CC BY
92
БИОЛОГИЯ
УДК 577.4:519.2
ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ В КРУПНОМ ПРОМЫШЛЕННОМ ЦЕНТРЕ ПО СТЕПЕНИ АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКИ С ПОМОЩЬЮ ОБОБЩЕННОЙ ФУНКЦИИ ЖЕЛАТЕЛЬНОСТИ (НА ПРИМЕРЕ Г. НИЖНЕГО НОВГОРОДА)
© 2007 г. Н.И. Зазнобина
Нижегородский госуниверситет им. Н.И. Лобачевского ve stnik_nngu@mail. ги
Поступила в редакцию 14.02.2007
На основе значений обобщенной функции желательности проведена оценка временной и пространственной динамики экологической ситуации в г. Нижнем Новгороде.
В связи с концентрацией в городах подавляющей части населения и одновременно сосредоточением в этих же зонах основной части производств с большими по объему токсичными для живой природы выбросами проблемы экологического контроля и оценки состояния окружающей среды в городах и пригородных зонах привлекают все больше внимания [1, 2].
Для количественной оценки антропогенной нагрузки на административные районы крупного промышленного центра ранее был предложен [4] интегральный индекс антропогенной нагрузки (anthropogenic load index)
л 1 n
Jal =a■ k ■Л ■ - ‘I Ii , (1)
П i=1
где a - коэффициент нарушенности хозяйст-
л
венной деятельностью территории; р - норми-
рованная плотность населения
размерный
множитель; Іі - эколого-экономические показатели; п — число эколого-экономических показателей.
На примере г. Н. Новгорода было показано, что индекс антропогенной нагрузки позволяет в целом оценить качество окружающей среды отдельно в каждом административном районе и в целом по городу [3].
Применение интегрального индекса правомочно, но возникают трудности при сравнении объектов разного масштаба. Чтобы сделать корректной процедуру сопоставления полученных значений, необходимо применение безразмерной однотипной шкалы [4].
Для упрощения процедуры сравнения значений интегрального индекса антропогенной нагрузки применяют так называемые функции желательности [5, 6]. Эти функции (обычно обозначаемые буквой d - от французского desirable - желательный) представляют собой способ перевода натуральных значений в единую безразмерную числовую шкалу с фиксированными границами.
Шкала желательности определена в интервале 0^1. При этом значения фактора, наиболее благоприятные для нормального функционирования системы, сопоставляют со значениями, близкими к 1 (обычно от 0,6 до 1). Тем же уровням фактора, которые считаются неблагоприятными, даются на шкале желательности значения, близкие к 0 (обычно от 0 до 0,4) [7].
Конкретные способы реализации функции желательности могут быть весьма разнообразны (экспертные функции желательности, простые аналитические функции желательности, функция желательности Харрингтона и др.).
Обобщенная функция желательности может быть рассчитана по формуле:
D =
Пdi = tfd~x ■ ■ ...rfd~
i=1
(2)
где di - частная функция желательности, п -число показателей.
Величина обобщенной функции желательности может служить некоторой интегральной мерой отклонения состояния системы от нормы и определена в интервале [0, 1]. Обобщенная
n
функция желательности есть средняя геометрическая, и если хотя бы одна из переменных равна нулю, то D = 0.
Чтобы избежать «зануления» обобщенной функции желательности D, предлагается воспользоваться следующими формулами [7]. Если увеличение натурального показателя (хг) является «желательным», то следует применять выражение:
2 • (X • Хтах)
2 2 ' (3)
Х 2 + Х
г тах
di
В случае, когда увеличение натурального показателя (х) является «нежелательным», применяется формула:
2 • (хі • хтіп)
2 2 ' хі + хтіп
(4)
Очевидно, что частная функция желательности, вычисленная по формулам (3) и (4), также определена в интервале 0^1, но ^ = 0 уже только при Хтіп(Хтах) = 0.
Для обоснования значений обобщенной функции желательности принимаем рекомендуемые границы градаций функции желательности (рассчитанные по функции желательности Харрингтона) [5], которые позволяют дать характеристику экологической ситуации (табл. 1).
По формуле (1) был проведен расчет интегрального индекса антропогенной нагрузки по административным районам г. Н. Новгорода за период 1999-2004 гг.
Увеличение значений индекса свидетельствует об ухудшении экологической обстановки в пределах изучаемой территории, поэтому для расчета частной функции желательности применяется формула (4). Полученные результаты приведены в таблице 2.
С учетом формулы (2) предложено два варианта усреднения данных с помощью обобщенной функции желательности: по административным районам г. Нижнего Новгорода (табл. 3) и в целом по городу (табл. 4) за анализируемый период.
Проведенный анализ значений обобщенной функции желательности по каждому административному району города за исследуемый период свидетельствует, что самым неблагополучным является Автозаводский район, на который приходится 50% всех выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух и 90% сточных вод города, поскольку основными источниками загрязнения окружающей среды в пределах г. Н. Новгорода являются ОАО «ГАЗ» и ОАО «Автозаводская ТЭЦ». Экологическая ситуация в Ав-
Таблица 1
Градации экологической ситуации по значению функции желательности
Значения Характеристика
функции экологической
желательности ситуации
1,00-0,80 Очень хорошая
0,80-0,63 Хорошая
0,63-0,37 Удовлетворительная
0,37-0,20 Плохая
0,20-0,00 Очень плохая
Таблица 2
Значения индекса антропогенной нагрузки (/аI) и частной функции желательности (¿;) для административных районов г. Н. Новгорода за период 1999- 2004 гг.
№ п/п Год Автозаводский Канавинский
Ф Ф
1 1999 4,22 0,07 0,53 0,51
2 2000 4,24 0,07 0,54 0,54
3 2001 4,32 0,04 1,67 0,09
4 2002 3,14 0,07 1,82 0,12
5 2003 4,46 0,04 0,37 0,50
6 2004 2,20 0,11 2,35 0,10
№ п/п Год Ленинский Московский
*^1 Ф *^1 Ф
1 1999 0,76 0,38 1 1999
2 2000 0,78 0,39 2 2000
3 2001 0,79 0,19 3 2001
4 2002 0,91 0,24 4 2002
5 2003 1,34 0,15 5 2003
6 2004 1,06 0,22 6 2004
№ п/п Год Нижего родский Приокский
*^1 ф *^1 Ф
1 1999 0,35 0,72 0,35 0,72
2 2000 0,36 0,75 0,36 0,75
3 2001 0,08 1,00 0,08 1,00
4 2002 0,32 0,62 0,32 0,62
5 2003 0,32 0,57 0,32 0,57
6 2004 0,34 0,63 0,34 0,63
№ п/п Год Советский Сормовский
Ф Ф
1 1999 0,39 0,66 0,39 0,66
2 2000 0,40 0,69 0,40 0,69
3 2001 0,40 0,36 0,40 0,36
4 2002 0,32 0,61 0,32 0,61
5 2003 0,41 0,45 0,41 0,45
6 2004 0,36 0,61 0,36 0,61
тозаводском районе характеризуется как «очень плохая» (табл. 3).
Максимальное значение обобщенной функции желательности для Приокского района указывает на то, что экологическая ситуация характеризуется как «очень хорошая» (табл. 3). На территории Приокского района выброс загрязняющих веществ в атмосферу в 20 раз меньше,
Таблица 3
Экологическая ситуация в административных районах г. Н. Новгорода, ранжированная по значениям обобщенной функции желательности
Таблица 4
Значения обобщенной функции желательности в целом по г. Н. Новгороду по годам исследования
а образование всех видов отходов в 11 раз меньше, чем в Автозаводском районе.
Анализ антропогенной нагрузки на окружающую среду в целом по городу показывает, что минимальное значение обобщенной функции желательности (D = 0,22) отмечается в 2001 г. и экологическая ситуация в г. Н. Новгороде характеризуется как «плохая» (табл. 4). Это объясняется повышением количества промышленных отходов, хранящихся на предприятиях Автозаводского, Ленинского и Сормовского районов, а также увеличением объема токсигенной нагрузки возвратных вод промышленных предприятий Автозаводского и Кана-винского районов [2].
Максимальное значение обобщенной функции желательности (D = 0,42) отмечается в 2000 г. и экологическая ситуация в г. Н. Новгоро-
де характеризуется как «удовлетворительная» (табл. 4). Это объясняется уменьшением значений по основным рассматриваемым нами эколо-го-экономическим показателям в административных районах г. Н. Новгорода: объемам выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, образования всех видов отходов и токсигенной нагрузки возвратных вод промышленных предприятий.
Таким образом, применение обобщенной функции желательности дает возможность оценки как временной, так и пространственной динамики экологической ситуации в крупном промышленном центре.
Анализ экологической ситуации с учетом функции желательности позволит принимать более рациональные решения по проведению контроля за состоянием атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, земельных ресурсов и отходов производства.
Список литературы
1. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. - М.: Наука, 1976. - 278 с.
2. Безруков М.Е., Безрукова Н.В., Христова М.В., Иванов Е.Ф., Зонова М.Б. Оценка качества возвратных вод промышленных предприятий города Н. Новгорода по результатам токсикологического анализа за 1997-2001 гг. / Экологические проблемы промышленности и транспорта: Тез. научно-практ. конф. - Н. Новгород, 2001. - С. 39-40.
3. Воробейчик Е.А., Садыков О.Ф., Фарафон-тов М.Г. Экологическое нормирование техногенных загрязнений наземных экосистем. - Екатеринбург: УИФ «Наука», 1984. - 280 с.
4. Гелашвили Д.Б., Зазнобина Н.И. Оценка антропогенной нагрузки на административные районы крупного промышленного центра (на примере Нижнего Новгорода) // Модели и анализ систем. Материалы семинара. Вып. 3. - Н. Новгород: ВВАГС, 2003. - С. 13-24.
5. Гелашвили Д.Б., Королев А.А., Басуров В.А. Зонирование территории по степени нагрузки сточными водами с помощью обобщенной функции желательности (на примере Нижегородской области) // Поволжский экологический журнал. 2006. № 2/3. С. 129-138.
6. Негробов О.П., Жуков Д.М., Фирсова Н.В. Экологические основы оптимизации и управления городской средой. - Воронеж: Воронежский госуни-верситет, 2000. - 272 с.
7. Природный комплекс большого города: ландшафтно-экологический анализ / Э.Г. Коломыц, Г.С. Розенберг, О.В. Глебова и др. - М.: Наука, 2000. - 286 с.
Административный район Обобщенная функция желательности
Значения Характеристика экологической ситуации
Автозаводский 0,06 Очень плохая
Канавинский 0,23 Плохая
Ленинский 0,24 Плохая
Московский 0,25 Плохая
Сормовский 0,35 Плохая
Советский 0,55 У довлетворительная
Нижегородский 0,70 Хорошая
Приокский 0,96 Очень хорошая
Год исследования Обобщенная функция желательности
Значения Характеристика экологической ситуации
1999 0,40 У довлетворительная
2000 0,42 У довлетворительная
2001 0,22 Плохая
2002 0,31 Плохая
2003 0,30 Плохая
2004 0,32 Плохая
ASSESSING ENVIRONMENTAL SITUATION IN A LARGE INDUSTRIAL CENTER FROM ANTHROPOGENIC LOAD INTENSITY BY MEANS OF THE GENERALIZED DESIRABILITY FUNCTION (CASE STUDY: NIZHNI NOVGOROD)
N.I. Zaznobina
Based on the values of the generalized desirability function, we evaluate temporal and spatial dynamics of the environmental situation in Nizhni Novgorod.
