Критерии оценки качества и безопасности урбоэкосистемы

УДК 504.06

КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА И БЕЗОПАСНОСТИ УРБОЭКОСИСТЕМЫ

© И.А. Ильченко

Ключевые слова: урбоэкосистема; область адекватности; коэффициент безопасности; среда обитания. Разработана методика оценки качества и безопасности урбанизированных ландшафтов с целью определения степени их благоприятности для населения. Показано, что качество городской окружающей среды является интегра-тивным свойством урбоэкосистемы и определяется качеством воздушной и почвенной подсистем и качеством водопроводной воды. Предложенная методика учитывает концентрации и характер действия загрязнителей в каждой подсистеме и вклад каждой подсистемы в качество и безопасность урбоэкосистемы в целом.

Для характеристики окружающей среды городов и других населенных пунктов принято использовать параметры ее отдельных компонентов - уровни загрязнения атмосферного воздуха, питьевой воды, почв, шума, тогда как проживающее на их территории население одновременно подвергается действию всех этих составляющих, одни их которых могут быть безопасными, а другие - опасными. В связи с этим такие сложные характеристики, как качество и безопасность любой среды обитания, должны объединять действие всех составляющих урбанизированного ландшафта и учитывать вклад каждой из них. Цель данной работы заключалась в разработке и апробации методики определения качества и безопасности городской среды обитания в целом. В качестве объекта исследования была выбрана экосистема г. Таганрог Ростовской области -среднего промышленного города юга Российской Федерации. Предмет исследования составляло влияние отдельных характеристик городской экосистемы на качество ее компонентов и качество системы в целом.

Для оценки безопасности отдельных составляющих городской окружающей среды была использована разработанная ранее методика [1], основанная на системном подходе, согласно которому каждое качество системы можно описывать с помощью некоторой переменной у , отражающей определенное существенное свойство системы и выступающей в роли частного показателя качества системы [2]. Качество системы в целом оценивают с помощью обобщенного показателя качества системы Г, представляющего собой вектор У =< у1,у2,...уп > , компонентами которого выступают показатели отдельных существенных свойств системы. Совокупность значений этих показателей образует область адекватности 5, которая является интегральной характеристикой качества системы. Качество среды обитания или ее отдельных компонентов, таких как воздух, питьевая вода, почва и другие, следует определять путем сравнения с критерием пригодности Кприг, согласно которому система считается пригодной, если значения всех частных показателей ее качества принадлежат области адекватности 5, а радиус области адекватности соответствует допустимым значениям всех частных показателей [2]. Частными пока-

зателями качества отдельных подсистем являются концентрации загрязнителей, выраженные в единицах ПДК или ПДУ. В соответствии с гигиеническими требованиями [3-4], учитывается наличие однонаправленного действия воздушных загрязнителей [1] и присутствие в воде загрязнителей 1 -го и 2-го классов опасности. Следовательно, качество урбоэкосистемы является приемлемым, если система удовлетворяет критерию пригодности по всем частным показателям ее качества.

Коэффициент безопасности системы пред-

ставляет собой отношение площадей областей адекватности реальной системы £реал и экологически безопасной системы £приг:

с

„ реал ...

кб =т;—. 0)

сприг

Безопасные для жизнедеятельности условия удовлетворяют неравенству:

Кб < 1.

В противном случае условия являются экологически неблагоприятными.

Для оценки влияния городской экосистемы в целом на проживающих в ней людей необходимо учитывать действие всех ее компонентов:

п

бреал = £Щ • К, ,

г=1

где бреал - интегральный показатель качества урбо-экосистемы; Кг - коэффициент безопасности г'-го компонента урбоэкосистемы; щ - средневзвешенный вклад этого компонента.

Критерием безопасности будет неравенство: ^^^ < ^^приг. Безопасная среда обитания характеризуется Рпри г, равным 1. Поэтому система безопасна, если:

О < 1

^реал —

В г. Таганрог функционирует кольцевая система водоснабжения, благодаря которой потребители пользуются смешанной водой от поверхностных и подземных источников. Состав воды, получаемой после смешения, на каждой насосной станции разный: 1) донская насосная - 100 % поверхностные источники (71,0 % донская вода, 29,0 % - миусская); 2) миусская насосная - 54,7 % грунтовые скважины и 45,3 % поверхностные источники; 3) грунтовая насосная - 24,0 % грунтовые скважины и 76,0 % поверхностные источники. В зависимости от состава получаемой таганрожцами питьевой воды на территории города выделяют три района. Вода из водопровода Северо-Восточного района (донская насосная) по санитарно-химическим показателям является наиболее чистой в городе, но не удовлетворяет критерию пригодности, т. к. концентрации хлоридов, сульфатов и нитратов существенно меньше ПДК, а величины жесткости и сухого остатка незначительно превышают предельно допустимые [4]. На рис. 1 приведено изображение диаграмм частных показателей санитарно-химического состояния воды СевероВосточного района г. Таганрог для безопасных и реальных условий. Границы диаграммы со значениями с

--— = 1 образуют радиус области адекватности 5,

ПДК,.

которая отвечает требованиям экологической безопасности, а ее площадь равна 5"приг. Величины сухого

остатка и жесткости не принадлежат области адекватности пригодной системы, следовательно, качество воды не является приемлемым. Согласно расчетам, = 2,3775 , ^реал = 1,3101 и КБ = 0,551. Поскольку КБ < 1, то воду можно считать безопасной для жизнедеятельности.

В Центральном районе все санитарно-химические показатели питьевой воды выше ПДК. 5 = 2,3775 ,

5реал = 13,5285 , а КБ = 5,690 . Следовательно, загрязнение воды в этом районе превышает допустимое примерно в 5,7 раза, и вода не является качественной. Состояние воды в водопроводной распределительной сети Западного района характеризуется превышением ПДК по величине сухого остатка, жесткости и содержанию сульфатов и не является пригодной по этим трем показателям. В результате расчетов получаем: 5доп = 2,3775 , 5реал = 4,9256 , КБ = 2,072 . Поскольку К > 1, то вода опасна для жизнедеятельности. Основными загрязнителями воздуха в г. Таганрог являются пыль, оксид серы (IV), оксид углерода (II), оксид азота (IV), оксид азота (II), хлороводород, бенз(а)пирен [5]. Среди этих загрязнителей эффектом суммации обладали оксид серы (IV), оксид углерода (II), оксид азота (IV) и оксид азота (II) [3]. Величина ИЗА5 за последние пять лет постепенно снижалась с 6,9 до 6,4, что обусловлено снижением общего объема выбросов в атмосферу от стационарных и передвижных источников [5]. Однако для величины КБ строгой тенденции не отмечалось, в 2012 г. его величина в целом по городу была равна 1,89.

Сухой остаток 1,2 <

1

Нитраты

Жесткость

Сульфаты

Хлориды

—♦— область адекватности пригодной системы —•— область адекватности реальной системы

Рис. 1. Диаграммы частных показателей санитарно-химиче-ского состояния питьевой воды Северо-Восточного района г. Таганрог для безопасных и реальных условий

На основании среднемноголетних данных гигиенического мониторинга [5] для районов жилой застройки г. Таганрог была определена средняя величина суммарного показателя загрязнения , равная примерно 20, что соответствует умеренно опасному уровню загрязнения [6-7]. В то же время основная масса тяжелых металлов, таких как медь, свинец и другие, накапливается преимущественно в почвах ландшафтов с одно- и двухэтажной застройкой. Почвы селитебных районов с многоэтажной застройкой характеризуются превышением концентраций цинка, хрома, марганца, свинца, что объясняется, с одной стороны, присутствием этих металлов и их соединений в технологических процессах промышленных предприятий города, а с другой - расположением многоэтажных жилых массивов в промышленной и промышленно-транспортной зонах. По величине степени загрязнения почв тяжелыми металлами лидируют почвы промышленной и про-мышленно-транспортной зон, далее следуют почвы жилых районов с многоэтажной застройкой, затем почвы селитебных зон с 1-2-этажной застройкой. При этом около 50 % городской территории относится к зоне умеренно опасного уровня загрязнения, а профиль химического загрязнения почв следует отнести к «свинцово-цинково-хромовому». Для почв селитебной зоны г. Таганрог величина коэффициента безопасности составила: Кя = 5,48 . Поскольку Кя > 1, то почва не является безопасной. Для почв промышленных зон предприятий города были получены следующие значения коэффициента безопасности системы КБ: ОАО «Таганрогская трубная компания» - 5,7, ОАО «ЭмАль-янс» - 4,1, ОАО «Таганрогский комбайновый завод» -5,9, ТАНТК им. Г.М. Бериева - 5,5.

Шумовое загрязнение наиболее высоко в СевероВосточном районе и превышает допустимый уровень в 4,2 раза, второе место занимает Западный район (3,3), а наиболее благоприятен по этому фактору Центральный район - 0,9.

Методом экспертных оценок были определены весовые коэффициенты вклада отдельных составляющих в качество урбоэкосистемы г. Таганрог, их величины оказались равными для загрязнения атмосферного воздуха щ = 0,40, для загрязнения питьевой (водопроводной) воды щ = 0,34, для шумового загрязнения щ = 0,15 , для загрязнения почв щ = 0,11. Интегральные показатели качества для каждого из районов города составили: для Центрального района - 3,43, для Западного - 2,55, для Северо-Восточного - 1,97. Оказалось, что для всех районов города интегральная величина превышает 1, и среда обитания является экологически опасной.

Изучение мнения экспертов о качестве отдельных компонентов рассматриваемой городской экосистемы с использованием 5-балльной шкалы (от 1 до 5 баллов) позволило определить комплексные показатели качества каждого компонента окружающей среды Хг как средневзвешенное арифметическое [8]. Комплексный показатель качества городского воздуха Хвозд оказался равным 3,03 балла, величина аналогичного показателя водопроводной питьевой воды составила 1,78 балла, качество городских почв получило оценку 3,21 балла, а шумовое загрязнение - 2,48 балла. Подстановкой полученных значений комплексных показателей качества воздуха, питьевой воды, почв и шумового загрязнения в формулу 4 был вычислен комплексный показатель качества городской среды обитания , равный 2,54 (т. е. 50,8 % от 5 баллов). Это согласуется с полученными по разработанной методике результатами и подтверждает низкое качество среды обитания г. Таганрог.

Таким образом, для получения достоверного заключения о состоянии среды обитания урбанизированного ландшафта следует интегрировать влияние всех его составляющих с учетом вклада каждой из них. Качество урбоэкосистемы является приемлемым, если система удовлетворяет критерию пригодности по всем показателям ее подсистем. Для оценки безопасности городской экосистемы можно применять предложенный коэффициент безопасности системы , учитывающий влияние всех загрязнителей и соотносящий реальный уровень загрязнения компонента окружаю-

щей среды с уровнем, который допускается действующими санитарными правилами и нормами. Система является безопасной, если Кб < 1. Система экологически опасна, если Кб > 1. Величину коэффициента безопасности можно использовать при сравнении безопасности окружающей среды разных населенных пунктов или одного и того же пункта в разные периоды времени независимо от состава и концентрации загряз-

ЛИТЕРАТУРА

1. Ильченко И.А. Оценка безопасности воздушной подсистемы городской экосистемы в условиях химического загрязнения // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Серия Естественные науки. 2011. № 5. С. 62-66.

2. Анфилатов В.С., Емельянов А.А., Кукушкин А.А. Системный анализ в управлении: учеб. пособие. М., 2006. 368 с.

3. Гигиенические нормативы ГН 2.1.6.1338-03. Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест. М., 2003. 182 с.

4. Санитарные правила и нормы. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. СанПиН 2.1.4.559-96. М., 1996. С. 5-98.

5. О состоянии окружающей среды и природных ресурсов Ростовской области в 2012 году // Экологический вестник Дона / под ред. А.А. Гребенщикова, А.Г. Куренкова. Ростов н/Д, 2013. 376 с.

6. Почва, очистка населенных мест, бытовые и промышленные отходы, санитарная охрана почвы. Гигиеническая оценка качества почвы населенных мест // Метод. указ. 2.1.7.730-99. М., 1999. 20 с.

7. Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы // Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. СанПиН 2.1.7.1287-03. М., 2003. 17 с.

8. Мазур И.И., Шапиро В.Д. Управление качеством. М., 2003. 334 с.

Поступила в редакцию 7 июля 2014 г.

Ilchenko I.A. CRITERIA OF ASSESSMENT OF QUALITY AND SAFETY OF URBAN ECOSYSTEM

The technique of an assessment of quality and safety of the urbanized landscapes for the purpose of definition of degree of their usefulness is developed for the population. It is shown that quality of city environment is integrative property urban ecosystem and is defined by quality of air and soil subsystems and quality of tap water. The offered technique considers concentration and nature of action of pollutants in each subsystem and a contribution of each subsystem to quality and safety urban ecosystem as a whole.

Key words: urban ecosystem; adequacy area; coefficient of safety; city environment.

Ильченко Ирина Анатольевна, Таганрогский институт управления и экономики, г. Таганрог, Российская Федерация, кандидат химических наук, доцент, доцент кафедры управления и рекламы, е-mail: i.a.ilchenko@rambler.ru

Ilchenko Irina Anatolyevna, Taganrog Institute of Management and Economics, Taganrog, Russian Federation, Candidate of Chemistry, Associate Professor, Associate Professor of Management and Advertisement Department, е-mail: i. a. ilchenko@rambler.ru