Прогнозирование загрязнения атмосферного воздуха города Перми

УДК 502.3

В.П. Постников

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА ГОРОДА ПЕРМИ

Приведен анализ загрязнения атмосферного воздуха города Перми. Представлена динамика выбросов загрязняющих веществ за последние годы. Построены тренды выбросов загрязняющих веществ в атмосферу города Перми, по которым найдены прогнозные значения на период до 2016 года.

Ключевые слова: загрязнение атмосферного воздуха, выбросы, тренд, прогнозирование.

Состояние окружающей среды является одним из основных параметров, которые характеризуют качество организации дорожного движения и управление производством, а также в целом качество жизни населения. В условиях постоянно ухудшающейся экологической обстановки соответственно возрастает степень влияния экологии на здоровье и качество жизни населения. Здоровье населения страны в целом и региона в частности является важным фактором развития человеческого капитала и роста производительности труда, которые в свою очередь непосредственно влияют на экономическое развитие страны и региона. Экологический ущерб от загрязнения атмосферного воздуха составляет 3,4 % потерь ВРП для Пермского края [1] и 4,7 % потерь бюджета для г. Перми [2, с. 41]. Поэтому возникает необходимость в проведении мероприятий по анализу, прогнозированию и контролю влияния транспорта и промышленности на экологию.

Согласно данным Всемирной организации здравоохранения здоровье человека формируется соотношением четырех групп факторов: генетические, медицинские, условия и образ жизни и состояние окружающей среды. В 1994 году Межведомственная комиссия Совета безопасности РФ по охране здоровья населения под руководством академика Ю.П. Лисицына определила соотношение факторов для России. В соответствии с этим здоровье населения РФ на 50 % зависит от условий и образа жизни, на 20 % - от экологических факторов, на 20 % - от генетических, на 10 % - от медицинских [3, с. 398].

© Постников В.П., 2014

Постников Владимир Павлович - ассистент кафедры экономики и управления на предприятии ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет», e-mail: v.p.o.s.t.v@mail.ru.

Состояние окружающей среды отдельных регионов отражается в ежегодных докладах «О состоянии и об охране окружающей среды региона», которые составляются министерством природных ресурсов и экологии этого региона.

Мониторинг загрязнения атмосферного воздуха в г. Перми в 2012 году производился на 7 стационарных постах государственной наблюдательной сети в 6 районах (Свердловский, Мотовилихинский, Ленинский, Орджоникидзевский, Индустриальный, Кировский) города по 24 показателям. В г. Перми за 2012 год уровень загрязнения атмосферного воздуха характеризуется как высокий: СИ1 = 9,8 (этилбензол); НП2 = 7,7 % (этилбензол); ИЗА3 = 9,4. За 2011 год уровень загрязнения атмосферного воздуха характеризуется как высокий: СИ = 6,2 (формальдегид); НП = 24,7 % (формальдегид); ИЗА = 11,1.

Динамику изменения выбросов загрязняющих веществ стационарными и передвижными источниками в г. Перми можно проследить по графику, приведенному на рис. 1.

О Стационарные Передвижные -•- Всего выбросов

источники источники

Рис. 1. Динамика изменения выбросов загрязняющих веществ в г. Перми за 2000-2011 годы

Как видно по графику, выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников начиная с 2002 года не превышают выбросы от передвижных источников. Валовый выброс загрязняющих веществ в атмосфер-

1 СИ - стандартный индекс, наибольшая измеренная за рассматриваемый период времени концентрация примеси, деленная на предельно допустимую концентрацию (ПДК), из данных измерений на посту за одной примесью, или на всех постах за одной примесью, или на всех постах за всеми примесями.

2 НП, % - наибольшая повторяемость превышения ПДК из данных измерений на посту за одной примесью, или на всех постах за одной примесью, или на всех постах за всеми примесями.

3 ИЗА - комплексный индекс загрязнения атмосферы по пяти приоритетным веществам, определяющим состояние загрязнения атмосферы в городе (определяется как сумма единичных индексов загрязнения пяти приоритетных загрязнителей, приведенных к вредности диоксида серы).

ный воздух по г. Перми в 2011 году составил 89,2 тыс. т., в том числе выбросы от автотранспорта - 54,0 тыс. т., выбросы от стационарных источников -35,2 тыс. т. Прослеживается тенденция снижения количества выбросов стационарными источниками и небольшие колебания выбросов передвижными источниками. На протяжении последних восьми лет выбросы загрязняющих веществ автотранспортом в Перми составляли около 55 тыс. т. При этом загрязнение территории города выбросами от стационарных источников уменьшается. В основном это происходит за счет ужесточения штрафных санкций к предприятиям-загрязнителям окружающей среды. Анализ данных позволяет построить функциональные зависимости выбросов по годам. Тренды выбросов загрязняющих веществ в атмосферу г. Перми представим на рис. 2. Получаем:

• для выбросов стационарных источников:

у = 0,2058х2 - 4,2488х + 56,138;

• для выбросов передвижных источников:

у = -0,1037х2 +1,4549х + 51,645;

• для валовых выбросов:

у = 0,1021х2 - 2,7939х +107,78;

где х - относительный номер года.

Рис. 2. Объем выбросов загрязняющих веществ и их тренды

Проведем оценку качества построенных трендов. Коэффициенты детерминации для трендов валовых выбросов и выбросов стационарных источников равны соответственно 0,64 и 0,85. Это говорит о том, что уравнения (1) и (3) хорошо описывают существующую тенденцию изменения рассматриваемых показателей. Коэффициент детерминации для тренда выбросов пере-

движных источников равен 0,21. Это говорит о том, что уравнение (2) плохо описывает существующую тенденцию изменения рассматриваемых показателей и его нельзя использовать для прогнозирования. Коэффициент корреляции для уравнения (1), равный 0,8, свидетельствует о сильных связях. Коэффициент корреляции для уравнения (2), равный 0,92, свидетельствует об очень сильных связях.

Изменение структуры выбросов за 2000-2011 годы отражено на рис. 3. Доля автотранспорта в общем загрязнении атмосферы г. Перми постепенно растет. В 2011 году доля выбросов загрязняющих веществ транспортом составила 61 %, при этом в 2000 году доля выбросов транспортом была 51 %.

Стационарные источники и Передвижные источники а б

Рис. 3. Доля выбросов загрязняющих веществ различными источниками в г. Перми в 2000 (а) и в 2011 (б) годах

Построим тренды структуры выбросов загрязняющих веществ в атмосферу г. Перми (рис. 4). Получаем:

• для структуры выбросов стационарных источников:

у = 0,0016х2 - 0,0307х + 0,5273;

• для структуры выбросов передвижных источников:

у = -0,0016 х2 + 0,0307х -0,5273,

где х - относительный номер года.

Проведем оценку качества построенных трендов. Коэффициенты детерминации для трендов выбросов стационарных и передвижных источников равны соответственно 0,90 и 0,90. Это говорит о том, что уравнения (4) и (5) хорошо описывают существующую тенденцию изменения рассматриваемых показателей. Коэффициент корреляции для уравнений (4) и (5), равный 0,95, свидетельствует об очень сильных связях.

Для прогнозирования объемов выбросов загрязняющих веществ в атмосферу г. Перми будем использовать уравнения (1) и (4), так как качественный анализ уравнений показал, что они наиболее точно описывают существующую тенденцию. Средняя ошибка аппроксимации для представленных уравнений (1) и (4) равна 3,2 и 2,3 % соответственно. Проведем оценку значимости уравнений регрессии по /-критерию Стьюдента. Расчетное значение

¿-критерия Стьюдента для уравнения (1) равен 7,4, а для уравнения (4) - 9,4. Табличное значение ¿-критерия Стьюдента для уравнений (1) и (4) составляет 2,23. Так как ¿расч > ¿табл, то параметры уравнений регрессии сформировались

под влиянием систематически действующего фактора времени.

Рис. 4. Структура выбросов загрязняющих веществ и их тренды

Выберем тренд прогнозирования выбросов загрязняющих веществ от стационарных источников. Для этого занесем в таблицу тренды и их качественные параметры (табл. 1).

Таблица 1

Анализ трендов выбросов загрязняющих веществ от стационарных источников

Наименование линии тренда Формула ^-критерий Коэф. корреляции Средне-квадрат. отклонение

Экспоненциальная 49,56е-0'035х 0,78 0,88 3,40

Линейная -1,45х + 49,32 0,73 0,85 3,59

Логарифмическая -7,671п (х) + 52,46 0,79 0,89 3,19

Полиномиальная у = 0,206х2 - 4,25х + 5 0,85 0,92 2,67

Степенная 53,32х-0'185 0,82 0,91 3,35

^-критерий Фишера - оценивает статистически значима или нет зависимость, описанная уравнением регрессии. Чем больше это значение, тем лучше уравнение регрессии. Если ^ > ^табл, то с вероятностью 0,95 связь, описываемая уравнением регрессии статистически значима (существенна). ^табл находится по статистической таблице для а = 0,05 . В нашем случае ^табл составит 4,84, значит, все уравнения регрессии статистически значимы.

Коэффициент корреляции (г) отражает силу, тесноту связи между исследуемым показателем и независимой переменной или фактором. Если г ^ 1, то связь сильная (сильной считается связь при г > 0,75). В нашем случае коэффициенты корреляции для всех трендов демонстрируют сильную связь.

Среднеквадратическое отклонение (о) - это мера ошибки, которую допустили при построении уравнения регрессии. Чем меньше, тем лучше уравнение описывает данную зависимость. Выбор линии тренда будем делать по показателю среднеквадратического отклонения. Так как наименьшее значение имеет полиномиальная линия тренда, то именно ее будем использовать для прогнозирования выбросов загрязняющих веществ от стационарных источников.

Выберем тренд прогнозирования доли выбросов загрязняющих веществ от стационарных источников. Для этого занесем в таблицу тренды и их качественные параметры (табл. 2).

Таблица 2

Анализ трендов доли выбросов загрязняющих веществ от стационарных источников

Наименование линии тренда Формула ^-критерий Коэф. корреляции Средне-квадрат. отклонение, %

Экспоненциальная 0,4764е-0'022 х 31,31 0,87 2,17

Линейная -0,0092х + 0,4757 29,99 0,86 2,27

Логарифмическая -0,0511п (х) + 0,4993 68,05 0,93 1,64

Полиномиальная 0,0016х2 -0,0307х + 0,5273 77,31 0,94 1,51

Степенная 53,32х-0Д85 66,65 0,91 1,64

Для статистического ряда доли выбросов загрязняющих веществ от стационарных источников ^табл составит 4,84, значит, все уравнения регрессии статистически значимы. Коэффициенты корреляции для всех трендов демонстрируют сильную связь. Выбор линии тренда будем делать по показателю среднеквадратического отклонения. Так как наименьшее значение имеет полиномиальная линия тренда, то именно ее будем использовать для прогнозирования выбросов загрязняющих веществ от стационарных источников.

Найдем прогнозные значения выбросов на период до 2016 года и отразим их на графике (рис. 5).

Рис. 5. Прогноз изменения выбросов загрязняющих веществ в г. Перми за 2012-2016 годы

Прогнозирование выбросов загрязняющих веществ в г. Перми показывает с достоверностью 95 %, что при таких темпах к 2016 году выбросы передвижными источниками составят 49,4 тыс. т, а доля выбросов в совокупности составит 53,2 %.

Таким образом, можно сделать вывод, что доля автотранспорта в совокупных выбросах с каждым годом будет уменьшаться. Основными причинами снижения является постоянное обновление автомобильного транспорта более экологически чистым транспортом (Евро-3, 4, 5). Данное снижение сдерживается ростом автомобилизации населения г. Перми.

Решение проблемы загрязнения воздуха в последние годы приобретает все более актуальный характер, что требует последовательного выполнения организационных и хозяйственных мер по предотвращению загрязнения окружающей среды.

Список литературы

1. Левда Н.М., Постников В.П. К вопросу об оценке экологического ущерба от загрязнений атмосферного воздуха в регионе // Вестник Перм. нац. исслед. политехи. ун-та. Социально-экономические науки. - 2013. - № 21. - С. 80-88.

2. Левда Н.М., Постников В.П. Оценка экологического ущерба населению и экономике региона от загрязнений атмосферного воздуха // Экономический анализ: теория и практика. - 2013. - № 25. - С. 37-45.

3. Бахтин Ю.К. Факторы формирования здоровья человека и их значение // Молодой ученый. - 2012. - № 5. - С. 397-400.

4. Петров В.Ю., Коротаев В.Н., Якимов М.Р. Способы оценки влияния автомобильного транспорта на загрязнение атмосферы крупных городов // Транспорт Урала. - 2004. - № 1. - С. 22-26.

Получено 01.11.2014

V.P. Postnikov

FORECAST OF ATMOSPHERIC AIR POLLUTION IN THE CITY OF PERM

The analysis of atmospheric air pollution in Perm, Russia is provided. Dynamics of emissions of polluting substances in recent years is presented. Trends of polluting substances emission are built, that allow offering expected values for the period until 2016.

Keywords: atmospheric air pollution, emissions, trend, forecasting.

Postnikov Vladimir Pavlovich - Assistant Lecturer, Dept. of Economics and Management, Perm National Research Polytechnic University, e-mail: v.p.o.s.t.v@mail.ru.