Материалы и методика исследований.

Исследования проводились в несколько методических этапов.

Первый этап оценки экологических рисков (под которыми понимаются совокупность рисков, угрожающих здоровью и жизни людей и рисков угрозы состоянию обитания, а также – экосистемам [3, 4]) заключался в сборе и анализе существующей информации. Разносторонний материал, имеющийся в многочисленных организациях, слабо систематизирован и обобщен. Существуют и объективные трудности его получения и обновления. Общие недостатки исходного материала не позволяют создавать карты риска, на которых категории и степени опасности оценивались бы на детальном уровне.

Второй этап заключался в накладывании карт исходного материала посредством применения геоинформационных технологий (программы ArcGIS, ArcView GIS) [5]. В качестве исходного материала были использованы эколого-геологическая, эколого-геохимическая, ландшафтно-геохимическая, инженерно-геологическая, неотектоническая, геодинамическая карты Пермского края масштаба 1:500 000, схема распространения опасных экзогенных процессов, схема техногенной нагрузки, карта плотности населения, (фондовые и опубликованные материалы ПГНИУ, ФГУП «Геокарта-Пермь» и др.) [6-8], комплект карт по динамике распространения болезней населения Пермского края и др. [9-10].

Третий этап (тематический) – эколого-геохимическое и ландшафтно-геохимическое районирование территории. Геохимическое состояние территории, которое в основном зависит от уровня техногенного загрязнения, формирующего аномальные геохимические зоны, играет важную роль среди критериев оценки экологического риска. Наиболее чуткий индикатор геохимической обстановки в ландшафте – почва, которая находится на пересечении всех транспортных путей миграции химических элементов. Почва фиксирует статичные контуры загрязнения и отражает кумулятивный эффект многолетнего антропогенного воздействия. Формирование геохимических аномалий зависит также от природно-геологических факторов, которые играют важную роль среди критериев оценки экологического риска [11-16]. Особая роль отводится неотектонической активности и геодинамическим активным зонам, где наблюдается наибольшая концентрация геохимических аномалий [17-21].

Четвертый и пятый этапы – интегральная оценка состояния природной среды и оценка медико-экологических рисков, классификации территории с учетом показателей рисков. Методика общей оценки состояния природной среды, в том числе – почв разработана недостаточно, существуют различные подходы по количеству градаций ранжирования степени экологической оценки и критериям оценки. Наиболее оптимальной на современном этапе является четырехранговая оценочная структура экологического состояния, разработанная для экосистем, выделяющего четыре уровня природно-антропогенных экологических нарушений – нормы, риска, кризиса и бедствия. В соответствии с этим выделяются: класс удовлетворительного (благоприятного), условно удовлетворительного (умеренно опасного), неудовлетворительного (опасного) и катастрофического состояния (чрезвычайно опасного) [22-25].

Результаты и их обсуждение

На территории Пермского края проведено многоцелевое геохимическое картирование масштаба 1:1 000 000 (МГХК-1000) с литогеохимическим опробованием по почвам (при участии автора). Спектральным анализом в пробах почв определялись 34 элемента (Mn, Ni, Co, V, Ti, Cr, Zr, W, Mo, Cu, Zn, Pb, Sn, Ag, Au, Bi, Cd, Sb, As, P, Be, Ba, Ge, Ga, Nb, Pt, Y, Hf, Sr, Ta, Tl, Tе, Li, Sc), из которых установлено присутствие 25 элементов. Не обнаружены: Au, Bi, Sb, As, P, Pt, Ta, Tl, Tе (Sb, As, Bi обнаружены только в техногенных почво-грунтах г.Перми). В пробах донных осадков определялись 23 элемента (Mn, Ni, Co, V, Ti, Cr, Zr, Mo, Cu, Zn, Pb, Sn, Ag, Bi, Be, Ba, Ga, Nb, Sc,Y, Sr, Hg, U).

По каждому элементу построены карты распределения с выделением аномалий, а также интегральные карты оценки экологического состояния территории. В результате анализа распределения химических элементов в почвах верхнего горизонта, установлены аномалии с превышением ПДК в почвах по: Cr, Mn, Ni, Co, Mo, Ti, Zr, Cu, V, Pb, P, Ba, Ga, Sr, Zn – до 2-5, реже до 10-15 ПДК. Наиболее опасными элементами для южной части Пермского Приуралья являются следующие элементы, имеющие высокие средние содержания, превышающие или близкие к ПДК: Ni, Cu, Zn, Pb, V, Mn.

Геохимические аномалии в почвенном покрове образуются путем взаимодействия двух групп факторов – внешних и внутренних. К внешним факторам относятся различные виды антропогенных воздействий, а к внутренним – собственные свойства почвы. Как правило, аномалии оконтуривают населенные пункты. Особенно площади их велики в окрестностях городов. Это дает основания полагать, что происхождение аномалий преимущественно антропогенное.

Кроме того, наблюдается северо-восточное простирание аномалий, параллельно направлению крупных тектонических зон и нефтегазоносных структур. Техногенное воздействие нефтепромыслов и отдельных скважин на почвы имеет в целом, локальный характер. Отмечается сильная загрязненность тяжелыми металлами на некоторых участках скважин. Статистический анализ показал более высокие средние значения микроэлементов на участках скважин по сравнению с фоновыми, однако, эти различия в целом, не очень существенны. Наблюдается также приуроченность многих аномалий к зонам тектонических нарушений, локальным поднятиям. Поэтому, не исключая, антропогенного влияния на формирование крупных аномалий, большую роль играет природный фактор, обусловленный ландшафтно-геохимическими, геодинамическими, структурно-тектоническими и биогеохимическими миграционными процессами [26-29]. Анализ содержания нефтепродуктов в почвах показал на повышенное их содержание в пределах изученных площадок скважин районов месторождений с превышением ПДК и фона от 2-3 до 20 раз.

Проведенные эколого-геохимические исследования по почвенному покрову дают возможность охарактеризовать общую экологическую обстановку рассматриваемого района Приуралья следующим образом. Следуя классификации, базирующейся на концепции предельно-допустимых концентраций с учетом класса опасности элементов, было проведено ранжирование экологического состояния почв рассматриваемой территории. Установлено, что в районе практически отсутствуют участки с допустимым экологическим состоянием, поскольку во всех пробах почв отмечается превышение ПДК по элементам. Поэтому территория по состоянию почвы ранжирована на 3 класса состояния: умеренно опасное, опасное и чрезвычайно опасное (рис. 1).

Заключительным этапом комплексных экологических исследований считается выполнение процедуры специальной классификации территории с учетом показателей риска. Под индексом риска понимается отношение величин сложившихся антропогенных нагрузок и определяемых ими предпосылок болезней человека [2].

Уровень риска характеризуется минимальными, средними и высокими значениями. Для количественной оценки экологических рисков информация оказалась недостаточной, поэтому мы воспользовались методикой оценки природных рисков по условной 10-балльной шкале с учетом возможного ущерба для населения [13], а также исследованиями Главного управления по делам ГО И ЧС Пермского края [9].

Максимальный балл присвоен опасным природным процессам и явлениям с наивысшей степенью риска для населения и хозяйства. Вероятна гибель всего живого, огромные разрушения и значительный экономический ущерб хозяйству.

Рис. 1. Карта экологических рисков по геохимическим критериям

В группу сильных рисков – с балльностью от 9 до 7 – отнесены опасные природные процессы со значительным числом пострадавших среди населения, значительными хозяйственными разрушениями и ощутимым хозяйственным ущербом.

Группу средних рисков – с балльностью от 6 до 3 – составляют природные ситуации с единичными случаями среди жертв населения, однако довольно значительным числом пострадавших от травматизма, обострения хронических заболеваний, снижением трудоспособности. Хозяйственные разрушения приводят к сбоям в ритме городской жизни и работы, вызывают дополнительные материальные затраты.

К группе слабых рисков – от 2 до 1 балла могут быть отнесены некоторые природные процессы и явления, слабо проявляющиеся на территории исследуемого района, однако привносящие в жизнь жителей некоторые сложности, наносящие моральный ущерб.

В целом, проведенный анализ природных и техногенных рисков позволяет выделить следующие участки повышенного риска рассматриваемой территории:

Пермско-Краснокамская зона:

- риски химического и нефтеперерабатывающего производств;

- риски транспортных аварий;

- карстовая и оползневая опасности;

- риск геодинамической и сейсмоактивности;

Лысьвенско-Чусовская зона:

- риски химического производства

- риски транспортных аварий на железных дорогах, нефтегазопроводах;

- риск геодинамической и сейсмоактивности;

Кунгурско-Сылвенская зона:

- риск паводкового затопления;

- карстовая опасность;

- риск геодинамической и сейсмоактивности;

Осинско-Чернушинская зона:

- риски аварий на нефтегазопроводах;

- оползневая опасность;

- возможные проявления последствий ядерных взрывов в районе Осинского месторождения нефти.

Учитывая наличие высокой степени проявления техногенных опасностей на территории исследуемого района, были рассмотреть медико-экологические риски, влияющие на здоровье человека, как часть общей проблемы экологических рисков.

На территории южной части Пермского края выделяются районы, фактически не имеющие крупных производственных мощностей и источников промышленного воздействия на население. К таким территориям отнесены районы: Бардымский, Березовский, Большесосновский, Еловский, Кишертский, Куединский, Оханский, Сивинский, Уинский, Частинский. Данные районы не всегда отличаются низким уровнем заболеваемости населения, однако, экологические проблемы этих территорий не относятся к категории «острых». Наибольшая степень заболеваемости для рассматриваемой территории отмечается в гг. Краснокамске, Перми, Чайковском, Лысьве, Кунгуре, Чернушинском и Пермском районах. Настораживает рост числа отдельных видов заболеваний, которые часто приобретают хроническое течение, обусловливают увеличение общей распространенности заболеваний среди населения. Для взрослого населения это заболевания крови и кроветворных органов, бронхо-легочная патология, имеющие тенденции к увеличению. Для крупных индустриальных центров Пермской области существует проблема оценки токсического действия относительно невысоких концентраций тяжелых металлов, оказывающих внешне малозаметное влияние на окружающую среду. Между тем, загрязнение именно такого рода, действуя длительное время, способно вызвать серьезные сдвиги в существующем в природе биологическом равновесии [4].

На основании данных, полученных в ходе исследования проблемы, установлено, что на территории южной части Пермского края более 1,5 миллиона человек проживают на экологически неблагополучных территориях, что во многом определило низкий уровень состояния здоровья населения. Экологические факторы риска зависят, в основном, от комплексной техногенной нагрузки и природно-геологических опасностей. Почти 80% населения на рассматриваемой территории проживает в неблагоприятных условиях.

Таким образом, в южной части Пермского края проведен анализ природных и техногенных опасностей; проведен эколого-геохимический анализ территории с районированием по степени экологической опасности; выявлены неблагоприятные медико-экологические ситуации территории; построена предварительная карта медико-экологических рисков по техноприродным опасностям (масштаб 1:1 000 000), являющихся основой для дальнейшего анализа экологических рисков. На основании доступной информации о существующих источников опасности природного и техногенного характера, произведена медико-экологическая оценка риска территории. Геохимические исследования показали, что для аномальных зон существует связь между повышенным содержанием химических элементов в среде и уровнем заболеваемости населения. Отмечается тенденция увеличения числа заболеваний среди взрослых и детей.

На основе полученных результатов можно сделать рекомендации по дальнейшим исследованиям:

- провести оценку природных рисков на более детальном уровне (в масштабе 1:200 000) с учетом основных природно-техногенных опасностей;

- провести компьютерное моделирование условий развития чрезвычайных ситуаций, связанных с ОПТП;

- провести анализ опасности воздействия негативных экологических эффектов на окружающую среду и человека;

- провести количественную оценку, связанную с потерями (ущербом) от ОПТП для населения на основе анализа величины риска.

В настоящее время методологии анализа риска здоровью придается особое значение в ряде естественных и социальных наук – медицине, экологии, географии, геологии, биологии и др. Подчеркивается ее координирующая роль, результаты использования которой востребованы для исполнения функций обеспечения безопасности жизни и здоровья граждан в ряде отраслей хозяйственной деятельности: градостроительстве, охране окружающей среды, техническом регулировании и др. [1].

Динамика роста интереса к проблеме анализа экологического риска за последнее десятилетие свидетельствует об ее научной актуальности и практической значимости. Оценка экологического риска и прогнозирование возможных последствий влияния техногенных и природных факторов на биосферу и здоровье людей является одной из актуальных проблем современности. Анализ многочисленных публикаций свидетельствует, что во всех мегаполисах мира наблюдается рост числа заболеваний, в частности врожденных патологий, которые ученые-медики связывают с техногенным загрязнением окружающей среды. Однако отмечается увеличение заболеваемости населения под влиянием природных, особенно – геологических факторов, формирующих геопатогенные зоны (или зоны биологического дискомфорта) [2-8]. Природные и антропогенные факторы геоэкологических рисков формируют проблемные медико-экологические ситуации, которые определяются социальными и экономическими факторами и наиболее выражены в районах с высокой плотностью населения. Современные тенденции изменения качества среды непосредственно определяют формирование новых сочетаний географических предпосылок болезней человека. На территориях с наибольшим разнообразием комбинаций химических, геохимических, радиационных и биологических загрязнителей доминируют природно-антропогенные предпосылки болезней человека. Это приводит к появлению в нозогеографической структуре территории нетипичных форм географической патологии, что снижает уровень эволюционно сложившейся комфортности среды.

Характеристика медико-экологических и геоэкологических и рисков

Наиболее полный анализ классификаций рисков приведен в работах А.А.Быкова и Б.Н.Порфирьева (1988, 2006) [9]. Теоретические аспекты анализа риска здоровью наиболее полно раскрыты в коллективной монографии под редакцией Г.Г.Онищенко и Н.В.Зайцевой [1], где приводится терминологическая идентификация определения «риск здоровью», место анализа здоровью в общей теории анализа риска, а также рассматриваются методологические аспекты анализа риска и его эволюции при воздействии на здоровье разнородных факторов среды обитания, условий образа жизни и другие вопросы по анализу риска здоровью в стратегии государственного социально-экономического развития.

Концепция риска, предложенная в 80 гг., исходит из того, что в окружающей среде всегда существует набор факторов, представляющих угрозу для здоровья населения. Следуя этому положению необходимо принять ключевое условие о том, что риск существует постоянно, и его можно только уменьшить. Использование риска в качестве одного из основных показателей качества среды, может способствовать разработке региональных стандартов по группам приоритетных токсикантов антропогенного происхождения, присутствие которых в компонентах окружающей среды полностью исключить невозможно, так же, как невозможно удалить их источники.

В настоящее время к категории первоочередных отнесены проблемы количественной оценки негативного влияния медико-экологических ситуаций на здоровье населения. В связи с этим особое значение придается такому показателю как экологический риск их проявления. Его использование позволяет оценить предсказуемую опасность для здоровья населения. Фактически экологический риск отражает связи между природой, хозяйством и здоровьем населения [10].

Экологическая опасность определяется двумя комплексами причин: состоянием окружающей среды и вероятностью чрезвычайных экологических ситуаций и катастроф. Состояние окружающей среды определяется уровнем природно-техногенного воздействия и способностью среды к самовосстановлению. Оценивая экологическую безопасность урбанизированной территории, необходимо интегрально оценивать состояние окружающей среды по всем компонентам и вероятность экологических рисков для населения и природной среды.

Мерой опасности неблагоприятных воздействий является риск – величина, измеряемая либо с помощью статистических данных, либо с помощью имитационных моделей. Количественная характеристика определяется вероятностью неблагоприятного воздействия. Неблагоприятные воздействия связаны либо с природными явлениями, либо с антропогенными событиями или процессами.

В настоящее время неоднозначно трактуется понятие экологического риска.

Ученые МНЭПУ считают, что под экологическим риском следует понимать количественную меру опасности возникновения негативных изменений в природной среде и ухудшения здоровья людей. К риску принято относить и опасности от достоверных событий (происходящих с вероятностью, равной единице), таких, как загрязнение окружающей среды отходами нормально функционирующего производства [11].

На сайте российского университета Дружбы Народов (http://www.rudn.ru) под экологическим риском понимается возможность возникновения опасных явлений или негативных изменений в окружающей среде, которые обусловлены природными либо антропогенными факторами и приводят к неблагоприятным социально-экономическим последствиям в обществе.

На сайте «Википедия» (https://ru.wikipedia.org/wiki) под экологическим риском понимается вероятность возникновения отрицательных изменений в окружающей природной среде, или отдалённых неблагоприятных последствий этих изменений, возникающих вследствие отрицательного воздействия на окружающую среду. Экологический риск может быть вызван чрезвычайными ситуациями природного, антропогенного и техногенного характера.

Риск как вероятность неблагоприятного воздействия характеризуется вероятностью проявления одного или нескольких экологических эффектов, поражающее действие которых характеризуется соответствующими экологическими факторами. Экологическими эффектами могут быть повышенное химическое, акустическое или электромагнитное загрязнение атмосферы. Акустическое загрязнение в свою очередь может характеризоваться избыточным давлением, спектром и экспозицией, химическое – мгновенной и средней концентрацией, а также экспозицией. Экологические факторы как показатели поражающего действия включают дополнительную смертность, стресс, заболеваемость.

Таким образом, задача анализа рисков разбивается на две: 1) анализ опасности возникновения аварий и катастроф, осуществляемый на основе анализа величины риска и количественных характеристик, присущих событию негативных эффектов; 2) анализ опасности воздействия негативных экологических эффектов на окружающую среду и человека [10].

Кроме этого, специфика оценки экологических рисков в урбанизированных территориях заключается в присутствии так называемых комбинированных рисков. Они характеризуются тем, что присутствие одних рисков может быть инициирующим по отношению к другим рискам («эффект домино»). Например, реализация опасности, связанной с такими природными рисками, как оползни, может привести к разрушению емкостей с нефтепродуктами (АЗС); неотектонические подвижки, карстовые и суффозионные процессы – к провалам в населенных пунктах, нефтегазопроводах и других объектах, т.е. к проявлению рисков техногенного и природно-техногенного характера.

Дополнительные свойства и параметры риска связаны с пространственно-временными характеристиками проявления его последствий. Пространственная составляющая определяется масштабом последствий риска. Временная составляющая определяется формой проявления последствий (от мгновенного до длительного), а также наличием отдаленных эффектов. Принципиально новым свойством риска необходимо считать последствия, которые нарушают индивидуальные, социальные и культурные интересы, приводят к социальным конфликтам и негативным психологическим реакциям людей. Качественный характер данного свойства определяется тем, что для него отсутствует денежная оценка последствий.

Риски для населения определяются с помощью двух показателей: риск индивидуальный, определяемый как вероятность того, что человек испытывает определенное вредное воздействие в ходе своей деятельности. Воздействие может быть мгновенным, вызванным аварией (взрывом, пожаром или токсичным выбросом), или постоянным из-за присутствия токсичных веществ (и других факторов) в окружающей среде и риск социальный, определяемый как соотношение между числом людей, погибших от одной аварии (N), и вероятностью (F) этой аварии [12]. Использование этого показателя позволяет учитывать количество населения, которое может быть поражено в результате аварии с воздействием на окружающую среду [10].

Медико-экологический риск (экологический риск заболевания) измеряется двумя характеристиками – атрибутивным и относительным рисками. Величина атрибутивного риска (АР) указывает, на сколько процентов увеличивается число заболевших среди подвергшихся влиянию фактора, а относительного риска (ОР) – дает возможность определить, во сколько раз увеличивается вероятность заболеть при его наличии. Атрибутивный (индивидуальный, групповой риск) – это разница в степени риска между группами, подвергавшимися и не подвергшимися воздействию. Эта количественная оценка связи между воздействием вредного вещества и болезнью является наиболее подходящей при принятии решения по каждому конкретному случаю [13].

При медико-экологических и геоэкологических исследованиях решаются задачи выявления доминантных форм географического риска по ведущим негативным медико-экологическим факторам сложившейся территориально-производственной системы. Такие анализируемые территориальные образования, как природные, эколого-географические и медико-экологические районы, содержат информацию об эволюционно сложившихся структурах антропогенных нагрузок, демографической обстановке, плотности населения, географических предпосылок болезней человека и показателях здоровья населения.

Особую актуальность приобретает анализ риска влияния малых постоянно действующих доз различных загрязнителей на здоровье. Большинство исследователей связывают с этим скрытые последствия увеличения частоты онкологической пораженности отдельных популяционных групп и рост наследственных болезней у второго и последующих поколений населения.

Основными объектами медико-экологических рисков на территории крупных промышленных городов являются: здоровье населения (в связи с состоянием окружающей природной среды), городские территории (подверженные техногенным и природным рискам).

Картографическая концепция оценки медико-экологических и геоэкологических ситуаций

Сущность концепции и методологии медико-экологического картографирования заключается в применении иерархичной системы пространственной оценки природных факторов, антропогенных нагрузок и их последствий в формировании и территориальном риске и территориальном риске проявления медико-географических и медико-экологических комплексов предпосылок болезней человека.

Картографирование обеспечивает объективность проведения границ компонентных медико-географических и медико-экологических районов и в дальнейшем служит основным методом интеграции в соответствующие виды районирования и ранжирования.

Конечным результатом комплексного картографического анализа территории является классификация медико-экологических районов по принятой совокупности простых и интегральных медико-экологических показателей. Основными звеньями картографического алгоритма исследований следует считать: составление компонентных медико-географических карт по оценке положительных и негативных свойств отдельных природных факторов для здоровья населения с выделением приоритетных групп; составление комплексных медико-географических карт для выявления региональных группировок природных предпосылок болезней человека (природно-очаговые инфекции, инвазии, биогеохимические эндемии); медико-географическое районирование региональных сочетаний природных предпосылок болезней человека; картографирование региональных особенностей загрязняющего комплекса среды в целом, с последующим использованием таких карт для анализа антропогенных предпосылок болезней человека; территориальный анализ антропогенных предпосылок болезней человека как проявления негативного воздействия отдельных приоритетных токсикантов и их комбинаций; определение пространственных рубежей актуальных и потенциальных медико-экологических ситуаций с использованием карт предыдущих этапов; ранжирование территории по группировкам медико-экологических ареалов и их интеграция в медико-экологические ситуации; классификация медико-экологических районов по индексу риска и их группировка в региональные медико-экологические комплексы [14].

Для анализа пространственного распределения опасностей и рисков природного и природно-техногенного происхождения, наглядного представления результатов исследования наиболее целесообразно составление карт различного масштаба и содержания. Картографическая информация позволяет выделить территориальные комбинации природных и антропогенных предпосылок болезней человека. На этой основе корректируются границы медико-экологических ареалов, входящих в состав медико-экологических районов региона. Основные картографические материалы можно объединить в 3 основные группы (блоки) карт:

- блок природных карт (для анализа факторов, обуславливающих экологические риски и опасности): физико-географические, ландшафтные, геоморфологическая, геологическая, тектоническая, неотектоническая, эколого-геодинамическая, эколого-гидрогеологическая, эколого-геохимическая, геоэкологическая карты, интегральной экологической оценки, районирования и оценки территории по опасностям и рискам возникновения чрезвычайных ситуаций с экологическими последствиями [15-25];

- блок социально-техногенных и экономических карт (для анализа вклада хозяйственной деятельности в формирование загрязняющего комплекса среды): карты использования земель, техногенной нагрузки, распространения приоритетных токсикантов, районировании по воздействию на окружающую среду, плотности населения, экономико-географические;

- блок медико-экологических карт: медико-географические, медико-экологические карты природных и антропогенных предпосылок болезней человека, районирования и ранжирования с использованием балльной системы для оценки степени риска,  нозогеографические карты соматических и инфекционных болезней (с дальнейшим использованием их при верификации полученных уровней экологического риска). Примерами параметрических и интегральных карт регионального уровня могут быть карты из Атласа Пермского края [26].