Особенности учета влияния междугородной автотранспортной сети на атмосферное загрязнение

ВЕСТНИК УДМУРТСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

25

БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ 2008. Вып. 1

УДК 551.510.04:656.13(045) А.В. Семакина

ОСОБЕННОСТИ УЧЕТА ВЛИЯНИЯ МЕЖДУГОРОДНОЙ АВТОТРАНСПОРТНОЙ СЕТИ НА АТМОСФЕРНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ

Сопоставлены и проанализированы некоторые методики учета воздействия автотранспортных магистралей на окружающую среду. Выработаны основные принципы пространственной интерпретации эмпирических данных.

Ключевые слова: транспортный поток, загрязнение.

Транспортные потоки территории значительно загрязняют атмосферный воздух. Определяя степень воздействия данного источника на окружающую среду, необходимо учитывать ряд особенностей:

• узкую линейную локализацию выбросов вблизи дорог;

• неоднородность насыщенности и состава транспортного потока во времени, зависящую от сезона года, дня недели, времени суток;

• значительную пространственную изменчивость характеристик потока, определяющуюся степенью удаленности от крупных населенных пунктов, направлением и характером покрытия дорог.

• приземное положение источников, замедляющее процессы рассеивания выбросов.

Методики определения выбросов загрязняющих веществ от автотранспорта

Расчетные значения загрязнения воздуха вблизи автострад варьируются зависимости от используемых методик, так как по-разному учитываются условия выделения и рассеяния загрязняющих веществ (ЗВ). Этот вывод вытекает из сравнительного анализа двух методик: «Методики определения выбросов автотранспорта для проведения сводных расчетов загрязнения атмосферы городов» (далее - Методика) [3] и «Рекомендаций по учету требований по охране окружающей среды при проектировании автодорог и мостовых переходов» (далее - Рекомендации) [6]. Основной принцип расчета по ним одинаков (учитываются насыщенность и состав транспортного потока, скорость движения и расход топлива у определенных категорий автотранспорта). Однако существенные расхождения наблюдаются в значениях переводных коэффициентов (коэффициента скорости, пробегового выброса для автомобилей разных категорий). Так, сравнивая графики коэффициентов скорости, можно отметить, что в целом направленность совпадает: характерно общее снижение значений коэффициентов при возрастании скорости движения автотранспортных средств (рис. 1). При этом минимальных значений данный коэффициент достигает при скоростях 60-80 км/ч, а максимальных - при скорости движения до 30 км/ч [3; 6]. Существенные расхождения наблюдаются в величине значений коэффициентов, в частности по Рекомендациям значения коэффициентов превышают таковые по Методике при малых скоростях в 3-4

2008. Вып. 1

БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ

раза, и в 2 раза при больших скоростях движения. Однако необходимо уточнить, что Рекомендации распространяются на разработку предпроектной и проектной документации для автомобильных дорог общего пользования, финансируемых из Федерального дорожного фонда. Следовательно, учет воздействия автотранспорта, согласно данной методике, осуществляется лишь для федеральных автомагистралей, характеризующихся в целом относительно высокой скоростью потока. Таким образом, несмотря на значительные различия коэффициентов в целом (рис. 1), данные расхождения можно свести к минимуму при реальном применении методик.

Значения коэффициента 4,5 -

4

3,5 3 2,5 2 1,5 1

0,5 0

\ \

/

\

\

\

Методика

Рекомендации

10 15 20 25 30 35 40 45 50 60 75 80 100 Скорость движения, км/ч

Рис. 1. Значения величины коэффициента скорости согласно разным методикам

При дальнейшем сравнении этих методик можно констатировать лишь наличие различных математических подходов при интерпретации значений пробегового выброса. Так, в Методике учитываются общие значения выбросов шести загрязняющих веществ (СО, N0^ СН, 802,, формальдегид, бенз(а)пирен) в граммах на километр от определенного типа автомобиля, а в Рекомендациях для каждого из трех веществ (СО, N0^ СН) применяется коэффициент, зависящий от типа двигателя и умноженный на значения средне-эксплуатационных норм расхода топлива в л/км. Таким образом, несмотря на аналогичные принципы учета загрязнения, определить наличие каких-либо расхождений в данном случае нельзя. Необходимо также отметить, что по Методике учёт видов ЗВ будет более полным, так как в данном случае будут учитываться выбросы от автотранспорта по шести ЗВ, а не по трем.

При значительном разнообразии качественного состава транспортного потока существенную сложность составляет учет выбросов от разных категорий автомобилей. Согласно СНиП 2.05.02-85 «Автодороги» [7] при помощи коэффициента приведения выбросы от всех категорий автотранспорта можно свести к одному типу (табл.).

БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ 2008. Вып. 1

Значения коэффициентов приведения для разных категорий автотранспорта

Категория транспортного средства Коэффициент приведения

1. Легковой автомобиль 1

2. Мотоцикл с коляской 0,75

3. Мотоцикл, мопед 0,5

4. Грузовые автомобили

грузоподъемностью, тонн:

2 1,5

6 2

8 2,5

14 3

более 14 3,5

5. Автопоезда грузоподъемностью, тонн:

12 3,5

20 4

30 5

более 30 6

Применение при расчетах коэффициента приведения целесообразно лишь в случае, если связанные с ним погрешности не будут играть существенной роли в формировании конечного результата либо итоговые значения воздействия будут ничтожно малы. Следовательно, использование коэффициента приведения недопустимо для транспортной сети городов, где воздействие от выбросов автотранспорта максимально, но вполне допустимо для определения объемов выбросов от транспорта на междугородных автотрассах, характеризующихся узко локализированной зоной воздействия.

При расчете выбросов в районе объездных автомагистралей г. Ижевска по двум анализируемым методикам значения получились одного порядка, но отличающиеся в 4 - 9 раз. Так, по Рекомендациям расчетные значения выбросов ЗВ от автотранспорта превышали таковые по Методике в 4 раза по оксиду углерода и в 9 раз по углеводородам (рис. 2, 3). Значения концентраций оксидов азота в целом совпали.

Согласно принципу презумпции экологической опасности хозяйственной деятельности [8] рассматривается наихудший вариант последствий воздействия. На основании этого за ведущий расчетно-нормативный документ были приняты Рекомендации по учету требований по охране окружающей среды при проектировании автодорог и мостовых переходов [6]. Отсутствие в данной методике учета выбросов серы, формальдегида и бенз(а)пирена, несмотря на их высокую опасность, связано с незначительными объемами их образования. Необходимо отметить, что концентрации всех остальных веществ тоже не превысили 0,5 ПДК.

Рис. 2. Расчет концентраций углеводородов (г/м3) в воздухе вблизи Якшур-Бодьинского тракта (на выезде из г. Ижевска) согласно Рекомендациям

Возможности полевых наблюдений для больших по площади территорий ограничены. В целом определенные категории дорог характеризуются приблизительно одинаковой интенсивностью транспортного движения [7]. Поэтому возможно применение метода аналогов для характеристики дорог одной категории, на которых замеры транспортных потоков не проводились. Однако данный метод недопустимо использовать для характеристики дорог высших категорий (1-2), так как наиболее нагруженные трассы не имеют аналогов и характеризуются специфическим качественным и количественным составом транспортного потока. Таким образом, при определении интенсивности транспортного движения на территориях, не охваченных наблюдениями, исходили из следующих допущений:

• основная доля загрязнения на междугородных автотрассах принадлежит крупнотоннажному транзитному транспорту;

• доля легкового автотранспорта составляет менее 40% и приурочена в основном к пригородной зоне;

• в целом интенсивность движения снижается при удалении от центра региона к периферии.

• дороги, относящиеся к одной категории, характеризуются примерно одинаковой насыщенностью транспортного потока, что позволяет прибегать к использованию метода аналогов.

БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ 2008. Вып. 1

Рис.3 Расчет концентраций углеводородов (г/м3) в воздухе вблизи Якшур-Бодьинского тракта (на выезде из г. Ижевска) согласно Методике

Модель Гауссового распределения примеси в атмосфере

В настоящее время существует достаточное количество моделей рассеяния примесей в атмосфере, например используемые во фракционном подходе Эйлера [1], методике расчета «ОНД-86» [4], модель Гауссового распределения примеси в атмосфере [6]. Однако не во всех этих методиках учитывается специфика автодорог, как источника загрязнения. В Рекомендациях приводится наиболее объективная модель рассеяния загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу от автотранспорта. В ней учитываются такие параметры, как мощность эмиссии, скорость ветра, направление ветра относительно трассы дороги, стандартное отклонение Гауссового рассеяния в вертикальном направлении (зависит от интенсивности солнечной радиации и удаленности от кромки дорожной полосы), фоновая концентрация. Информация об условиях рассеяния (скорость, направление ветра) содержится в Научно-прикладном справочнике по климату СССР [5]. Таким образом, на основании данной модели можно получить концентрации загрязняющих веществ на прилегающих к автомагистралям территориях.

Отдельные регионы характеризуются разным уровнем развития транспортной сети, подвижностью населения, количеством автомобилей. Все это создает региональные различия в степени воздействия автотранспорта на окружающую среду, что необходимо учитывать при интерпретации экспериментальных данных. Из этого следует, что полученная информация нуждает-

2008. Вып. 1 БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ

ся в верификации на уровне регионов. Она заключается в расчете удельного выброса загрязняющих веществ на 1 км автодороги для данного региона. Эти значения определяются как отношение суммарных объемов выбросов от транспорта на территории конкретного субъекта к общей протяженности транспортных магистралей. При этом в суммарных транспортных выбросах не учитываются эмиссии от городского транспорта, а в общую протяженность транспортных магистралей не включаются дороги 4-5 категорий, характеризующиеся невысокой интенсивностью движения. Для расчета эмиссий конкретных загрязняющих веществ используется распределение выбросов от автотранспорта: СО 17,5%, NOx 15,1%, углеводородов 61,5% [2].

Таким образом, с помощью этих методик могут быть получены данные о характере негативного воздействия междугородного автотранспорта на состояние окружающей среды. Необходимо отметить, что данное влияние будет носить скорее локальный характер, так как согласно модели Гауссового распределения примесей в атмосфере в данную зону будут попадать лишь прилежащие 250 метров.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бояршинов М.Г., Харченко А.В. Численное исследование полидисперсных потоков на компьютерах с параллельной архитектурой. - Пермь, 2007 // http://lpm3d.pstu.ru/paper1/paper1.htm

2. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2005 году». - М., 2006. - 203 с.

3. Методика определения выбросов от автотранспорта для проведения сводных расчетов загрязнения атмосферы городов. - СПб., 1999. - С. 22-25.

4. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий, «ОНД-86». - Л.: Госкомгидромет, 1987. - С.49-53

5. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Серия 3. Многолетние данные. - Л.: Гидрометеоиздат, 1988. Ч. 1-6. Вып. 12. - 648 с.

6. Рекомендации по учету требований по охране окружающей среды при проектировании автодорог и мостовых переходов. - М., 1995. С. 18-23.

7. СНиП 2.05.02-85 «Автомобильные дороги». - М., 1997. - С. 2,3.

8. Федеральный закон «Об охране окружающей среды» №7-ФЗ от 10.01.2002 г. // Росс. газ. 2002. № 6. С. 8.

Поступила в редакцию 05.05.08

A. V. Semakina

Particularities of the account of the influence interurban car roads on atmospheric contamination

Some methods of the account of the influence car roads on environmental Situation are matched and analyzed. General principles to spatial of interpretation empirical information are worked out.

Семакина Алсу Валерьевна

ГОУВПО «Удмуртский государственный университет» 426034, Россия, г. Ижевск, ул. Университетская, 1 (корп. 4) E-mail: alsen13@list.ru