Влияние природно-климатических условий на качество воздуха и риски для здоровья в районах размещения открытых спортивных объектов (на примере г. Казани)

Основными источниками загрязнения атмосферного воздуха над спортивными объектами в городе являются промышленные предприятия (стационарные источники) и автотранспорт (передвижные источники) [9]. Одной из особенностей стационарных источников загрязнения атмосферного воздуха является то, что выбрасываемые ими загрязняющие вещества распространяются на значительные территории, так как выбросы осуществляются в основном на больших высотах. Специфика передвижных источников загрязнения атмосферного воздуха проявляется в низком расположении (на уровне зоны дыхания), распределении на неопределенные территории и постоянном перемещении.

Казань – столица Республики Татарстан – является крупным промышленным городом. На территории города расположено значительное количество отрытых спортивных сооружений. Учитывая, что тренировочный и соревновательный процессы связаны, прежде всего, с учащением дыхания, то можно предположить, что количество загрязняющих веществ, поступающих в организм спортсмена с атмосферным воздухом, будет намного больше, чем у среднестатистического жителя района расположения спортивного объекта. Соответственно, проблема загрязнения воздуха над открытыми спортивными сооружениями приобретает для города Казани особую значимость.

Цель настоящего исследования – оценка качества атмосферного воздуха в районах размещения открытых спортивных объектов.

Материалы и методы. При анализе качества атмосферного воздуха в районе расположения спортивного объекта использовались данные по валовым выбросам загрязняющих веществ на основании отчетов 2ТП-Воздух, данные системы социально-гигиенического мониторинга, материалов государственных докладов о состоянии природных ресурсов и об охране окружающей среды Республики Татарстан за 2006 - 2016 гг.

Изучение влияния метеорологических условий на рассеивание, накопление выбросов стационарных источников и автотранспорта проводилось по официальным данным архива погоды г. Казани [10, 11]. В частности, анализировались сведения о следующих величинах и явлениях: направление и скорость ветра, инверсии температуры воздуха и туманы, количество выпавших осадков в период с мая по сентябрь 2006-2016 гг. На основе вышеуказанных дан- ных были построены розы ветров, рассчитан метеорологический коэффициент самоочищения атмосферы. Вычисление коэффициента самоочищения проводилось по стандартной методике, разработанной Т.С. Селегей [12].

Результаты и их обсуждение. Уровень загрязнения атмосферы над открытым спортивным объектом в крупном городе зависит от месторасположения стационарных источников, выбросов автотранспорта, распределения (перемещения) загрязняющих веществ на территории города (района), а также природно-климатических условий.

Наряду с концентрациями примесей в воздухе, присутствующими в атмосфере в районе отдельных объектов, в городе формируется фоновое загрязнение воздуха за счет взаимного наложения и перемешивания выбросов от многих источников. В связи с этим высокие концентрации токсических веществ в воздухе могут отмечаться вне прямого действия отдельных объектов. Фоновое загрязнение воздуха под влиянием метеорологических условий отмечается в целом над всем городом в течение суток, при постоянных выбросах от предприятий под влиянием погодных условий оно то усиливается, то ослабевает [13, 14].

На территории г. Казани расположено 16 крупных открытых спортивных сооружений: по 5 объектов в Вахитовском и Приволжском районах, по 2 – в Ново-Савиновском и Советском, по 1 – в Московском и Авиастроительном районах города. На территориях этих же районов города располагаются и промышленные предприятия – стационарные источники загрязнения атмосферного воздуха (рис. 1).

Наибольший вклад в загрязнение воздушного бассейна над открытыми спортивными сооружениями г. Казани вносит автотранспорт, на долю которого приходится в среднем 70 % от общего объема выбросов, а также такие предприятия, как ОАО «Казаньоргсинтез», ТЭЦ-1, ТЭЦ-2, ТЭЦ-3, МУП ПО «Казэнерго», ООО «Казанский комбинат силикатных стеновых материалов». Ежегодно в атмосферный воздух г. Казани в среднем поступает порядка 80,2 тысячи тонн загрязняющих веществ (ЗВ) от автотранспорта и около 30,6 тысячи тонн от стационарных источников. Динамика выбросов ЗВ, поступающих в атмосферу г. Казани от промышленных предприятий и автотранспорта, представлена на рис. 2.

Основными веществами, загрязняющими атмосферный воздух, являются газообразные

Рис. 2. Динамика выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух г. Казани за 2006–2016 гг.

Рис. 1. Расположение открытых спортивных объектов и предприятий на территории г. Казани: 1 – стадион «Тасма», 2 – стадион «Рубин», 3 – стадион «Ракета», 4 – футбольный стадиона в СК «Олимп», 5 – стадион «Казань–Арена», 6 – «Центральный стадион», 7 – стадион «Динамо», 8 – стадион «Трудовые резервы», 9 – стадион «Мирас», 10 – стадион «Водник», 11 – стадион «Электрон», 12 – Центр гребных видов спорта, 13 – стадион «Центра хоккея на траве», 14 – открытые корты Академии тенниса, 15 – стадион «Буревестник», 16 – стадион в СК «Тулпар», 17 – ТЭЦ-1, 18 – Казанский медико-инструментальный завод, 19 – Казанский завод «Точмаш», 20 – ПАО «НэфисКосметикс», 21 – МУП ПО «Казэнерго», 22 – ОАО «Казанский завод “Электроприбор”», 23 – ОАО «Сантехприбор», 24 – ФКП КГ «Казенный пороховой завод», 25 – «Химград», 26 – ТЭЦ-3, 27 – ОАО «Казаньоргсинтез», 28 – Казанский вертолетный завод, 29 – ТЭЦ-2, 30 – ООО «Казанский комбинат силикатных стеновых материалов», 31 – Казанский завод ЖБК, 32 – Казанский авиационный завод им. С.П. Горбунова

и жидкие летучие органические соединения, оксиды азота, оксид углерода, углеводороды, взвешенные вещества. В период с мая по сентябрь 2006–2016 гг. в г. Казани было зафиксировано 695 случаев превышения предельно допустимых концентраций, из них по взвешенным веществам – 108, по оксиду углерода – 72, по диоксиду азота – 244, по формальдегиду – 113 превышений.

Выявленные превышения формируют риски для здоровья спортсменов. Регистрируемое качество воздуха позволяет прогнозировать неблагоприятные эффекты в отношении органов дыхания, слизистых глаз, отдельных иммунных нарушений (включая развитие аллергических реакций). Наиболее высоки уровни рисков в отношении органов дыхания, что значимо, прежде всего, для спортсменов, участвующих в соревнованиях на открытых спортивных объектах города. Максимальный индекс опасности (HI) в отношении органов дыхания прогнозируется на уровне до 32,8, что в 30 раз выше приемлемого уровня, в зоне расположения спортивного комплекса на ул. Копылова. Выше 10 НI прогнозируется риск в отношении органов дыхания в зоне размещения стадиона «Рубин». Индексы опасности на уровне 6–7 НI, что может быть оценено как высокий риск, могут формироваться при определенных условиях в зоне расположения стадиона «Электрон».

Выявленные риски острых ингаляционных воздействий формируются комплексом примесей, однако основные вклады вносят не более 10 приоритетных примесей из 280, рассмотренных на стадии оценки экспозиции.

Определено, что риск в отношении органов дыхания формируют в основном следующие вещества: окислы азота, натрия гидроокись, сернистый ангидрид, пыли, в том числе мелкодисперсные. Вклад диоксида азота в индексы опасности колеблется в разных точках от 12,9 до 62,3 %; азота оксида – от 1,4 до 12,4 %; суммы пылей – от 8,0 до 73,7 %; гидроксида натрия – от 2,65 до 26,9 %; диоксида серы – от 3,6 до 20,7 %; аммиака – от 0,38 до 6,9 %; азотной кислоты – от 0,59 до 19,6 %. В сумме данные примеси в разных точках города формируют от 84 до 97 % риска острых ингаляционных воздействий в отношении органов дыхания. Прочие примеси вносят вклады не более 1 %. Долевые вклады приоритетных примесей изменяются в зависимости от места расположения спортивного объекта, однако перечень приоритетных загрязняющих веществ остается неизменным

Значительное влияние на накопление вредных веществ в атмосфере оказывают природно-климатические условия. Хорошо известно, что такие факторы, как слабые ветры, приземные инверсии, штиль, существенно влияют на распределение вредных веществ в атмосфере, определяя ее способность к самоочищению [2, 15]. Отношение повторяемости условий, способствующих накоплению примесей (слабых ветров и туманов), к повторяемости условий, содействующих, в свою очередь, удалению примесей (сильных ветров и осадков), получил название коэффициента самоочищения атмосферы [16].

В ходе данного исследования на основании расчета коэффициента самоочищения атмосферы за период с мая по сентябрь 2006–2016 гг. установлено, что воздушная среда города имеет ограниченно благоприятную способность к самоочищению с мая по август (К′м = 0,96–1,14) и благоприятные условия для рассеивания примесей в сентябре (К′м = 1,27). Многолетние средние значения коэффициента самоочищения атмосферы указывают, что с мая по сентябрь в основном наблюдаются ограниченно благоприятные условия для рассеивания примесей загрязняющих веществ (рис. 3).

Согласно проведенному анализу в изученный период только в 30,9 % месяцев наблюдались благоприятные условия для рассеивания загрязняющих веществ, в 69,1 % – ограниченно благоприятные или неблагоприятные. При этом наибольший вклад при неблагоприятных условиях самоочищения вносит значительная повторяемость слабого ветра (0–1 м/с). В среднем за год на территории Казани 27–30 % дней наблюдается средняя скорость ветра (менее 4 м/с) или штиль [12]. Накопление примесей в атмосфере усиливается в тумане. В среднем за период с 2006 по 2016 г. количество дней с туманами колебалось от 8 до 29 в год, а количество неблагоприятных для рассеивания ЗВ дней от 58 до 129 (табл. 1).

Рис. 3. Межгодовая изменчивость коэффициента самоочищения атмосферы г. Казани с мая по сентябрь за 2006–2016 гг.: 1 – К ′ м>1,2 – благоприятные условия самоочищения атмосферы;

2 – 0,8 < К ′ м < 1,2 – ограниченно благоприятные условия рассеивания; 3 – К ′ м< 0,8 – неблагоприятные условия для рассеивания

Таблица 1

Количество дней с неблагоприятными метеоусловиями для рассеивания вредных примесей в атмосферном воздухе и туманами на территории г. Казани в период 2006–2016 гг.

Количество дней	Год
	2006	2007	2008	2009	2010	2011	2012	2013	2014	2015	2016
Неблагоприятных для рассеивания загрязняющих веществ	71	127	129	99	81	58	114	97	118	122	90
С туманами	24	29	8	12	12	15	12	17	19	14	16

Рис. 4. Роза ветров г. Казани за период с мая по сентябрь 2006–2016 гг.

Существенную роль в переносе загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы играет направление ветра. Проведенный анализ повторяемости ветров с мая по сентябрь 2006–2016 гг. позволяет констатировать преобладание северозападного направления ветра в июле и западного – в мае, июне, августе, сентябре (рис. 4).

В табл. 2 представлены данные взаимовлияния воздушных потоков районов города Казани в зависимости от направления ветра.

Как видно из табл. 2, перенос загрязняющих веществ возможен с территорий Авиастроительного, Вахитовского, Московского, Кировского и Приволжского районов при преобладающих северо-западных и западных ветрах. Повторяемость ветров с запада за период с мая по сентябрь составила – 24,6 %, северозападных ветров – 16,6 %. При учете других направлений ветров относительно расположения промышленных предприятий и спортивных объектов в атмосферном воздухе над открыты- ми спортивными объектами присутствовали загрязняющие вещества.

Выводы. Таким образом, природно-климатические особенности Казани формируют своеобразный химический состав воздушного бассейна в городе. Атмосферный воздух над спортивными объектами загрязняется за счет наличия источников загрязнения на территории административных районов расположения открытых спортивных объектов и переноса загрязняющих веществ с территории соседних районов города. Проведенный анализ говорит о необходимости дальнейших исследований качества окружающей среды в районах расположения спортивных объектов на территории крупного промышленного города. Кроме того, уже накопленные данные необходимо учитывать при:

– планировании мониторинга воздуха в период проведения спортивных мероприятий;

– организации работы приоритетных предприятий в период неблагоприятных метеорологических условий для минимизации рисков здоровью участников и гостей массовых спортивных мероприятий;

– внесении изменений в архитектурнопланировочные решения на территории города, в том числе при разработке транспортных схем территории;

– дальнейшей разработке и внедрению природоохранных мероприятий на производственных объектах, поскольку город ориентирован на организацию здорового образа жизни своих горожан и на проведение в столице Татарстана как общероссийских, так и международных спортивных мероприятий.

Таблица 2

Взаимовлияние районов города Казани в зависимости от направления ветра

Загрязняемые районы	Загрязняющие районы
	Авиастроительный	Вахитовский	Московский	Кировский	Приволжский
Авиастроительный	С, СВ, В, ЮВ, Ю, ЮЗ, З * , СЗ	ЮВ, Ю	Ю, ЮЗ, 3	ЮВ, Ю, ЮЗ	Ю, ЮЗ
Вахитовский	С, СВ, СЗ	С, СВ, В, ЮВ, Ю, ЮЗ, З, СЗ	С	С, СЗ	ЮВ, Ю, ЮЗ
Советский	СЗ	ЮЗ, З, СЗ	З, СЗ	ЮЗ, З	ЮВ, Ю, ЮЗ
Ново-Савиновский	С, СВ, СЗ	ЮВ, Ю, ЮЗ	З, СЗ	ЮЗ, З, СЗ	ЮВ, Ю, ЮЗ
Московский	В, ЮВ	СВ, В, ЮВ	С, СВ, В, ЮВ, Ю, ЮЗ, З, СЗ	ЮВ, Ю, ЮЗ	ЮВ, Ю
Кировский	С, СВ, В	В, ЮВ	С, СВ, В, СЗ	С, СВ, В, ЮВ, Ю, ЮЗ, З, СЗ	ЮВ, Ю
Приволжский	С, СЗ	С, СВ, СЗ	С, СЗ	С, СЗ	С, СВ, В, ЮВ, Ю ЮЗ , З, СЗ

П р и м е ч а н и е : * – преобладающие направления ветров для г. Казани с мая по сентябрь; ветра, перемещающие потенциально загрязненные воздушные массы.