Оценка опасности для здоровья
в связи с загрязнением окружающей среды
по г. Железнодорожный.
Задачи и последовательность расчетов. Организация документа
Задачи расчета и организация документа
Цель расчетов – дать материал для ответа на следующие вопросы.
Данный отчет представляет собой главный документ, содержащий изложение методики расчетов и интерпретацию результатов. К нему прилагаются отдельные документы с результатами расчетов, сгруппированными по тематическому принципу.
Документы – приложения:
Опасность для окружающей среды и здоровья населения может быть представлена в многомерном пространстве опасности, включающем следующие переменные (координатные оси).
Ввиду множества возможных комбинаций этих переменных, проводить расчеты для всех их сочетаний невозможно, да и нецелесообразно, т.к. такой объем расчетных данных трудно осмыслить. Поэтому на первом этапе работы – этапе обзора исходных данных – на основе набора имеющихся данных было принято решение о составе главного варианта расчета, исходя из которого, строятся различные разрезы пространства опасности. Этот вариант можно рассматривать как точку отсчета в пространстве опасности.
Главный вариант расчета базируется на следующих исходных данных:
Главный вариант расчета производится на втором этапе - этапе скрининга – и включает следующие результаты:
На этапе скрининга выявилось, что, кроме главного варианта, результаты расчета показывают наличие второго “ядра опасности” с совершенно другой степенью неопределенности (см. документ о рисках). В главном варианте расчета достоверно определяется ядро опасности, представленное максимальным среднесуточным риском для органов дыхания, связанным с диоксидом азота и сосредоточенным в окрестности шоссе. Характерный показатель максимума опасности – 5. Кроме того, существует возможное (потенциальное) второе ядро опасности, представленное максимальным почасовым риском для органов дыхания, связанным с акролеином и сосредоточенным в окрестности шоссе. Характерный показатель максимума опасности – 5. Однако это второе ядро не может быть идентифицировано с уверенностью при существующем уровне неопределенности.
Поэтому детальный профиль опасности дан ниже только для первого, достоверно определяемого ядра. Можно сказать, что профиль второго ядра неразличим из-за в неопределенности.
Результаты скрининга уточняются на третьем этапе детального анализа. При этом проводились эксперименты по изучению влияния способа расчета на результаты и окончательному выбору способа расчета. В данной работе изучалось влияние следующих факторов:
Расчет рассеяния проводился с помощью модели ISC3ST (US EPA). При этом не учитывались эффекты осаждения и вымывания загрязнителей (ввиду отсутствия соответствующих исходных данных) и эффект близлежащих к источникам высоких зданий (ввиду отсутствия таковых, по критериям, принятым в ISC3ST). Часы штиля (скорость ветра менее 1 м/с) исключались из расчета, согласно рекомендациям EPA. Учитывался эффект озон-лимитированного преобразования оксидов азота (см. раздел о моделировании шоссе).
Для расчета среднегодовых значений использовались среднегодовые выбросы в т/г. Расчет производился по всем временным интервалам, для которых имелись метеоданные (как правило, каждые 3 часа) и результаты усреднялись за год. Для расчета максимума почасовых значений использовались пиковые выбросы в г/с, причем отбрасывались верхние 5% гистограммы почасовых концентраций для каждой расчетной клетки по отдельности. Затем для каждой клетки рассчитывался годовой максимум концентрации. Расчет максимума среднесуточных значений производился так же, как и для максимума почасовых, но с другим алгоритмом агрегации результатов: для каждых суток в каждой клетке рассчитывалась средняя концентрация, а затем для каждой клетки брался годовой максимум суточных средних.
Более детальное обсуждение этого вопроса приведено в документе, посвященном неопределенностям.
Расчет канцерогенного риска проводился по стандартной дозовой модели EPA для единой группы “Все население” с массой тела 70 кг и объемом вдыхаемого воздуха 1 м3/час. Принималось, что экспозиция происходит постоянно по месту жительства и продолжительность жизни составляет 70 лет. Расчет индекса неканцерогенного риска проводился суммированием отношения концентрации к референтному уровню для всех загрязнителей, входящих в одну группу направленности действия. Расчет канцерогенного риска проводился суммированием для всех канцерогенных загрязнителей, независимо от направленности действия.
Рассчитывались хронические риски на основе среднегодовых концентраций и ПДКсс либо хронической RFC, острые (почасовые) риски на основе максимума почасовых концентраций и ПДКмр либо острой (одночасовой) RFC, а также максимальные суточные риски на основе максимума среднесуточных концентраций и ПДКсс. Агрегация результатов по риску проводилась в следующей последовательности: суммирование по загрязнителям для каждой клетки и каждого момента времени, затем расчет среднего или максимума по времени, затем усреднение клеток по пространственным зонам.
Вышеуказанные расчетные модели использовались в рамках интегрированной среды EHIPS (http://www.iki.rssi.ru/ehips/welcome.htm). С помощью EHIPS выполнялись также все вспомогательные расчеты: усреднение и агрегация результатов, построение таблиц, карт и графиков, вычисление относительных вкладов и т.д.
Все расчеты проводились на сетке клеток размером 300 х 300 м, покрывающей территорию города. Расчетные значения относятся к середине каждой клетки. Они индицируются как вписанным в клетку текстом, так и цветовым кодом. Примеры его приведены ниже для случая, когда в качестве максимального значения цветокода выбрана единица. Используются 2 варианта цветокода: с 10 и 12 цветами. Цвет покрывает диапазон между значениями, стоящими справа и слева от него. Первый и последний цвет соответствуют значениям меньше минимального (первого) числа и больше максимального (второго) числа.
Таблица 1 12-цветовая схема цветокодирования.
|
|
0 |
|
0.08333 |
|
0.1667 |
|
0.25 |
|
0.3333 |
|
0.4167 |
|
0.5 |
|
|
0.5833 |
|
0.6667 |
|
0.75 |
|
0.8333 |
|
0.9167 |
|
1 |
|
>1 |
Таблица 2 10-цветовая схема цветокодирования.
|
|
0 |
|
0.1 |
 |
0.2 |
 |
0.3 |
|
|
0.4 |
 |
0.5 |
 |
0.6 |
 |
0.7 |
|
|
0.8 |
 |
0.9 |
|
1 |
|
>1 |
В других случаях те же цветокоды соответствуют другим значениям, но они всегда пропорциональны максимальному значению цветокода (его превышения кодируются красным цветом). Поэтому для каждой карты достаточно указать максимум, соответствующий красному цвету, и на основе этого значения однозначно интерпретируются все остальные цветокоды.
Как отмечено в разделе 1.2, для полной характеристики опасности необходимо выявить ее зависимость от следующих факторов.
Эти факторы в совокупности образуют многомерное пространство. Как отмечалось, невозможно и нецелесообразно покрывать его всего расчетной сеткой. Поэтому выбран подход к характеристике опасности через сечения этого пространства, т.е. развертку зависимости значения, характеризующего опасность, от значения одного или нескольких из вышеуказанных факторов – переменных развертки. Рассчитанные сечения имеют топологию звезды: они все исходят из главного варианта расчета, который выбран в предполагаемом “ядре” опасности в указанном пространстве. При этом “удельным весом”, определяющим, где находится ядро, является значение характеристики опасности – величина выброса, концентрация или риск.
Одномерное сечение опасности включает ее развертку вдоль одной переменной. Это следующие развертки (для определенности считаем, что в качестве численной характеристики опасности используются значения риска).
Кроме того, приводится характеристика неопределенности для всех типов воздействия и направленности, входящих в главный вариант расчета. Главная цель этой характеристики – достоверность превышений порога риска, обнаруженных в главном варианте расчета. Она зависит как от величины неопределенности, так и от величины превышения. Кроме того, характеризуются источники неопределенности (исходные данные, модельные предположения и т.д.).
В ряде случаев для практически пригодной характеристики опасности заведомо недостаточно одномерного сечения. Например, сечение по времени, построенное только в среднем по территории, возможно на этапе скрининга, но детальный расчет должен включать и пространственно-временное сечение, т.е. карты, позволяющие охарактеризовать, как меняется во времени распределение опасности по пространству. Такие двумерные сечения, естественно, включают в себя вышеуказанные одномерные сечения, так что в последних отпадает необходимость. В ряде случаев целесообразны даже трехмерные сечения, например вышеуказанный комплект карт, построенный для каждого загрязнителя (сечение пространство – время – загрязнитель).
Даже двумерные сечения (не говоря уже о большей размерности) для всех возможных пар переменных – практически нереальный, да и ненужный объем информации. Поэтому необходимо было решить, какой комплект одномерных, двумерных и трехмерных сечений включать в детальные расчеты. Этот выбор в значительной мере субъективен и делался на основе опыта аналогичных работ. В итоге был принят следующий комплект многомерных сечений для характеристики опасности.
Двумерные.
Двумерные.
Эти сечения приведены в разделе об исходных данных.
Двумерные.
Трехмерные.
Все переменные, не входящие в сечение, даются в максимально агрегированном виде. Например, сечение по загрязнителям дается для среднего по территориям и суммы по источникам.
Таким образом, представляется, что в данной работе построена достаточно полная характеристика опасности. Разумеется, выбор сечений мог бы быть и иным, при условии, что пробелов в пространстве опасности не допущено.
Xарактеристика опасности через интегральный неканцерогенный риск
Понятие интегрального неканцерогенного риска.
Поскольку различные виды неканцерогенного риска – среднегодовой, максимальный среднесуточный и максимальный почасовой – могут иметь совершенно разные сечения, необходимо ввести единую характеристику опасности и уже для нее строить сечения. В качестве такой характеристики мы вводим понятие интегрального риска.
Интегральный неканцерогенный риск – это среднее от среднегодового, максимального почасового и максимального среднесуточного неканцерогенного риска. Усредняются риски одной направленности действия. Если один и тот же вид риска может быть рассчитан по ПДК и RFC, то в среднее входят оба варианта. Для канцерогенов интегральный риск сводится к обычному хроническому (среднегодовому) риску.
Неопределенность для интегрального риска рассчитывается как взвешенная сумма неопределенностей каждой из составляющих видов риска плюс среднеквадратичный разброс между отдельными видами риска.
Среднее по территории значение интегрального риска для органов дыхания равно 0.95. Эта величина – наиболее обобщенная количественная характеристика достоверного ядра опасности. Однако абсолютное значение интегрального риска не имеет простой интерпретации. Интегральный риск вводится ради рассмотрения его сечений (профилей) по тем или иным переменным, т.е. относительных величин.
Мы рассматриваем входящие в интегральный риск компоненты, рассчитанные относительно RFC, без учета загрязнителей с высокой степенью неопределенности. Это связано с тем, что высокая неопределенность делает бессмысленным рассмотрение сечений.
Мы рассматриваем интегральный неканцерогенный риск разной направленности, но анализируем сечения только риска для органов дыхания, потому что он доминирует в картине опасности.
Рисунок 1 Интегральный неканцерогенный риск в разрезе по направленности действия.
Рисунок 2 Интегральный риск для органов дыхания в разрезе по загрязнителям. Ранжировка.
Таким образом, преобладает вклад в интегральный риск для органов дыхания диоксида азота, затем с большим отрывом идет формальдегид.
Рисунок 3 Интегральный риск для органов дыхания в разрезе по интервалу времени.
В интегральном риске для органов дыхания преобладает среднесуточная составляющая, затем почасовая. Среднегодовая составляющая мала.
Рисунок 5 Интегральный риск для органов дыхания в разрезе по районам. Ранжировка.
Вывод из приведенных выше рисунков:
Интегральный риск для органов дыхания сосредоточен в окрестности шоссе и, в меньшей степени, - в небольшой окрестности предприятий “Керамико-плиточный завод” и “Минвата”/”Термостекло”. В среднем по административным районам наибольший интегральный риск – в Купавне. (Район “Дорога” не рассматривается как административная единица).
Рисунок 6 Интегральный риск для органов дыхания в разрезе по группам источников. Ранжировка.
Вывод: несмотря на то, что вклад предприятий существенен в некоторых точках территории, в целом вклад дороги в интегральный риск для органов дыхания – преобладающий. Вклад котельных пренебрежимо мал.
Характеристика интегрального риска по факторам неопределенности.
Поскольку мы проводим только качественный анализ неопределенности, примем, что неопределенность имеет всего три значения: “малая”, “средняя” и “большая”. Эти значения могут относиться как к численной характеристике опасности в некоторой точке пространства опасности, так и к характеристике профиля сечения опасности по какой-либо переменной. В обоих случаях “малая” означает неопределенность менее чем в 2 раза, “средняя” - от 2 до 10 раз, “большая” - более чем в 10 раз. Если речь идет о неопределенности в точке, интерпретация этих цифр очевидна. Если же речь идет о неопределенности профиля сечения, то эти цифры означают, что особенности (в первую очередь, “горячие точки” опасности), на основе которых определяется форма сечения, высоко достоверны, если их относительная величина превосходит значения неопределенности в точке особенности. Если их относительная величина меньше значения неопределенности на одну “ступень” (например, если неопределенность большая, а особенность имеет относительную к фону величину 5), достоверность считаем средней, а если на две ступени – низкой.
Например, если профиль по загрязнителям имеет малую степень неопределенности, то загрязнитель с наибольшим вкладом может считаться главным, независимо от того, насколько он превосходит вклады остальных загрязнителей. Если степень неопределенности средняя, то загрязнитель достоверно считается главным, только если его вклад превосходит остальные более чем в 2 раза, а если неопределенность большая – то более чем в 10 раз.
Проведенный выше анализ позволяет построить графическое представление многомерной опасности через ее проекции в одномерные сечения вдоль каждой оси. Ценность такого представления определяется тем, что на нем можно изобразить уровень неопределенности в каждом сечении, подобно тому, как изображаются статистические доверительные интервалы. Поскольку неопределенность оценивается только качественно, такое графическое представление неизбежно схематично, и нет смысла отображать на нем детальную численную информацию. Цель его в другом – представить общий ход уровня опасности и уровня неопределенности вдоль каждой переменной. При желании получить количественную информацию следует вернуться к построенным выше сечениям опасности.
На приводимых ниже схемах ось “время” имеет естественное упорядочение, оси “загрязнитель”, “территория” и “источник” имеют упорядочение, определяемое ранжировкой по уровню опасности. На схемах перечислены только приоритетные загрязнители.
Таблица 3 Схематическое изображение основных сечений опасности. Пунктирные линии – границы неопределенности. Масштаб по ординате условный.
|
|
|
|
|
Сечения опасности по отдельным видам риска
Для каждого типа риска (среднегодовой, суточный, почасовой) приводятся сечения по загрязнителям, территориям и группам источников, построенные как по ПДК, так и по RFC. Риск для ЦНС рассматривается только когда он достаточно велик.
Среднегодовой неканцерогенный риск.
Рисунок 7 Среднегодовой риск для органов дыхания (по ПДКсс) – ранжировка по загрязнителям.
Рисунок 9 Среднегодовой риск для органов дыхания (по ПДКсс) – ранжировка по территориям.
Рисунок 11 Среднегодовой риск для органов дыхания (по ПДКсс) – ранжировка по группам источников.
Максимальный почасовой неканцерогенный риск.
Рисунок 13 Максимальный почасовой риск для органов дыхания (по ПДКмр) – ранжировка по загрязнителям.
Рисунок 15 Максимальный почасовой риск для органов дыхания (по ПДКмр) – ранжировка по территориям.
Максимальный среднесуточный неканцерогенный риск.
Рисунок 21 Максимальный среднесуточный риск для органов дыхания (по ПДКсс) – ранжировка по территориям.
Максимальный среднесуточный риск для ЦНС, рассчитанный по RFC, не приводится. Он имеет очень малые значения, т.к. для ряда ключевых загрязнителей этой направленности нет 24-часовой RFC.
Рисунок 25 Максимальный среднесуточный риск для ЦНС (по ПДКсс) – ранжировка по загрязнителям.
Рисунок 26 Максимальный среднесуточный риск для ЦНС (по ПДКсс) – ранжировка по территориям.
Рисунок 27 Максимальный среднесуточный риск для ЦНС (по ПДКсс) – ранжировка по группам источников.
Для среднегодового канцерогенного риска (Рисунок 29) нигде на территории не достигается порог повышенной опасности 10-4, принятый для этого вида риска, и практически по всей территории превышается величина 10-5. Таким образом, можно сказать, что канцерогенный риск представляет умеренную опасность, с типичным для городов Подмосковья диапазоном значений. Он связан по преимуществу с транспортом.
Рисунок 29 Канцерогенный риск в разрезе по загрязнителям и зонам. Максимум нормировки (красный цвет) 10-5.
Второе (потенциальное) ядро опасности
Сечения по загрязнителям и источникам тривиальны и не приводятся, т.к. в них имеется только один доминирующий загрязнитель – акролеин – и один доминирующий источник – дорога.
Карты риска на космических снимках
Рисунок 34 Интегральный риск для органов дыхания. Максимум нормировки (красный цвет) – 1.
Использованы снимки ИСЗ Aster с разрешением 15 м. Приведенные выше карты имеют небольшие геометрические искажения, возникающие в процессе трансформации космических снимков к картографической системе координат.
Здесь даны ответы на вопросы, поставленные в начале документа.
Представляют только по неканцерогенному воздействию на органы дыхания. Превышение порога для наиболее опасных пространственных точек и временных интервалов – до 5 раз. Следующее по величине воздействие – на ЦНС – значительно меньше и достигает единичного порога только в ближайшей окрестности шоссе. Канцерогенный риск не превышает порога 10-4 везде на расчетной территории и может считаться умеренным (типичным для городов, лежащих вблизи транспортных потоков).
В рамках достоверно установленной опасности наиболее опасен диоксид азота. Кроме того, существует вторая возможная (потенциальная) столь же высокая опасность, за которую ответственен акролеин и в гораздо меньшей степени - бутадиен. Однако в настоящее время констатировать ее существование с уверенностью невозможно.
Основная опасность исходит от Носовихинского шоссе. Кроме того, имеются небольшие очаги опасности, исходящие от керамико-плиточного завода и предприятий “Термостекло” и “Минвата”.
Достоверная опасность существенна только по максимуму среднесуточных воздействий. Кроме того, имеется вторая возможная (потенциальная) высокая опасность во всем диапазоне времени воздействия, но в настоящее время констатировать ее существование с уверенностью невозможно.
Наиболее опасны следующие районы: окрестность шоссе, Купавна, окрестность предприятий “Термостекло” и “Минвата”. Наименее опасны юго-восточная, юго-западная и северо-западная часть территории города.
Для достоверно установленной опасности превышение единичного порога максимумом среднесуточного риска для органов дыхания имеет низкую достоверность в целом по территории города, среднюю достоверность – по территории наиболее загрязненных районов и высокую достоверность – в наиболее загрязненных точках. Преобладание диоксида азота в профиле риска по загрязнителям имеет высокую достоверность. Преобладание среднесуточного риска над среднегодовым и почасовым в профиле риска по интервалам времени имеет высокую достоверность. Преобладание риска в зимние месяцы, особенно в декабре, имеет среднюю степень достоверности. В профиле по источникам доминирование вклада дороги в опасность в целом по территории имеет высокую достоверность. Преобладание вкладов предприятий “Керамико-плиточный завод”, “Термостекло” и “Минвата” в их непосредственной окрестности имеет среднюю степень достоверности.
Потенциальная вторая опасность, связанная с акролеином, имеет в целом низкую степень достоверности. Поэтому говорить о достоверности ее профилей бессмысленно.
Мы считали нецелесообразным объединять в единую оценку риска материалы с такой разной степенью достоверности и поэтому предлагаем их как две разные ветви оценки риска, для каждой из которых оптимальны свои специфические управленческие решения:
Они могут включать