Методика долгосрочного прогноза риска для здоровья человека при техногенном загрязнении воздуха производственной среды и прилегающих территорий

Приоритетом экономической политики России является переход к инновационному развитию страны. При этом формирование инновационной политики должно опираться на повышение качества жизни населения, в особенности трудоспособной его части, являющейся потенциалом устойчивого экономического развития РФ.

Согласно данным Федеральной службы государственной статистики [1] по состоянию на 2007 год в России трудоспособные граждане составляют 63% от общей численности населения. Кроме этого, 16% — граждане моложе 16 лет, которые в ближайшем будущем пополнят ряды экономически активного населения. Таким образом, обеспечение благоприятных условий производственной среды и среды обитания (быт, отдых, сон) 80% населения страны является важной задачей на пути экономического роста России.

Учитывая неравномерное развитие различных регионов, межрегиональную дифференциацию динамики конечного потребления, качество жизни трудоспособного населения существенно определяется территориально-отраслевой структурой страны. В частности, тревогу вызывает экологическая обстановка в урбанизированных территориях и промышленных центрах Центральной России, Севера, Дальнего Востока, Сибири, Поволжья и др. Особенно актуальной в последнее десятилетие стала проблема влияния техногенного загрязнения воздуха производственных зон и прилегающих территорий на качество жизни трудоспособного населения крупных городов, в первую очередь — мегаполисов. Это влияние проявляется в ухудшении здоровья, снижении трудоспособности, ухудшении демографических показателей и т. д.

Зависимость состояния здоровья от уровня загрязненности атмосферного воздуха по некоторым заболеваниям достаточно высока. По данным НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сысина РАМН, вклад загрязнения воздуха в развитие заболеваемости органов дыхания у населения составляет в зависимости от возраста до 40% [2]. В Москве в связи с увеличением загрязнения атмосферы заболеваемость значительно возросла, особенно хроническими формами. Динамика увеличения уровня заболеваемости прослеживается с 1990 г. и коррелирует с ростом количества автотранспорта (коэффициент корреляции составляет 0,991 (р < 0,05)). Выбросы автотранспорта обладают раздражающим действием на дыхательные пути и играют значительную роль в развитии как острых, так и хронических форм заболеваний [3]. Не менее важную роль в развитии заболеваний органов дыхания играют промышленные источники выбросов, особенно на территории самих предприятий. Загрязнение производственной среды различными видами производственной пыли и специфическими токсичными веществами приводит к возникновению у работников целого ряда болезней легких, бронхов и верхних отделов дыхательных путей [4], которые объединяются общим термином «профессиональные болезни».

В последние десятилетия в профилактической медицине получило интенсивное развитие направление, касающееся важной роли экологических факторов риска в нарушении здоровья человека, иммунной системы, течении эпидемического процесса. Исследования показывают существенное влияние техногенного загрязнения на интенсивность эпидемического процесса гриппа, острых респираторных заболеваний (ОРЗ) и некоторых других инфекций. Комплексное загрязнение воздушной среды различными поллютантами в течение ряда лет способствует формированию более высокого уровня заболеваемости инфекциями с аэрозольным механизмом передачи возбудителя (краснуха, ветряная оспа, ОРЗ) [5].

Сравнительный анализ данных о здоровье населения и об экологической ситуации на различных территориях показывает, что там, где отмечается наибольший уровень загрязнения воздуха, достоверно чаще регистрируются хронический фарингит, хронические болезни миндалин, бронхиальная астма, тиреотоксикоз, опухолевые болезни и др. [6].

Так как наступление конкретного заболевания нельзя однозначно связать с неблагоприятной экологической обстановкой, в оценке возможного влияния на здоровье используется понятие риска для здоровья, которое включает канцерогенный риск и опасность возникновения неонкологических заболеваний.

В настоящее время оценка риска для здоровья все прочнее входит в повседневную медико-экологическую практику. За последние 15 лет работы по оценке влияния загрязнения окружающей среды на здоровье населения проведены более чем в 30 городах и 6 областях России. Среди них — Москва (СЗАО, САО, ЮВАО), Тула, Нижний Новгород, Ангарск, Астрахань, Уфа, Волгоград, Воронеж, Кемерово, Екатеринбург, Липецк, Новокузнецк, Новодвинск, Самарская область, Московская область, Свердловская область, Волгоградская область и др. [7]. Проблемам оценки риска для здоровья от загрязнения окружающей среды посвящен ряд публикаций, например [8−12].

К сожалению, в условиях производственной среды оценка риска здоровью работников пока еще не нашла столь широкого распространения, хотя ситуация с условиями труда на большинстве предприятий сложилась неблагополучная, а нередко критическая. Несовершенство законодательства приводит к низкой заинтересованности работодателей в создании и обеспечении здоровых и безопасных условий труда, что влечет за собой игнорирование требований охраны и гигиены труда на многих предприятиях. На сегодняшний день одним из немногих способов сохранить здоровье работников, помимо средств коллективной и индивидуальной защиты, является так называемая «защита временем» [13]. Между тем, оценка и прогноз риска для здоровья при загрязнении производственной среды является необходимым и эффективным механизмом, позволяющим разработать меры профилактики и снижения профессиональной заболеваемости.

Оценка риска для здоровья от загрязнения воздуха основана на использовании данных медико-биологических исследований и данных о концентрациях химических веществ в воздушной среде. Результаты оценки риска заболеваний используются для разработки и осуществления мер по снижению данного риска, т. е. для управления риском.

Основными источниками загрязнения атмосферы во многих городах России являются автомобильный транспорт и промышленные зоны. В последнее десятилетие в нашей стране наблюдается значительный рост автомобильного парка. В производственной сфере также наметился некоторый подъем после спада, произошедшего в 90-х годах прошлого столетия. Как источники загрязнения атмосферы автотранспорт и промышленные зоны имеют свою специфику.

Особенность подвижных источников (автомобилей) проявляется в низком расположении, пространственной распределенности и непосредственной близости к жилым районам. Доля транспортных средств в загрязнении городского воздуха достигает 70−90%. Все это приводит к тому, что автотранспорт создает в городах обширные и устойчивые зоны, в пределах которых превышаются санитарно-гигиенические нормативы качества воздуха.

Особенность стационарных источников (предприятий) заключается в том, что они являются площадными или точечными и, как правило, имеют высоту от нескольких метров до десятков метров. Выбросы от таких источников, в отличие от автотранспорта, могут распространяться на достаточно большие расстояния.

От автотранспорта и промышленности в атмосферу поступает множество вредных веществ, таких, как, например, бенз (а)пирен, сажа, свинец, формальдегид, диоксид азота, диоксид серы, пары бензина, медь и другие. Помимо нарушений функционирования различных систем организма, хронических заболеваний, некоторые из них представляют опасность как канцерогены.

Последствия вышеуказанного воздействия для здоровья человека могут реализовываться спустя годы и десятилетия. В то же время в городах темпы развития мер по охране атмосферного воздуха отстают от темпов развития автотранспорта и промышленности.

Наряду с загрязнением атмосферы, наблюдения за климатом XX века свидетельствуют о его глобальном потеплении (рост глобально осредненной температуры в прошлом столетии составил 0,7 градуса). Потепление климата неоднородно по поверхности, наибольший рост температуры зафиксирован в Арктике. Результаты прогнозов изменений климата в XXI столетии [14] демонстрируют дальнейшее его потепление. Климатические изменения могут привести к изменению условий рассеивания антропогенных загрязнений в атмосфере в зависимости от степени изменения климата.

Учитывая все возрастающую техногенную нагрузку на атмосферу и возможное влияние климатических изменений на характер рассеивания примесей, взаимное действие этих двух факторов важно принимать во внимание при заблаговременной оценке возможных последствий загрязнения окружающей среды для здоровья человека. Это особенно актуально при решении задач долгосрочного планирования, в частности, при строительстве и реконструкции крупных транспортных и промышленных объектов, планировании промзон, жилых территорий, а также развития здравоохранения.

Существующий в настоящее время подход к определению загрязнения атмосферы при оценке риска здоровью базируется на применении стационарных моделей, основанных на гауссовом распределении концентрации от источника. Данный тип моделей хорошо зарекомендовал себя в работах по оценке риска здоровьюпозволяет диагностировать существующую ситуацию, связанную с рискомделать прогнозные оценки при изменении интенсивности выбросов от источников. Однако использование этих моделей сопряжено с перебором большого количества расчетных вариантов и принципиально не позволяет учитывать изменения климата при долгосрочных прогнозах риска.

Для преодоления этих трудностей в диссертационной работе предлагается методика на основе применения методов теории чувствительности, базирующихся на интегрировании конечно-разностных аналогов уравнений модели загрязнения атмосферы, записанных в вариациях относительно ее невозмущенного состояния. Данная методика является дополнением к существующей методике расчета риска здоровью и позволяет выполнять не только диагностику риска и его оценку при изменении количества выбросов, но и прогноз с учетом возможных изменений климата. При этом значительно уменьшается объем расчетов.

Оценка загрязнения воздуха в этом случае подразумевает применение моделей распространения токсичных веществ в атмосфере на основе трехмерного уравнения переноса и диффузии примесей.

Для учета климатических изменений используются результаты моделирования климата в XXI столетии, полученные в экспериментах с моделью общей циркуляции атмосферы и океана Института вычислительной математики Российской академии наук (ИВМ РАН).

Использование предлагаемой методики при решении задач долгосрочного планирования позволит получить наиболее объективную картину возможных последствий загрязнения атмосферного воздуха. Это позволит эффективнее управлять риском для здоровья.

В обычном понимании оценка последствий загрязнения окружающей среды — это оценка данного воздействия на здоровье. Однако, кроме собственно негативного влияния на здоровье, например, загрязненного воздуха, население, проживающее вблизи источников выбросов, при этом испытывает и отрицательный экономический эффект, выраженный в потерях доходов вследствие повышенной заболеваемости (затраты на лечение, восстановление, поддержание здоровья в удовлетворительном состоянии, а также упущенный заработок).

В настоящее время эта проблема слабо изучена, хотя исследования [14] показывают, что многие из россиян проживают на территориях с высоким уровнем загрязнения окружающей среды, а также на территориях чрезвычайной экологической ситуации. Отметим, что работы по экономической оценке заболеваемости в нашей стране практически отсутствуют. Результаты немногочисленных исследований [11] по данной тематике показывают, что финансовые потери населения от экологически обусловленных заболеваний являются достаточно ощутимыми. Учитывая, что воздействие негативных факторов окружающей среды на население отрегулировать невозможно, возникает необходимость компенсации или снижения их отрицательных экономических последствий для жителей экологически неблагополучных территорий.

В настоящей работе предложены рекомендации по снижению финансовых потерь населения, возникающих в результате экологически обусловленных заболеваний. Данную задачу предлагается решать путем хеджирования риска для здоровья с использованием производных финансовых инструментов — деривативов.

Целями диссертационной работы являются: а) разработка методики долгосрочного прогноза риска для здоровья человека при техногенном загрязнении воздуха производственной среды и прилегающих территорий, основанной на методах теории чувствительности и данных по изменению климатаб) разработка научно-обоснованных рекомендаций по снижению экономических потерь населения, возникающих в результате экологически обусловленных заболеваний.

Для достижения поставленных целей необходимо решить следующие задачи:

1. Осуществить постановку задачи и разработать методический подход к долгосрочному прогнозу канцерогенного риска и опасности неонкологических заболеваний на основе методов теории чувствительности;

2. Разработать численную мезоклиматическую модель прогноза загрязнения атмосферы для проведения экспериментов по долгосрочному прогнозу риска для здоровья человека на примере г. Москвы при техногенном загрязнении воздуха;

3. Проанализировать результаты современных научных исследований в области возможных изменений климата, выполнить анализ развития промышленных зон и автотранспорта в г. Москве, анализ экспозиции воздействия вредных выбросов на человека;

4. С помощью построенной численной модели провести и проанализировать эксперименты по долгосрочному прогнозу риска для здоровья человека в г. Москве при различных сценариях изменения климата, развития промышленности и автотранспортапостроить карты распределения риска;

5. Разработать научно обоснованные рекомендации по применению хеджирования для снижения финансовых потерь населения вследствие экологически обусловленных заболеваний.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

— предложена методика долгосрочного прогноза риска для здоровья при техногенном загрязнении воздуха на основе методов теории чувствительности, позволяющий учитывать вариации работы источников выбросов и изменения климата, а также значительно снизить объем требуемых расчетов;

— разработана экспериментальная численная модель, позволяющая выполнять прогноз загрязнения атмосферы с учетом различных сценариев развития промышленности и автотранспорта г. Москвы и изменения климата в XXI столетии для заблаговременной оценки последствий загрязнения воздуха для здоровья человека (заблаговременность прогноза составляет до 70 лет);

— проведены и проанализированы укрупненные эксперименты по прогнозу риска для здоровья в г. Москве при различных сценариях развития города и предполагаемых изменений климата на больших масштабах времени;

— предложены научно-обоснованные рекомендации по снижению последствий экологически обусловленных заболеваний для населения, выраженных в финансовых потерях, на основе хеджирования.

Практическая ценность работы.

Предложенная методика позволяет выполнить долгосрочный прогноз риска для здоровья вследствие техногенного загрязнения воздуха с учетом возможных изменений климата. Применение данной методики целесообразно при решении задач долгосрочного планирования, так как ее использование позволит более эффективно управлять риском для здоровья.

Применение методов теории чувствительности позволяет преодолеть ряд трудностей математического и вычислительного характера, возникающих при решении подобных задач традиционными методами, и обеспечить простоту реализации долгосрочного прогноза риска для здоровья человека вследствие загрязнения атмосферы.

Полученные в ходе экспериментов результаты прогноза канцерогенного риска и опасности неонкологических заболеваний на территории Москвы на период 2005;2075 г. г. позволяют сделать ряд выводов о влиянии изменения климата и интенсивности техногенных источников выбросов на здоровье москвичей, тенденциях изменения уровней риска на территории Москвы. Результаты данного прогноза могут рассматриваться как интегральные характеристики опасности для здоровья трудоспособного населения с учетом загрязнения воздуха на производственных территориях и в местах проживания работников и использоваться для принятия управленческих решений по снижению риска для здоровья в долгосрочной перспективе.

Предложенные рекомендации по снижению последствий экологически обусловленных заболеваний позволяют наметить практическое решение важной социально-экономической и экологической задачи — сократить финансовые потери населения вследствие повышенной заболеваемости. При этом средства, полученные в виде компенсации, могут быть направлены на обеспечение сохранности здоровья жителей экологически неблагополучных территорий. Предложенный подход может быть положен в основу подготовки решений на государственном уровне.

Ниже приведено краткое содержание глав диссертации.

В главе 1 осуществлена постановка задачи и представлен методический подход к долгосрочному прогнозу риска для здоровья человека на основе методов теории чувствительности, дано обоснование преимущества применения этих методов. Выполнен обзор основных положений теории риска, а также методологии оценки канцерогенного риска и опасности неонкологических заболеваний.

В главе 2 рассмотрено современное состояние исследований в области изучения изменений климата, приведена характеристика транспортного комплекса и промзон столицы как источников загрязнения атмосферы, изучены возможные варианты дальнейшего развития этих объектов. Выполнена характеристика экспозиции воздействия техногенных выбросов на человека. На основе данного анализа разработаны сценарии изменения климата, развития автотранспорта и промышленных зон в г. Москве в ближайшие десятилетия. Сценарии, в свою очередь, сформированы в группы в различных комбинациях для проведения экспериментов по прогнозу риска.

Глава 3 посвящена численной мезоклиматической модели прогноза загрязнения воздуха, разработанной с использованием методов теории чувствительности для проведения экспериментов по долгосрочному прогнозу риска заболеваний на примере г. Москвы. В данной главе описана также параметризация источников выбросовпредставлены учет годового и межгодового хода метеовеличин, а также оценка достоверности модели.

В главе 4 приведен анализ выполненных экспериментов по долгосрочному прогнозу канцерогенного риска и опасности неонкологических заболеваний в г. Москве. Представлены карты распределения уровней канцерогенного риска и индексов опасности заболеваний по территории столицы. Выполнен анализ неопределенностей, возникающих при прогнозе риска.

В главе 5 представлены рекомендации по снижению последствий экологически обусловленных заболеваний населения, выраженных в финансовых потерях, на основе хеджирования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В настоящей работе в соответствии с поставленной целью решены следующие задачи.

Предложена методика долгосрочного прогноза риска заболеваний человека от загрязнения воздуха производственной среды и прилегающих территорий промышленными и автотранспортными выбросами. Методика основана на применении методов теории чувствительности, которые базируются на интегрировании конечно-разностных аналогов уравнений модели атмосферы, записанных в вариациях относительно ее невозмущенного состояния. Это позволяет упростить постановку задачи и обеспечить простоту реализации долгосрочного прогноза риска для здоровья.

Для апробации и подтверждения работоспособности предложенного подхода проведены численные эксперименты по долгосрочному прогнозу риска, заболеваний человека на примере г. Москвы вследствие техногенных выбросов в атмосферу. Построена экспериментальная мезоклиматическая модель загрязнения воздуха в Московском регионе на основе методов теории чувствительности, позволяющая выполнять оценку последствий загрязнения атмосферы для здоровья с заблаговременностью, равной средней продолжительности жизни человека (70 лет) и соответственно времени воздействия вредных веществ. При этом в модели выполнен учет прогнозируемых изменений климата в XXI столетии. Для этого были проанализированы результаты современных исследований в области изучения изменений климата, а также состояние и варианты развития транспортного и промышленного комплексов столицы, экспозиция воздействия вредных выбросов на человека. На основе данного анализа выбраны сценарии возможного изменения климата, развития источников загрязнения воздушной среды в столице на ближайшие десятилетия. По результатам прогноза построены карты распределения уровней индивидуального канцерогенного риска и показателей опасности неонкологических заболеваний в г. Москве, которые можно рассматривать как интегральные характеристики опасности для здоровья трудоспособного населения с учетом загрязнения воздуха на производственных территориях и в местах проживания работников.

Численные эксперименты показали, что при рассмотрении основных загрязнителей атмосферного воздуха прогнозируемая опасность неонкологических заболеваний превышает приемлемый уровень вблизи земной поверхности в зависимости от сценария в 2−9 раза на уровне верхних этажей высотных зданий — приблизительно в 2 раза и лишь при пессимистичном варианте развития города. Прогноз канцерогенной опасности выполнялся для формальдегида и соединений свинца. Прогнозируемые уровни риска онкологических заболеваний по данным веществам находятся в рамках допустимых значений и на верхней границе приемлемого риска. При пессимистичном сценарии развития Москвы и наибольшем потеплении климата (сценарий А2) в отдельных районах города вблизи земной поверхности могут наблюдаться уровни канцерогенного риска, превышающие приемлемые значения.

Влияние изменений климата на конечную оценку риска здоровью оказывается достаточно заметным, особенно по онкологическим заболеваниям. Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод о необходимости учета прогнозируемых изменений климата при заблаговременной оценке последствий загрязнения атмосферы. Несмотря на ряд существующих неопределенностей, при тщательной подготовке исходных данных полученные результаты долгосрочного прогноза риска заболеваний позволяют обозначить границы, в которых может меняться уровень риска при возможных сценариях развития города и изменения климата, а в дальнейшем могут использоваться в качестве основы для принятия управленческих решений по снижению риска.

В связи с тем, что загрязненная окружающая среда приносит человеку не только боль и дискомфорт, но и приводит к негативным экономическим эффектам, предложены рекомендации по снижению материальных потерь жителей экологически неблагополучных территорий вследствие обусловленных этим заболеваний.

Российская экономико-экологическая правовая база не предусматривает возможность напрямую и в достаточной мере компенсировать населению финансовые потери, наступающие из-за заболеваний, вызванных загрязненной окружающей средой. Поэтому для смягчения негативных экономических последствий от экологически обусловленных заболеваний, предложено использовать хеджирование — хорошо известный в мире, но пока еще не нашедший широкого применения в России способ стабилизации доходов, основанный на использовании производных финансовых инструментов — деривативов. Хеджирование отличается от страхования, которое предполагает возмещение материальных потерь вследствие внезапного, аварийного загрязнения окружающей среды.

Реализация данного подхода подразумевает внесение изменений в российское экологическое законодательство, создание специализированных структур, т. е. вынесения рассматриваемой проблемы на государственный уровень. Хеджирование риска для здоровья следует рассматривать как предложение по решению проблемы снижения отрицательного экономического эффекта для населения вследствие загрязнения окружающей среды, требующее дальнейшего уточнения.

Таким образом, разработанные в диссертации методика долгосрочного прогноза риска для здоровья человека и рекомендации по снижению экономических последствий экологически обусловленных заболеваний позволяют решить важную задачу — повышение качества жизни трудоспособного и остальных групп населения, являющегося залогом устойчивого социально-экономического развития России.