В аналитическом обзоре ГГО им А.И. Воейкова [1], составленного на основе Ежегодников состояния загрязнения атмосферы в городах на территории России за 1998–2007 гг. и Ежегодников выбросов загрязняющих вещества в атмосферу городов и регионов Российской Федерации за 1998-2007 гг., даются следующие определения в предметной области.
Основная физическая характеристика содержания вредных веществ в атмосфере - концентрация, т.е. количество вещества, содержащегося в единице объема воздуха при нормальных условиях. Как правило, ее измеряют в мг/м3. Этот показатель характеризует физическое, химическое и другие виды воздействия на окружающую среду. Единичная разовая концентрация примеси есть величина случайная, она не может характеризовать степень загрязнения воздуха. Для определения уровня загрязнения атмосферы используются статистические характеристики:
- средняя концентрация примеси в воздухе, мг/м3 или мкг/м3 (qср);
- среднее квадратическое отклонение qср, мг/м3 или мкг/м3;
- максимальная (измеренная за 20 мин) разовая концентрация примеси, мг/м3 или мкг/м3 (qм).
Загрязнение воздуха определяется по значениям средних и максимальных разовых концентраций примесей. Степень загрязнения оценивается при сравнении фактических концентраций с ПДК. ПДК — предельно допустимая концентрация примеси для населенных мест, установленная Минздравсоцразвития России (Гигиенические нормативы «Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест». ГН 2.1.6.1338-03. М., 2003). Для оценки загрязнения воздуха диоксидом азота с 2006 г. используется новое значение ПДКм.р. (Гигиенические нормативы ГН 2.1.6.1983-05 и ГН 2.1.6.1984-05 — введены в действие с 01.02.2006 постановлением Главного государственного санитарного врача Российской Федерации от 03.11.2005). Для некоторых веществ значения ПДК, с учетом рекомендованных Всемирной Организацией здравоохранения (ВОЗ) в разные годы предельных значений концентраций, приведены в таблице 1.
В России нет критериев для оценки средних годовых концентраций. Поэтому средние концентрации сравниваются с ПДК среднесуточными, максимальные из разовых концентраций — с ПДК максимальными разовыми. При таком подходе всегда присутствует занижение степени загрязнения воздуха, поскольку значение «ПДКчеловек» (если бы оно было установлено) может быть равным или ниже ПДК среднесуточного.
Предельно допустимые концентрации загрязнений в атмосферном воздухе населенных мест устанавливают на основе лимитирующего показателя, такой концентрации, которая оказывается наименьшей при проведении исследований на запах и раздражающее действие, а также не вызывает специфических проявлений организма. Концентрация вредного вещества не должна оказывать прямого или косвенного вредного воздействия на организм человека (Сенотрусова С. В., 2004).
Максимальные разовые концентрации (ПДКм.р.) устанавливают для тех веществ, которые обладают в большей степени рефлекторным и раздражающим действием. ПДКм.р. необходимы для предупреждения рефлекторных реакций у человека (ощущение запаха, изменение биоэлектрической активности головного мозга, световой чувствительности глаз и др.) при кратковременном воздействии атмосферных примесей. В случае если токсические реакции организма появляются при меньшей концентрации вредных веществ, чем рефлекторные или раздражающие реакции, то среднесуточные и максимальные разовые ПДК совпадают (Сенотрусова С. В., 2004).
Таблица 1 — Критерии качества воздуха, рекомендованные ВОЗ, и предельно допустимые концентрации Минздравсоцразвития России для некоторых загрязняющих веществ, мкг/м3 [1]
В качестве обязательных статистических характеристик загрязнения воздуха также используются:
- повторяемость, %, разовых концентраций примеси в воздухе выше предельно допустимой концентрации (ПДК) данной примеси;
- повторяемость, %, разовых концентраций примеси в воздухе выше 5 ПДК;
- число случаев концентраций примесей в воздухе, превышающих 10 ПДК.
Установлено три показателя качества воздуха: индекс загрязнения атмосферы — ИЗА, стандартный индекс — СИ и наибольшая повторяемость превышения ПДК — НП:
- ИЗА — комплексный индекс загрязнения атмосферы, учитывающий несколько примесей. Величина ИЗА рассчитывается по значениям среднегодовых концентраций примесей. Поэтому ИЗА характеризует уровень хронического, длительного загрязнения воздуха.
- СИ — стандартный индекс, т.е. наибольшая измеренная разовая концентрация примеси, деленная на ПДК. Он определяется из данных наблюдений на гидрометеорологическом посту за одной примесью, или на всех постах рассматриваемой территории за всеми примесями за месяц или за год. Показатель характеризует степень кратковременного загрязнения.
- НП — наибольшая повторяемость (в процентах) превышения максимально разовой ПДК по данным наблюдений за одной примесью на всех постах территории за месяц или за год.
- Q – средняя за год концентрация любого вещества.
Комплексный ИЗА (I(n)), учитывающий n загрязняющих веществ, рассчитывается по формуле
где qcp i — среднегодовая концентрация i-го загрязняющего вещества, ПДКc.c.i — его среднесуточная предельно допустимая концентрация, Ci — безразмерный коэффициент, позволяющий привести степень вредности
i-ого загрязняющего вещества к степени вредности диоксида серы.
Значения Ci равны 1,5; 1,3; 1,0 и 0,85 соответственно для 1, 2, 3 и 4 классов
опасности загрязняющего вещества.
Чтобы значения I(n) были сравнимы для разных городов или за разные
интервалы времени в одном городе, необходимо рассчитывать их для одинакового
количества (m) загрязняющих веществ. Для этого по парциальным значениям Ii для отдельных примесей вначале составляется вариационный ряд, в котором I1 > I2 > ... > In. Далее рассчитывается суммарный I(m) для заданного и одинакового количества (m)
загрязняющих веществ.
Чтобы значения I(n) были сравнимы для разных городов или за разные интервалы времени в одном городе, необходимо рассчитывать их для одинакового количества (m) загрязняющих веществ. Для этого по парциальным значениям Ii для отдельных примесей вначале составляется вариационный ряд, в котором I1 > I2 > ... >In. Далее рассчитывается суммарный I(m) для заданного и одинакового количества (m) загрязняющих веществ.
В информационных документах для оценки уровня загрязнения воздуха используется ИЗА для пяти загрязняющих веществ, рассчитанный по формуле (1), в
которой n=m=5.
В соответствии с существующими методами оценки, уровень загрязнения атмосферы считается:
- низким (Н), если СИ< 1, НП< 10, ИЗА<5;
- повышенным (П) при 5<СИ≥1 или 20<НП≥10 или 7<ИЗА≥5;
- высоким (В) при 10<СИ≥5 , или 50<НП≥20, или 14<ИЗА≥7;
- очень высоким (ОВ) если СИ≥10, или НП≥50%, или ИЗА≥14.
Для перечисленных в таблице 1 и многих других веществ Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации утверждены предельно допустимые концентрации (ПДК) для воздуха населенных мест [2].
