Использование аддитивной и мультипликативной моделей при исследовании влияния загрязнения атмосферного воздуха на заболеваемость системы кровообращения населения Воркутинского промышленного района Текст научной статьи по специальности «Экономика и бизнес»

--------------------------------------------- © Е.Г. Булдакова, Н.Н. Даль,

2011

УДК 502.1

Е.Г. Булдакова, Н.Н. Даль

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АДДИТИВНОЙ И МУЛЬ ТИПЛИКА ТИВНОЙ МОДЕЛЕЙ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ ВЛИЯНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА НА ЗАБОЛЕВАЕМОСТЬ СИСТЕМЫ КРОВООБРАЩЕНИЯ НА СЕЛЕНИЯ ВОРКУТИНСКОГО ПРОМЫШЛЕННОГО РАЙОНА

Проведен анализ заболеваемости населения с использованием методики «функций благополучия» и вычислен их риск изменения.

Ключевые слова: солнечная радиация, экология, геохимическая обстановка, изоболиче-ская модель.

Ж'Ж'исло потенциальных экологических факторов бесконечно. Однако по степени воздействия на экосистему они значительно отличаются. Наиболее значимые факторы — это интенсивность солнечной радиации, температура, влажность воздуха, интенсивность атмосферных осадков, а также различные формы антропогенного влияния, представляющие наибольшую опасность в современных условиях. Антропогенное загрязнение приводит к резкому изменению природной геохимической обстановки, оказывает негативное влияние и на состояние человеческого организма.

Примером влияния антропогенных факторов на здоровье человека могут служить показатели смертности населения, продолжительности жизни, заболеваемости дыхательных путей, сердечнососудистых заболеваний и другие.

Для количественной оценки влияния антропогенных факторов используются методы математического моделирования, в частности регрессионный анализ, который достаточно сложен в многофакторном варианте с нелинейным ха-

рактером вредного воздействия. Одним из подходов к рассмотрению данного вопроса являются аддитивная, мультипликативная и изоболическая модели для оценки суммарного воздействия экологических факторов на организм человека [1]. Согласно этим моделям действие любого фактора на биосистему следует оценивать по вызываемым изменениям значений функции отклика. При учете n факторов, имеющих различную размерность, значения этих факторов нормируют. Для аппроксимации функций отклика биосистемы на любой фактор среды авторы предлагают использовать модифицированное уравнение Ферхюль-ста-Перла (1).

1

f / = 1--------br (1)

0(X) 1 - aebx

где х — нормированные значения фактора; ffo(X) — значения функции отклика f(x), нормированные относительно её фонового значения f0(x). График функции (1) при различных сочетаниях параметров а и b может приближаться к отрезку прямой, принимать вид вогнутой, выпуклой или S'-образной кривой.

Согласно аддитивной модели значения функции благополучия (или иной функции отклика) на действие нескольких факторов суммируются, в мультипликативной модели рассматривается произведение значений частных функций отклика, изоболическая модель позволяет количественно выразить особенности действия каждого из факторов и учесть специфическое взаимодействие каждой конкретной комбинации факторов.

Для оценки влияния антропогенных факторов на здоровье человека, следует учитывать, что ухудшением экологической обстановки считается рост заболеваемости населения. Поэтому в качестве функции отклика можно рассматривать функцию обратную к функции (1)

/о(х / /=1 _ (2)

где Х — нормированные значения фактора /'-ого фактора (Х=Х//ПДКх1); /Х) — значения заболеваемости, /0(Х) — фоновое значение заболеваемости. В качестве фонового значения было выбрано минимальное число заболеваний в период с 1994 по 2006 год.

Значения функции (2) изменяются от 0 до 1. Наибольшее значение этой функции соответствует наиболее благоприятной экологической обстановке.

Один из рассмотренных факторов, оказывающий негативное воздействие на здоровье человека, атмосферный воздух, т.к. проблема загрязнения атмосферного воздуха — одна из наиболее острых экологических проблем Воркутинского промышленного района.

В последние годы наблюдается тенденция уменьшения валовых объемов выбросов загрязняющих веществ и количества источников вредных выбросов. Так с 1998 по 2006 год количество предприятий, имеющих выбросы, сократилось с 48 до 34, а количество выбросов с

342 и 579,941 до 271 и 777,467 тонн (67,5 % от выбросов в 1998 году). Это снижение выбросов связано, прежде всего, с сокращением производства, закрытием и реструктуризацией предприятий. Тем не менее, интегральный индекс загрязнения атмосферного (ИЗА) воздуха, начиная с 2001 года, возрастает, и в 2007 году ИЗА составил 8,7, что характеризует высокую степень загрязнения воздуха.

При изучении структуры заболеваемости населения Воркуты было выявлено, что приоритетный вклад в нее вносят болезни системы кровообращения. Загрязнение окружающей среды в сочетании с суровыми климатическими условиями создает дополнительную нагрузку на защитные механизмы организма, увеличивая риск этого заболевания.

В результате исследования были получены формулы частных функций отклика, выражающие зависимость заболеваемости системы кровообращения от вредных выбросов в атмосферу. При построении частных функций отклика рассмотрены зависимости заболеваний от вредных выбросов со сдвигом данных в один год, в два года и год в год. Следует отметить, что наибольший коэффициент детерминации имеют функции, полученные для категории «подростки» со сдвигом в год, а для взрослых и детей со сдвигом в два года.

В таблице представлены функции отклика при аппроксимации зависимости числа заболеваний от показателей выбросов с коэффициентом детерминации не менее 0,3.

Графики функций отклика заболеваемости систем кровообращения на загрязненность атмосферного воздуха представлены на рис. 1.

Фактор Группы населения

дети подростки взрослые

Взешенные частицы Формальдегид Бен[а]пирен 1 1 / 1 =1 0 * 3.2218е°'2176х| Я? = 0.30 1 1 1 =1 0 3.1347е°'2498л2 Я? =0.52 1 ґ / ґ -1 0 * 0.5384єР,6857хі Я? -0.50 1 ґ / ґ -1 0 х3 6.005є°,6184х3 Я? - 0.50 1 ґ / ґ -1 0 ^ 0.9284є?'4827х2 Я? - 0.50 1 ґ / ґ -1 0 х3 5.7517є°,5679х3 Я?-0.40

Рис. 1. Динамика функций отклика соответствующих мультипликативной и аддитивной моделям

Рис. 2. Динамика заболеваемости систем кровообращения (на 1000 чел.)

Для групп «взрослые» и «подростки» эти функции имеют тенденцию к убыванию, а для группы «дети» — к возрастанию. Это вполне удовлетворяет эмпирическим данным. Начиная с 2000 года детская заболеваемость имеет тенденцию к снижению, а у подростков и взрослых — к возрастанию (рис. 2).

Одной из важнейших категорий, отражающих меру опасности экологического положения, способную неблагоприятно воздействовать на здоровье человека является риск. Риск можно рассматривать как вероятность неблагоприятного события, в нашем случае — сниже-

Рис. 3. Динамика риска изменения функций отклика

ние заболеваемости не произойдет. Соответственно, величину риска изменения значений функции отклика, следует оценить как ^х) = 1-(ЮЛ)(х).

Динамика рисков изменения функций отклика представлены на рис. 3.

Наибольший риск изменения соответствует функции отклика для группы населения «подростки». Возможно, это объясняется тем, что многие заболевания (сердечнососудистой, нервной, эндокринной системы) в условиях Севера возникают в более раннем возрасте и протекают тяжелее, чем в средних широтах.

Таким образом, степень ухудшения качества среды может быть оценена с помо-

щью функций отклика. Функции отклика на п экологических факторов позволяют судить о реальной роли каждого из факторов в результирующем воздействии.

Использование функций отклика может послужить основой, с одной стороны, для проведения целенаправленных природоохранных мероприятий по снижению загрязнения окружающей среды, а с другой стороны, для проведения профилактических мероприятий в отношении формирования хронических заболеваний с учетом характера токсических и потенциально-токсических соединений в атмосфере.

СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ

1. Бурлаков С.Д., Шувалов Ю.В. Оценка влияния условий среды и труда на безопасность жизнедеятельности человека при освоении минерально-сырьевых ресурсов крайнего севера: Монография. — СПб, 2002. — 268 с.

2. Ежегодные отчеты Центра гигиены и эпидемиологии в Республике Коми, филиал г. Воркута.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -----------------------

3. Государственные доклады о состоянии окружающей среды в Республике Коми 2001— 2006 гг.

4. Угарова Н.А. Новый подход к оценке изменения устойчивости городской среды , Экология и промышленность России, октябрь 2004 г.

5. Сводный отчет Воркутинского горкоми-

тета по охране окружающей среды. ШЫЛ

Булдакова Е.Г. — кандидат технических наук, доцент кафедры ПМиМ,

Даль Н.Н. — старший преподаватель кафедры ПМиМ,

Филиал Санкт-Петербургского государственного горного института им. Г.В. Плеханова (технического университета) «Воркутинский горный институт», fspggi@vorkuta.com