Транспортный шум как фактор риска здоровью населения и установления ограничений использования земельных участков городских и сельских поселений

Введение. Обеспечение санитарно-эпидемиологического благополучия населения является стратегической задачей Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (Роспотребнадзор). В текущих условиях развития мира в целом и РФ в частности с появлением наилучших доступных технологий казалось возможным управлять всеми факторами вредного воздействия. Однако рост количества тиражированных наилучших доступных технологий в развитии промышленного производства и предметов благосостояния населения сводит на нет попытки улучшения качества среды обитания. Установлено, что основными вредными факторами XXI века являются загрязнение атмосферного воздуха, а также воздействие детерминантов физической природы, в частности шума [1].

В последние годы отмечается непрерывное повышение шумового фона городов. Эквивалентные уровни звука в таких городах, как Париж, Рим, Нью-Йорк, Мехико, Москва, достигают 75–80 дБА. Городской шум имеет тенденцию к росту. Уровень шума в городах возрастает ежегодно в среднем на 0,5–1,0 дБА. Эта тенденция сохраняется, несмотря на ужесточение норм к средствам транспорта. По прогнозам, тенденция к усилению шума в городах в ближайшие годы будет сохраняться [2].

Шумовое загрязнение, характерное сейчас для крупных городов, сокращает продолжительность жизни их жителей на 10–12 лет. Всеобщий рост парка транспортных средств, развитие сети автомобильных дорог, приближенных к существующей жилой застройке, развитие новых территорий, обусловленных транспортной доступностью, – все это приводит к появлению зон акустического дискомфорта, то есть областей, в которых показатели шума превышают предельно допустимые значения.

Выделяют психологический (раздражение), функциональный (мешает какой-либо деятельности) и физиологический (потеря слуха и т. д.) аспекты вредного воздействия шумового фактора.

Согласно нормативам Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), сердечно-сосудистые заболевания могут возникнуть, если человек по ночам постоянно подвергается воздействию шума громкостью 50 дБ или выше – такой шум издает улица с неинтенсивным движением. Для того чтобы заработать бессонницу, достаточно шума в 42 дБ; чтобы просто стать раздражительным – 35 дБ (звук шепота) [3–8].

Формируемые нарушения в состоянии здоровья городского населения в первую очередь связаны с условиями проживания (пребывания) людей в объектах капитального строительства и на прилегающей территории [9][10]. Использование земельных участков городских и сельских поселений должно осуществляться с учетом санитарных правил и нормативов, в том числе по шумовому фактору¹ , с установлением зон ограничения использования городских и сельских территорий.

В условиях современного уплотнения городской застройки распространение звуковых волн приобретает новую модель распределения шума с учетом множественных отражений звука и формирования зон акустического дискомфорта на территории как существующей, так и перспективной жилой застройки. Городской, или, как еще называют, «коммунальный», шум обусловленпреимущественно транспортным воздействием, включая автомобильный, авиационный и железнодорожный [11][12].

По многочисленным исследованиям определено, что наиболее значимым источником транспортного шума является автомобильный транспорт (вклад в акустическое загрязнение крупных городов составляет до 80 %), который характеризуется колоссальным количеством источников шума, представляющих собой совокупность участков улично-дорожной сети (УДС), и значительной протяженностью автомобильных дорог [13–15].

В последние годы широкое применение получило ситуационное и имитационное моделирование распространения шума для задач оценки, контроля и управления воздействием шумовым фактором в условиях крупных мегаполисов с последующим зонированием территории населенного пункта. Данные методические подходы широко применяются в зарубежной и отечественной практике градостроительного планирования и территориального зонирования населенных мест [16–20].

Используемая в отечественной практике методология акустического картирования (зонирования) территорий населенных пунктов по шумовому фактору полностью соответствует Директиве Европейского парламента и Европейского союза 2002/49/ЕС от 25 июня 2002 г. об оценке и регулировании шума окружающей среды² .

Однако нормирование шума не отражает характера последствий со стороны здоровья населения городских и сельских населенных пунктов в отдаленной перспективе с учетом длительного проживания под воздействием шума. Согласно введенным в действие в 2012 году МР 2.1.10.0059–123 в качестве критерия возможности использования городских и сельских территорий могут быть применены критерии риска нарушений здоровья населения под воздействием шумового фактора, рассчитанного на основании эволюционного моделирования с учетом заданных сценариев акустического воздействия. Установленная процедура по оценке риска выполняется по классической схеме (идентификация опасности, оценка зависимостей «экспозиция – ответ» («экспозиция – эффект»), оценка экспозиции, характеристика риска), в которую введены элементы динамичности, учитывается эволюция, нарастание риска с увеличением периода воздействия [21].

В соответствии с методикой МР 2.1.10.0059–12³ для оценки формируемых рисков нарушений здоровья населения оцениваются полученные корректированные уровни шума как отправная точка для оценки экспозиции за оцениваемый промежуток времени через учет числа и продолжительности шумовых событий. В качестве показателя экспозиции при воздействии шума, согласно методике, используется величина эквивалентного уровня средневзвешенного шума (LAдн, дБА) как меры контакта населения с вредным фактором по уравнению (1): 

где LAday= LAeq,16 – эквивалентный скорректированный 16-часовой уровень дневного шума;

LAnighi= LAeq,8 – эквивалентный скорректированный 8-часовой уровень ночного шума. В основе оценки зависимости «экспозиция – ответ» лежат рекуррентные уравнения нарастания риска, построенные на основании признанных парных математических моделей. Для оценки зависимостей в методике приняты модели связи фактора транспортного шума с показателями состояния здоровья населения, доказанными в эпидемиологических исследованиях по трем основным органам и системам: органы слуха, сердечно-сосудистая и нервная системы. Перечисленные органы и системы являются основными органами-мишенями при воздействии шума, что подтверждается докладами ВОЗ⁴ и актуальными научными данными [22][23]. Оценка агрегированного риска нарушений здоровья в отношении органов-мишеней, основанная на эволюционных математических моделях развития неблагоприятных эффектов под воздействием шума, выполняется решением системы рекуррентных уравнений (2):

где: начальные уровни (Rt при t = 0): R0 Аcл = 0,023; R0 Аcс = 0,007; R0 Анc = 0,02855;

Rt Аi – риск нарушения i-й системы органов на начальный (заданный) момент времени t;

Rt+1 – риск нарушения i-й системы органов для следующего временного шага (t + 1) (зависит от С);

Rt Асл – агрегированный риск развития нарушений различной тяжести слухового аппарата (шум в ушах; кондуктивная нейросенсорная потеря слуха; потеря слуха, вызванная шумом) на момент времени t;

Rt Асс – агрегированный риск развития нарушений различной тяжести сердечно-сосудистой системы (повышение кровяного давления, гипертензивная болезнь сердца, ишемическая болезнь сердца, стенокардия, инфаркт миокарда) вызванная шумом) на момент t;

Rt Анс – агрегированный риск развития на момент t нарушений нервной системы (нервное напряжение, расстройство сна, когнитивные нарушения, вегетососудистая дистония);

Lden,t – средневзвешенный cуточный уровень шума в исследуемый период t, дБ;

С – временной эмпирический коэффициент; – скобки Келли, принимающие значения .х = 0 при х < 0 и х =х при х ≥ 0.

Стоит отметить, что начальные уровни тяжести формируемых эффектов со стороны здоровья в отношении основных органов-мишеней могут отличаться для разных субъектов Российской Федерации при наличии обоснованных данных о фактически реализованных заболеваниях, обусловленных воздействием шумового фактора.

Действующая методология по оценке риска здоровью населения содержит порядок оценки уровней формируемого риска в виде шкалы риска с последующей проработкой необходимых мероприятий, в частности: величина индекса риска менее 0,05 характеризуется как пренебрежительно малый, приемлемый риск; величина индекса риска в диапазоне 0,05–0,35 характеризуется как умеренный, неприемлемый риск; величина индекса риска в диапазоне 0,35–0,6 характеризуется как высокий, неприемлемый риск; величина индекса риска более 0,6 характеризуется как очень высокий, неприемлемый риск. К основным процедурам можно отнести проведение мониторинга шумовой нагрузки, внедрение шумозащитных мероприятий, контроль за ними, а также регулярный пересмотр уровней формируемого риска для здоровья населения.

Научная основа обоснования необходимости внедрения шумозащитных мероприятий позволила установить в качестве критерия уровни формируемого риска возможных нарушений здоровья населения. Приведенные критерии позволят установить ограничения использования земельных участков под перспективное жилищное строительство и иные объекты, нормируемые по шумовому фактору в рамках градостроительного планирования и территориального зонирования городских и сельских территорий.

В рамках настоящего исследования апробирован подход по акустическому зонированию исследуемой территории с оценкой ожидаемых последствий для здоровья населения под воздействием хронической экспозиции автотранспортного шума.

Результаты настоящего исследования будут способствовать принятию обоснованных управленческих решений по размещению новых объектов, развитию территорий и градостроительному планированию, исключая нарушения санитарного законодательства.

Целью исследования являлось зонирование территории крупного города по уровням шума для задач градостроительного регулирования с оценкой риска здоровью городского населения в условиях воздействия автотранспортного шума.

Объектом исследования была определена территория города Перми для задач комплексных акустических расчетов и зонирования территории.

Материалы и методы. В рамках настоящего исследования во внимание были приняты данные об интенсивности и структуре транспортных потоков города с оценкой формируемых уровней транспортного шума. Акустическая характеристика транспортных потоков в виде отдельных участков улично-дорожной сети основывалась на таких параметрах, как интенсивность автомобилей за единицу времени; средняя скорость движения; уклон и вид дорожного покрытия⁵ .

Информация об интенсивности и структуре транспортного потока автотранспортных магистралей города была получена от департамента дорог и транспорта администрации города Перми, а также от иных органов власти, уполномоченных на сбор и анализ информации о транспортных потоках города. Данные об интенсивности транспортных потоков приняты на уровне 2020 года. В отдельных случаях при отсутствии данных об интенсивности и верификации расчетных данных для исследования был привлечен испытательный лабораторный центр ФБУН «ФНЦ медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения» с оформлением результатов инструментальных измерений в виде протоколов. Результатом расчета уровня шума являлся эквивалентный уровень звука, являющийся исходным количественным параметром на этапе оценки акустической экспозиции. Пиковые нагрузки вносят наибольший вклад в общую хроническую шумовую экспозицию и формируют основные зоны акустического дискомфорта в условиях плотной городской застройки.

В рамках настоящей исследовательской работы была использована информация о 4200 участках УДС в виде источников шума, эксплуатирующих порядка 300 тысяч транспортных единиц в сутки.

Акустические расчеты выполнены с использованием программного продукта, реализующего действующие нормативно-методические документы на территории Российской Федерации по распространению шума на местности. В частности, акустические расчеты были проведены в программе «Эколог-Шум» (фирма «Интеграл») с использованием дополнительных модулей по расчетам шума. Используемый программный продукт имеет сопряжение с геоинформационными системами (далее – ГИС), которые позволяют визуализировать как исходные данные, так и результаты модельных расчетов.

Значительный вклад в картину распространения шума вносит эффект многократного отражения от фасадов зданий. Сложность учета отражения звука заключается в том, что количество отражений растет экспоненциально с каждой итерацией, т. е. на первой итерации рассматриваются однократные отражения звука от фасадов, на второй – отражения второго порядка и т. д.

Для моделирования была использована векторная карта города Перми, основанная на совокупности электронных слоев градостроительного и ландшафтного характера, положенная в основу для электронной привязки источников шумового воздействия.

Дополнительно в модельных расчетах учтены данные об объектах капитального строительства, расположенных в границах города в виде порядка 12 000 объектов, учтенных в расчетах в качестве объектов экранирования и поглощения звуковых волн.

Принятая УДС характеризовалась наиболее востребованными и загруженными автомагистралями города, предварительно формирующими зоны акустического дискомфорта в районах и микрорайонах города с плотной городскойзастройкой. В общем виде акустическая оценка г. Перми включала анализ взаимного расположения объектов капитального строительства и линейных источников шума, описание сложившейся градостроительной ситуации с позиций соблюдения установленных экологических и гигиенических критериев шумового воздействия в целом по городу.

Расчеты выполнены для всей территории города в границах расчетного прямоугольника размером 50 × 35 км с шагом расчетной сетки 200 м. Расчеты проводились в приземном слое атмосферы на высоте 1,5 м от земли на уровне слышимости человеком, что целесообразно в первую очередь при нахождении населения на территории.

Результаты. По результатам комплексных акустических расчетов была построена схема шумового воздействия на всей территории города Перми и определены территории акустического дискомфорта, выделенные по действующим экологическим и гигиеническим критериям воздействия шума на селитебную территорию. В частности, на территории города были выделены зоны акустического дискомфорта с уровнями шума выше 55 и 45 дБА, принятых в качестве критериев безопасности для дневного и ночного времени суток соответственно.

В связи с тем что городской шум обусловлен автотранспортным источником воздействия, основные зоны акустического дискомфорта формировались вдоль автотранспортных магистралей, на пересечении улиц, развязок и иных автотранспортных объектов, принятых в качестве источников шума.

Первичный анализ показал, что порядка 60 % селитебной территории города находится в зонах акустического дискомфорта с уровнями шума выше установленных гигиенических нормативов для дневного и ночного времени суток.

По результатам комплексных акустических расчетов на территории города выделены зоны акустического дискомфорта, формирующиеся вдоль основных автомагистралей города Перми с уровнями шума 60–70 дБА. На отдельных территориях спальных районов и внутри групп объектов капитального строительства отмечено формирование эквивалентных уровней для дневного времени в диапазоне 55–65 дБА. На отдельных территориях города формировались зоны акустической тишины с уровнями шума менее 55 дБА, что обусловлено удаленностью от источников шума, наличием существующей застройки в виде объектов экранирования.

Результаты акустических расчетов показали, что в условиях высокой интенсивности движения (до 1850 машин в час) расчетные уровни шума в точках жилой застройки достигали 77,0 дБА. В зонах акустической тишины, преимущественно расположенных в границах комплексов зданий и кварталов, позволяли сохранить допустимый уровень, при этом минимальные значения составили порядка 37,3 дБА. Частично верифицированные данные результатами инструментальных измерений позволили подтвердить эту тенденцию. В частности, выполненные инструментальные измерения повсеместно были близки расчетным уровням: в дневное время суток были зафиксированы показатели в диапазоне от 50,6 до 76,9 дБА, в вечернее время суток шум отмечен в диапазоне от 61,0 до 74,4 дБА, ночью уровень шума снижался до 44,9–45,5 дБА, достигая нормативов.

По результатам объединения совокупности точек расчетной сетки были выделены три основные зоны акустического воздействия на городское население:

– зона 1 (менее 45 дБА) – характеризуется отсутствием превышения ночного и дневного предельно допустимых уровней шума для территорий жилой застройки;

– зона 2 (45–55 дБА) – характеризуется превышением ночного и отсутствием превышения дневного предельно допустимых уровней шума для территорий жилой застройки;

– зона 3 (более 55 дБА) – характеризуется превышением ночного и дневного предельно допустимых уровней шума для территорий жилой застройки.

Для формирования конкретных ограничений использования земельных участков, обусловленных нарушением санитарных правил и нормативов, для территорий были определены площади, потенциально не предназначенные для размещения объектов жилой застройки и иных нормируемых объектов (табл. 1).

Полученные объединенные зоны были сопоставлены с данными точек проживания населения города для задач определения численности городского населения, проживающего в условиях воздействия вредного шумового фактора (табл. 2).

В целом на исследуемой территории в пределах города проживает 1 042 763 человека. Фактическив условиях воздействия шумового фактора, преимущественно обусловленного транспортным шумом, проживает все население города. Согласно табл. 2 установлено, что большая часть населения проживает на территориях с превышением установленных гигиенических нормативов (зона 3 – 893 306 человек), что потенциально может обуславливать формирование рисков нарушения здоровья. Таким образом, в условиях развитой транспортной сети крупного города фактически порядка 10 % населения проживает в условиях соблюдения допустимых уровней шума. В большинстве случаев формирование рисков нарушения здоровья обусловлено близостью автомагистралей города к селитебным территориям.

Полученные результаты акустической оценки не позволяют всецело оценить возможные риски, связанные с нарушениями здоровья вследствие длительного проживания на территориях, подверженных воздействию транспортного шума. Выполненная в рамках настоящего исследования оценка риска в зоне с наибольшими уровнями шумовой экспозиции позволила обосновать ограничения использования земельных участков для проживания населения. За основу был принят средневзвешенный суточный уровень эквивалентного шума, принятый в среднем по городу на уровне 67,5 дБА, что обусловлено близостью расположения к источникам транспортного шума (табл. 3).

Оценка риска здоровью показала, что уровни средневзвешенного суточного шума LАдн = 67,5 дБА при длительном (хроническом) воздействии в первую очередь оказывают влияние на сердечно-сосудистую систему, что приводит к возникновению умеренных рисков к 18 годам, высоких – к 47 годам и очень высоких – к 56 годам. Выявленные нарушения могут проявляться в виде гипертензии, болезней сердца, инфаркта и других.

Установлено, что проживание в течение более 14 лет на территориях с выявленными уровнями шумовой нагрузки может иметь следствием негативные изменения в состоянии здоровья. Ситуация требует выполнения ряда шумозащитных мероприятий, минимизации жилой застройки, использования территории для целей, не связанных с постоянным проживанием граждан. При этом выявлено, что градиент нарастания неблагоприятных эффектов у лиц пожилого возраста более высок, чем у лиц юного и молодого возраста. Это свидетельствует о том, что процесс нарастания риска неравномерен и существуют группы риска населения, которые требуют более пристального внимания и разработки повышенных мер защиты при воздействии шумового фактора [24][25].

Выводы

1. Для ряда территорий города использование методических подходов по зонированию в рамках реализации комплексных строительных проектов показало, как изменится акустическая ситуация. Данные обоснования легли в основу принятия управленческих решений по пространственному развитию территорий города.
2.  Обращаясь к цели настоящего исследования, стоит отметить, что выделение зон акустического дискомфорта в крупном промышленном центре и оценка динамики в приоритетных зонах являются инструментами территориального зонирования.
3.  В качестве перспективы оценки территории города в соответствии с функциональным зонированием или территориальным планированием могут быть использованы критерии риска нарушений здоровья, связанного с воздействием шумового фактора. Оценка обоснования безопасности перспективного проживания населения на планируемых территориях города может быть выполнена с использованием методических подходов, изложенных в МР 2.1.10.0059–12⁶ .
4. Использование методических подходов зонирования городских территорий по шумовому фактору, сопряженное с оценкой прогнозного риска нарушений здоровья населения, позволит обосновать использование земельных участков в границах городских территорий, подверженных неблагоприятному воздействию транспортного шума.
5. Результаты исследования могут быть востребованы администрацией города, в том числе как информационная основа для принятия решений по снижению шумового воздействия, обусловленного транспортным шумом. Актуальными для жителей города могут быть любые технические, архитектурно-планировочные, организационные и иные мероприятия, позволяющие обеспечить допустимые нормы шума, дополненные прогнозными величинами риска при длительном проживания на рассматриваемой территории.
6. В качестве перспективы настоящего исследования могут служить последующие детализированные акустические расчеты, передающие механизмы отражения и поглощения звуковых волн с выделением локальных зон акустической тишины. Дополнительно в рамках установления причинно-следственных связей возможных нарушений здоровья, потенциально связанных с автотранспортным шумом, могут быть использованы результаты анкетирования жителей территорий, что рекомендовано ВОЗ⁷