Методика оценки качества окружающей среды районов Брянской области с использованием интегральных показателей загрязнения Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

УДК - 574.23

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ РАЙОНОВ БРЯНСКОЙ ОБЛАСТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Э.В.Гегерь

Опробована методика оценки загрязненности районов Брянской области с использованием интегральных показателей, учитывающих уровень загрязнения атмосферы, продуктов питания, воды, а также радиационного загрязнения окружающей среды.

Ключевые слова: техногенное загрязнение, интегральный показатель загрязненности, окружающая среда, заболеваемость.

ВВЕДЕНИЕ

Проблема взаимодействия человека с природой, а также сохранения, восстановления и улучшения качества окружающей среды на современном этапе достигла высокой степени актуальности.

Качественное состояние окружающей среды изменяется под воздействием комплекса факторов различной природы, среди которых важная роль принадлежит техногенным, что особенно заметно в современных городах. Техногенное загрязнение, прежде всего, сказывается на составе атмосферного воздуха, что характерно для промышленно развитых регионов. В среднем по России его вклад в контаминацию воздушной среды составляет 45-50% по объему выбросов, а в крупных городах достигает 80%. Общеизвестно что, количество автомобилей на дорогах городов растет очень быстро, порождая рост объема вредных выбросов [1].

Таким образом, изучение техногенного воздействия, ведущего к загрязнению окружающей среды, является высоко актуальным, особенно в таких крупных промышленных центрах, как город Брянск. В настоящее время необходимо иметь такие методы оценки уровня загрязнения окружающей среды, которые могли бы дать объективное представление о состоянии атмосферы, продуктов питания, воды.

Цель работы: разработка методической основы для оценки интегральных показателей техногенной загрязненности районов Брянской области с учетом уровня загрязнения атмосферы, продуктов питания и воды различными химическими веществами, а также с учетом радиационного загрязнения окружающей среды для определения основных направлений оптимизационных природоохранных и оздоровительных мероприятий. Интегральный критерий - обобщенный, главный, комплексный, агрегирующий критерий, искусственно комбинирующий частные критерии посредством агрегирующей функции, с параметрами, назначаемыми каждому отдельному критерию согласно его относительной важности.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Сведения о загрязненности компонентов окружающей среды представлены следующими организациями: ГУ «Брянский областной центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды», Управлением Федеральной службы по надзору в сфере природопользования по Брянской области, Комитетом природопользования и охраны окружающей (таблица 1).

Таблица 1

Исходные данные по загрязняющим веществам по районам Брянской области___________

Районы Брянской области Атмосферный воздух Радиоактивное загрязнение

о о о £ о £ Аммиак Взвешенны е вещества Формальде гид Уксусная кислота Фтористый водород Сероводор ОД Углеводор оды нефти Питьевая вода Продукты питания Атмосфери ый воздух Почва Вода

Брасовский V V V V V V V

Брянский V V V V V V V V V V V V

Выгоничский V V V V V V V V V V V

Гордеевский V V V V V V V

Дубровский V V V V V V V

Дятьковский V V V V V V V V V V V

Жирятинский V V V V

Жуковский V V V V V V

Злынковский V V V V V V V V

Карачевский V V V V V V V V V

Клетнянский V V V V V V

Климовский V V V V

Клинцовский V V V V V V V V V V

Комаричский V V V V V V V V

Красногорский V V V V V V V V

Атмосферный воздух Радиоактивное загрязнение

Районы Брянской области о о о £ о £ Аммиак Взвешенны е вещества Формальде гид Уксусная кислота Фтористый водород Сероводор ОД Углеводор оды нефти Питьевая вода Продукты питания Атмосфери ый воздух Почва л ч о и

Мглинский V V V V V V V

Навлинский V V V V V V V V

Новозыбковский V V V V V V V V

Погарский V V V V V V V V V

Почепский V V V V V

Рогнединский V V V V V V V

Севский V V V V V V V

Стародубский V V V V V V V V

Суземский V V V V V V V

Суражский V V V V V V V V V

Трубчевский V V V V V V V V

Унечский V V V V V V V V V V

г. Брянск V V V V V V V V V

Примечание: V - отмечены поля, где есть данные

Для выявления уровня загрязнения с учетом реальной опасности воздействия на организм человека экзотоксикантов, поступающих из всех объектов окружающей среды, автором разработан инновационный подход с использованием интегрального показателя, характеризующего суммарное загрязнение и учитывающего уровень загрязнения атмосферы, продуктов питания и воды химическими и радиоактивными веществами.

Методика состоит в следующем.

Экспертное оценивание коэффициентов весомости показателей, представленных в таблице 1, включает следующие основные и последовательно выполняемые этапы работ: формирование группы экспертов; подготовку опроса экспертов; опрос экспертов; обработку экспертных оценок; анализ полученных результатов.

• Формирование группы экспертов. Всего к работе было привлечено на данном этапе 18 экспертов.

• Подготовка опроса заключалась в формировании вопросника, в соответствии с которым эксперты должны были независимо друг от друга оценивать важность показателей при формировании интегральных показателей техногенной загрязненности окружающей среды.

• Опрос экспертов. Эксперты опрашивались в ходе личных контактов и с использованием электронной почты. Каждый эксперт, отвечая на вопросы, не знал об ответах, даваемых другими экспертами.

• Обработка экспертных оценок производилась в соответствии с описываемой ниже последовательностью.

Эксперты дают ранговую оценку ограниченного числа показателей качества: наиболее важный показатель обозначают рангом Я = 1, а наименее значимый - рангом Я = п, где п - число показателей. Если эксперт считает несколько показателей равнозначными, то им присваиваются одинаковые ранги, но сумма их должна быть равна сумме мест при их последовательном расположении. Сумма рангов у

п

каждого эксперта постоянна и равна 2 Я- = 0,5 * п *(п +1) (1), где 1 - номер показателя качества; j -

i = 1 У

номер (шифр) эксперта, Я! - ранговая оценка 1-го показателя качества j-м экспертом.

В таблицы ранговой оценки показателей качества включают расчет Я . = X Я- суммы рангов,

7 i

выставленных каждым экспертом, и показателя одинаковости оценок каждого эксперта Т. Суммы рангов для всех экспертов должны оказаться равными. Показатель одинаковости рассчитывается по

п 3

формуле Т . = £ (1 • _ 1 .) (2), где ^ - число оценок с одинаковым рангом у j-гo эксперта; п - число

7 7__1 7 7

групп рангов с одинаковыми оценками у j-гo эксперта.

Применявшаяся в описываемых далее расчетах методика предполагает наличие заранее предложенного фиксированного списка показателей, одинакового для всех экспертов. Однако она может использоваться и для ситуации, когда различные эксперты считают некоторые показатели незначащими, т.е. у разных экспертов получаются разные списки показателей. В такой ситуации при обработке оценок

Автоматически формируется один полный список, содержащий все показатели, которые фигуриров хотя бы у одного эксперта. После этого оценки каждого эксперта автоматически дополняются добавлением недостающих показателей, которым присваивается одинаковый ранг, равный натуральному числу, на 1 больше, чем максимальный ранг, присвоенный самим экспертом. Таким образом, полный список показателей будет одинаковым у всех экспертов.

Обработка экспертных оценок заключается в определении:

- степени согласованности мнений экспертов в целом;

- “выскакивающих” экспертов, мнения которых сильно отличаются;

- степени согласованности экспертов по отдельным показателям.

Для оценки согласованности мнений экспертов подсчитывают коэффициент конкордации

п 2

(согласованности) Кендэла [2] по формуле 12 ^ (5 г ~ 5) (3), где т - число экспертов; п -

Ж =-----^----------------

,2 *,_3

(п - п) - т У Т .

] = 1 7

число показателей;

п

5 _у я - сумма ранговых оценок для каждого показателя;

г ■ 1 У

г = 1 ^

5 _ 1 уух _ 1 - средняя сумма ранговых оценок; Т - показатель одинаковости оценок _)-го

п г] п г

"тп ^ "п

эксперта.

Коэффициент конкордации может принимать значения в интервале 0<W<1. При полном совпадении мнений экспертов W=1, при полном несовпадении - W=0. Согласованность мнений экспертов считают приемлемой, если W>0,6. Значимость величины коэффициента конкордации, то есть

уверенность в его отличии от нуля, оценивают по критерию Я2 = Ж * т *(п — 1)

Если Я2> Я2р£, где 1=п-1 - число степеней свободы, то коэффициент конкордации W статистически значим, то есть не равен 0, с доверительной вероятностью р. Обычно принимают р = 0,95.

Иногда ранговые оценки весомости показателей качества некоторых экспертов резко отличаются от остальных результатов. Таких экспертов называют “выскакивающими”. Определение “выскакивающих” экспертов может быть проведено с использованием специальных методик, например за счёт подсчёта коэффициентов ранговой корреляции Спирмэна [3] между оценками отдельных экспертов и средними оценками всех экспертов.

Коэффициенты ранговой корреляции для _)-го эксперта определяют по формуле

” — 2

6 = \К'] К]> (4), где я" = 1 у я - средняя (по экспертам) оценкавесомости 1-го показателя качества. А=1 3 г т г

п - п

При Д. <0,5 можно считать, что оценки _)-го эксперта не коррелируют (не взаимосвязаны) с общими оценками и такой эксперт является “выскакивающим”.

Согласованность мнений экспертов по 1-му показателю может быть оценена по

коэффициенту вариации

ГII _ л

2 (Я,, - я- )2

= і у - среднеквадратическое отклонение ранговых

т — 1

і

оценок экспертов для данного показателя; Я - средняя ранговая оценка показателя, т - число экспертов.

2 2

В результате: W=0,15 => согласованность экспертов можно считать низкой. % =5,95< % (кР)=>

коэффициент конкордации статистически незначим. Для определения “выскакивающих” экспертов был подсчитан коэффициент ранговой корреляции. “Выскакивающими” экспертами являются 3, 6, 7. Что касается согласованности мнений экспертов, то согласованность по 1 и 4 признакам ниже средней, согласованность по 2 и 3 признакам низкая. Также были подсчитаны коэффициенты весомости для каждого показателя:

Для расчета коэффициента весомости использовалась формула „ _ тп ^і (6), где т - количество

- 0,5тп(п -1)

экспертов; п - количество показателей; 8! - средняя сумма ранговых оценок для каждого показателя.

Далее во всех случаях расчет был произведен аналогично.

При С < 10% согласованность мнений экспертов считают “высокой”, при С=11- 15% -среднего”, при С=16-25% - “средней”, при С=26-35% - “ниже средней” и при С > 35% - “низкой”.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ

Анализ полученных результатов включает подсчёт коэффициентов весомости оцениваемых показателей, выбор определяющих показателей, исследование возможности повышения согласованности мнений экспертов, раздельное определение оценок весомостей и согласованности мнений для различных групп экспертов, определение согласованности мнений экспертов по отдельным показателям и т. п. Коэффициент весомости каждого показателя подсчитывали по формуле 6. Для выявления влияния различных видов загрязнения окружающей среды на показатели здоровья человека требуется:

1. Выявить степень влияния каждого вида загрязнения на организм

2. Сравнить загрязнение по районам

3. Для каждого района определить связь между загрязнением и заболеваемостью.

Для выяснения, влияния того или иного вида загрязнения на организм человека нами был проведен опрос экспертов. Эксперты в ходе определения должны были поставить оценки влиянию различных загрязняющих веществ. Опрос проводился по трем видам загрязнения: химическое загрязнение пищи, загрязнение атмосферы и радиационное загрязнение окружающей среды.

Для оценки согласованности мнений экспертов был рассчитан коэффициент конкордации. Для того, чтобы рассчитать согласованность экспертов ", была составлена таблица, заполненная рангами Я! для каждого показателя, которые были проставлены в соответствие с данными экспертами оценками (таблица 2).

Таблица 2

Экспертные оценки для различных видов загрязнения

эксперт атмосфера Q1 радиация Q2 вода Q3 пища Q4

1 1,5 1,5 3,5 3,5

2 1,5 1,5 3,5 3,5

3 2 4 1 3

4 1 4 2 3

5 1 4 2 3

6 2 4 1 3

7 3 4 2 1

8 2 1 4 3

9 2 1 3 4

10 2 1 4 3

11 2 1 3 4

12 2 1 4 3

13 2 4 2 2

14 1 2 4 3

15 2 3,5 3,5 1

16 1,5 3,5 3,5 1,5

17 2,5 2,5 2,5 2,5

18 2,5 2,5 2,5 2,5

Б 33,5 46 51 49,5

132,25 1 36 20,25

коэф вес 0,356 0,241 0,194 0,208

коэф вар С 0,288 0,511 0,353 0,319

Примечание: О - номер фактора, 8 - сумма ранговых оценок

Для определения общего загрязнения по районам были подсчитаны интегральные критерии для каждого вида загрязнения, затем они были просуммированы по районам с учетом коэффициента весомости для соответствующего вида загрязнения. В виду отсутствия упорядоченных данных по воде и необходимых данных по загрязнению продуктов питания, итоговый интегральный показатель складывался из интегральных оценок радиационного загрязнения и загрязнения атмосферного воздуха.

Для определения интегрального критерия, необходимо привести показатели загрязненности к безразмерному виду. Т.е. среди всех значений каждого показателя для районов было найдено максимальное значение, и затем значения для всех районов были поделены на него.

Далее были рассчитаны безразмерные показатели загрязнения для каждого района с учетом весовых коэффициентов, т.е. для каждого показателя его значение умножалось на соответствующий весовой коэффициент. Безразмерные значения были умножены на весовые значения этого вида загрязнения.

Полученные значения каждого вида загрязнения были затем просуммированы по каждому району. Результаты представлены в таблице 3.

Таблица 3

Интегральные оценки показателей загрязнения

радиационного воздуха всего по району

мЗв/го д в относит ед с весовым коэф мг/м3 в относит ед с весовым коэф

Брасовский 0,136 0,080 0,022 67,170 0,061 0,022 0,045

Брянский 0,131 0,077 0,022 107,217 0,097 0,036 0,057

Выгоничский 0,098 0,058 0,016 60,851 0,055 0,020 0,036

Гордеевский 1,232 0,725 0,203 7,945 0,007 0,003 0,206

Дубровский 0,129 0,076 0,021 56,986 0,051 0,019 0,040

Дятьковский 0,147 0,086 0,024 21,468 0,019 0,007 0,031

Жирятинский 0,033 0,019 0,005 2,139 0,002 0,001 0,006

Жуковский 0,040 0,023 0,007 8,602 0,008 0,003 0,009

Злынковский 1,208 0,711 0,199 73,659 0,066 0,025 0,224

Карачевский 0,123 0,072 0,020 48,419 0,044 0,016 0,036

Клетнянский 0,026 0,016 0,004 57,901 0,052 0,019 0,024

Климовский 0,443 0,260 0,073 0,000 0,000 0,000 0,073

Клинцовский 0,689 0,405 0,114 41,128 0,037 0,014 0,127

Комаричский 0,104 0,061 0,017 4,315 0,004 0,001 0,019

Красногорский 1,220 0,718 0,201 23,935 0,022 0,008 0,209

Мглинский 0,082 0,048 0,014 39,232 0,035 0,013 0,027

Навлинский 0,096 0,057 0,016 238,545 0,215 0,080 0,095

Новозыбковски й 1,699 1,000 0,280 67,309 0,061 0,022 0,302

Погарский 0,112 0,066 0,018 23,839 0,021 0,008 0,026

Почепский 0,033 0,019 0,005 33,986 0,031 0,011 0,017

Рогнединский 0,097 0,057 0,016 45,966 0,041 0,015 0,031

Севский 0,090 0,053 0,015 17,074 0,015 0,006 0,021

Стародубский 0,199 0,117 0,033 1,954 0,002 0,001 0,033

Суземский 0,104 0,061 0,017 7,045 0,006 0,002 0,019

Суражский 0,091 0,053 0,015 92,713 0,084 0,031 0,046

Трубчевский 0,113 0,066 0,019 61,481 0,055 0,020 0,039

Унечский 0,096 0,057 0,016 103,486 0,093 0,035 0,050

г. Брянск 0,000 0,000 1109,76 3 1,000 0,370 0,370

max 1,699 1,000 0,280 1109,76 3 1,000 0,370 0,370

Как видно из таблицы, наиболее загрязненным является г.Брянск

ВЫВОДЫ

1. Предложен инновационный подход к оценке степени техногенного загрязнения окружающей среды с использованием интегрального показателя, учитывающего уровень загрязнения атмосферы, продуктов питания, и воды химическими и радиоактивными веществами, который повышает достоверность ранжирования районов по степени техногенного загрязнения территорий.

2. Оценка результатов метода экспертов при анализе техногенного загрязнения окружающей среды выявляет низкий коэффициент конкордации (Wpac4 = 0,15 оказался меньше, чем считающееся приемлемым значение W = 0,6), что требует дальнейшей работы по совершенствованию этого метода для повышения степени его объективности.

The technique of an estimation of impurity of areas of Bryansk area with use of the integrated indicators considering level of pollution of atmosphere, a foodstuff, water, and also radiating environmental contamination is tested.

The key words: technogenic pollution, an integrated indicator of impurity, environment, disease.

Список литературы

1. Сидоренко Г.И., Румянцев Г.И., Новиков С.М. // Актуальные проблемы изучения воздействия факторов окружающей среды на здоровье населения. Гигиена и санитария. 1998. № 4. С. 3-8.

2. Кендэл М. Ранговые корреляции. М.:Статистика. 1975. 216 с

3. Орлов А.И. Нечисловая статистика. М.: “МЗ-Пресс”. 2004. 516 с.

4. Государственный доклад “О состоянии окружающей природной среды по Брянской области в 2009 году” Брянск. 2010. 296 с.

5. Федеральный закон “Об охране окружающей среды” от 10.01.2002 № 7-ФЗ. Москва. - 2002. 30 і

Об авторе.

Гегерь Э.В. - кандидат биологических наук, начальник отдела Информационно-вычислительного и медицинской статистики государственного автономного учреждения здравоохранения “Брянский клинико-диагностический центр”, naser@bkdc.ru