Методика оценки рисков выбросов промышленных предприятий и их влияния на величину ущербов
ВВЕДЕНИЕ
Общая характеристика работы. Восточный Казахстан является одним из высокоразвитых промышленных регионов республики с чрезмерной концентрацией крупных предприятий цветной и черной металлургии, энергетического комплекса, машиностроительной и горнодобывающей промышленности. Вредные выбросы промышленных предприятий многократно превышают допустимые нормы особенно в случае аварийных (залповых) выбросов или неблагоприятных метеоусловий. Работа посвящена методике оценки рисков выбросов промышленных предприятий и их влияния на величину ущербов, получены теоретические формулы по оценке рисков, разработана информационная система для расчета экологической опасности, рисков и ущербов.
Актуальность работы. В настоящее время ущербы, наносимые окружающей среде выбросами промышленных предприятий, являются сопоставимыми с бюджетными затратами в области здравоохранения и финансировании работ по ликвидации последствий залповых выбросов как это было в случае катастрофических бериллиевых выбросов Ульбинского металлургического завода (УМЗ). В связи с этим изучение рисков в геоэкологии, связанных со значительными выбросами промышленных предприятий вредных веществ в атмосферу и анализ влияния многочисленных факторов на появление рисков с учетом ущербов является важным, а разработка методики оценки рисков выбросов промышленных предприятий и их влияния на величину ущербов - актуальна. Также актуальность и значимость рассматриваемых вопросов в работе обусловлены решениями Саммита 193-х стран в декабре 2009 года в Копенгагене под эгидой ООН по предотвращению глобального потепления и снижению выбросов парниковых газов.
Анализу и оценке риска влияния вредных веществ на окружающую среду посвящены работы ученых РФ: Швыряева А.А; Меньшикова В.В. Основоположниками в этом направлении среди казахстанских ученых являются Бишимбаев В.К., Омарбекулы Т., Тилегенов И.С. Настоящая диссертационная работа является естественным продолжением и развитием этих исследований, рассматривая риски и ущербы комплексно в единой системе уравнений.
Диссертационная работа выполнялась в рамках международного проекта «ZdravPlus» USAID (United States Agency for International Development), осуществляющего научные исследования в области здравоохранения и геоэкологии в РК, а также хоздоговорных работ, выполняемых ВКГТУ им. Д.Серикбаева.
Цель и задачи работы. Целью работы является разработка методики оценки рисков аварийных выбросов промышленных предприятий Восточного Казахстана в атмосферу и их влияния на величину ущербов.
Для достижения цели были сформулированы следующие задачи исследования:
- теоретическая оценка зависимости концентрации вредных веществ от выбросов точечного источника с учетом специфики состояния атмосферы и розы ветров отдельного региона;
- проведение исследований влияния рисков аварийных выбросов промышленных предприятий на величину экологической опасности от множества природных факторов;
- расчет эколого-экономических ущербов здоровью населения, связанных с рисками аварийных выбросов промышленных предприятий;
- разработка информационной системы для расчета экологической опасности, рисков и ущербов.
Идея работы - выявить и оценить величину рисков экологической опасности загрязнения атмосферы аварийными выбросами вредных веществ промышленными предприятиями и их влияние на появление дополнительных ущербов в здравоохранении.
Объект и предмет исследования. Объектами исследования являются промышленные предприятия Восточного Казахстана, состояние воздушной среды региона и здоровье населения. Предметом исследования является оценка риска загрязнения атмосферного воздуха и его влияние на появление ущербов здоровью населения Восточного Казахстана.
Методы исследований. Для решения поставленных задач применялись принципы системного анализа теории распространения и рассеивания выбросов в атмосфере, теории построения автоматизированных информационных систем с использованием технологии OLAP, математического моделирования, прикладной экологии и теории эксперимента.
Научная новизна работы:
- на основе методов системного анализа разработана модель распространения и рассеивания шлейфа аварийных выбросов от точечного источника промышленных предприятий с учетом категории стабильности устойчивых параметров атмосферы и розы ветров, адаптированная для определенного региона;
- в результате исследования двух факторов ущерба от фактической опасности и риска в случае аварийных выбросов разработана математическая модель расчета влияния вредных веществ на здоровье людей, проживающих на территории промышленных предприятий;
- разработан новый подход расчета экономических ущербов и ущербов здоровью населения, заключающийся в применении стоимостного коэффициента пропорциональности для условного загрязнителя атмосферы , учитывающего дополнительные затратные области в здравоохранении и экономике, связанные с загрязнением воздушного бассейна.
Научные положения, выносимые на защиту:
- программно-расчетный комплекс, обеспечивающий взаимодействие информационных потоков состояния воздушной среды региона и здоровья населения и позволяющий осуществлять расчет экологических рисков при стационарных и аварийных (залповых) выбросах промышленных предприятий;
- методика оценки рисков выбросов промышленных предприятий и их влияния на величину ущербов и расчета затрат на лечение заболеваний, вызванных рисковыми ситуациями залповых выбросов промышленными предприятиями, оцениваемыми на основе OLAP- технологии.
Данные научные положения подтверждены свидетельством о государственной регистрации объекта интеллектуальной собственности под названием «Информационная система расчета рисков загрязнения атмосферы промышленными предприятиями «Эко-риски» (программа для ЭВМ) № 858 от 09.12.2009 ИС 03924.
Обоснованность и достоверность положений, выводов и рекомендаций основывается на корректном использовании теоретических законов распространения выбросов в атмосфере, теории рисков, методов математического моделирования, использования автоматизированных средств расчета по экспериментальным данным с использованием OLAP-технологии, а также на практическом внедрении и использовании разработанных рекомендаций.
Практическая ценность работы заключается в том, что выводы и рекомендации могут быть широко использованы в городах, подверженных негативному влиянию выбросов промышленных предприятий. Предложен новый подход к оценке рисков выбросов промышленных предприятий и их влияния на величину ущербов, в том числе здоровью населения.
Реализация результатов работы. Основные научные и практические результаты диссертационной работы приняты для внедрения в USAID, отдельные результаты используются в АО «УМЗ», ТОО «Айрон-Техник», в НИ лаборатории «Атмосфера» ВКГТУ им.Д.Серикбаева, в учебном процессе Восточно-Казахстанского регионального университета, в ТОО «Машзавод». Акты внедрения приведены в приложении к диссертации.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на Международной научно-практической конференции «Роль университетов в создании инновационной экономики», 2008; на III Международной научно-практической конференции «Роль вузов в формировании инновационной экономики», 2009 г.; на международных и республиканских научно-практических конференциях (г.Зыряновск, 2007 г., г.Алматы, 2008-2009 г.г., г.Томск, 2008-2009 г.г.).
Личный вклад автора. Постановка проблемы, формулирование всех рассмотренных задач, поиск путей их решения, а также приведенные в диссертации научные и практические результаты, их анализ, формирование итоговых выводов осуществлены лично автором диссертации.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 научных трудов, из них 6 статей в изданиях, перечень которых утвержден Комитетом по надзору и аттестации в сфере образования и науки Республики Казахстан для публикации основных результатов кандидатских и докторских диссертаций, получено 1 свидетельство на программу для ЭВМ. «Эко-риски» № 858 от 09.12.2009 ИС 03924.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, изложенных на 136(154) страницах компьютерного текста, включает 15 таблиц, 64 рисунка, 2 приложения, список использованных источников из 141 наименования.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследований, востребованность, научная новизна и ее практическая значимость.
1 Состояние проблемы рисков в геоэкологии
В данном разделе проведена оценка современного состояния научных работ по проблеме рисков в геоэкологии с учетом особенностей состояния атмосферы в определенной зоне региона, переноса (рассеивания) различных примесей в атмосфере, а также влияния вредных выбросов на здоровье населения.
Приводится обстоятельный системный анализ известных исследований, раскрывающих состояние вопроса по решаемым задачам. Рассматривается место и состояние выбранного в диссертации научного направления, вопросы, решенные другими авторами. Описаны используемые в диссертации новые информационные технологии, приводятся примеры реализации баз данных в разрезе многомерного анализа и организации информационных систем. Все литературные ссылки систематизированы и имеют непосредственную связь с темой диссертации. Определяются области, которые в данной работе отражают новизну и которые остались нерешенными в настоящее время. Обосновываются объект и предмет исследования, формулируется постановка задач и основных положений.
2 Методика количественного анализа экологической опасности, связанной с риском аварийных выбросов
В данном разделе производится расчет концентрации вредных веществ от суммарного вклада промышленных предприятий города, а также расчет накопленных концентраций вредных веществ и их вклад при оценке экологической опасности (GОП) и риска. Сделана попытка оценки рисков на основе расчёта, моделирующего поведение концентрации вредных веществ, попавших в атмосферу в результате выбросов промышленного предприятия с учётом категории стабильности атмосферы и розы ветров в регионе.
Известно, что GОП для населения, проживающего на территории с промышленными предприятиями, определяется двумя факторами: ущербом от фактической опасности и риском (потенциальной опасностью) в случае аварийных ситуаций. Поэтому величину GОП в относительных показателях можно представить в виде функции:
, (1)
гдеYОП - ущерб в безразмерных относительных показателях; R ОП - риск в безразмерных относительных показателях. Условия, определяющиеся физическими законами можно записать в следующем виде:
(2)
Независимость характеристик ущерба и риска требует представления функции в виде их произведения. Предложенный вид функции (1) с учётом условий (2) позволяет представить величину GОП в следующем виде:
, (3)
где PY и PR - весовые коэффициенты ущерба и риска, характеризующие относительный вклад ущерба и риска в величину экологической опасности. Согласно предложенной модели ущерб населению YОП состоит из двух составляющих: прямого ущерба YПР непосредственно причиняемому населению и косвенного YКОСВ, наносимого населению за счёт деградации среды обитания.
Весовые коэффициенты ущерба PY и риска PR, характеризующие относительный вклад ущерба и риска в величину экологической опасности, можно рассчитать по формулам, выражающим относительный вклад стоимостных показателей ущерба и риска в суммарную стоимость GОП:
; , (4)
где YСП - общий интегральный ущерб территории в стоимостных показателях; RСП - стоимостный показатель риска; GСП - суммарная стоимость экологической опасности: YСП+ RСП.
Основываясь на предложенном представлении ущерба и риска в стоимостных показателях, будем использовать следующие выражения:
, (5)
где YНОРМ - стоимость ущерба от непосредставенного загрязнения окружающей среды (нормативно определяемый ущерб); YНАС - стоимость социально-экологического ущерба, связанного с ухудшением условий жизни населения.
Используя формулы для YНОРМ и YНАС выражение (5) можно записать в следующем виде:
, (6)
где - стоимостный коэффициент пропорциональности для условного загрязнителя атмосферы (тенге/усл.т.); у - безразмерный коэффициент, учитывающий особенности территории; - безразмерный коэффициент, учитывающий размер фракций; загрязняющего вещества, характер их рассеяния и скорость оседания в атмосфере; МУСЛ - приведённая масса годового выброса в атмосферу условного загрязнителя (с учётом его экологической опасности) (усл.т./год); YБ,YК,YТ - приведённые годовые ущербы, связанный со снижением показателя темпа роста населения; качества жизни населения; трудоспособности населения определяющегося величиной среднегодового количества.