Построение зон воздействия авиационного шума вблизи аэропортов

УДК 577.4

ПОСТРОЕНИЕ ЗОН ВОЗДЕЙСТВИЯ АВИАЦИОННОГО ШУМА ВБЛИЗИ АЭРОПОРТОВ

О.А. КАРТЫШЕВ

Статья представлена доктором технических наук, профессором Чинючиным Ю.М.

В статье изложены результаты установления границ СЗЗ по фактору «авиационный шум». Представлены данные по погрешностям выполняемых расчетов и измерений. Обоснована необходимость инструментального подтверждения получаемых расчетных оценок. Представлены результаты работ по оценке границ СЗЗ, выполненные в России впервые. Даны конкретные методические рекомендации.

Ключевые слова: авиационный шум, оценка, санитарная зона звукозащиты.

Введение

В статье [1] были рассмотрены различные подходы к построению границ зон ограничения жилой застройки вблизи аэропортов по фактору «авиационный шум». В качестве примера применения различных норм рассмотрим зоны акустического воздействия на территории вблизи аэродромов Внуково, Уфа и Остафьево, построение которых выполнено в 2006 г. ЗАО «Центр экологической безопасности» в рамках разработки проектов СЗЗ аэропортов. Эти аэропорты имеют различную интенсивность и типы эксплуатируемых воздушных судов, но при выполнении проектов СЗЗ по фактору «авиационный шум» возникли одинаковые проблемы двойного нормирования авиационного шума и точности определения площадных границ, внутри которых имеется превышение предельно-допустимых уровней звука.

1. Примеры применения нормирования в целях построения границ СЗЗ

На рис. 1-8 представлены шумовые карты зон ограничения жилой застройки в районе указанных аэропортов по равным эквивалентным и максимальным уровням звука. Анализ представленных графических материалов еще раз убедительно доказывает, что чем выше интенсивность полетов, в том числе в ночное время, и эксплуатируются более шумные воздушные суда, то тем больше площадь, ограниченная контуром равного уровня звука.

По результатам расчетов на масштабной подоснове 1:200000 были построены линии равного уровня звука ЬАтах и ЬАэкв при наземной и летной эксплуатации ВС в районе аэродрома

Внуково согласно требованиям СН 2.2.4/2.1.8.562-96 [2] и ГОСТ 22283-88 [3] и ЬАэкв по нормам,

действующим в Германии [4,5]. Соответственно по результатам расчетов и выполненных измерений были построены линии равного уровня звука при наземной и летной эксплуатации ВС в районе аэродрома Внуково для трех вариантов:

- согласно требованиям СН 2.2.4/2.1.8.562-96 [2] - на рис. 1 приведены границы зон эквивалентного уровня звука в ночное время суток ЬЛэкв =45дБА (площадью 8=516,14 км ) и в

дневное время суток ЬАэкв =55 дБА (площадью 8=232,89 км2), а на рис. 5 приведены границы зон

максимального уровня звука в ночное время сутокЬАтах =60дБА (площадью 8=4460,13км2) и в

дневное время суток ЬАтах =70 дБА (площадью 8=1246,65км2);

- согласно требованиям ГОСТ 22283-88 [3] - на рис. 2 приведены границы зон эквивалентного уровня звука в ночное время суток ЬАэкв =55дБА (площадью 8=55,85км2) и в дневное время суток ЬАэке =65 дБА (площадью 8=60,78км2), а на рис. 6 приведены границы зон

максимального уровня звука в ночное время сутокЬАтах =75дБА (площадью 8=713,25км2) и в дневное время суток ЬАтах =85 дБА (площадью 8=141,45км2);

- для сравнения построены линии равного эквивалентного уровня звука, определяющие границы зон запрещения и ограничения жилой застройки, по нормативным требованиям Германии - на рис. 3 линиями равного эквивалентного уровня звука в ночное время суток ^Аэкв =67дБА (площадью 8=40,09км) и в дневное время суток ЬАэкв =75дБА (площадью 8=10,07км2).

Приведенная на рис. 4 «Шумовая карта рекомендуемых зон ограничения жилой застройки (рекомендуемая санитарно-защитная зона) аэропорта Внуково по фактору «авиационный шум» позволяет наглядно представить размеры зоны запрещения и зоны регулируемой жилой застройки в районе аэродрома Внуково. Общая площадь территории зон ограничения жилой застройки составляет 1144,30км . В том числе, зона запрещения жилой застройки, ограниченная линией ЬАэкв=55дБА и линией ЬАтах=70дБА, занимает площадь, равную 102,35км2. А зона ограничения жилой застройки, ограниченная линией равного ЬАтах=70дБА и границей зоны запрещения жилой застройки, занимает площадь 1144,30км .

Сложившаяся акустическая ситуация отражает необходимость проведения организационных мероприятий в первую очередь связанных с ограничением эксплуатации самолетов шумных типов, особенно в ночное время суток.

Для аэропорта Остафьево было выполнено построение шумовой карты по линиям равного ЬАэкв=55дБА в ночное время суток (площадью 8=22,60км2) и в дневное время суток ЬАэкв=65дБА (площадью 8=1,43км2) по ГОСТ 22283-88 [3].

Что касается аэродрома Уфа, то построение шумовой карты было выполнено для ночного времени суток по линиям ЬАэкв=45дБА по СН 2.2.4/2.1.8.562-96 [2] (площадью 8=69,66км2) и ЬАтах=75дБА по ГОСТ 22283-88 [3] (площадью 8=300,37км2) (рис. 8).

2. Подтверждения границ контура равного уровня звука с помощью натурных измерений

Данная проблема является достаточно сложной задачей, прежде всего, связанной с ориентировкой по местности точек измерений, необходимостью обеспечения требуемых ГОСТ 22283-88 [3] условий проведения измерений и других факторов. При инструментальном подтверждении на местности построенных контуров шума ЬАэкв аэродрома Внуково выяснилось, что измеренные характеристики шума как по ширине, так и по длине контуров явно не совпадают с расчетными значениями. Заданная точность при установлении границ зоны эквивалентного уровня звука, в том числе и для ночного времени суток, может быть достигнута только проведением натурных измерений.

На основе накопленного опыта разработана «Методика проведения измерений авиационного шума на территориях существующей и планируемой застройки», по которой и проводились измерения. Целью проведения измерений и наблюдений являлось уточнение расчетных контуров равного максимального и эквивалентного уровня звука, а также проведение визуального контроля за производством полетов ВС и точностью выполнения экипажами ВС установленных маршрутов полета.

По результатам проведенных измерений при установлении СЗЗ аэропорта Внуково можно констатировать, что практически во всех точках измерений авиационного шума зафиксировано превышение допустимого по СН 2.2.4/2.1.8.562-96 [2] максимального уровня звука

^Атах=70дБА) в дневное время на 2-15дБА, тогда как в ряде случаев измеренные уровни удовлетворяют требованиям ГОСТ 22283-88 [3] и не превышают нормируемый по нему уровень в дневное время суток (ЬАтах=85дБА). Такое разночтение в оценке вызвано одновременным действием и учетом двух действующих нормативных документов.

Разброс численных значений превышения допустимых уровней по селитебной территории объясняется также неточностью прохождения экипажами установленных маршрутов выхода из

зоны аэродрома и во время прохождения третьего и четвертого разворотов при заходе на посадку. В результате наблюдений выявлено, что отклонение отдельных ВС составляет более 2000м от установленной трассы полета, даже при благоприятных погодных условиях и низкой интенсивности полетов. Что касается измерений ЬАэкв, то их результаты более стабильны и в меньшей степени зависят от отклонения ВС.

Проведение качественных измерений при построении шумовых карт аэродромов Внуково и Остафьево позволило установить точные границы СЗЗ и провести целенаправленные исследования для выявления погрешности известных расчетных методов.

3. Оценка погрешности в установлении границ контура равного уровня звука

Известно достаточное количество расчетных методов определения уровней звука в точке на местности и графических методов построения контуров равного уровня звука. По результатам выполненных многолетних исследований установлено, что точность расчетных методов, относительно контрольных измерений по границам расчетного контура, для каждого случая будет различна:

- при расчете контура максимального уровня звука единичного пролета конкретного типа ВС по результатам сертификационных испытаний данного типа ВС погрешность составит не менее 5%;

- при расчете или графическом построении контура максимального уровня звука единичного пролета конкретного типа ВС по данным приведенных характеристик типа ВС погрешность составит не менее 15%;

- при графическом построении осредненного контура максимального уровня звука группы ВС, объединенной по заданным критериям, погрешность составит не менее 15-20%;

- при расчете и построении контура эквивалентного уровня звука группы ВС одного или нескольких типов за установленный временной период погрешность составит не менее 15-40% в зависимости от заданного временного периода и расчетного критерия эквивалентного уровня звука (65, 55, 45дБА).

Немаловажное значение для проведения расчетов и последующего построения контуров имеют:

- заданные расчетные маршруты и условия эксплуатации ВС в районе аэродрома;

- заданные расчетные допущения;

- применяемая методика расчета;

- наличие достаточной базы исходных данных;

- масштаб вывода и переноса исходных данных и результатов расчетов на подоснову (карту) исследуемой территории.

К сожалению, в настоящее время в России и за рубежом имеются только приближенные методики расчета и построения контуров равного эквивалентного уровня звука при летной и наземной эксплуатации ВС, с погрешностью расчета в конкретной точке до 15-40% по сравнению с результатами прямых измерений. Об этом свидетельствуют результаты исследований, выполненных для установления погрешности расчетных методов в сравнении с прямыми измерениями, в апреле-мае 2006 г. в районе аэродрома Внуково.

Для целей этих исследований был выполнен предварительный расчет контуров равного эквивалентного уровня звука по следующим методикам [3,6,7,8]. По результатам измерений и расчетов были построены линии равного эквивалентного уровня звука ЬЛэкв =55 и 65дБА: за двухчасовой, четырехчасовой и шестнадцатичасовой период измерений. В качестве исходных данных для расчетов использовались данные фактических полетов и измерений конкретных типов ВС за определенный промежуток времени, а результаты работы изложены в [9].

Сравнение расчетных и измеренных характеристик по линиям равного эквивалентного уровня звука с расчетом погрешности расчетных исследований по линейному отклонению от условной оси траектории взлета ВС показало, что наиболее худшая сходимость, а

соответственно и большая погрешность результатов расчета с измерениями наблюдается с уменьшением времени измерения, что косвенно отражается на меньшем количестве расчетных ВС, а также для вариантов расчета по методу 1 и 4, по сравнению с методом 3.

Отличие методов 3 и 4, разработанных с учетом «Рекомендаций по установлению зон ограничения жилой застройки в окрестностях аэропортов гражданской авиации из условий шума», заключается в том, что первый не учитывает истинные акустические характеристики самолетов импортного производства, а второй, в свою очередь, - истинные акустические характеристики самолетов отечественного производства.

Для возможностей расчетов вклада отсутствующих в базе данных ВС обе методики предполагают использование самолета-аналога из своей базы данных, что для отдельных задач, например, изменения акустической ситуации при замене парка самолетов или возможностей применения шумовых лимитов в конкретном аэропорту, может иметь место.

В данной постановке использование расчетных методов затруднительно и не может быть принято для случая разработки зон регулируемой жилой застройки, когда точность установления линии равного эквивалентного уровня звука границ зон, непригодных к застройке или запрещения застройки, должна быть не менее ±50м, что составляет не менее 2% от ширины контура для ЬАэкв=55дБА. Такая погрешность может быть обеспечена при измерениях приборами первого класса точности, МЭК 61672-1 [10], класс1.

Этого результата можно достичь только проведением качественных измерений, а расчетный контур (линию равного уровня звука) использовать для ориентира месторасположения точек измерения. После проведения измерений составляется шумовая карта района (микрорайона) с последующим, ежегодным уточнением зоны зашумления посредством прямых измерений. Именно так ЕС рекомендуется выполнять оценку зашумления территорий и составление шумовых карт городов [11].

4. Реализация рекомендаций ЕС по составлению шумовых карт

Данная работа впервые в нашей стране была осуществлена в 2006г. при построении шумовых зон аэродрома Остафьево в рамках разработки проекта СЗЗ [12]. Исследования характеристик авиационного шума, создаваемого на местности специально организованными для поставленных целей полетами ВС на действующем аэродроме, были проведены в России впервые. По разработанной «Программе и методике проведения измерений авиационного шума на местности при выполнении полетов на аэродроме Остафьево» [12] были смоделированы варианты планируемой интенсивности самолетовылетов на перспективный период до 2020г.

Расчет контуров равного уровня звука производился по методике [7]. Результаты расчетных построений контуров равного уровня звука, скорректированные по выполненным многоточечным натурным измерениям авиационного шума, показали современное и перспективное состояние акустической обстановки на территории вблизи аэродрома Остафьево. Натурные летные исследования доказали изменение размеров площади зашумления территории за счет применения малошумных методов пилотирования при взлете воздушных судов и при нарушении установленных маршрутов выхода из зоны аэродрома.

Проведенное сравнение результатов расчетных и экспериментальных исследований (рис. 9 - 10) выявило разницу в площадях, ограниченных линиями равного уровня звука: в 1,7 раза при построении расчетной и измеренной линий равного эквивалентного уровня звука ЬАэкв=65дБА и в 4,7 раза при построении аналогичных линий ЬАэкв=55дБА.

Заключение

По результатам выполненных исследований разработаны рекомендации по улучшению акустической ситуации на территории вблизи аэродрома Остафьево, установлены границы зон регулируемой жилой застройки территории по установленным маршрутам полетов ВС, дана

оценка влияния удлинения ВПП аэродрома на изменение размеров зон регулируемой жилой застройки для планируемой интенсивности самолетовылетов на прогнозируемый период.

Для решения задач зонирования предлагается использовать суточный критерий шума в виде Ьс/„, который рекомендуется ИКАО [4] или в виде Ь^е„, который рекомендуется директивой ЕС [14]. В этом случае расчетный вариант оценки шумовой обстановки выполняется для одного периода - для суток, но с разделением на несколько интервалов, что позволит решить проблему шумового баланса территории через введение квотирования шумовой нагрузки по различным временам суток.

Регламентацию ограничения застройки в районе аэропорта предлагается выполнять по четырем зонам (табл. 1). Границы территории зоны, непригодной к застройке, считать границами СЗЗ аэродрома (аэропорта). Для целей выполнения противошумных мероприятий в зоне регулируемой застройки необходимо использовать допустимые значения максимальных -LAmax и эквивалентных - ЬАэкв уровней звука.

Для аэродромов с низкой интенсивностью полетов (менее 40) регламентация ограничения застройки в районе аэропорта и обоснование размеров СЗЗ по неблагоприятному внешнему воздействию АШ построение контуров равного уровня звука выполняется по критериям ЬАэкв или ЬАтах, приведенным в табл. 1.

Таблица 1

Регламентация ограничения застройки в районе аэропорта

Вид ограничения £dеn, дБА День, дБА Ночь, дБА

£Аекв £Амах £Аекв £Амах

Зона, непригодная к застройке £>75 £>75 £>90 £>65 £>80

Зона запрещения жилой застройки 75>£>65 75>£>65 90>£>80 65>£>55 80>£>70

Зона регулируемой застройки 65>£>55 65>£>55 80>£>70 55>£>45 70>£>60

Зона застройки без ограничений £<55 £<55 £<70 £<45 £<60

Признать целесообразным использовать единый порядок установления границ зон регулируемой застройки в районе аэродрома, который предполагает в общем виде следующую последовательность:

- на основании исходной информации (типы ВС, настоящая и прогнозируемая интенсивности полетов в летнее время года) на масштабной подоснове вдоль установленных маршрутов движения ВС по единой методике выполняется расчет и построение контуров равного уровня звука при летной и наземной эксплуатации ВС;

- по обобщенному контуру устанавливается и согласовывается граница СЗЗ и, если требуется, границы других зон регулируемой застройки;

- подтверждения границ СЗЗ с помощью натурных измерений выполняются в согласованных с территориальными органами Роспотребнадзора точках (местах).

о

К

Рч

.Т^гг

Рисунок Н

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

зоны запрещения жилой застройки С33, площаЗью Бзапрещ = 102,35км' линии регулируемой жилой застройки СЗЗ, площадью 5регулиро6 = 1М.30 км2

Рисунок 1.3

Рис. 6 Рис- 5

Рис. 7

СРАВНЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ КОНТУРОВ РАВНОГО ЭКВИВАЛЕНТНОГО УРОВНЯ ЗВУКА (Азкв = 65 дБА ПРИ ПОЛЕТАХ ВС

тныс 0Б03И.І ЧЕИИЯ:

Расчетная пиния ройного уровня звука (Ажв = 65 дБА при взлете ВС (справа от ВПП), 5=1172 км ‘ 1-1

т Линия равного уровня звука 1Азкв =65 дБА при взлете ВС/справа от ВПП) по результатам измерений с применением мероприятии по уменьшению шума, 5=0,698 км Расчетная линия равного уровня звука / АзкО = 65 дБА при посадке ВС (слева т ВПП) 54641км2 ?

Рисунок 5.1 • Линия равного уровня звука 1Ажв =65 дБА при посадке ВС (слева от ВПП! по результатам измерений, 5=0,^35 км~

Рис. 9

СРАВНЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ КОНТУРОВ РАВНОГО ЭКВИВАЛЕНТНОГО УРОВНЯ ЗВУКА [А экв = 55 дБА ПРИ ПОЛЕТАХ ВС

.. ~ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНА ЧЕНИЯ ' " ’

>1!/> Расчетная линия радного уровня звука (Аэкв = 55 дБА при взлете ВС (справа от ВПП), 5=25,187 км' ------------•----- —^

у-\' . Линия равного уровня звука І.А зкв = 55 дБА при взлете ВС (справа от ВПП) па результатам измерений с применением мероприятий па уменьшению шума, $=8,182 км ~

Расчетная линия равного уровня звука /Азкв = 55 дБА при посадке ВС (слева от ВПП), км г

Рисунок 52 Линия равного уровня звука / Аэкв = 55 дБА при посадке ВС (слева от ВПП! по результатам измерений, 5=1,902 км

ЛИТЕРАТУРА

1. СН 2.2.4/2.1.8.562-96 Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки.

2. ГОСТ 22283-88 Шум авиационный. Допустимые уровни шума на территории жилой застройки и методы его измерения.

3. Protective Noise Levels. Condensed Version of EPA Levels Document (EPA/ONAC 550/9-74-004, March, 1974). Internet merchant, 1997.

4. Directive 2002/49/EC of the European Parliament and of the Council of 25 June, 2002 Relating to the Assessment and Management of Environmental Noise (Директива 2002/49/EC Европейского парламента и Совета Европы от 25 июня 2002 года по оценке и регулированию шума окружающей среды), 2002.

5. Рекомендации по установлению зон ограничения жилой застройки в окрестностях аэропортов гражданской авиации из условий шума. - М.:НИИ СФ, ГосНИИ ГА, МНИИ гигиены, 1987.

6. Самохин В.Ф. Методика расчета шума самолетов на местности на основе экстраполяции результатов акустических испытаний силовой установки самолета в статических условиях на полетные условия. - М.:ЦАГИ, 1998.

7. Методика INM 6.2 «The Integrated Noise Model».

8. Картышев О.А. Анализ и обобщение практики в области регламентации и выбора мест расположения пунктов контроля авиационного шума вблизи аэропортов / Семинар ЦАГИ «Авиационная акустика». - М., 2006.

9. ГОСТ 17187-81 Шумомеры. Общие технические требования и методы испытаний: отчет по проведению измерений авиационного шума на местности при выполнении полетов на аэродроме Остафьево. - М.:ЗАО «ЦЭБ ГА», 2007.

10. Directive 2002/49/EC of the European Parliament and of the Council of 25 June, 2002 Relating to the Assessment and Management of Environmental Noise (Директива 2002/49/EC Европейского парламента и Совета Европы от 25 июня 2002 года по оценке и регулированию шума окружающей среды). - 2002.

11. Программа и методика проведения измерений авиационного шума на местности при выполнении полетов на аэродроме Остафьево. - М.: ГосНИИ ГА, ЗАО «ЦЭБ ГА», 2006.

12. Руководство по проектированию аэропортов. Использование земельных участков и контроль над окружающей средой. - Монреаль: ИКАО, Doc. 9184-AN/902/2. - изд.3-е. - 2005. - Ч.2.

13. Сводное заявление о постоянной политике и практике ИКАО в области охраны окружающей среды. Резолюция А33-7 Ассамблеи ИКАО, 2003.

SANITARY ZONE DEFINITION IN THE AIRPORT VICINITY ON THE BASE OF «AVIATION NOISE» FACTOO

Kartyshev O.A.

Some investigation results of sanitary zone definition in the airport vicinity on the base of «aviation noise» factor are presented in the article. Experimental and calculation noise estimations methods errors data are presented. The necessity of experimental confirmation of calculation data is founded. Some first results of sanitary zone boundary definition are presented. And concrete methodical recommendations are made.

Key words: aviation noise, estimation, sanitary zone definition.

Сведения об авторе

Картышев Олег Алексеевич, 1949г.р., окончил Ленинградский институт авиационного

приборостроения (1976), кандидат технических наук, директор авиационного экологического центра ФГУП ГосНИИ ГА, автор более 50 научных работ, область научных интересов - авиационная акустика, экология воздушного транспорта, история гражданской авиации.