Оцінка екологічного ризику перевищення концентраціями забруднень атмосфери гранично допустимих величин

Abstract

UK: Мета. Дослідження екологічного ризику від сумісної короткострокової і довгострокової дій на людину антропогенного забруднення атмосферного повітря хімічними речовинами і пилом. Методика. Для контролю і управлінням якістю атмосферного повітря, як основні нормативні показники, що визначають допустиму дію забруднення атмосферного повітря на людину, в Україні прийняті гранично допустимі концентрації атмосферних забруднень хімічного, біологічного і фізичного походження. Запобіганню появи короткострокових підвищень концентрацій Сj j-х забруднювачів забезпечується дотриманням максимальних разових гранично допустимих концентрацій (ГДКМРj). Запобіганню несприятливого впливу на здоров’я населення при тривалому надходженні атмосферних забруднювачів з середніми концентраціями ССДj у організм людини забезпечується дотриманням середньодобових гранично допустимих концентрацій (ГДКСДj). Тоді для населених місць повинні виконуватися умови відсутності перевищення концентраціями Сj і ССДj своїх ГДКМРj і ГДКСДj. Дотримуючись стохастичного підходу, концентрації Сj, j  1,n і ССДj, j  1,n сумісно розглянуто як векторне випадкове поле, що у заданій точці місцевості А перетворюється в систему (вектор) випадкових концентрацій. При цьому розглянуті умови відсутності перевищень ГДКМРj, ГДКСДj будуть мати випадковий характер і існує ймовірність  їх не виконання. Цією ймовірністю оцінюється шуканий екологічний ризик, що визначається з використанням методів математичної статистики, теорії ймовірностей і теорії надійності технічних систем. Результати. Виходячи з того, що короткострокові підйоми концентрацій Сj, j  1,n п забруднювачів і тривалі надходження забруднень з середньодобовими концентраціями ССДj, j  1,n у заданій точці місцевості представлені як система (вектор) випадкових величин, шуканий екологічний ризик  перевищення концентраціями своїх ГДКМРj і ГДКСДj визначено через відомий інтеграл ймовірностей з відповідними межами інтегрування. Для його обчислення потрібна розробка методів визначення щільності f розподілу концентрацій Сj, ССДj, яка є підінтегральною функцією. Враховуючи природу і велику кількість випадкових факторів, що викликають випадкові зміни концентрацій забруднювачів, відповідно граничній теоремі теорії ймовірностей, щільності f наближено розглянута як така, що має відомий у теорії ймовірностей багатовимірний нормальний закон. Тоді для визначення щільності f достатньо знати її числові характеристики – математичні сподівання, середньоквадратичні відхилення – концентрацій і коефіцієнти кореляції між ними. Вони отримуються у результаті статистичної обробки даних вимірів на стаціонарних постах Гідромету промислових міст, що проводяться відповідно діючому в Україні нормативному документу РД 52. 04. 186-89. При великій кількості вимірів ризик  оцінюється також за частотою появи перевищень концентраціями своїх ГДКМРj, ГДКСДj. Для аналізу впливу концентрацій забруднювачів на ризик  виконана його декомпозиція на окремі частки: МР і  СД – часткові ризики тільки від усіх концентрацій Сj, і тільки від усіх концентрацій ССДj; MPj і СДj – часткові ризики тільки від окремої концентрації Сj і тільки від окремої концентрації ССДj. Наукова новизна. На базі стохастичного підходу до оцінки якості атмосферного повітря у населених місцях вперше отримана оцінка екологічного ризику випадкових перевищень максимальними разовими і середньодобовими концентраціями забруднюючих речовин своїх гранично допустимих концентрацій (ГДКМРj, ГДКСДj), які прийняті в Україні як нормативні. Практична значимість. Оцінку екологічного ризику рекомендовано проводити на базі даних вимірів на стаціонарних постах Гідромету у промислових місцях, з метою прийняття рішень для високонадійного досягнення необхідної якості атмосферного повітря за критеріями ГДКМРj, ГДКСДj.

RU: Цель. Исследование экологического риска от совместного краткосрочного и долгосрочного действия на человека антропогенного загрязнения атмосферного воздуха химическими веществами и пылью. Методика. Для контроля и управления качеством атмосферного воздуха в качестве основных нормативных показателей, которые определяют допустимое действие загрязнения атмосферного воздуха на человека, в Украине приняты предельно допустимые концентрации атмосферных загрязнений химического, биологического и физического происхождения. Предотвращение появления краткосрочных повышений концентраций Сj j-х загрязнителей обеспечивается соблюдением значений максимальных разовых предельно допустимых концентраций (ПДКМРj). Предотвращение неприемлемого влияния на здоровье населения при длительном поступлении атмосферных загрязнителей со средними концентрациями СССj в организм человека обеспечивается соблюдением среднесуточных предельно допустимых концентраций (ПДКСДj). Тогда для населенных мест должны выполняться условия отсутствия превышения концентрациями Сj и ССДj своїх ПДКМРj и ПДКССj. Придерживаясь стохастического подхода, концентрации Сj, j  1,n и СССj, j  1,n совместно представлены в виде векторного случайного поля, которое в заданной точке А местности превращается в систему (вектор) случайных концентраций. При этом рассмотренные условия отсутствия превышений ПДКМРj и ПДКССj будут иметь случайный характер и существует вероятность  их невыполнения. Этой вероятностью оценивается искомый экологический риск на основе методов математической статистики, теории вероятностей и теории надежности технических систем. Результаты. Исходя из того, что краткосрочные превышения концентраций Сj, j  1,n п загрязнителей и длительное поступление загрязнений со среднесуточными концентрациями СССj, j  1,n представлено в заданной точке местности как система (вектор) случайных величин, искомый экологический риск  превышения концентрациями своих ПДКМРj и ПДКССj определен через известный многомерный интеграл вероятностей с соответствующими границами интегрирования. Для его вычисления необходима разработка методов определения плотности f распределения концентраций Сj,, СССj, которая является подынтегральной функцией. Учитывая природные и большое число случайных факторов, которые вызывают случайные изменения концентраций загрязнителей, в соответствии с предельной теоремой теории вероятностей плотность f приблизительно представлена в виде многомерного нормального закона. Тогда для определения плотности f достаточно ее числовые характеристики – математические ожидания концентраций и коэффициенты корреляций между ними. Они получаются в результате статистической обработки данных измерений на стационарных постах Гидромета промышленных городов, которые проводятся в украине в соответствии с нормативным документом РД 52.04. 186-89. При большом числе измерений риск  оценивается также по частоте превышениями своих ПДКМР, ПДКССj. Для анализа влияния концентраций загрязнителей на риск  выполнена его декомпозиция на отдельные части: МР и СС – частные риски только от всех концентраций Сj, и только от всех концентраций СССj; MPj и ССj – частные риски только от отдельной концентрации Сj и только отдельной концентрации СССj. Научная новизна. На основании стохастического подхода к оценке качества атмосферного воздуха в населенных местах впервые получена оценка экологического риска случайных превышений максимально разовыми Сj, j  1,n и среднесуточными СССj концентрациями загрязняющих веществ своих предельно допустимых концентраций (ПДКМР, ПДКССj), которые приняты в Украине в качестве нормативных. Практическая значимость. Полученную оценку риска рекомендовано использовать на основании данных измерений, которые проводятся на стационарных постах Гидромета в промышленных городах, с целью принятия решений для высоконадежного достижения качества атмосферного воздуха по критериям ПДКМР , ПДКССj.

EN: Purpose. Survey of ecological risks from short- and long-term effect on human of anthropogenic chemicals and dust pollution. Methodology. Control and management of air quality needs determination of standard indicators stating admissible effect of polluted air on human. Air pollution maximum allowable concentrations of chemical, biological and physical origin are adopted in Ukraine. Adherence to values of maximum onetime admissible concentration limits makes possible to prevent from pollutants concentrations short-time rises. Continuing intake of air pollutants with medium values unacceptably affects human health. Control of average daily admissible concentration limits adverses health impact. Therefore a condition when short-time raised pollutants concentrations and medium values of air pollutants excess their maximum onetime admissible concentration limits and average daily admissible concentration limits should be met for populated areas. Under the stochastic method, short-time raised pollutants concentrations and medium values of air pollutants are introduced as vectorial random field. In the given point A of the area it is developed into the system (vector) of random concentrations. Thus, considered conditions of maximum onetime admissible concentration limits and average daily admissible concentration limits are of a random character. A probability of its inobservance is available. Based on the mathematical statistics method, probability and technical systems reliability theories, the probability assesses an ecological risk of interest. Findings. Under the condition short-time raised pollutants concentrations and continuing intake of air pollutants with medium values are introduced as a system (vector) of random concentrations, a considered ecological risk of maximum onetime admissible concentration limits and average daily admissible concentration limits excess is determined through an acquainted multidimensional integral of probabilities with correspondent integration limits. Elaboration of methods for short-time raised pollutants concentrations and medium values density determination, that, in fact, is an integrand, contributes to the risk calculation. Considering natural and random factors, causing pollutants concentrations random changes and in correspondence to probability limit theorem, a density is introduced approximately as multivariative normal case. Under such conditions, density determination needs just its numerical characteristics as concentrations mathematic expectations and their correlation coefficients. They could be obtained as the result of statistic data processing on HydroMet fixed monitoring stations in industrial cities, having been conducted in Ukraine in accordance to the normative document RD 52. 04. 186-89. Sufficient measurement quantity a risk is also assessed according to exceedance frequency of maximum onetime admissible concentration limits and average daily admissible concentration limits. For an analysis of pollutants concentrations effect it was decomposed into separate parts: separate risks only from all of short-time raised pollutants concentrations and only from all average daily admissible concentration limits; separate risks from a separate short-time raised pollutants concentration and an average daily admissible concentration limit. Originality. Applied stochastic method for air quality assessment at populated areas helped for the first time to obtain an ecological risk assessment for random excesses of maximum onetime admissible concentration limits and average daily admissible concentration limits of their maximum onetime admissible concentration limits and average daily admissible concentration limits, adopted as normative in Ukraine. Practical value. Applied risk assessment is recommended to use based on the measurements data from HydroMet fixed monitoring stations in industrial cities. It should be aimed at decisions taking for obtaining high air quality according to the maximum onetime admissible concentration limits and average daily admissible concentration limits.