Важным направлением комплексного эколого-экономического анализа формирования региональных производственных систем является прогнозирование влияния последствий реализации хозяйственных решений на уровень загрязнения воздушной среды. В структуре многосредового воздействия на человека особое значение в нарушении здоровья имеют загрязнения атмосферного воздуха [1, с. 25]. На уровне с токсичными для человека химическими соединениями в атмосферу поступают и компоненты оказывающие влияние на глобальные процессы биосферы. Так, например, углекислый газ, поглощение которого в последние годы снижается из-за частых теплых лет [2, с. 2161].
В основе проведения оценки лежит, прежде всего, эмпирическое обобщение данных о влиянии тех или иных объектов или факторов на компоненты окружающей среды. Поэтому используется вся совокупность частных и общих методов географических, геологических и экологических исследований, которые сопровождаются математико-картографическими моделями [3, с. 28]. Поэтому использование математических методов, позволяющих охватить несколько компонентов природной среды для целого ряда пространственно распределенных объектов, и сравнение их между собой представляет практический интерес для выявления наиболее проблемных с экологической точки зрения территорий. Подобный анализ позволяет не только выявлять территории, требующие особого внимания в плане охраны, но и выделять критерии, которые в дальнейшем можно включать в методику оценки.
Целью данного исследования является сравнительный анализ степени воздействия хозяйственной деятельности на атмосферный воздух районов юга Тюменской области.
Материалы и методы исследования
Материалом для проведения исследования послужили результаты экологической отчетности, размещенные в БД «Показатели муниципальных образований» на официальном сайте Федеральной службы государственной статистики. Выборка сформирована по состоянию на 2017 г. При проведении исследований использовали метод простого ранжирования, заключающийся в расположении объектов ранжирования в порядке убывания (возрастания) суммы значений нормированных признаков. Ранги обозначали цифрами от 1 до n и присваивали каждому значению. Результаты ранжирования визуализировали с помощью картограмм, созданных в программе QGis 2.10.1. Для оценки влияния загрязнения атмосферы на здоровье населения районов проведен корреляционный анализ в MS Excel.
Результаты исследования и их обсуждение
Эксплуатация объектов хозяйственной деятельности связана с непосредственным воздействием на компоненты окружающей природной среды. При этом, существенная нагрузка приходится на атмосферный воздух. Даже в районах, преимущественно эксплуатирующих агроландшафты, совокупный уровень воздействия на атмосферу остается существенным [4, с. 177].
При оценке эффективности выполнения мероприятий по охране атмосферы недостаточно иметь только сведения о сокращении выбросов. Требуется надежная информация за длительный период о содержании примесей в атмосфере и климатических условиях их распространения [5, с. 10]. Оценить и спрогнозировать степень антропогенного воздействия на атмосферный воздух региона возможно на основании анализа источников и факторов негативного воздействия. Данные о типах источников, их характеристике и метеорологических особенностях территории позволяют определить поля концентрации примесей, «прорисовать» зону возможного загрязнения и разработать прогноз развития ситуации.
Методы ранжирования отдельных групп показателей по мере увеличения (уменьшения) значения позволяют получить ряд данных и объединить показатели в классы, необходимое количество которых устанавливает исследователь.
Важным этапом экологического анализа является выбор наиболее эффективных критериев, которые являются показательными, а иногда и индивидуальными для конкретной местности. Для анализа уровня антропогенной нагрузки на атмосферный воздух использовали следующие показатели: количество стационарных источников выброса загрязняющих веществ в атмосферу (ед.); валовый объем выброса загрязняющих веществ (т/год); выбросы по отдельным видам загрязняющих веществ (т/год); эффективность улавливания и обезвреживания выбросов ( %), заболеваемость населения (число случаев на 1000 населения). Это стандартный перечень показателей воздействия на атмосферный воздух, положенный в основу статистической отчетности, ежегодно предоставляемой предприятиями и организациями. Для каждого района был проведен расчет значимости фактора по каждому из выбранных критериев. Обобщение полученных показателей позволило провести ранжирование рассматриваемых факторов по степени важности. Ранжирование факторов по степени важности осуществляется на основе суммы баллов либо по величине коэффициента значимости. Чем меньше сумма баллов (больше коэффициент значимости), тем важнее фактор.
Валовый объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу по муниципальным районам определяется уровнем развития производства, а также объемом затрат на природоохранную деятельность. При этом количество источников загрязнения атмосферы не является определяющим показателем в оценке степени нагрузки и не коррелирует с валовыми поступлениями загрязняющих веществ. Из основополагающих показателей, при оценке воздействия, выделяется мощность источников, сосредоточенных на анализируемой территории. Приведенные объемы выбросов были распределены по трем категориям – высокий, средний и низкий уровни воздействия. Оценка проводилась раздельно по городам и муниципальным районам (рис. 1).
Рис. 1. Уровень воздействия на атмосферный воздух по городам и муниципальным районам Тюменской области
Предварительная оценка показала высокий уровень антропогенной нагрузки на атмосферный воздух в Уватском районе (75,7 тыс. т в год), что обусловлено развитием добывающей промышленности, совокупные выбросы которой существенно превышают таковые по остальным районам области. По значению коэффициента значимости, район был отнесен к первому рангу. Для остальных районов получены связанные ранги, по которым был проведен пересчет коэффициента значимости с целью сопоставимости оценок. Учитывая сельскохозяйственную ориентированность производства в остальных районах юга области, наблюдается преимущественно низкий уровень воздействия на атмосферу. По городам и городским округам ситуация выглядит следующим образом: высокий уровень нагрузки на атмосферу характерен для Тюмени, средний – для Тобольска, низкий – Ишима, Заводоуковска и Ялуторовска. Такая особенность обусловлена уровнем развития инфраструктуры города, мощностью производства и численностью населения.
В составе выбросов, поступающих от совокупности источников, преобладают твердые вещества, окислы азота, углерода и серы, летучие органические соединения (ЛОС). Из окислов по объему преобладает диоксид углерода. Раздельное ранжирование районов по этим показателям нецелесообразно, так как полученный результат аналогичен рангам, сформированным по валовым выбросам в атмосферу.
Доля выбросов, поступивших на пыле- и газоуловители (ЛГУ), максимальна в Омутинском (98,8 % от отходящих), Абатском (88,2 %), Вагайском (86,1 %), Юргинском (84,4 %), Сорокинском (82,9 %) районах и в городах Тюмень (84,7 %) и Ялуторовск (79,6 %). Улавливание и обезвреживание загрязняющих веществ по районам ранжировали по убыванию показателя на 4 группы от высокой степени очистки до очень низкой. Более чем на 50 % территории юга Тюменской области выбросы в атмосферу осуществляются без очистки или с очисткой на уровне менее 10 % (рис. 2).
Рис. 2. Предварительное ранжирование районов Тюменской области по увеличению экологической безопасности (от большего показателя к меньшему)
Перечень заболеваний населения Тюменской области, связанных с загрязнением атмосферного воздуха
|
Патология |
Вещества вызывающие патологию [6, с. 19] |
Вещества, содержащиеся в атмосферных выбросах районов |
|
Болезни системы кровообращения |
окислы серы, окись углерода, окислы азота, сернистые соединения, сероводород, этилен, пропилен, бутилен, жирные кислоты, ртуть, свинец |
твердые вещества (пыль), газообразные и жидкие выбросы, окислы серы, окись углерода, окислы азота, углеводороды без ЛОС, ЛОС, прочие соединения |
|
Болезни органов дыхания |
пыль, окислы серы и азота, окись углерода, сернистый ангидрид, фенол, аммиак, углеводород, двуокись кремния, хлор, ртуть |
|
|
Болезни крови, кроветворных органов и отдельные нарушения, вовлекающие иммунный механизм |
окислы серы и азота, окись углерода, углеводород, азотистоводородная кислота, этилен, пропилен, сероводород |
Одним из показателей последствий воздействия на окружающую природную среду является состояние здоровье населения. По оценкам экспертов Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) различают пять категорий реакций состояния здоровья населения на загрязнение окружающей среды: повышение смертности, повышение заболеваемости, наличие функциональных изменений, превышающих норму или не превышающих норму, относительно безопасное состояние. Как известно, аэрогенный путь поступления поллютантов в организм человека наиболее значительный и неблагоприятный в связи с особенностями токсикокинетики в организме. По составу эмиссии загрязняющих веществ определено предполагаемое воздействие компонентов на развитие заболеваний дыхательных путей, системы кровообращения, крови и кроветворных органов (таблица).
Из поступающего в атмосферный воздух перечня веществ около 80 % можно отнести к факторам риска развития вышеперечисленных заболеваний. По результатам проведенного анализа установлена прямая зависимость между уровнем загрязнения атмосферного воздуха и заболеваемостью населения. Коррелятивная связь слабой степени существует между уровнем загрязнения атмосферы и заболеваниями органов дыхания у населения районов, при значении коэффициента корреляции r = 0,57 и коэффициента детерминации dyx = 0,32 (рис. 3).
а) б)
Рис. 3. Коррелятивная связь между состоянием здоровья населения и уровнем загрязнения атмосферного воздуха: а) заболевания органов дыхания; б) заболевания крови
Такая зависимость обусловлена ингаляционным путем поступления твердых и газообразных соединений в органы дыхания. Так, доля влияния загрязнения атмосферного воздуха на развитие данной группы заболеваний составляет 32 % от всех вместе взятых воздействий. Загрязнение атмосферного воздуха оказывает слабое воздействие на развитие заболеваний крови и кроветворных органов (r = 0,28, dyx = 0,08).
Развитие заболеваний дыхательных путей (число случаев на 1000 населения) является максимальным для Тюменского (452,37), Уватского (357,89), Ишимского (325,39) и Ялуторовского (320,38) районов. Эти показатели получены с учетом населения, проживающего в условиях городской среды, где воздействие на атмосферный воздух на порядок выше, по сравнению с сельской территорией. По данным статистической отчетности основной вклад в уровень загрязнения городов вносят неорганизованные (передвижные) источники выброса, которые выделяют в атмосферу вещества вызывающие патологию органов дыхания.
Выводы
1. Выбор показателей для определения значимых факторов и их ранжирования является важным этапом применяемого метода. Из перечня используемых показателей наиболее значимыми являются: валовый объем выбросов в атмосферу, состав выбросов и эффективность работы пылегазоуловителей (ПГУ). Число учитываемых источников загрязнения не может быть использовано в системе оценки, так как их параметры и мощность выброса будут различаться между собой и не позволят оценить уровень воздействия на атмосферу и сопоставить районы по анализируемому критерию.
2. Проведенная оценка позволила выделить районы Тюменской области по степени антропогенного воздействия на атмосферный воздух. Ранжированные данные показали взаимосвязь между мощностью техногенных объектов и уровнем нагрузки на атмосферу. Анализ эффективности природоохранных мероприятий, реализуемых природопользователями, позволил выделить 4 категории районов. В результате было установлено, что более чем на 50 % территории степень улавливания и очистки выбросов очень низкая.
3. Показатели состояния здоровья населения в районах, по анализируемым показателям, коррелируют со степенью нагрузки на атмосферу и могут быть использованы в качестве регионального индикатора при качественной оценке состояния природных сред. Методы статистического анализа показали коррелятивную связь слабой степени между уровнем развития заболеваний дыхательных путей у населения районов и объемом специфичных загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу. Таким образом, данный параметр может быть использован как один из индикаторов состояния атмосферы в городах и населенных пунктах.