CC BY
31
УДК 504.05: 504.064
ЗАВИСИМОСТИ РАЗВИТИЯ ОПАСНЫХ ТЕХНОПРИРОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В УСЛОВИЯХ СЛОЖНОГО ЛАНДШАФТА: ОЦЕНКА ОПАСНОСТИ И РИСКА
DEPENDENCES OF DEVELOPMENT OF DANGEROUS TECNO-NATURAL PROCESSES IN THE CONDITIONS OF DIFFICULT LANDSCAPE: ASSESSMENT OF DANGER AND RISK
Л. П. Щербатюк, Забайкальский государственный университет, г. Чита andrey. shcherbatyuk.63@.ru
A. Shcherbatyuk, Transbaikal State University, Chita
Представлен Забайкальский край, в частности его центр г. Чита как модельный регион, который из-за сложного ландшафта и длительного холодного периода является одной из таких характерных неблагоприятных территорий Российской Федерации, в которых регулярно регистрируется превышение предельно допустимых концентраций (ПДК) ТВ и ВВ в атмосферном воздухе, величина индекса загрязнения атмосферы (ИЗА5) в несколько раз превышает допустимые нормы.
Установлены зависимости индекса загрязнения атмосферы (ИЗА5) от высоты над уровнем моря, циркуляции атмосферного воздуха внутри котловины от ландшафта.
Отмечено, что загрязнение атмосферного воздуха городов выбросами автомобильного транспорта во многих регионах нашей планеты является важнейшей экологической проблемой. Выявлено, что для Российской Федерации актуальность проблемы увеличивается в связи с наличием регионов со сложным ландшафтом и длительным холодным периодом.
Показано, что во многих городах России регистрируется превышение предельно допустимых концентраций (ПДК) токсичных веществ и вредных веществ (ТВ и ВВ) в атмосферном воздухе, величина индекса загрязнения атмосферы (ИЗА5) в несколько раз превышает допустимые нормы. Доказано, что одним из значимых источников загрязнения атмосферного воздуха в городах и крупных промышленных центрах является автомобильный транспорт. Значительная доля автомобилей от общего числа находящихся в эксплуатации в качестве энергетических установок использует бензиновые двигатели внутреннего сгорания (ДВС).
Выявлено прогрессивное увеличение количества загрязняющих веществ в атмосфере города от подвижных источников по отношению к стационарным. Проанализированы данные ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии Забайкальского края», в результате проведенных исследований отмечается тесная корреляционная зависимость многих заболеваний от содержания в атмосферном воздухе ТВ и ВВ. Рассматривается проблема загрязнения атмосферного воздуха городов, расположенных в Восточно-Сибирских регионах России, отработавшими газами автомобилей, приведены зависимости развития опасных техноприродных процессов в условиях сложного ландшафта
Ключевые слова: регион; сложный ландшафт; холодный период; циркуляция атмосферы; выбросы автотранспорта; техноприродные процессы; заболеваемость населения; опасности и риски; токсичные вещества
Transbaikal Region and its center Chita are presented as a model region, because due to difficult landscape and a long cold period, is one of such characteristic adverse territories of the Russian Federation in which excess of the maximum permissible concentration (MPC) of TV and VV in atmospheric air is regularly registered, the size of an index of pollution of the atmosphere (IZA5) several times exceeds admissible norms.
The dependences of an index of pollution of the atmosphere (IZA5) on the height above sea level are established, circulations of atmospheric air, in a hollow, from landscape.
In the article it is noted that pollution of atmospheric air of cities emissions of the motor transport in many regions of our planet is the major ecological problem. It is revealed that for the Russian Federation the relevance of the problem is increased in connection with existence of regions with difficult landscape and a long cold period.
It is shown that in many cities of Russia the excess of extremely admissible concentration (maximum concentration limit) of toxic substances and harmful substances is registered (TV and VV) in atmospheric air, the size of an index of pollution of the atmosphere (IZA5) several times exceeds admissible norms. It is proved that one of significant sources of atmospheric air pollution in cities and large industrial centers is motor transport. The considerable share of cars from total number, being in operation as power stations, use the petrol internal combustion engines (ICE).
Progressive increase in amount of the polluting substances in the atmosphere of a city from mobile sources in relation to stationary is revealed. The data of the Center of Hygiene and Epidemiology of the Transbaikal Region, Federal State Healthcare Institution are analyzed, as a result of the conducted researches close correlation dependence of many diseases on the content of the TV and VV in atmospheric air is noted. In the article the problem of atmospheric air pollution of the cities, located in the East Siberian regions of Russia, the fulfilled gases of cars, dependences of dangerous techno-natural development of processes in the conditions of difficult landscape is considered
Key words: region; complex landscape; cold period; atmospheric circulation; motor vehicle emissions; induced processes; morbidity of population; hazards and risks; toxic substances
На территории РФ создается различный уровень загрязнения экосистем и атмосферного воздуха городов. Одними из основных причин являются сложный ландшафт и длительный холодный период. Это усугубляется тенденцией роста количества автотранспорта, являющегося основной причиной загрязнения экосистем таких городов и заболеваемости населения. На-
учные исследования, проводимые в этом направлении, имеют большое социально-экологическое значение для определения зависимостей развития опасностей и рисков данных территорий.
Рассмотрим эти зависимости на примере Забайкалья, в частности г. Чита как модельного региона.
Зависимость индекса загрязнения атмосферы (ИЗА) от высоты над уровнем моря
Для изучения возможного влияния рельефа местности на концентрацию ТВ и ВВ нами проанализированы данные Забайкальского УГМС по индексу загрязнения атмосферы г. Чита за период с 2008 по 2014 гг. по
различным постам наблюдения и построена линейная зависимость, которая показала, что концентрация ТВ и ВВ в г. Чита имеет явную корреляционную зависимость от высоты над уровнем моря (рис. 1).
• Посты наблюдения ■ Чита-центр_
Рис. 1. Зависимость осредненной величины индекса загрязнения атмосферы (У) г. Чита за период с 2008 по 2014 гг. от высоты над уровнем моря (X, м БС)
Согласно данным санитарно-гигиенического мониторинга по шести постам ЗабУГМС, уровень загрязнения атмосферного воздуха в г. Чита оценивался как «очень высокий» и «чрезвычайно высокий».
На основе анализа этих данных определено, что именно во время длительного хо-
лодного периода (ноябрь-март) происходят процессы, характеризующие приостановку движения воздушных масс и максимальное накопление токсичных и вредных веществ внутри Читино-Ингодинской котловины в г. Чита.
Зависимость циркуляции атмосферного воздуха внутри котловины
от ландшафта
Для изучения влияния ландшафта местности на рассеивающую способность атмосферы при горно-котловинном расположении городов нами производились замеры направления ветра в одни и те же промежутки времени на одинаковой высоте над уровнем моря в четырех противоположно расположенных точках Читино-Инго-динской котловины, в которой расположен г. Чита. В результате проведенного исследования установлено, что атмосферный
Ю-В
воздух циркулирует внутри котловины, на склонах которой расположен город, по спирали. При этом максимальное количество ТВ и ВВ «сползает» и накапливается в нижней части котловины. Скорость движения воздушных масс с уменьшением высоты над уровнем моря и температуры, особенно в холодное время, к нижней точке котловины существенно уменьшается и приближается к нулю (рис. 2).
С-З
Рис. 2. Схема Читино-Ингодинской котловины с постами наблюдения и направлением движения воздушных масс: 1, 2, 3, 4 - посты наблюдения; 5 - основное направление ветра по розе ветров;
6 - основание Читино-Ингодинской котловины
Годовое увеличение суммарных выбросов всех автомобилей
По статистическим данным ГИБДД Забайкальского края за 1990—2007 гг., количество автомобилей в 1990 г. в г. Чита составляло 36814 ед., а в 2007 г. - 77873 ед., что говорит о двукратном увеличении их количества за этот период (справка № 13/2866 от 19.05.2007 г.). В 2007 г. на каждые 4...5 жителей краевого центра приходилось одно автотранспортное средство. По
итогам 2012 г. на учете состоят 124095 ед. (справка № 13/3-19 от 14.01.2013 г.), что в три раза больше, чем в 1990 г.
Динамика роста автомобильного парка г. Чита с прогнозом до 2020 г. представлена на рис. 3, из которого следует, что в 2010 г. количество автомобилей в г. Чита превысит 100 тыс., а в 2020 г. приблизится к 130 тыс.
аз i— CL О
ГО О Ш
Б
CD Т S
5
180000 160000 140000 120000 100000 80000 60000 40000 20000 О
у — 2 5 08,3 (х- 2000)+ЗС 516
К2 = 0.93 m
1 £
— MUI rii ggP™ ШШГ
1
1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030
Год
Рис. 3. Динамика роста количества автотранспортных средств в г. Чита
Годовое увеличение комплексного индекса загрязнения пяти основных веществ, входящих в состав 0Г ДВС автомобилей
Изучив данные наблюдений ЗабУГМС за последние годы, нами выявлено, что показатели индекса загрязнения атмосферы по пяти веществам (ИЗА5) по г. Чита значительно превышают принятый по стране максимальный критерий ИЗА5, равный 14, и в отдельные годы СИ (стандартный
индекс) превышал 70 ед., а по некоторым вредным веществам, например бензапире-ну, сравнивался по значению с 70 ед.
При установленной зависимости прослеживается ежегодное увеличение уровня загрязнения атмосферного воздуха г. Чита пятью приоритетными веществами (рис. 4).
40 30 20 10
ИЗА5
у - 0,165х3 - 998,1х2 + 2Е+06Х - 1Е+»1 R* = (V814 '
иза5
2006 2008 2010 2012 2014
Рис. 4. Комплексный индекс загрязнения атмосферы г. Чита пятью приоритетными веществами
за период с 2006 по 2014 гг.
Прогрессивное увеличение количества загрязняющих веществ в атмосфере города от подвижных источников по отношению к стационарным
Основным источником загрязнения атмосферного воздуха является автомобильный транспорт, объемы выбросов которого, в сравнении с предприятиями теплоэнергетического комплекса, котельными ЖКХ, ежегодно возрастают. Прогноз выполнен нами до 2025 г. (табл. 1).
Из приведенных данных видна тенденция существенного увеличения выбросов загрязняющих веществ от автотранспорта. Если в 2005 г. доля загрязняющих веществ, поступающих в атмосферный воздух от автотранспорта, составляла чуть более трети загрязнений от стационарных источников,
то в 2008 г. она сравнялась с последними. С 2008 г. доля загрязнения атмосферы города автотранспортом стала преобладающей и
далее будет увеличиваться, в 2014 г. — более чем в два раза выше выбросов от стационарных источников.
Таблица 1
Прогноз выбросов загрязняющих веществ до 2025 г.
Годы Выбросы загрязняющих веществ от стационарным источников в Забайкальском крае (без очистки), тыс. т Выбросы загрязняющих веществ от автотранспорта в Забайкальском крае, тыс. т
2005 134,89 55,4
2006 131,84 70,3
2007 129,11 115,91
2008 139,7 141,05
2009 146,3 171,30
2010 138,2 201,56
2011 143,73 231,81
2012 145,74 262,07
2013 147,76 292,32
2014 149,77 322,58
2015 151,78 352,83
2016 153,80 383,09
2017 155,81 413,34
2018 157,83 443,60
2019 159,84 473,85
2020 161,86 504,11
2021 163,87 534,36
2022 165,89 564,67
2023 167,90 594,87
2024 169,92 625,13
2025 171,93 655,38
Зависимость онкологической заболеваемости населения г. Чита от вредных выбросов автомобилей
Резкое увеличение количества ТВ и ВВ от автотранспорта в атмосферном воздухе городов всегда влечет за собой увеличение опасностей и рисков заболеваемости населения этих городов, особенно онкологической.
Эта гипотеза подтверждается установленной связью онкологической заболеваемости населения г. Чита с вредными выбросами автомобилей (ХГ..Х4) за период с 2009 по 2014 гг. (табл. 2, рис. 5).
Таблица 2
Зависимость онкологической заболеваемости населения г. Чита от вредных выбросов автомобилей
Годы СО (X,) NOx (Х2) СН (Хз) Бензапирен, п-10"(- 6) (Х4) Онкологическая заболеваемость населения г. Чита (на 100 тыс. чел.) (^
2009 189,85 14,61 28,06 15 276,6
2010 185,11 14,45 27,14 16 275,9
2011 190,00 14,69 27,45 16 291,1
2012 201,93 15,39 29,19 16 292,0
2013 220,04 16,70 32,15 18 290,7
2014 237,17 17,95 34,36 19 334,9
Y = -123,33 - 5,4х, +198,71х2 - 38,73х3 - 26,15х4 (1) R2=0,94
Высокий коэффициент корреляции указывает на сильную связь между анализируемыми переменными.
-Q 400
О
О У 350
ш
со ЗОО
л>
U
о 250
ю
га
200
1SO
л>
т
100
о
о 50
"Г
О О
■ U, /'¿1 Ух + 113,04 R2 = 0.7286 .
♦ - онкологическая заболеваемость населения г. Чита (на 100 тыс. человек)
--линейный (онкологическая заболеваемость населения г. Чита на 100 тыс. человек)
230 250 270 2ЭО 31О
Суммарный выброс, тыс. т
Рис. 5. Зависимость онкологической заболеваемости населения г. Чита от вредных выбросов (ТВ и ВВ) автомобилей за период с 2009 по 2014 гг.
Выводы. В результате проведенного исследования загрязнения атмосферного воздуха (на примере г. Чита) и влияния этого загрязнения на население города выявлены следующие зависимости:
1) индекса загрязнения атмосферы (ИЗА5) от высоты над уровнем моря;
2) циркуляции атмосферного воздуха внутри котловины от ландшафта;
3) прогрессивное увеличение количества загрязняющих веществ в атмосфере города от подвижных источников по отношению к стационарным;
4) онкологической заболеваемости населения г. Чита от вредных выбросов автомобилей.
Установлено постоянное годовое увеличение суммарных выбросов всех автомобилей и постоянное годовое увеличение комплексного индекса загрязнения пяти
Список литературы_
основных веществ, входящих в состав ОГ ДВС автомобилей.
Таким образом, выявленные зависимости показывают, что под влиянием определенных условий рассеивания при одинаковых выбросах создается различный уровень загрязнения экосистем и атмосферного воздуха городов. Азиатская часть России, включающая регион Сибири и Дальнего Востока, характеризуется высоким и очень высоким ПЗА. Одними из основных причин являются сложный ландшафт и длительный холодный период, именно поэтому загрязнение атмосферного воздуха здесь всегда выше, чем на европейской части России. Это усугубляется тенденцией роста количества автотранспорта, являющегося основной причиной загрязнения экосистем городов и заболеваемости населения.
1. Безуглая Э.Ю., Смирнова И.В. Воздух городов и его изменения. СПб.: Астерион, 2008.
2. Безуглая Э.Ю., Смирнова И.В. Проблема загрязнения воздуха. Крупнейшие города России: сб. Инженерные системы. 2002. СПб. № 2.
3. Ворожнин В.С. Разработка методики обеспечения экологической безопасности участников дорожного движения: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.22.01. М., 2014. С. 8—11.
4. Ворожнин В.С., Маркелов Ю.И. Изучение влияния загрязнения воздушной среды крупного города на участников дорожного движения // Эколого-географические проблемы природопользования нефтегазовых регионов — теория, методы, практика: доклады IV Междунар. науч.-практ. конф. (Нижневартовск, 26—30 октября 2010 г.) / отв. ред.: А.В. Нехорошева, С.Е. Коркин, Е.Н. Козелкова, Г.К. Ходжаева. Нижневартовск: Нижневарт. гос. гуманит. ун-т, 2010. С. 221—224.
5. Щербатюк А.П. Заслоновский В.Н. Зависимость экосистем городов от сложного ландшафта // Materialy mezinarodni vedecko-prakticka konference «Moderni vymozenosti vedy — 2013». Praha: Education and Science, 2013. C. 9-18.
6. Ashmore M.R., Dimitroulopoulou C. Personal exposure of children to air pollution / / Atmospheric Environment. 2009. Vol. 43. P. 128-141.
7. Zaslonovskiy V.N., Shcherbatyuk A.P. Internationaler Kongress Fahmesse, «Complex of engineering solutions in order to protect thi city ecosystem under conditions of the complex landscape and prolonged cold period // euro-eco, Hannover, 2013. P. 154.
8. Potoglou D., Kanaroglou P.S. Carbon monoxide emissions from passenger vehicles: predictive mapping with an application to Hamilton, Canada // Transportation Research Part D. 2005. Vol. 10. P. 97-109.
9. Shcherbatyuk A.P. Protection of urban ecosystem with complekx landscape from automobile transport the warm season // Jornal of International Scintific Publications: Elogi & Safety. Vol. 6. Sofia, 2012. P. 3.
10. Song W.W., Ashmore M.R., Terry A.C. The influence of passenger activities on exposure to particles inside buses // Atmospheric Environment. 2009. Vol. 43. P. 6271-6278.
List of literature_
1. Bezuglaya E.Yu., Smirnova I.V. Vozduhgorodov i ego izmeneniya [The air of cities and its changes]. St. Petersburg: Asterion, 2008.
2. Bezuglaya E.Yu., Smirnova I.V. Problema zagryazneniya vozduha. Krupneyshie goroda Rossii [The problem of air pollution. The largest cities of Russia]: Coll. Engineering systems, 2002. St. Petersburg, no. 2.
3. Vorozhnin V.S. Technique of increase of vehicles on the environmental safety of the road network of a large city (on the example of protection of ambient air traffic participants) [Metodika povysheniya ekologicheskoy bezopasnosti avtotransporta na ulichno-dorozhnoy seti krupnogo goroda (na primere zashhity vozdushnoy sredy uchastnikov dorozhnogo dvizheniya) ]: Abstract. dis. Moscow, 2014, pp. 8-11.
4. Vorozhnin V.S., Makarov Yu.I. Ekologo-geograficheskie problemy prirodopolzovaniya neftegazovyh regionov — teoriya, metody, praktika (Ecological-geographical problems of natural resources of oil and gas regions - theory, methods, practice): report IV International. scientific-practical. conf. (Nizhnevartovsk, October 26-30, 2010); Ed. A.V. Nekhorosheva, S.E. Korkin, E.N. Kozelkova, G.K. Khodyaeva. Nizhnevartovsk: Nizhnevartovsk State Humanity University Press, 2010, pp. 221-224.
5. Shcherbatyuk A.P., Zaslonovsky V.N. Materialy mezinarodni vedecko-prakticka konference «Moderni vymozenosti vedy — 2013» (Materialy mezinarodni vedecko-prakticka konference «Moderni vymozenosti vedy -2013»). Praha: Education and Science, 2013, pp. 9-18.
6. Ashmore M.R., Dimitroulopoulou C. Atmospheric Environment (Atmospheric Environment), 2009, vol. 43, pp. 128-141.
7. Zaslonovskiy V.N., Shcherbatyuk A.P. Internationaler Kongress Fahmesse, «Complex of engineering solutions in order to protect the city ecosystem under conditions of the complex landscape and prolonged cold period [Internationaler Kongress Fahmesse, «Complex of engineering solutions in order to protect the city ecosystem under conditions of the complex landscape and prolonged cold period]. Euro-eco, Hannover, 2013, p. 154.
8. Potoglou D., Kanaroglou P.S. Transportation Research Part D (Transportation Research Part D), 2005, vol. 10, pp. 97-109.
9. Shcherbatyuk A.P. Jornal of International Scintific Publications: Elogi & Safety (Jornal of International Scintific Publications: Elogi & Safety), vol. 6. Sofia, 2012, p. 3.
10. Song W.W., Ashmore M.R., Terry A.C. Atmospheric Environment (Atmospheric Environment), 2009, vol. 43, pp. 6271-6278.
Коротко об авторе _ Briefly about the author
Щербатюк Андрей Петрович, канд. техн. наук, Забайкальский государственный университет, г. Чита, Россия. Область научных интересов: охрана окружающей среды, загрязнение атмосферного воздуха andrey.shcherbatyuk.63@.ru
Andrey Scherbatyuk, candidate of technical sciences, Transbaikal State University, Chita, Russia. Sphere of scientific interests: environmental protection, air pollution
Образец цитирования_
Щербатюк А.П. Зависимости развития опасных техноприродных процессов в условиях сложного ландшафта: оценка опасности и риска // Вестн. Забайкал. гос. ун-та. 2016. Т. 22. № 5. С. 32-38.
