Введение к работе
Актуальность темы. Загрязнение атмосферного воздуха - одна из важнейших экологических проблем современных промышленных городов. На фоне возрастающего техногенного загрязнения среды обитания урбанизированных регионов отчетливо проявляются негативные процессы, связанные со значительным ущербом здоровью горожан, материально-техническим объектам (зданиям, сооружениям, коммуникациям), а также зеленым насаждениям. Это определяет актуальность исследований по выявлению приоритетных загрязняющих веществ в атмосфере городов и созданию региональных систем мониторинга воздушного бассейна.
Теоретические подходы к изучению данной проблемы обоснованы во многих трудах отечественных и зарубежных ученых по урбоэкологии, экологической климатологии и мониторингу окружающей среды (Э.Ю. Безуглая, 1986,1991; М.Е. Берлянд, 1985,2001; А.А. Исаев, 2003; Ю.А. Израэль, 1984; Б.А. Ревич, Б.Б. Прохоров с соавт, 1995, 2004; I. Turiel, 1985; R. Wilson, 1990 и др.). Практическая направленность этих исследований в последние годы подкреплена рядом научно-методических изданий и нормативных документов по контролю состояния атмосферы и оценке риска для здоровья населения, связанного с загрязнением воздушного бассейна (С.Л. Авалиани, К.С. Буштуева с соавт., 1989,1991,2005; А.В. Киселев, К.Б. Фридман, 1997; Г.Г. Онищенко, СМ. Новиков с соавт., 2002, 2005).
На территории города Воронежа ранее выполнен ряд аналитических исследований по оценке качества городской среды обитания, в том числе по изучению роли аэрогенного фактора в формировании зон экологического риска (М.И. Чубирко, Н.П. Мамчик, С.А. Куролап, О.В. Клепиков с соавт., 1997, 2002,2006; А.В. Назаренко, 1993,2003; О.П. Негробов с соавт., 2000; С.А. Еп-ринцев с соавт., 2007,2008 и др.), которые показали существенный вклад автотранспорта в уровень загрязнения воздушного бассейна, возможность прогноза загрязнения воздуха по метеорологическим параметрам, а также приоритетную роль аэрогенного фактора в формировании общественного здоровья. В то же время не проводилось детального изучения особенностей сезонной динамики загрязнения воздушного бассейна с учетом влияния функционально-планировочной структуры города на формирование полей аэрогенного загрязнения. Не осуществлялось и детальной оценки риска для здоровья населения, а также экологического зонирования города с учетом сезонных различий загрязнения воздушного бассейна и фактора городской застройки.
Цель работы - геоэкологический анализ роли природных и техногенных факторов в формировании загрязнения воздушного бассейна в сезонном аспекте и оценка экологического риска, связанного с аэрогенным загрязнением городской среды. Исследования проведены на территории города Воронежа, являющегося типичным для России и крупнейшим в Центральном Черноземье промышленным центром с населением около 1 млн. человек, атмосфера которого подвергается эмиссии большого количества загрязняющих веществ, вслед-
PDF created with pdfFactory Pro trial version
ствие выбросов автотранспорта, объектов теплоэнергетики и промышленных предприятий в основном нефтехимического и машиностроительного профиля. Для достижения цели поставлены и решены следующие задачи.
Сформирована база данных по параметрам загрязнения воздушного бассейна и критериям заболеваемости населения города Воронежа с использованием собственных аэроаналитических измерений и фондовых данных Центра гигиены и эпидемиологии в Воронежской области за 1996 - 2008гг.
Осуществлен анализ пространственно-временных закономерностей формирования полей загрязнения атмосферы с учетом сезонных метеорологических условий и функционально-планировочной структуры города.
Проведена оценка риска для здоровья населения, связанного с загрязнением воздушного бассейна города, направленная на оценку канцерогенного, общетоксического рисков и времени наступления потенциального токсического эффекта.
Выполнена статистическая оценка связей в системе «атмосферный воздух - здоровье населения» и построены прогнозные модели «доза - эффект» для приоритетных загрязняющих веществ и групп риска среди населения.
Построены электронные карты загрязнения города в сезонном аспекте и карты уровней риска для здоровья населения на основе методов геоинформационного картографирования в среде Maplnfo, а также выполнено зонирование города по опасности аэрогенного загрязнения среды обитания.
Разработана система воздухоохранных и профилактических мероприятий по снижению антропогенной нагрузки на атмосферный воздух и оздоровлению городской среды как составной блок городской экологической политики.
Объектами исследования являются состояние атмосферного воздуха и здоровья населения г.Воронежа. Предметом исследования выступают поля аэрогенного загрязнения городской среды и закономерности их формирования с учетом сезонного фактора и особенностей функционально-планировочной структуры города в условиях интенсивного техногенного загрязнения воздушного бассейна.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
дана детальная оценка «сезонного вклада» приоритетных загрязняющих веществ в общее загрязнение воздушного бассейна города;
выявлены типы сезонной динамики загрязнения атмосферы в зависимости от характера функционально-планировочной структуры города (промышленной, транспортной, селитебно-рекреационной);
осуществлено картографирование полей аэрогенного загрязнения и уровней экологического риска на основе банка собственных аэроаналитических измерений и фондовых материалов городских природоохранных ведомств с помощью современных геоинформационных технологий (в среде Maplnfo);
рассчитаны прогнозные оценки состояния общественного здоровья при различном качестве атмосферы («модели доза-эффект» для приоритетных загрязняющих веществ);
обоснованы рекомендации для совершенствования сопряженной системы мониторинга состояния атмосферного воздуха и здоровья населения с обоснованием комплекса природоохранных мероприятий.
PDF created with pdfFactory Pro trial version
Предложенные методы и подходы к оценке экологического риска позволяют повысить обоснованность геоэкологической оценки урбанизированных территорий и разработать комплекс мероприятий по снижению риска в экологически неблагополучных районах крупных городских агломераций.
Практическая значимость диссертационного исследования заключается в совершенствовании системы мониторинга воздушного бассейна города Воронежа, дополненной новыми постами контроля; получении наглядной картины динамики загрязнения воздуха в сезонном аспекте; использовании результатов прогноза уровней заболеваемости населения для профилактики экологически обусловленных заболеваний и разработке комплекса природоохранных мероприятий по снижению антропогенной нагрузки и минимизации риска аэрогенного загрязнения территории города.
Эффективность исследований подтверждена внедрением результатов исследования в практическую деятельность Центра гигиены и эпидемиологии в Воронежской области в виде целевой программы мониторинга атмосферы и прогнозирования эколого-гигиенической ситуации, обусловленной качеством воздушного бассейна. Полученные результаты могут быть использованы региональными природоохранными ведомствами для обоснования воздухоохран-ных мероприятий и совершенствования экологического мониторинга в целом.
Результаты исследований используются в учебном процессе Воронежской государственной технологической академии и Воронежского государственного университета в преподавании курсов «Геоэкологический мониторинг», «Аналитические моды контроля окружающей среды», «Экологическое проектирование и экспертиза» для студентов специальностей «геоэкология», «природопользование», «охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов».
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, обстоятельной аргументацией принятых допущений и ограничений при разработке методики интегральной оценки геоэкологических рисков территорий городских агломераций; а также согласованностью с результатами, полученными другими авторами.
Фактический материал и методы исследования.
Основным исходным материалом послужили данные аэроаналитических измерений автора на территории города Воронежа, выполненных в 2007 -2008гг. и дополненных фондовыми материалами маршрутных постов контроля атмосферы, а также мониторинга воздушного бассейна и состояния здоровья населения Центра гигиены и эпидемиологии в Воронежской области (1996 -2008гг.).
В качестве параметров качества воздуха выбраны средние концентрации 8 приоритетных ингредиентов 2 класса опасности (формальдегид, фенол, оксид меди, акролеин); 3 класса опасности (пыль /взвешенные вещества/, диоксид серы, диоксид азота); 4 класса опасности (оксид углерода), а также вещества с
PDF created with pdfFactory Pro trial version
канцерогенным эффектом: бенз(а)пирен, свинец и сажа. Всего проанализировано 74 точки контроля состояния атмосферы, обеспеченных достоверными данными. Основной принцип выбора точек контроля - равномерный охват территории города и отбор проб в различных функционально-планировочных районах города с учетом градостроительного зонирования: 1) селитебно-транспортная (26 точек), 2) селитебно-промышленная (20 точек), 3) общественно-деловая (20 точек), 4) селитебно-рекреационная зона (8 точек). Соотношение точек по зонам соответствует удельному весу соответствующей планировочной зоны в общем балансе городской застройки. Объем проанализированных проб воздуха составил около 6620 проб воздуха (за 1996-2008гг.), для натурных аэроаналитических исследований (2007-2008гг.) использовался электроаспиратор модели «822 ТУ 64-1-862-77».
Исследования базируются на трех группах методов: 1) эколого-аналитических, в том числе аэроаналитических измерениях, 2) вероятностно-статистических и 3) геоинформационно-аналитических. На основе вероятностно-статистического анализа проведены расчёты уровней техногенного загрязнения воздушного бассейна и индексов экологического риска, оценка связи загрязнения атмосферы с метеоусловиями периода отбора проб, а также построены модели «доза-эффект» для оценки «ответной реакции» детского населения на качество воздушного бассейна города. При помощи геоинформационно-аналитических технологий построены карты, отражающие пространственно-временные особенности загрязнения атмосферы по 8 приоритетным загрязняющим веществам и уровням экологического риска в среде Maplnfo 7.8 (модуль «Тематические карты», утилита «Поверхность», метод - проведение псевдоизолиний).
Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на II Международной научно-практической конференции «Состояние биосферы и здоровье людей» (Пенза, 2002), Первой общероссийской научно-технической конференции «Вузовская наука-региону» (Вологда 2003), IV Международной научно-практической конференции «Природноресурсный потенциал, экология и устойчивое развитие регионов России» (Пенза, 2005), Межрегиональных научно-практических конференциях «Охрана окружающей среды на территории муниципальных образований» (Воронеж, 2006), «Город и экология» (Воронеж, 2008), XI Международной научно-практической конференции «Проблемы экологии и экологической безопасности Центрального Черноземья Российской Федерации» (Липецк, 2007), Всероссийской научной конференции «Экологические проблемы природных и урбанизированных территорий» (Астрахань, 2009), Всероссийской научной конференции «Геоинформационное картографирование в регионах России» (Воронеж, 2009), а также итоговых научных конференциях ВГТА (Воронеж, 2000 - 2006) и ВГУ (2008 - 2009).
Личный вклад. Автору принадлежит основная идея и постановка задачи исследования, проведение аэроаналитических измерений в процессе натурных наблюдений, статистическая обработка данных, геоинформационное картогра-
PDF created with pdfFactory Pro trial version
фирование полей аэрогенного загрязнения и уровней экологического риска, а также интерпретация результатов и разработка практических рекомендаций.
Публикации результатов исследования. По материалам диссертационной работы опубликовано 29 печатных работ, в том числе 1 работа - в ведущем рецензируемом издании, рекомендованном ВАК РФ.
Положения, выносимые на защиту.
Анализ пространственно-временных закономерностей загрязнения атмосферы с учетом сезонного фактора и типа городской застройки в условиях интенсивного техногенного загрязнения города Воронежа.
Результаты оценки экологического риска для населения и зонирование городской среды по опасности аэрогенного загрязнения.
Система природоохранных мероприятий по снижению экологического риска и мониторингу воздушного бассейна крупного промышленного центра.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка из 173 наименований, в том числе 26 источников иностранной литературы и 6 приложений. Работа изложена на 215 страницах и содержит в основном тексте 31 рисунок и 47 таблиц.
Автор выражает искреннюю благодарность за методическую помощь в сборе и обработке фактического материала при выполнении работы д.т.н., профессору СИ. Корыстину; д.б.н., профессору О.В. Клепикову и к.г.н., доценту Ю.А. Нестерову.
