Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Актуальность проблемы лесных пожаров 10
1.1 Общее описание лесов Хабаровского края 10
1.2 Лесные пожары 14
1.3 Влияние пожаров на функционирование региона 16
1.3.1 Ущерб от лесных пожаров на глобальном и локальном уровне 17
1.3.2 Основные подходы к определению ущербов от лесных пожаров 19
1.4 Система показателей для комплексной оценки опасности лесных пожаров .21
Выводы 25
Глава 2 Пожарная ситуация 1998 года в Хабаровском крае 27
2.1 Актуальность данных о ситуации 1998 года для исследования 27
2.2 Характеристика пожароопасного периода 28
2.3 Структурирование и преобразование данных о лесных пожарах 32
2.4 Статистический анализ характеристик лесных пожаров 1998 года 36
2.4.1 Расстояние от городской территории 36
2.4.2 Анализ расположения пожаров относительно розы ветров 37
2.4.3 Анализ распределения пожаров по площади 38
2.4.4 Анализ распределения пожаров по месяцам пожароопасного периода...43 Выводы 46
Глава 3 Метод оценки воздействия лесного пожара на воздушную среду населенных территорий и его реализация на примере лесных пожаров 1998 года 47
3.1 Метод оценки воздействия лесного пожара на воздушную среду населенных территорий 47
3.2 Основные элементы моделирования 50
3.3 Описание реализации модели загрязнения воздушной среды выбросами лесных пожаров 51
3.3.1 Первый этап-анализ состава выбросов лесного пожара 51
3.3.2 Второй этап-определение параметров источников 56
3.3.3 Третий этап-формирование таблиц параметров 70
3.3.4 Четвертый этап-расчет полей концентраций загрязняющих веществ на исследуемой территории 73
Выводы 77
Глава 4 Качественная и количественная оценка загрязнения воздушной среды населенных территорий в период лесных пожаров 79
4.1 Анализ загрязнения по данным замеров 79
4.2 Анализ загрязнения по данным моделирования 83
4.2.1 Сопоставление данных замеров и моделирования 84
4.2.2 Анализ загрязнения по исследуемым веществам 86
4.2.3 Анализ по территориальному распределению загрязнения 88
4.2.4 Анализ вкладов источников 94
4.3 Количественная оценка уровня загрязнения в период лесных пожаров 94
4.4 Качественная оценка опасности загрязнения воздуха на основе анализа заболеваемости населения до и после 1998 года 96
Выводы 107
Глава 5 Нейросетевое моделирование распределения загрязняющих веществ в воздушной среден его применение в экологическом мониторинге 109
5.1 Этапы экологического мониторинга 109
5.2 Реализация модуля для визуализации пожарной ситуации 111
5.3 Моделирование распределения полей концентраций загрязняющих веществ на основе искусственных нейронных сетей 113
5.3.1 Основные элементы искусственных нейронных сетей 113
5.3.2 Построение нейросетевой модели распределения полей концентраций 115
5.3.3 Обучение нейросетевой модели 118
5.3.4 Моделирование значений концентраций между контрольными точками и получение прогнозных оценок 120
5.3.5 Определение степени влияния входных параметров на моделирование распределения концентраций 121
5.3.6 Программная реализация нейросетевой модели 124
Выводы 126
Заключение 128
Список используемых источников 133
Приложения 141
- Система показателей для комплексной оценки опасности лесных пожаров
- Анализ расположения пожаров относительно розы ветров
- Четвертый этап-расчет полей концентраций загрязняющих веществ на исследуемой территории
- Качественная оценка опасности загрязнения воздуха на основе анализа заболеваемости населения до и после 1998 года
Введение к работе
Проблема негативных воздействий человека на окружающую природную среду, ее деградации, защиты от загрязнений является одной из глобальных проблем современности. Лесные пожары, оставаясь одним из мощных природных факторов, влияющих на глобальные изменения окружающей среды, сегодня в большинстве случаев возникают по вине человека. Следы этого явления можно найти на каждом континенте. Хорошо известны своими катастрофическими последствиями пожары последних лет в США, Мексике, Австралии, России. В Хабаровском крае крупные лесные пожары регистрируются каждые 10 лет (1968, 1978, 1988 гг.), а катастрофических масштабов достигают в среднем раз в 22 года (1954,1976,1998 гг.).
Тепловые и дымовые выбросы обширных лесных пожаров меняют динамику атмосферы, процессы циркуляции воздушных масс, и тем самым, погодные условия в отдельных регионах. Особенности рельефа ряда населенных мест края, расположенных в долинах и межгорных котловинах, обуславливают застойные явления воздушных масс, устойчивую направленность ветров, длительные периоды безветрия, что усиливает воздействие интенсивной и длительной задымленности от лесных пожаров, создавая серьезные угрозы для здоровья населения.
При оценке последствий лесных пожаров учитываются, прежде всего, масштабы прямого ущерба: непосредственная угроза жизни людей, объектам техносферы, природным объектам, находящимся в зоне пожара, ценность и объемы поврежденной древесины, угроза сохранению биоразнообразия. В то же время косвенный ущерб от пожара, обусловленный ухудшением состояния здоровья населения, вызванного длительной задымленностью, и снижающий эффективность деятельности всех отраслей промышленности, может оказаться больше по своей величине и значимости. Для крупных промышленных центров с высоким индексом загрязнения атмосферы косвенный ущерб от воздействия длительной задымленности приобретает особое значение.
Учет таких ущербов затруднен отсутствием приемлемых методов и средств для оценки воздействия лесного пожара на уровень загрязнения атмосферы населенных территорий.
По сравнению с другими компонентами геосферы атмосфера имеет ряд присущих только ей особенностей - высокую подвижность, изменчивость составляющих ее элементов и своеобразие молекулярных реакций. Загрязнение атмосферного воздуха — это постоянно действующий общепризнанный фактор, оказывающий отрицательное воздействие на здоровье горожан. Для определения соответствия качества воздушной среды городов установленным нормативам используются методы измерений и расчетов.
Измерения позволяют дать оценку уровня загрязнения применительно к здоровью человека путем сопоставления с санитарно-гигиеническими нормативами (для атмосферного
воздуха - это предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ). Наблюдение за состоянием воздушной среды ведет служба Росгидромета на стационарных постах, соответствующих характерным точкам города. Такие точки отражают ситуацию в районах города со сходными источниками загрязнения (зона влияния предприятий, зона влияния автомагистралей и т.д.).
Расчетные методы дают представление о значениях концентраций в зоне влияния промышленных предприятий, при соблюдении ими нормативов предельно допустимых выбросов (ПДВ) и возникновении неблагоприятных для рассеивания примесей в атмосфере погодных условий в рассматриваемом районе города.
В случае задымленности воздушной среды города, вызванной выбросами от лесных пожаров метрологические и расчетные методы оценки уровня загрязнения, разработанные для стандартных городских источников загрязнения, становятся неприемлемыми. Это обусловлено постоянным изменением во времени параметров исследуемого источника, наличием различных вероятностей скорости распространения, направления развития и масштаба лесного пожара, а значит постоянным изменением во времени и в пространстве распределения концентраций загрязняющих веществ. В таких условиях затруднительно выделить характерные зоны или точки со сходными условиями, поэтому данные замеров на стационарных постах становятся малоинформативными. Для г. Комсомольска-на-Амуре с населением около 286 тысяч человек ситуация осложнена еще и тем, что все посты наблюдений размещены лишь в одном из двух, практических равных по населенности округов города. Расчетные данные в зоне влияния предприятий могут быть использованы только как данные о фоновом загрязнении в соответствующих районах.
Для разработки планов превентивных мероприятий, адекватных размерам возможного прямого и косвенного ущерба, требуется наличие эффективных методов и средств оценки характера и уровня воздействия лесных пожаров на воздушную среду населенных территорий с учетом изменения распределения концентраций загрязняющих веществ в местах пребывания различных групп населения.
Наиболее перспективный подход к решению подобных задач - сочетание инструментальных измерений концентраций загрязняющих веществ в отдельных точках и методов моделирования распределения загрязнения на всей исследуемой территории. Такой подход позволит определять тенденцию изменения уровня загрязнения и степень опасности ситуации в режиме краткосрочных и среднесрочных прогнозов. Применение теории искусственных нейронных сетей в качестве математического аппарата для моделирования даст возможность реализовать модель распределения загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, использующую данные замеров (мониторинговых наблюдений) в определенных точках для восстановления значений концентраций на площадке, ограниченной этими точками.
Для оценки уровня загрязнения, сформированного выбросами лесных пожаров необходима разработка применимых на практике методов и средств, которые бы позволяли:
получать распределение концентраций на территории города с учетом их изменения во времени;
оценивать эквивалентные уровни загрязнения;
определять тенденцию возможного изменения уровня загрязнения в ближайшее время.
Наличие таких оценок даст возможность выполнения всестороннего и многофакторного анализа всех аспектов зависимости между количественными и качественными характеристиками задымленности, с одной стороны, и видом и скоростью ответной реакции населения на предъявленное воздействие, с другой. А также позволит определять размеры косвенных ущербов от лесных пожаров, обусловленных ухудшением здоровья населения и повысить эффективность мероприятий по борьбе с пожарами и защите населения.
Целью работы является разработка методов для анализа и комплексной оценки воздействия лесного пожара, учитывающих изменение качества воздушной среды населенных мест под влиянием лесных пожаров, и степень опасности ситуации в режиме ретроспективной оценки и прогноза.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе определены следующие задачи:
Разработать систему показателей, позволяющую повысить адекватность определения уровня опасности лесных пожаров, учитывая воздействие продуктов горения на качество воздуха населенных мест и изменение показателей заболеваемости населения.
Исследовать ситуацию с лесными пожарами в районе г. Комсомольск-на-Амуре в мае-октябре 1998г. на основе сбора, структурирования и анализа исходной информации о пожарах, данных о замерах концентраций загрязняющих веществ и значениях метеорологических показателей на стационарных постах, данных о показателях заболеваемости населения города.
Разработать информационную модель для расчета полей концентраций в зоне задымления лесного пожара на примере пожарной ситуации 1998г. с использованием методик расчета рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере.
Разработать математическую модель на основе искусственных нейронных сетей (ИНС), позволяющую исследовать и прогнозировать распределение концентраций загрязняющих веществ на местности между заданными контрольными точками и оценивать значимость факторов, влияющих на распределение концентраций на исследуемой территории.
5. Разработать метод оценки воздействия лесных пожаров на воздушную среду населенных территорий, основанный на моделировании распределения загрязняющих веществ, и дать качественную и количественную оценку загрязнения воздуха на примере лесопожарно-го периода 1998 г.
Основное содержание диссертационной работы, посвященное описанию решения поставленных задач, изложено в пяти главах. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ.
В первой главе дано общее описание лесов Хабаровского края и их роли в функционировании региона. Приводится характеристика лесного фонда края, и в частности Комсомольского района по видам древесных пород и запасам древесины, а также другим видам растительных и животных ресурсов дальневосточных лесов. Лесные ресурсы региона широко используются, на их добыче и переработке базируется лесной комплекс, который традиционно является одним из ключевых для экономики Хабаровского края. Анализируется ситуации с лесными пожарами в Хабаровском крае. «Годы пожаров» имеют определенную периодичность: лесные пожары достигают катастрофических масштабов (300 - 400 тысяч га) раз в 22 года, а пожары уровнем ниже возникают каждые 10 лет. Рассмотрены основные причины выхода пожарной ситуации из-под контроля (несвоевременные или недостаточные меры тушения пожаров, позднее обнаружение, отсутствие современных технологий и достаточных средств для их ликвидации и т. п.). Последняя часть главы посвящена вопросам влияния пожаров на функционирование региона, включающим как локальные и глобальные ущербы, так и экономические проблемы, последствия, порождаемые лесными пожарами.
Во второй главе дана характеристика пожароопасного сезона 1998 г. в Хабаровском крае. Рассмотрен комплекс причин, сформировавший чрезвычайно высокие показатели го-римости: всего в крае возникло 1279 лесных пожаров, на общей площади 2,1 млн.га. Описана сформированная база данных, содержащая информацию о более чем 300-ах лесных пожарах в четырех лесхозах: Комсомольском, Уктурском, Гурском и Нижне-Тамбовском, на основе данных отчета Комсомольского-на-Амуре авиаотделения Дальневосточной базы авиалесоох-раны. Выполнен статистический анализ характеристик лесных пожаров по следующим параметрам: расстояние от городской черты, расположение относительно розы ветров, распределение по величине площади пожара, распределение по времени горения.
В третьей главе предлагается метод оценки воздействия лесного пожара на воздушную среду населенных территорий.
Описано построение предлагаемой автором информационной модели пожарной ситуации 1998 г. для исследования загрязнения воздуха г. Комсомольск-на-Амуре. Лесной пожар рассмотрен как источник загрязнения атмосферы с изменяющимися параметрами. Основное внимание уделено вопросам конкретной реализации предложенных идей. Описан
принцип перехода от статических моделей, описанных в традиционных методах расчета рассеивания и реализованных в стандартизованных программных продуктах, к динамическим моделям, пригодным для описания чрезвычайных ситуаций, связанных с продолжительными лесными пожарами. Анализируется состав дымов и газов лесных пожаров. Приводятся результаты расчета для каждого лесного пожара мощностей выброса ко всей продолжительности горения пожара по расширенному списку из 11 веществ, также был рассчитан общий валовый выброс всех источников и выполнен анализ валового выброса по месяцам и по составу, входящих загрязняющих веществ. Рассмотрено формирование таблиц параметров, отражающих изменение моделируемой ситуации во времени и пространстве. Всего было заполнено 67 вариантов исходных статических моделей для расчета. Выполнен расчет полей концентраций выбросов лесных пожаров.
В четвертой главе дана количественная и качественная оценка уровня загрязнения. Дано обоснование достоверности полученных результатов путем сравнения с данными замеров на городских постах Росгидромета в рассматриваемый период июль-август 1998 г. В четвертой части выполнен анализ полученных результатов в 67-ми вариантах расчета, каждый из которых представлял собой поверхность, состоящую из совокупности точек в узлах расчетной площадки 64 на 46 км с шагом 1 км, покрывающей территорию города и ближайших окрестностей, отражающих характер загрязнения на территории г. Комсомольск-на-Амуре по 11-ти веществам в исследуемый момент времени. Анализ выполнен по отдельным веществам, по территориальному распределению загрязнения, по вкладам источников, выявлены районы города, где концентрация достигала наибольших значений чаще всего. Дана оценка уровня загрязнения, которая соотнесена с анализом заболеваемости населения города в период с 1994 — 2003 гг. Основное внимание уделено динамике показателей заболеваемости различных групп населения, что позволяет сделать выводы о сроках проявления влиянии задымленности на здоровье.
В пятой главе выполнено моделирование распределения полей концентраций ЗВ на основе нейросетевого подхода, позволяющей применять разработанный метод оценки воздействия ЛП на воздушную среду и решать задачи прогнозирования в условиях неполноты и неточности информации. Анализируются преимущества и недостатки, ограничения использования предложенных подходов к анализу загрязнения атмосферы над населенными территориями лесными пожарами. На основе анализа рекомендуются области наиболее эффективного применения рассматриваемых моделей.
Система показателей для комплексной оценки опасности лесных пожаров
Опасность лесного пожара можно рассматривать как совокупность возможных ущербов от воздействия лесного пожара на население и окружающую природную среду.
Задача оценки опасности отдельных лесных пожаров и пожароопасного сезона в целом согласно методикам, применяемым органами ГО и ЧС, лесного хозяйства, решается на основе определения категории пожара по типу, площади и интенсивности, а также оценки напряженности пожароопасного периода по количеству возникающих пожаров. Но при таком подходе не учитываются возможные социальные и медико-экологические ущербы, без которых опасность пожара не может считаться объективно и полно определенной. Рассмотрение всех видов последствий и ущербов от лесного пожара - это многофакторная проблема.
Для комплексной оценки опасности лесных пожаров предлагается рассматривать следующие группы показателей, отражающие изменение во времени (рис. 1.2.):
- источника опасности - характеристики пожаров;
- качества воздушной среды;
- показателей здоровья населения.
Первая группа, включающая набор показателей, принятых в методиках оценки ущербов от пожаров в лесном хозяйстве, дополнена характеристиками расположения очагов пожаров относительно населенных мест, с точки зрения опасности задымления. Вторая группа показателей характеризует изменение качества воздушной среды населенных территорий, с позиций продолжительности, интенсивности и качественного состава загрязнения атмосферы дымами и газами от лесных пожаров, а также сравнения этих значений с характерными (фоновыми) для исследуемой местности в обычные периоды. Третья группа показателей позволяет учесть последствия для здоровья населения, на основе информации о численности пострадавшего населения и показателях заболеваемости различных групп.
Алгоритм процедуры оценки опасности лесного пожара включает поэтапный анализ названных показателей, при этом переход к следующему блоку (расширение оценки) выполняется в случае определения повышенной опасности на предыдущем уровне (рис. 1.2). Таким образом, оценку опасности лесного пожара предложено свести к следующим трем задачам:
1) оценка характера и скорости распространения лесного пожара;
2) оценка уровня загрязнения воздушной среды населенных территорий;
3) оценка изменения показателей заболеваемости населения.
Для решения первой задачи используют как математические модели, так и прогнозы распространения контура пожара на основе эмпирических коэффициентов и данных статистики [26,51,52]. Для локальных непродолжительных пожаров оценка опасности может быть прекращена уже на первом этапе. Но для крупных и длительных пожаров, вызывающих за-дымленность больших территорий, требуется решение второй задачи.
Оценка уровня загрязнения воздушной среды - наиболее сложная часть исследования. Процессы распространения загрязняющих веществ в атмосферном воздухе характеризуются сложной пространственно-временной динамикой уровней загрязняющих веществ, вследствие этого, объективную оценку качества воздушной среды можно выполнять, анализируя изменчивость полей концентраций отдельных видов загрязняющих веществ и их совокупности на всей территории населенных пунктов. Данные систематических замеров концентраций загрязняющих веществ в воздухе городов, выполняемых службами мониторинга, могут служить уникальной базой для анализа долговременной динамики концентраций отслеживаемых загрязняющих веществ. Но сеть стационарных постов замеров оказывается относительно редкой, так в г. Комсомольск-на-Амуре с населением около 286 тыс. человек — 4 поста в точках с характерными особенностями схожих зон (селитебные зоны города, промышленные районы и транспортные магистрали).
Увеличение числа замеров потребует значительных финансовых затрат. Поэтому для получения наиболее точных значений показателей качества воздуха и прогнозирования уровня возможного загрязнения необходимо комплексное использование как метрологических методов, мониторинговых наблюдений, данных статистики, так и технологий моделирования. Такой подход позволяет разработать метод оценки воздействия лесного пожара на воздушную среду населенных территорий на основе сравнительного анализа текущего загрязнения воздушной среды под влиянием чрезвычайных природных факторов (в рассматриваемом случае лесной пожар), ретроспективной оценки фона в обычные периоды и прогнозируемых уровней загрязнения при различных сценариях развития ситуации.
При выявлении опасного уровня загрязнения выполняется оценка реакции населения на негативное воздействие задымленности. Введение данной группы показателей обусловлено тем, что существующая практика оценки опасности загрязнения, основанная на сравнении концентрации примесей с нормативными регламентами (ПДКм.р, ПДКс.с), не всегда отра жает опасность ситуации как величины риска ухудшения здоровья, связанного с качеством
/Ч, окружающей среды. С целью определения воздействия лесного пожара на здоровье населе ния предлагается анализировать стандартные показатели заболеваемости и соотносить их динамику с данными об уровне загрязнения в местах частого пребывания значительной части жителей, а также в местах повышенного загрязнения воздушной среды (в рассматриваемом случае - длительного задымления).
При анализе динамики заболеваемости целесообразно использовать статистические показатели, определяющие характер и интенсивность количественных изменений состояния здоровья населения. К этим показателям относятся: абсолютный прирост, темпы роста и прироста.
Анализ расположения пожаров относительно розы ветров
Климатические условия расположения г. Комсомольск- на- Амуре неблагоприятны для рассеивания примесей в атмосфере. В среднем в течение года наблюдается большая повторяемость штилей (22%), слабых ветров со скоростями 0-1 м/с (40%), застоев (23%). Продолжительность туманов в среднем за год составляет 81 час, число дней с туманом -26. Летом возникают наиболее благоприятные условия для рассеивания примесей, наибольшую повторяемость имеют северные и южные ветра, определяющиеся ориентацией долины р. Амур. Повторяемость направлений ветра для Комсомольска-на-Амуре и количество пожаров в данных от города направлениях представлена в таблице 2.8.
Были проанализированы пожары с точки зрения расположения относительно города и направлений ветра. Из приведенной выше таблицы видно, что наиболее часто в летний период наблюдаются северные и южные ветра, а также северо-восточные ветра и штиль.
Рисунок 2.2 демонстрирует распределение всех рассматриваемых лесных пожаров относительно направлениях ветра. Как видно, основное число пожаров 32% возникли в восточном направлении, а в наиболее опасных: северном и южном, возникло около 15% всех пожаров.
На рисунке 2.3 представлен анализ распределения площадей лесных пожаров. Как видно - треть пожаров были средними по площади - от 1 до 5 га. Важным показателем серьезности пожароопасного сезона является большое число крупных и очень крупных пожаров (площадью более 100 га) - 25% от всего числа пожаров. Такие пожары уже невозможно потушить силами лесоохраны, они горят до обильных дождей или установления снежного покрова. В практике органов ГО и ЧС, а также лесного ведомства крупным лесным пожаром называют пожар площадью более 200 га, для Европейской части России -более 25 га. [51] В этих условиях происходит распространение и слияние очагов низовых пожаров в обширные зоны массовых пожаров, суммарная площадь которых достигает сотен тысяч гектаров, возникает непосредственная угроза уничтожения огнем населенных пунктов, расположенных в лесных массивах, а также сильное задымление городов, удаленных от лесных массивов. В таблице 2.9 приведена характеристика пожароопасного сезона 1998 в Комсомольском районе согласно стандартной классификации пожаров по площади.
Наглядно показывает тяжесть пожарной ситуации анализ площадей наиболее близких к городу пожаров.
Для анализа были выбраны пожары, расположенные, ближе 30 км к городской территории. Самый крупный пожар был на территории Пиванского лесничества (100) в 7 квартале, расстояние 23,8 км и продолжался он 29 дней, на площади 5771 га, расположен на востоке.
Данные пожарах площадью более 50 га, возникших ближе 30 км приведены в таблице 2.10. Таких пожаров 31, что составляет 34% всех крупных пожаров.
Четвертый этап-расчет полей концентраций загрязняющих веществ на исследуемой территории
Для расчета рассеивания использовали «Методику расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий (ОНД-86)» Госкомгидромета [53].
Основная формула по данной методике для расчета максимального значения приземной концентрации вредного вещества См (мг/м3) имеет вид:
где А - коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы (значение А, соответствующее неблагоприятным метеоусловиям, при которых концентрация вредного вещества в атмосферном воздухе максимальна, для условий Дальнего Востока А = 200);
коэффициент F- безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосфере,
коэффициенты m, п - безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса; Н— высота выброса, м; тфакт, І - фактическая мощность выброса, г/с; V- объем (расход) газовоздушной смеси, м3/с;
AT- разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси и температурой окружающей среды, С; rj - коэффициент рельефа местности.
В работе была использована унифицированная программа расчета загрязнения атмосферного воздуха (УПРЗА) «ЭКОЛОГ» версии 2.25, которая позволяет по данным об источниках выброса загрязняющих веществ и условиях местности рассчитывать разовые (осредненные за 20 - 30 минутный интервал) концентрации загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы при неблагоприятных метеорологических условиях. Программа производит расчет концентрации в любой заданной совокупности точек (в расчетной области или площадке) как при фиксированных направлениях и скоростях ветра, так и для случая перебора всех возможных значений направления и скорости ветра. В последнем случае, в качестве окончательной расчетной концентрации предлагается максимальное значение из всех рассчитанных. Результаты расчета представляются как в виде таблиц, так и в виде линий, соединяющих точки равных концентраций (изолиний). Лесной пожар рассматривался как неорганизованный источник площадного типа, и по требованиям УПРЗА «ЭКОЛОГ» его обязательные характеристики: координаты середин противоположных сторон прямоугольника (XI, Y1 и Х2, Y2) и его ширина, а также мощность выброса (г/сек). Расчет параметров См, Хм и UM для каждого источника проводился автоматически:
См - максимальная приземная концентрация, мг/м- , достигаемая за счет выброса данным источником данного вещества;
Хм - расстояние от источника, м, на котором эта концентрация достигается;
UM — скорость ветра, м/с при которой достигается максимальная приземная концентрация.
Расчетная площадка, включающая как зону горения лесов, так и всю территорию г. Комсомольск-на-Амуре, представляла собой прямоугольник со сторонами 64 км и 46 км. Шаг сетки был взят 1000 м.
Метеорологические параметры:
- Средняя температура самого жаркого месяца 25.0 С;
- Средняя температура самого холодного месяца -25.0 С;
- Коэффициент стратификации атмосферы А = 200;
- Максимальная скорость ветра (95%) 11.0 м/с.
Было просчитано 67 вариантов, для каждого из которых построена расчетная модель в виде таблицы параметров (см. пункт 3.2.3). Кроме расчета в узлах заданной расчетной сетки, были выделены расчетные точки на территории города с заданными координатами, четыре из которых соответствовали координатам расположения стационарных постов замеров. Остальные точки соответствовали селитебным зонам города, промышленным районам и транспортным магистралям и были введены для установления уровня загрязнения как в местах наиболее частого пребывания населения, так и в местах повышенного загрязнения от техногенных источников города с известным характером и уровнем загрязнения в штатных ситуациях. Расчет для каждого варианта проводился при жестко связанных величинах направлений и скоростей ветра, соответствующих реальным условиям расчетного периода времени.
Для каждого из 67 вариантов расчета были получены значения концентраций, результаты расчета были представлены в форме таблиц концентраций в узловых точках расчетной сетки, в расчетных точках по 10 веществам, и в форме изолиний рассеивания.
На рис. 3.10 представлены изолинии рассеивания полей концентраций СО для одного из временных фрагментов расчета, отражающих уровень загрязнения приземного слоя воздуха 14 августа 1998 г.
Полные данные расчетов из-за большого объема печатных форм приводятся в Приложении 3 частично. Для выполнения анализа результаты расчета преобразованы и представлены в виде поверхностей, состоящих из совокупности точек в узлах расчетной площадки 64 на 46 км с шагом 1 км и отображающих динамику ситуации на территории г. Комсомольск-на-Амуре. Таким образом, был накоплен объем информации, который можно представить как совокупность поверхностей, где по осям X и У координаты точек (узлов расчетной сетки), а по оси Z - значения концентраций. Схематично вид этих поверхностей представлен на рис. 3.11. Одному временному срезу (варианту расчета) соответствует набор поверхностей по всем веществам.
Качественная оценка опасности загрязнения воздуха на основе анализа заболеваемости населения до и после 1998 года
Существующая практика оценки опасности загрязнения, основанная на сравнении концентрации примесей с нормативными регламентами (ПДКм.р, ПДКс.с.) или безопасными уровнями, не отражает опасность ситуации как величины риска ухудшения здоровья, который может быть связан с окружающей средой. Это обусловлено следующей причиной. Основой для установления безопасных уровней воздействия загрязнителей окружающей среды является концепция пороговости вредного действия, постулирующая, что для каждого агента, вызывающего те или иные неблагоприятные эффекты в организме, существуют и могут быть найдены дозы (концентрации), при которых изменения функций организма будут минимальными (пороговыми).
В целостном организме осуществляются процессы приспособления и восстановления биологических структур, и повреждение развивается только тогда, когда скорость процессов деструкции превышает скорость процессов восстановления и приспособления.
В действительности величина пороговой дозы зависит от следующих факторов:
— индивидуальной чувствительности организма,
— выбора показателя для ее определения,
— чувствительности используемых методов.
Так, разные люди по-разному реагируют на одни и те же воздействия. Кроме того, индивидуальная чувствительность каждого человека также подвержена значительным колебаниям. Таким образом, одни и те же уровни загрязнения окружающей среды часто вызывают далеко не однозначную реакцию как у населения в целом, так и у одного и того же человека.
С целью определения риска здоровью проводят исследование заболеваемости населения, одним из этапов которого является анализ данных медицинской статистики. В работе был выполнен статистический анализ показателей заболеваемости населения города в период с 1994 по 2003 гг., представленных городским ЦСЭН.
Проблема определения ясно выраженной и четко охарактеризованной зависимости между теми или иными экологическими факторами и показателями состояния здоровья, по крайней мере, в масштабах региона в целом, сложна и требует решения целого комплекса сопутствующих задач. Вьшолнение всестороннего и многофакторного анализа всех аспектов подобной зависимости, осложнено еще и трудностью выделения именного того набора данных, который позволяет оценить с достаточной степенью достоверности долю экологического фактора среди всей совокупности факторов, определяющих состояние здоровья населения в целом.
Анализ зависимости между количественными и качественными характеристиками задымленности от лесных пожаров, с одной стороны, и видом и скоростью ответной реакции населения на предъявленное воздействие, с другой, позволяет выделить фактор загрязнения атмосферного воздуха из всей совокупности действующих факторов как значимый в данном случае и дать количественную оценку его влияния на показатели состояния здоровья населения.
Так как воздействие задымленности имеет целый комплекс разнообразных проявлений, нельзя однозначно связать какое либо проявление ухудшения здоровья и именно лесной пожар, а не другое воздействие. Необходимо принять во внимание тот факт, что воздействие загрязняющих веществ имеет как прямой немедленный результат, так и отсроченные по времени проявления.
Первый - это обострение легочных хронических заболевание в период горения, возникновение аллергических реакций т.д. Медики отмечают, что несмотря на отсутствие роста заболеваемости и смертности от патологии органов дыхания в 1998 году, выявлен ряд качественных изменений в течении основных заболеваний системы дыхания в период воздействия дыма. На 20 - 30% увеличилась госпитализация больных пневмонией в больницы г. Хабаровска и г. Комсомольска-на-Амуре. Заболевание носило более тяжелое течение, чем за тот же период 1997 года. Чаще отмечался двусторонний характер поражения легких и симптомы сухого кашля. У детей в возрасте 5-13 лет в период задымленности отмечено появление своеобразной бронхопневмопатии с симптомами одышки, сухого кашля. У многих пациентов с заболеваниями легких в период задымленности отмечен достоверно более низкий эффект стандартной комплексной терапии. («Пульмонология» 2000, №3, В.А.Добрых, Л.Г.Гонохова, В.Ю.Тарасевич, С.В.Пичугина, А.Ф.Махинов «Влияние дыма лесных пожаров на течение болезней органов дыхания»)
Второй - снижение иммунитета в последующий период, так, например жители Комсомольска-на-Амуре подвергались воздействию дыма в летний период, а зимой резко возрастало число случаев простудных заболеваний, гриппа, других вирусных инфекций.
Для исследования влияния высокого уровня загрязнения воздуха выбросами от лесных пожаров в 1998 году на здоровье горожан, был выполнен анализ стандартного набора показателей заболеваемости в Комсомольске-на-Амуре по данным официальной статистики[61,76-86] за период 1994 - 2003 гг. (Исходные данные приведены в Приложении 4).
В статистических отчетах учреждений здравоохранения города используется как показатель общей заболеваемости, отражающий количество зарегистрированных заболеваний всех видов на 1000 человек (учитываются только случаи с диагнозом, установленным впервые в жизни), так и показатели заболеваемости по отдельным классам болезней. Также применяют показатель болезненности, который, являясь более широким по сравнению с показателем общей заболеваемости, включает все зарегистрированные случаи обращения в медицинские учреждения. Следовательно, заболеваемость является динамичным показателем, а болезненность — статичным. При выявлении причинных связей наиболее подходящими считают коэффициенты заболеваемости. Этиологические факторы проявляются прежде всего через развитие заболевания, поэтому чем чувствительнее и динамичнее показатели, тем они полезнее при исследовании причинных связей.
Показатель общей заболеваемости, являясь комплексной оценкой состояния здоровья населения, изменяется незначительно (за период с 1994 по 2003 максимальный рост за год составил 10,3% — в 1999 г.). Общая заболеваемость населения города в 1998 г. осталась на уровне 1997 г., а рост наблюдался в последующие 1999, 2000 гг. (рис.4.10) Такая же тенденция прослеживается и в болезненности (рис. 4.11) - после относительно стабильного периода 1994 - 1998 гг. начался ее быстрый рост в 1999 - 2003 гг. (с незначительным спадом в 2001 г.) Средний уровень болезненности в 1999 — 2003 гг. превышает аналогичное значение в 1994 — 1998 более, чем на 19%. Столь значительное изменение среднего уровня болезненности свидетельствует о серьезном ухудшении здоровья населения.
