирост случаев обращений за СМП до 387% относительно постэкпозиционных уровней, и до 609% относительно среднегодовых уровней обращаемости по поводу ССЗ.
Таким образом, наибольшее максимальное значение числа случаев обращаемости по поводу БОД наблюдалось в районах №4 и №2. В данных районах отмечали самые высокие приросты обращаемости и максимальные уровни обращаемости. Число обращений по поводу ССЗ среди детского населения было наиболее высоким в районе №3.
Средние уровни обращаемости в период высокого загрязнения атмосферного воздуха показал, что имело место увеличение числа обращений за СМП по поводу болезней органов дыхания (БОД) населения в возрасте 18 – 49 лет проживающих в районах № 1 – 3. В этих районах средние уровни обращаемости в острый период за СМП были в 1,2 – 1,5 раза выше среднегодовых показателей, что явилось причиной прироста среднего числа обращений за СМП на 19 – 50% относительно среднегодовых уровней (таблица 4.5).
Результаты трехмерного анализа зависимости в системе «загрязнение атмосферного воздуха – обращаемость за скорой медицинской помощью - смертность»
Для оценки влияния лесных пожаров весны 2008 г. на состояние окружающей среды и качества человеческой популяции по показателям здоровья населения г. Чита использовали комплексный подход для расчета эколого-экономического ущерба. При этом следует отметить, что единой методики для подобного рода оценки, когда в комплексе рассматриваются последствия (ущерб) от пожаров для природных экосистем, экономической деятельности человека, связанной с лесной отраслью народного хозяйства, здоровья людей, проживающих на урбанизированных территориях, ассимилирующих продукты горения лесов, в литературе найдено не было. Поэтому для определения ущерба опирались на отдельные нормативные акты, методики и подходы, отражающие «ресурсный» подход к оценке последствий от лесных пожаров [40], отражающую «экосистемный» подход к аналогичной оценке [9, 102], а также методики, позволяющие рассчитать ущерб от повышения уровня обращаемости по поводу БОД, ССЗ и смертности (по поводу ССЗ) [79].
На примере наиболее масштабных пожаров, прошедших во второй декаде апреля 2008 года, общая площадь которых составила 2055 га, был оценен размер ущерба, нанесенного лесному хозяйству Читинского лесничества из-за потерь древесины, и социуму исследуемых районов города Чита в связи с потерей здоровья различных групп населения вследствие задымления селитебной территории продуктами горения лесных пожаров.
Во второй декаде апреля 2008 года из-за лесных пожаров потери древесины (преимущественно сосны) составили 72 927 м3, что привело к ущербу для лесного хозяйства Забайкальского края в размере 5 486 тыс. рублей. Во время массовых лесных пожаров на население г. Чита влияло загрязнение атмосферного воздуха продуктами горения лесных горючих материалов, что явилось причиной повышения уровня обращаемости за СМП по поводу БОД, ССЗ и смертности. Общий экономический ущерб от повышения уровня обращаемости за СМП по поводу БОД в г. Чита составил 193 тыс. рублей. Экономический ущерб от повышения уровня обращаемости по поводу ССЗ составил 78 тыс. рублей. Повышение уровня смертности по поводу ССЗ, в результате воздействия взвешенных веществ, для города обернулся ущербом в 97 825 тыс. рублей. Таким образом, медико-социальные потери г. Чита во время наиболее масштабных лесных пожаров, составили 98 096 тыс. рублей.
Таким образом, говоря о потерях от лесных пожаров второй декады апреля 2008 года, оцененных с позиций «ресурсного» подхода к оценке ущербов, населению г. Чита был причинен ущерб, сумма которого составила 103 582 тыс. рублей. Наибольшая доля в социально-экономическом ущербе приходилась на потери здоровья населения – 94,7%.
Соответственно, доля ущерба лесного хозяйства от потерь древесины составила 5,3% от общей суммы социально-экономических ущербов, причиненных лесными пожарами.
По данным МЧС, за пожароопасный период 2010 г. лесными пожарами было пройдено один миллион га, и ущерб составил 12 млрд. рублей [20]. В пересчете на один гектар был получен ущерб в размере 12 000 рублей. При этом в эту сумму вошли затраты на преодоление лесных пожаров, средства, выделенные на строительство жилья погорельцам, затраты на привлечение дополнительных ресурсов. По результатам проведенного исследования ущерб лесного хозяйства, в результате прошедших лесных пожаров во второй декаде апреля 2008 г. в Читинском лесничестве, составил сумму 2 182 руб/га. Полученная сумма в 5 раз меньше суммы по данным МЧС, что объясняется тем, что в диссертационной работе учтена только стоимость потерь древесины.
При оценке ущерба от лесных пожаров с позиции «экосистемного» подхода была получена сумма в размере 6,2 млрд. рублей, или 3 054 тыс. рублей на гектар. Очевидно, что размеры «экосистемного» ущерба многократно превышают ущербы, полученные в рамках «ресурсного» подхода, причем как выполненные нами, так и результаты оценки МЧС. Расхождения в оценке ущербов от лесных пожаров с официальными данными отмечены не только в нашей работе. Если, например, взять пожароопасный сезон 2010 года, то можно отметить, что существует еще, как минимум, две оценки величины ущерба нанесенного лесными пожарами [75, 95]. По результатам исследования аналитиками HSBC и «Уралсиба» влияния засухи 2010 года на экономику РФ ущерб оценивался суммой порядка 450 млрд. рублей. В это же время, по данным экологов Центра охраны дикой природы, последствия лесных пожаров 2010 года были оценены суммой свыше 300 млрд. долларов, или порядка 25 тыс. долларов на гектар.
Итак, суммарный комплексный экономический ущерб, в котором были учтены «экосистемный» и «ресурсный» подходы к оценке последствий лесных пожаров, экономический ущерб от потерь здоровья населения, подвергшегося воздействию дыма от лесных пожаров, составил 6,4 млрд. рублей. Из этой суммы на долю экологической составляющей приходилось 98,1, медико-социальной – 1,8, хозяйственных потерь древесины – 0,1%. В рамках разработанного в диссертационной работе подхода получили, что ущерб лесной экосистеме был самым значительным, так как многократно превышал ущерб, рассчитанный в рамках «ресурсного» подхода и ущерб, наносимый здоровью населения исследуемых районов г. Чита.
Поскольку, как показали исследования в данной диссертационной работе, эмиссия поллютантов представлена как фактор увеличивающий загрязнение атмосферного воздуха селитебной зоны города Чита, что приводило к снижению качества популяции по показателям, характеризующим здоровье населения, то был разработан алгоритм совместных действий различных структур федерального подчинения и органов местного самоуправления в ситуации лесного пожара (рисунок).
В алгоритме (рисунок) взаимосвязаны между собой пять блоков, характеризующих последовательное развитие ситуации с лесными пожарами в рамках трех сценариев предполагаемых совместных с органами местного самоуправления действий, в частности таких Федеральных структур, действующих на местном и территориальном уровне, как МЧС, Роскомгидромет и Министерство здравоохранения. При реализации первого блока вступает в силу первый сценарий реагирования, основу которого составляет главным образом мониторинг развития пожара. Если события следуют по направлениям, представленным в блоках 2 и 3, то реализуется второй сценарий действий и доминирующее значение в этом случае приобретает мониторинг метеорологических условий. Реализация ситуации в рамках блоков 4 и 5 связана с третьим сценарием развития пожарной ситуации, когда возникает реальный риск для здоровья населения. Согласно этому сценарию при повышении уровней концентраций загрязняющих веществ на селитебной территории действия всех служб, опирающихся на мониторинг состояния атмосферного воздуха, дополняются мероприятиями, направленными на изменение поведения населения, адекватно угрозам жизни и здоровья, реализацию медико-профилактических мероприятий, в первую очередь, среди лиц из групп повышенного риска, а также усиление сил и средств оказания скорой медицинской помощи.
