Городской среды. Оценка экологического риска
Подходы к комплексной эколого-геохимической оценке состояния городской среды.Одной из важнейших задач ландшафтно-геохимических исследований на территории городов является комплексная оценка состояния окружающей среды, позволяющая получить пространственно дифференцированное представление об экологической ситуации на территории города. Используемые для этого методические приемы очень разнообразны в зависимости от целей оценки, пространственных и временных масштабов, экологических особенностей городов и других факторов. Традиционная схема комплексной оценки включает исследование отдельных компонентов городской среды и последующее обобщение результатов, расчет интегральных показателей, районирование и зонирование территории, выявление проблемных ситуаций [94, 156 и др.].
Методика комплексной эколого-геохимической оценки показана на примере работ, выполненных В. С. Хомичем с соавторами в г. Минске и г. Светлогорске [97, 98, 157]. Она предполагает следующую последовательность работ:
· ландшафтно-геохимическая дифференциация территории города;
· оценка состояния природных компонентов (атмосферного воздуха, почвенного покрова, подземных вод и растительности) по интегральным показателям;
· выбор территориальной единицы комплексной оценки состояния городской среды;
· комплексная оценка экологического состояния в разрезе ландшафтно-экологических районов;
· зонирование территории города по экологическому состоянию городской среды.
Дифференциация городской территории на элементарные ландшафты учитывает ее природную неоднородность и функциональное зонирование (п. 21.3).
На карте экологической ситуации в городе отражаются источники техногенного воздействия, ореолы загрязнения воздуха, подземных вод и почв. На рис. 21.10 приведена эколого-геохимическая карта-схема г. Светлогорска, составленная для анализа ситуации на территории города [98]. Условными знаками показаны крупные промышленные предприятия, накопители твердых и жидких отходов, места сброса сточных вод; изолиниями отображена структура загрязнения атмосферного воздуха; штриховкой показаны ореолы загрязнения подземных вод с дифференциацией по типам загрязнения; изолиниями и внемасштабными значками показаны аномалии содержания тяжелых металлов, водорастворимых веществ и нефтепродуктов в почвах.
Для интегральной оценки состояния атмосферного воздуха применяется комплексный показатель (Р), характеризующий уровень загрязнения воздуха основными и специфическими загрязняющими веществами по данным мониторинга. Состояние почвенного покрова оценивается по величине суммарного показателя загрязнения почв тяжелыми металлами (Zc) с учетом встречаемости концентраций тяжелых металлов выше ПДК, а также уровня выявленного либо потенциального загрязнения другими загрязняющими веществами (ПАУ, ПХБ, нефтепродуктами и др.). Состояние грунтовых и поверхностных вод определяется по соотношению их минерализации и содержания основных компонентов с нормами ПДК. Состояние растительности оценивается как средневзвешенная величина состояний всех типов насаждений в пределах функционально-планировочных зон.
Рис. 21.10. Эколого-геохимическая карта-схема г. Светлогорска.
Условные обозначения: а) источники загрязнения: 1 – крупные промышленные предприятия, 2 – накопители твердых и жидких отходов, 3 – сбросы сточных вод; б) загрязнение атмосферного воздуха: 4 – слабое и умеренное, 5 – сильное и опасное; в) загрязнение подземных вод: 6 – нитратное, 7 – сульфатное, 8 – сульфатно-хлоридное, 9 – гидрокарбонатно-хлоридное, 10 – зона щелочных подземных вод; г) загрязнение почв; аномалии тяжелых металлов в почвах с превышением ПДК: 11 – цинка, 12 – марганца, 13 – свинца; 14 – ореолы распространения засоленных почв; 15 – ореолы загрязнения почв нефтепродуктами
Весьма важным методическим моментом является выбор территориальной единицы оценки, которую можно использовать в дальнейшем при планировании оптимизационных мероприятий. Территориальные выделы должны характеризоваться однородными ландшафтными условиями, одинаковым функциональным использованием и близкими по характеру и интенсивности техногенными нагрузками. По таким критериям в качестве единицы оценки могут быть использованы ландшафтно-экологические районы (территории с однородными ландшафтными условиями, одинаковым функциональным использованием и близкими по характеру и интенсивности техногенными нагрузками). В пределах каждого района выделяются более мелкие территориальные единицы – ландшафтно-экологические подрайоны исходя из большей ландшафтно-геохимической однородности и близкой реакции на техногенные воздействия соответственно (п. 21.3).
При оценке сначала определяется состояние природных компонентов, а затем для каждого выдела рассчитывается средний показатель экологической ситуации (сумма баллов, деленная на количество показателей состояния отдельных компонентов) по следующей шкале: < 1 – благоприятная (I); 1–2 – условно благоприятная (II); 2–3 – неблагоприятная (III); > 3 – напряженная (IV). В таблице 21.14 приведены индексы состояния природных компонентов городских ландшафтов.
Таблица 21.14
Индексы состояния природных компонентов [97]
| Уровень загрязнения воздуха | Уровень загрязнения подземных вод | Уровень загрязнения почв | Состояние древостоя | ||||
| I | допустимый | I | относительно чистые | I | допустимый | I | здоровые |
| II | слабый | II | умеренно загрязненные | II | умеренно опасный | II | ослабленные |
| III | умеренный | III | загрязненные | III | опасный | III | сильно ослабленные |
| IV | сильный | IV | грязные | IV | высоко опасный | IV | усыхающие |
| V | опасный | V | очень грязные | V | чрезвычайно опасный | V | сухостой |
На рис. 21.11 показаны результаты комплексной оценки экологической ситуации на территории г. Светлогорска. Наиболее неблагоприятная (напряженная) экологическая ситуация сложилась на территории площадок крупнейших предприятий и в местах расположения накопителей твердых и жидких отходов, благоприятная экологическая ситуация характерна для периферийных ландшафтно-экологических подрайонов, подверженных наименьшим техногенным нагрузкам.
Рис. 21.11. Комплексная оценка экологической ситуации на территории г. Светлогорска: 1 – благоприятная, 2 – относительно благоприятная, 3 – неблагоприятная, 4 – напряженная. Цифрами на карте обозначены номера ландшафтно-экологических подрайонов.
Оценка экологического риска. Понятие экологического риска является центральным в системе управления экологической безопасностью, которая определяется как состояние защищенности жизненно важных интересов личности, общества и государства от угроз, создаваемых последствиями антропогенного воздействия на природную среду, а также стихийными бедствиями и катастрофами [158]. Его использование может стать исходным пунктом формирования единой критериальной основы при принятии решений в отношении процессов, событий и ситуаций, связанных с опасностью для окружающей среды и здоровья человека [159].
Основные факторы возникновения экологического риска, проявляющегося в самых различных формах и направлениях, – это увеличение вероятности чрезвычайных ситуаций на производстве вследствие усложнения технологий, недостаточного контроля и износа оборудования; увеличение интенсивности воздействия на природную среду; накапливание негативных изменений, способствующих развитию необратимых процессов в ландшафтах; низкая устойчивость ландшафтов к техногенным воздействиям. Экологический риск сопровождает практически любые виды человеческой деятельности. Поэтому свести его к минимуму означает прекратить деятельность, что нецелесообразно. В связи с этим широкое распространение получила концепция приемлемого экологического риска, согласно которой должны быть определены допустимые значения риска, в рамках которых может осуществляться экономический рост.
Эколого-геохимический подход к оценке предполагает использование фактических данных геохимического обследования. Экологический риск оценивается в каждой точке опробования с последующим анализом пространственного распределения риска на изучаемой территории. Такой подход повышает информативность оценки, позволяет районировать территорию по степени риска. Точность оценки при этом обусловлена качеством используемой первичной информации.
В качестве меры экологического риска широко используются показатели ПДК. Так, ПДК элементов и соединений в почве опосредованно характеризуют риск, связанный с накоплением загрязняющих веществ в растениеводческой и животноводческой продукции, потребляемой населением. В данном понимании для оценки риска используются концепции референтной дозыRfD (допустимого суточного потребления) и референтной концентрации RfC (аналог ПДК как меры оценки связей доза – эффект) по методике Агентства по охране окружающей среды США [160]. Первую используют для оценки риска перорального воздействия (при поступлении в организм человека загрязняющих веществ с питьевой водой и пищей), вторую – ингаляционного (из загрязненного воздуха). Обе концепции исходят из существования порога токсического эффекта загрязнителя, ниже которого не наблюдается вредное воздействие на организм. Референтная доза – допустимое поглощение загрязнителя (на 1 кг массы тела в день). Референтную концентрацию измеряют в мг/м3, она эквивалентна дневной референтной дозе.
При оценке экологического риска в связи с загрязнением воздуха в городах Беларуси (Светлогорск, Витебск и Гродно) использовались данные расчета рассеивания загрязняющих веществ на их территории. Для расчета комплексного показателя загрязнения воздуха учитывались вещества, максимальные концентрации которых превышают ПДК или близки к ним. Для получения относительной оценки ингаляционного риска была составлена оценочная шкала, адаптирующая методику гигиенической оценки степени загрязнения атмосферного воздуха комплексом вредных веществ (табл. 21.15).
Таблица 21.15
Соотношение шкал степени загрязнения воздуха и относительного риска ингаляционного воздействия атмополлютантов [97]
| Степень загрязнения атмосферного воздуха | Величина комплексного показателя «Р» при числе загрязнителей атмосферы | Относительный риск ингаляционного воздействия | |||
| 2–3 | 4–9 | 10–20 | 20 и более | ||
| I – допустимая | до 1,0 | до 1,9 | до 3,1 | до 4,4 | минимальный |
| II – слабая | 1,1–2,0 | 2,0–3,0 | 3,2–4,0 | 4,5–5,0 | низкий |
| III – умеренная | 2,1–4,0 | 3,1–6,0 | 4,1–8,0 | 5,1–10,0 | средний |
| IV – сильная | 4,1–8,0 | 6,1–12,0 | 8,1–16,0 | 10,1–20,0 | высокий |
| V – опасная | 8,1 и выше | 12,1 и выше | 16,1 и выше | 20,1 и выше | очень высокий |
Полученные в результате оценки данные позволили зонировать территории исследованных городов по уровню относительного риска ингаляционного воздействия.
Пероральное (алиментарное) воздействие обусловлено поступлением в организм человека загрязняющих веществ с питьевой водой и пищей. Для оценки экологического риска в связи с пероральным поступлением загрязняющих веществ в организм человека на территории Светлогорска были использованы данные об использовании горожанами загрязненных вод шахтных колодцев и потреблении загрязненной растениеводческой продукции, произведенной на территории города [98].
Величина экологического риска рассчитывалась как мера опасности поступления в организм химического элемента, равная отношению дозовой нагрузки элемента к его референтной дозе (согласно базе данных Всемирной организации здравоохранения). Дозовая нагрузка определялась как произведение концентрации элемента в продукте питания и величины суточного потребления этого продукта.
Для оценки риска для населения, употребляющего воду шахтных колодцев, в качестве нормы суточного потребления воды была принята величина 21 мл/кг массы тела в день [161]. Концентрация нитратов в водах колодцев селитебной зоны города в последние годы составляет в среднем 83,2 мг/дм3. В итоге, дозовая нагрузка нитратов с водой для жителей города может составлять около 1,7 мг/кг массы тела в день при референтной дозе 1,6 мг/кг. Таким образом, уровень риска весьма существенен.
Среди тяжелых металлов, которые поступают в организмы жителей города с растениеводческой продукцией и представляют наибольшую опасность, выделяются цинк, свинец и кадмий. Расчет риска, связанного с пероральным поступлением металлов, выполнялся следующим образом. Например, в качестве референтной дозы поступления цинка принято значение 0,3 мг/кг массы тела в день, что соответствует рекомендациям ВОЗ. Данные геохимического опробования свидетельствуют о существенном загрязнении овощей цинком (в 60 % проб свеклы его содержание выше ПДК). Средняя концентрация цинка в овощах составляет 19,6 мг/кг. При норме суточного потребления овощей 7,4 г/кг массы тела в день дозовая нагрузка цинка составляет 0,145 мг/кг массы тела в день, т. е. около половины референтной дозы. С учетом того, что потребление овощей некоторыми группами населения довольно высоко, а также учитывая вариабельность содержания цинка в овощах, можно предположить, что дозовая нагрузка цинка с потреблением овощей может в некоторых случаях находиться на уровне референтной либо превышать ее.
На основе выполненных оценок опасности ингаляционного и перорального воздействий построена карта зонирования территории г. Светлогорска по факторам экологического риска (рис. 21.12). На ней показаны зоны высокого риска ингаляционного воздействия и зоны риска в связи с потреблением загрязненной растениеводческой продукции и вод шахтных колодцев. Зоны перорального воздействия приурочены к жилой усадебной застройке и садово-огородным участкам. По сравнению с зонами ингаляционного воздействия они меньше по площади проявления.
Рис. 21.12. Зоны экологического риска, обусловленного ингаляционным и пероральным воздействием на территории г. Светлогорска [98]