Анализ влияния метеорологических параметров атмосферы и загрязнения окружающей природной среды на здоровье человека

Анализ влияния метеорологических параметров атмосферы и загрязнения окружающей природной среды на здоровье человека

Атмосферный воздух не только воздействует на человека непосредственно, но и служит транспортирующей средой, обуславливая загрязнение почвенного покрова, водных источников, растительности и продуктов питания человека. А от метеорологических параметров атмосферы и качества атмосферного воздуха во многом зависит стабильность взаимодействия человеческого организма с окружающей средой – процессы физического развития, заболеваемость, медико- демографические параметры. Охрана атмосферного воздуха осуществляется на основе соблюдения следующих основных принципов [1-3]:

• приоритета охраны жизни и здоровья человека, сохранения и восстановления окружающей среды, благоприятной для жизни, труда и отдыха населения;
• сбалансированного решения социально-экономических задач и проблем окружающей среды в целях перехода Республики Казахстан к устойчивому развитию в условиях рыночных отношений и удовлетворения потребностей нынешнего и будущих поколений людей в здоровой и благоприятной окружающей среде;
• рационального использования и воспроизводства природных ресурсов, поэтапного введения платы за природопользование и внедрения экономического стимулирования охраны окружающей среды;
• государственного регулирования и государственного контроля, неотвратимости ответственности за нарушение законодательства об охране атмосферного воздуха;
• международного сотрудничества в области охраны атмосферного воздуха на основе международного права.

Для городских местностей эти вопросы имеют исключительно важное значение. В среднем в течение последнего десятилетия в регионе на 1 км2 поверхности земли приходилось порядка 2551,28 т. выбрасываемых в атмосферу твердых загрязняющих веществ в год. Высока также нагрузка, производимая на состояние атмосферного воздуха за счет выбросов газообразных веществ. Все это обуславливает возникновение ряда существенных проблем для здоровья населения области, в первую очередь – на городских территориях.

При постоянных параметрах выбросов уровень загрязнения приземного слоя атмосферы существенно зависит от климатических условий: направления ветра, условий переноса и распространения примесей в атмосфере, интенсивности солнечной радиации, определяющей фотохимические превращения примесей и возникновение вторичных продуктов загрязнения воздуха, количества и продолжительности атмосферных осадков, приводящих к вымыванию примесей в атмосфере. Поэтому снижение загрязнения атмосферы должно осуществляться технологическими средствами с учетом характерных особенностей климатических условий в рассматриваемом районе.

Влияние метеорологических условий проявляется по-разному при холодных и нагретых выбросах из высоких и низких источниках выбросов загрязняющих веществ. Концентрации примеси в приземном слое атмосферы под факелом дымовых и вентиляционных труб на разных расстояниях от источника выброса распределяются следующим образом. Вблизи источника при отсутствии низких и особенно неорганизованных выбросов концентрация примеси мала. Она увеличивается и достигает максимума на некотором расстоянии от источника выброса. Максимум и характер изменения концентрации с расстоянием зависит от мощности выброса, высоты источника выброса, температуры и скорости выбрасываемых газов, а также от метеорологических условий. Чем выше источник выбросов, тем больше рассеивается примесь в атмосфере, прежде чем достигнет подстилающей поверхности. Наибольшего значения концентрация обычно достигает на расстоянии от 10 до 40 кратной высоты источника выброса. На промышленной площадке загрязнение приземного слоя воздуха может быть повышенным за счет неорганизованных выбросов.

Скорость ветра способствует переносу и рассеиванию примесей, так как с увеличением скорости ветра возрастает интенсивность турбулентного перемешивания воздушных слоев. При слабом ветре в районе высоких источников выброса концентрации загрязняющих веществ у земли уменьшаются за счет увеличения подъема факела и уноса примеси вверх. Подъем примеси особенно значителен при нагретых выбросах. При сильном ветре начальный подъем примеси уменьшается, но происходит возрастание скорости переноса примеси на значительные расстояния.

Максимальные концентрации примеси обычно наблюдаются при некоторой скорости, которая называется опасной. Опасная скорость ветра зависит от параметров выбросов. Для мощных источников выбросов с большим перегревом дымовых газов относительно окружающего воздуха, например, для тепловых станций она составляет 5-7 м/с. Неустойчивость направления ветра способствует усилению рассеивания по горизонтали, и концентрации примесей у земли уменьшаются.

В самоочищении атмосферного воздуха большую роль играет не только горизонтальный воздухообмен, но и вертикальный [4-6]. Косвенным показателем интенсивности вертикального воздухообмена может служить повторяемость температурных инверсий и изотермии. Такое распределение температуры с высотой приводит к значительной устойчивости атмосферного воздуха в вертикальной плоскости, то есть к невозможности обмена нижних, грязных слоев воздуха с верхними, более чистыми. В результате у поверхности земли происходит накопление выбросов и, следовательно, чем больше повторяемость инверсий и изотермии, тем меньше возможность вертикального воздухообмена и тем грязнее приземные слои воздуха.

Влияние инверсий, формирующихся на различных уровнях в атмосфере, различно. Так, приземные инверсии ослабляют турбулентный обмен между нижними и вышележащими слоями воздуха, а приподнятые инверсии препятствуют развитию нисходящих воздушных потоков и ограничивают обмен воздуха, в котором происходит перемешивание, что приводит к накоплению вредных примесей, содержащихся в выбросах промышленных предприятий, и загрязнению приземного слоя воздуха, особенно в тех случаях, когда инверсии наблюдаются в сочетании со штилем или слабым ветром. Однако здесь следует иметь в виду большую роль высоты источников выброса в состоянии загрязнения приземного воздуха при инверсиях. При приземных инверсиях выбросы от низких источников концентрируются у поверхности земли и подвергаются только горизонтальному сносу под действием ветрового потока у земли. По мере увеличения высоты источника выброса меньшее количество выбросов попадает к поверхности земли, так как затруднен воздухообмен. Выбросы от высоких источников ветровым потоком перемещаются в горизонтальном направлении на высоте источника. Но не только приземные инверсии и изотермии способствуют накоплению выбросов, а также и приподнятые инверсии в зависимости от высоты источника выброса (чем ниже источник загрязнения и выше нижняя граница инверсии, тем меньше загрязнение приземного воздуха, так как под слоем инверсии располагается активный слой, способный к вертикальному перемещению). В случае, если нижняя граница инверсии располагается на уровне верхней части трубы высокого источника или незначительно приподнята над ним, загрязнение воздуха у поверхности земли от этого источника будет максимальным. При таком положении задерживающего слоя в вертикальном направлении обмениваются слои воздуха, расположенные ниже слоя инверсии, и верхние слои воздуха в результате турбулентного перемешивания замещают приземные, поднимающиеся вверх. Инверсии, нижняя граница которых располагается над источником на высоте, не превышающей 200 м, способствуют максимальному загрязнению от высоких источников. По данным исследований слои инверсии с нижней границей, превышающей высоту источника более чем на 200 м, существенного влияния на загрязнение атмосферного воздуха у поверхности земли не оказывают.

Солнечная радиация обусловливает фотохимические реакции в атмосфере и формирование различных вторичных продуктов, обладающих часто более токсичными свойствами, чем вещества, поступающие от источников выбросов. Так, в процессе фотохимических реакций в атмосфере происходит окисление сернистого газа с образованием сульфатных аэрозолей. В результате фотохимического эффекта в ясные солнечные дни в загрязненном воздухе формируется фотохимический смог.

При туманах концентрация примесей может сильно увеличиться. С туманами связаны смоги, при которых в течение продолжительного времени удерживаются высокие концентрации вредных примесей. На распространение примеси влияют также упорядоченные вертикальные движения воздушных потоков, обусловленные неоднородностью подстилающей поверхности. В условиях пересеченной местности на наветренных склонах возникают восходящие, а на подветренных - нисходящие потоки, над водоемами летом - нисходящие, а в прибрежных районах - восходящие потоки. При нисходящих потоках приземные концентрации увеличиваются, при восходящих - уменьшаются. В некоторых формах рельефа, например в котловинах, воздух застаивается, что приводит к накоплению вредных веществ, вблизи подстилающей поверхности, особенно от низких источников выбросов. В холмистой местности максимумы приземной концентрации примеси обычно больше, чем при отсутствии неровностей рельефа.

На рассеивание примесей в условиях города существенно влияют планировка улиц, их ширина и направление, высота зданий, зеленых массивов и водные объекты, образующие как бы разные формы наземных препятствий воздушному потоку и приводящие к возникновению особых метеорологических условий в городе.

Таким образом, даже при постоянных объемах и составах промышленных и транспортных выбросов в результате влияния метеорологических условий уровни загрязнения воздуха могут различаться в несколько раз. Поэтому изучение и анализ климатических условий распространения примесей в атмосфере позволяет установить степень их влияния на формирование уровня загрязнения атмосферы и определить, какие мероприятия могут оказаться наиболее эффективными для обеспечения чистоты атмосферы. При этом к анализу должны привлекаться следующие климатические характеристики:

• слабые и опасные скорости ветра (повторяемость);
• застои воздуха - приземные инверсии при слабом ветре (повторяемость):
• инверсии температуры, приземные и приподнятые (мощность, интенсивность, повторяемость);
• коэффициент турбулентного обмена (повторяемость различных значений, среднее и максимальное значение);
• туманы (продолжительность);
• осадки (интенсивность жидких осадков).

Исследования годового и суточного хода климатических характеристик позволили выявить периоды, когда наиболее вероятны условия накопления примесей в атмосфере. Известно, что многие предприятия осуществляют выбросы нерегулярно. Так, например, в периоды профилактических и ремонтных работ газоочистного оборудования и других мероприятий выбросы вредных веществ в атмосферу могут возрастать. Поэтому на основе климатологических обобщений можно выявить и рекомендовать на эти случаи периоды, позволяющие предотвратить «пиковые» загрязнения атмосферы.

При охране атмосферного воздуха недостаточно иметь только сведения о сокращении выбросов. Требуется надежная (статистически достоверная) информация за длительный период о содержании примесей в атмосфере и климатических условиях распространения примесей в атмосфере.

Существует ряд подходов и вариантов изучения уровня заболеваемости и состояния здоровья населения в связи с качеством окружающей среды. В любом случае оценка начиналась с общего (предварительного) ознакомления с численностью, возрастно-половой структурой, уровнем общей заболеваемости и отдельных нозологических форм у населения на наблюдаемой территории по материалам статистических управлений, лечебных учреждений.

В целом научные исследования основываются на следующих экологических фактора могут считаться активно воздействующими на здоровье, это, в порядке убывания степени остроты проблемы:

• загрязнение атмосферного воздуха;
• загрязнение растениеводческой продукции (в значительной мере также являющееся следствием атмосферного загрязнения);
• загрязнение водных ресурсов.

При этом важно понимать, что механизм влияния атмосферного загрязнения на человеческую популяцию гораздо сложнее, чем это может быть выражено в терминах любой из упрощенных однофакторных моделей.

Нельзя не учитывать того факта, что концепция пороговой модели воздействия загрязнения окружающей среды на здоровье (предполагающая существование абсолютно безопасного уровня загрязнения) в свете современных научных представлений является лишь первым приближением реального процесса.

Как мы полагаем, более актуальной является беспороговая модель риска с существованием различных коэффициентов риска для уровней ниже и выше ПДК, либо беспороговая нелинейная модель риска, которая может быть представлена гладкой экспоненциальной кривой.

Вывод:

При оценке влияния загрязнения окружающей природной среды на состояние здоровья людей следует базироваться на следующих основных тезисах:

1. Риск возникновения заболевания возрастает с ростом концентрации загрязнителя в воздухе, усредненной за некоторый период времени.
2. Риск нарушений здоровья может быть усилен за счет присутствия в атмосферном воздухе не одного, а нескольких загрязнителей.
3. Риск нарушений здоровья может быть усилен за счет существенных всплесков загрязнения либо за счет постоянного изменения состояния окружающей среды, что затрудняет приспособление популяции к ее химическим характеристикам.
4. Риск является популяционной вероятностной характеристикой и может быть эффективно исследован на уровне показателей, характеризующих здоровье популяции в целом в большей степени, чем при исследовании индивидуальной реакции.

В связи с этим нами предавалось большое значение сбору и анализу различных показателей, характеризующих состояние здоровья и медико-демографической ситуации для городских жителей в сопоставлении с показателями загрязнения атмосферного воздуха.

Важно также видеть территориальный аспект проблемы, состоящий в том, что люди, проживающие в различных районах города, испытывают разную медико-экологическую нагрузку на организм.

Проблема оценки влияния загрязнения окружающей среды на состояние здоровья населения сохраняет свою актуальность в современных условиях. Стратегией «Казахстан-2030», а также Государственной программой «Здоровье народа» улучшение окружающей среды определено в качестве одного из основных инструментов оздоровления населения. Атмосферный воздух как основная среда обитания человека играет в этом процессе одну из ведущих ролей.

ЛИТЕРАТУРА

1. Инструкция Минздрава СССР № 2287-81 (1981).
2. Никитин Д.П. Новиков Ю.В. Окружающая среда и человек. -М.:1980.-320 с.
3. www.rusenergy.com Экологические проблемы Каспия.
4. Айдосов А. Прогнозирование распределения сероводорода при аварийных выбросах в атмосферу.- Материалы IV Международной Научной конференции «Новое в охране труда и окружающей среды», 11-12 октября 2000г., Алматы, 2000 – с. 228 –232.
5. Тарасов В.В. Экология человека в чрезвычайных ситуациях . - М: Издательство МГУ, 1992.-128 с.
6. Алексеев С. Чрезвычайные ситуации на производстве // Нефтяное хозяйство.-2000. -№ 3. С. 12-16.