Определение выбросов вредных веществ автотранспортом на городской магистрали

ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ

УДК 502.7

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫБРОСОВ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ АВТОТРАНСПОРТОМ НА ГОРОДСКОЙ МАГИСТРАЛИ

Н.П. Фандеев, Л.В. Стрельникова, Н.С. Михалюк

Проведено исследование автотранспортного потока одной из наиболее загруженной центральной улицы города - улицы Садовского. Дана полная характеристика этой транспортной магистрали.

Ключевые слова: Автомобильный транспорт, автомагистраль, выбросы автотранспорта, перекресток, структура потока автотранспорта.

В период июль - август 2011-12 года было проведено исследование автотранспортного потока по всей длине ул. Садовского (г. Новомосковск). Данная городская транспортная магистраль выбрана как наиболее загруженная, связывающая основные транспортные путепроводы города Новомосковска, через нее проходят как внутригородские маршруты следования автотранспорта, так и междугородние.

Общая протяженность улицы Садовского составляет 1297 м.

Ширина проезжей части - 6 м;

Количество полос движения в каждом направлении - 1.

Имеются три регулируемых перекрестка: с ул. Калинина,

ул. Московской, ул. Трудовые резервы; три нерегулируемых перекрестка: с ул. Свердлова, ул. Октябрьской, ул. Березовой.

Необходимость разбиения ул. Садовской на отдельные участки вызвана как наличием перекрестков различных типов, так и различным характером автотранспортного потока на протяжении всей автомагистрали.

Было выполнено следующее разбиение улицы Садовского на участки (при этом определена примерная протяженность каждого участка с ис-

292

пользованием навигатора), причем для регулируемых перекрестков определена периодичность работы светофоров с учетом действия запрещающего («красный» и 2 «желтых») и разрешающего («зеленый») сигналов светофора, табл. 1.

Для перекрестка использовали понятие учтенной длины, которую приняли равной 25 м в направлении улиц, его образующих. Такое значение принято из анализа влияния (рассеивания) выбросов вредных веществ от рассредоточенного источника (улица) [3]. Поэтому для крестообразных перекрестков, находящихся внутри участков, их исследуемая длина в сумме составляет 25+25+6 = 56 м, для конечных (тупиковых) перекрестков 25+6=31 м.

Таблица 1

Исследуемые участки

Участок Длина, м Время действия запрещающего сигнала светофора, мин Время действия разрешающего сигнала светофора, мин

Перекресток ул. Садовского - ул. Калинина 31 0,62 0,62

Участок ул. Калинина - ул. Свердлова 216

Перекресток ул. Садовского - ул. Свердлова 56

Участок ул. Свердлова - ул. Московская 186

Перекресток ул. Садовского - ул. Московская 107 0,78 0,57

Участок ул. Московская - ул. Октябрьская 250

Перекресток ул. Садовского -ул. Октябрьская 56

Участок ул. Октябрьская -ул. Трудовые резервы 223

Перекресток ул. Садовского - ул. Трудовые резервы 56 0,83 0,48

Участок ул. Трудовые резервы - ул. Березовая 85

Перекресток ул. Садовского -ул. Березовая 31

При проведении исследовательской работы для оценки величин выбросов загрязняющих веществ в атмосферу автотранспортными потоками на городских магистралях использовалась «Методика определения выбросов автотранспорта для проведения сводных расчетов загрязнения атмосферы городов» (Москва, 1999 г.) [3].

Расчет выбросов движущегося автотранспорта

Выброс 1-го загрязняющего вещества (г/с) движущимся автотранспортным потоком на автомагистрали (или ее участке) с фиксированной протяженностью Ь (км) определяется по формуле:

Т к

м,=^

где Ык1 (г/км) - пробеговый выброс 1-го вредного вещества автомобилями к-й группы для городских условий эксплуатации;

к - количество групп автомобилей;

Ок (1/ час ) - фактическая наибольшая интенсивность движения, т. е. количество автомобилей каждой из К групп, проходящих через фиксированное сечение выбранного участка автомагистрали в единицу времени в обоих направлениях по всем полосам движения;

Гуъг поправочный коэффициент, учитывающий среднюю скорость движения транспортного потока на выбранной автомагистрали (или ее участке);

1/3600 - коэффициент пересчета «час» в «сек»;

Т (км) - протяженность автомагистрали (или ее участка) из которого исключена протяженность очереди автомобилей перед запрещающим сигналом светофора и длина соответствующей зоны перекрестка (для перекрестков, на которых проводились дополнительные обследования).

Расчет выбросов автотранспорта в районе регулируемого перекрестка

При расчетной оценке уровней загрязнения воздуха в зонах перекрестков следует исходить из наибольших значений содержания вредных веществ в отработавших газах, характерных для режимов движения автомобилей в районе пересечения автомагистралей (торможение, холостой ход, разгон).

Выброс 1 - го загрязняющего вещества (г/мин) в зоне перекрестка при запрещающем сигнале светофора определяется по формуле:

р N ц N

Мш = — ЕЕ МП,к-Ск,п)

40 п-1 к-1

где Р (мин) - продолжительность действия запрещающего сигнала светофора (включая желтый цвет);

Ыц - количество циклов действия запрещающего сигнала светофора за 20- минутный период времени;

Игр - количество групп автомобилей;

МП (г/мин) - удельный выброс 1-го загрязняющего вещества автомобилями к-ой группы, находящихся в «очереди» у запрещающего сигнала светофора;

Окп - количество автомобилей к группы, находящихся в «очереди» в зоне перекрестка в конце п-го цикла запрещающего сигнала светофора.

294

Таким образом, для автомагистрали (или ее участка) при наличии регулируемого перекрестка суммарный выброс М будет равен:

п m

M = Е

1 1

где МП1, МП2, МП3, МП4 - выброс в атмосферу автомобилями, находящи-

мися в зоне перекрестка при запрещающем сигнале светофора;

Ми, М^2, М^3, М^4 - выброс в атмосферу автомобилями, движущимися по данной автомагистрали в рассматриваемый период времени;

п, ш - число остановок автотранспортного потока перед перекрестком соответственно на одной и другой улицах его образующих за 20- минутный период времени;

индексы 1 и 2 соответствуют каждому из 2-х направлений движения на автомагистрали с большей интенсивностью движения, а 3 и 4 - соответственно для автомагистрали с меньшей интенсивностью движения [3].

В качестве исходных данных для расчета выбросов автотранспорта в атмосферу использовались результаты натурных обследований структуры и интенсивности автотранспортных потоков с подразделением по основным категориям автотранспортных средств.

Расчеты выбросов выполнены для следующих вредных веществ, поступающих в атмосферу с отработавшими газами автомобилей:

- оксид углерода (СО);

- оксиды азота NОx (в пересчете на диоксид азота);

- диоксид серы (БО 2);

Для определения характеристик автотранспортных потоков на выбранных участках ул. Садовского проведен учет проходящих автотранспортных средств в обоих направлениях с подразделением по группам, табл. 2.

В данной таблице указано количество проезжающего соответствующий участок ул. Садовского автотранспорта за 1 час времени наблюдения на данном участке. Время наблюдения выбрано - летний период, часы наблюдения - 11-00 до 14-00, дни недели - суббота и воскресенье, так как в этот период наблюдается максимальная нагрузка автотранспортным потоком на выбранный путепровод города.

Таблица 2

Учет автотранспортных средств

Ул. Садовского

Группа автотранспортного средства Перекресток Калинина Калинина-Свердлова Перекресток Свердлова Свердлова-Московская Перекресток Московская Московская- Октябрьская Перекресток Октябрьская Октябрьская- Трудовые резервы Перекресток Трудовые резервы Трудовые резервы-Березовая Перекресток Березовая

Л - легковые 582 563 644 577 1498 939 720 911 1238 559 559

ЛД - легковые дизельные 31 29 32 29 78 49 38 45 71 29 24

ГК<3 т - грузовые кар бюр аторные 176 204 205 202 420 471 359 473 530 292 228

ГК>3т 6 1 1 1 16 1 1 1 4 0 0

АК - автобусы карбюраторные 48 33 29 32 83 84 63 77 110 116 82

ГД - грузовые дизельные 13 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1

АД - автобусы дизельные 3 2 2 2 3 2 2 2 3 2 1

Итого 859 832 913 843 2098 1546 1183 1509 1956 999 895

Предварительный анализ табл. 2 позволяет выявить наиболее нагруженные участки автомагистрали.

В нашем случае, это перекресток ул.Садовского - ул.Московская и перекресток ул.Садовского - ул.Трудовые резервы, а также участок автомагистрали между этими перекрестками. Здесь наблюдается наибольшее движение автотранспорта - до 1500 автомобилей в 1 час (в часы пиковой нагрузки). Значительная нагрузка перекрестка ул.Садовского -ул.Московская связана с тем, что данный перекресток является связующим звеном между внутригородскими транспортными сетями и междугородней (федеральной трассой (направлением Москва - Рязань). Улица Московская

- одна из центральных улиц города Новомосковска.

Несмотря на то, что по проведенным исследованиям нагрузка конечных перекрестков ул.Садовского - ул.Калинина (регулируемый) и ул.Садовского - ул.Березовая (нерегулируемый) почти одинакова, стоит отметить, что в часы пик автомобильный поток нерегулируемого перекре-

стка с ул.Березовая представляет собой почти стоящий поток, скорость движения которого меньше 10 км/ч.

В первую очередь это можно связать с увеличением числа автотранспорта в период с 11-00 до 14-00, особенно в летний период и выходные дни; во - вторых, на участке по ул.Садовского от ул.Трудовые резервы до ул.Березовая автотранспортный поток движется практически в 2-3 ряда, а при повороте на ул.Березовая перестраивается в один ряд, что, естественно, тормозит весь поток и существенно снижает скорость его движения.

Наличие автобусной остановки на участке ул.Трудовые резервы -ул.Березовая создает дополнительные трудности при проезде автотранспортом данного участка и перекрестка ул.Садовского - ул.Трудовые резервы, так как данная остановка расположена практически на самом перекрестке и часть пассажирских автобусов останавливается на перекрестке, мешая при этом свободному пересечению перекрестка.

Проезжая часть участка по ул.Березовая вдоль Центрального рынка представляет собой места парковки автотранспорта, что не позволяет здесь осуществлять двухрядное движение автомобилей. В дополнении к этому, на следующем по ходу движения автотранспортного потока нерегулируемом перекрестке ул.Березовая - ул.Бережного обязательное (ПДД) наличии в данном месте наземного пешеходного перехода создает условия для постоянной остановки автотранспортного потока (без определенной периодичности как на регулируемых перекрестках).

Наличие такого сужения автотранспортного потока в районе перекрестка с ул.Березовой создает условия для возникновения затрудненного движения по ул.Садовского от ул.Московской до ул.Березовая при движении в центр города.

Анализ табл. 2 по группам автотранспорта позволяет указать вид автотранспорта, представленный на улицах города в большем количестве -легковой автотранспорт - около 65 % от общего числа проезжающего автотранспорта по исследуемой улице. 25 % - пассажирские и грузовые «Газели», 6 % - автобусы типа «ПАЗ». На перекрестке с ул.Калинина наблюдается наличие такого типа транспорта как ГД - грузовые дизельные, что связано с использованием данного перекрестка при движении в объезд центра города и выезда на федеральную трассу Москва - Рязань.

При исследовании регулируемых перекрестков учтена длина очереди стоящего автотранспорта на запрещающий сигнал светофора, полученные данные предполагается использовать для расчета рассеивания выбросов ВВ в направлении жилых массивов.

Был проведен расчет выбросов загрязняющих веществ автотранспортом на каждом выделенном участке с распределением по группам автотранспорта как для движущегося, так и для стоящего автотранспорта на регулируемых перекрестках по вышеуказанной методике, таблицы 3-5, рис. 1-3.

Таблица 3

Расчет выбросов СО

Обобщенная длина перекрестков и участков между ними Массовый выброс, г/с на 1 м

м г/с

Перекресток Калинина, 31 0,405 0,013

Калинина - Свердлова, 216 1,400 0,006

Перекресток Свердлова, 56 0,414 0,007

Свердлова - Московская, 186 1,493 0,008

Перекресток Московская, 107 1,998 0,019

Московская -Октябрьская, 250 5,281 0,021

Перекресток Октябрьская, 56 1,264 0,023

Октябрьская - Трудовые резервы, 223 4,596 0,021

Перекресток Трудовые резервы, 56 1,519 0,027

Трудовые резервы- березовая, 85 1,621 0,019

Перекресток Березовая, 31 0,675 0,022

Итого 20,666 0,186

£

& ^ Сь ^ ^ X Ш 2^ ^ СТ ^ 03

с ^

& £

Го 03 со ^

° ° (Г,

Ц Ю £ СІ О 00

сг ^ т_ ш О со О

о ^

О 03 ° о

Ц °

& О -

* 03

Ош ¡£

о ° ю СЧ

о о

Ш

£

ш £

Ш £

= о

со

о::-

пз

ш _

.0 .0 со со о а ^

£ &. £. ь ш

ю

|§ “ о І-- 1_0

0,030

0,025

0,020

0,015

0,010 -

0,005 -

0,000

Предварительный анализ выбросов СО позволяет указать участки (по данному веществу) с наибольшими значениями - перекресток

298

ул.Садовского - ул.Трудовые резервы, перекресток ул.Садовского -ул.Березовая, участок ул .Московская- ул.Трудовые резервы.

Таблица 4

Расчет выбросов МОх

Обобщенная длина перекрестков и участков между ними Массовый выброс, г/с на 1 м

м г/с

Перекресток Калинина, 31 0,009 0,000292

Калинина - Свердлова, 216 0,089 0,000413

Перекресток Свердлова, 56 0,031 0,000555

Свердлова - Московская, 186 0,078 0,000419

Перекресток Московская, 107 0,074 0,000691

Московская -Октябрьская, 250 0,230 0,000921

Перекресток Октябрьская, 56 0,053 0,000948

Октябрьская - Трудовые резервы, 223 0,204 0,000917

Перекресток Трудовые резервы, 56 0,064 0,001144

Трудовые резервы- Березовая, 85 0,075 0,000879

Перекресток Березовая, 31 0,048 0,001564

Итого 0,956 0,008743

Предварительный анализ выбросов КОх позволяет указать участки (по данному веществу) с наибольшими значениями - перекресток ул.Садовского - ул.Березовая, перекресток ул.Садовского - ул.Трудовые резервы.

Таблица 5

Расчет выбросов по 802

Обобщенная длина перекрестков и участков между ними Массовый выброс, г/с на 1 м

м г/с

Перекресток Калинина, 31 0,00177967 5,74087E-05

Калинина - Свердлова, 216 0,004817484 2,23032E-05

Перекресток Свердлова, 56 0,00143092 2,55522E-05

Свердлова - Московская, 186 0,004913175 2,64149E-05

Перекресток Московская, 107 0,006289401 5,87794E-05

Московская -Октябрьская, 250 0,011605344 4,64214E-05

Перекресток Октябрьская, 56 0,004006293 7,1541E-05

Октябрьская - Трудовые резервы, 223 0,02052544 9,20423E-05

Перекресток Трудовые резервы, 56 0,004620873 8,25156E-05

Трудовые резервы- березовая, 85 0,005032801 5,92094E-05

Перекресток Березовая, 31 0,002264839 7,30593E-05

Итого 0,067286239 0,000615247

0,0001 1-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

0,00009 -----------------------------------------------------------------------------------------------------1 ------------------------------------------

0,00008 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

0,00007 ---------------------------------------------------------------------------------------^ --------------

0,00006 --------------------------------------------------------------------------------------- —

0,00005 - ------------------------------------------- --------------

0,00004 - -------------------------------------------

0,00003 - -------------------------------------------

0,00002 -0,00001 -

0 -I-------------1-------------1-------------1--------------^-------------1--------------^-------------1--------------^^----------------------------------------

Перекресток Калинина - Перекресток Свердлова - Перекресток Московская - Перекресток Октябрьская - Перекресток Трудовые Перекресток

Калинина ,31 Свердлова, Свердлова,56 Московская, Московская Октябрьская, Октябрьская, Трудовые Трудовые резервы- Березовая,31

216 186 ,107 250 56 резервы, 223 резервы ,56 березовая,85

Участки (по данному веществу) с наибольшими значениями - перекресток ул.Садовского - ул.Березовая, перекресток ул.Садовского -ул.Трудовые резервы, участок от ул.Московская - до ул.Березовая.

Дальнейший анализ таблиц позволит определить такие позиции как самый загрязненный участок ул. Садовского, «тип автотранспорта, оказывающего наибольшее негативное воздействие на ОС», «концентрация ВВ мг/м от автотранспорта», зависимость выброса ВВ от режима движения автотранспорта и вида автотранспорта и др.

Получены данные по количеству зарегистрированного автотранспорта по г. Новомосковску. По состоянию на 01.01.2011 г:

1) общее количество механических транспортных средств, находящихся на постоянном учете - 44281;

2) количество легкового автотранспорта, в том числе в личном пользовании: - физических лиц - 33530; - юридических лиц - 1701;

3) количество грузового автотранспорта, в том числе в личном пользовании: - физических лиц - 1437; - юридических лиц - 1168;

4) количество автотранспортных средств категории А, в том числе в личном пользовании: - физических лиц - 948; - юридических лиц - 17;

5) количество автотранспортных средств категории Д, в том числе в личном пользовании: - физических лиц - 1039; - юридических лиц - 266;

6) количество автотранспорта, находящегося в эксплуатации 10 лет и более: - до 2000 г. - 24790; - после 2000 г. - 20535.

Следует отметить, что участниками движения на автомагистралях города Новомосковска является не только автотранспорт, зарегистрированный в городе, но и автотранспорт из близлежащих городов, таких как г.Донской (имеется РЭО ГИБДД УВД по г.Донскому), г.Кимовск, г.Северо

- Задонск, г.Узловая и другие, а также некоторое количество транзитного транспорта.

Город Новомосковск отличается компактной городской застройкой, основные автомагистрали проходят по всем жилым районам и выбросы автотранспорта оказывают непосредственное негативное воздействие на здоровье населения города, практически через центр города проходит трасса Москва (М4) - Рязань. Поэтому вопрос о влиянии выбросов автотранспорта на здоровье населения для нашего города является актуальным, требует его изучения и принятия важных решений.

В результате проведенных натурных обследований городских автомагистралей выявлены улицы с повышенной интенсивностью автотранспортного потока. Проведено исследование автотранспортного потока одной из наиболее загруженной центральной улицы города - улицы Садовского. Дана полная характеристика этой транспортной магистрали: геометрические параметры, тип перекрестков, время действия сигналов светофоров, особенности движения автотранспортного потока на отдель-

ных участках, проведен учет проходящих автотранспортных средств с подразделением их по группам.

Проведенный анализ собранных и рассчитанных данных позволил выявить наиболее загруженные участки рассматриваемой городской автомагистрали, классифицировать автотранспортный поток, определить группы автотранспорта, оказывающие наибольший вклад в загрязнение атмосферы города (с учетом режима движения автомобильного потока). Проведенная практическая работа позволит в дальнейшем использовать полученные данные для составления сводных отчетов по выбросам, конкретным расчетам по загрязнению атмосферного воздуха и последующей оценке влияния загрязненного воздуха на население, проживающее вдоль городских автомагистралей, а так же дать некоторые рекомендации по организации и упорядочению движения автотранспорта в пределах жилых районов города: создание дополнительных автотранспортных развязок, перенаправление движения грузового транзитного автотранспорта в объезд жилых районов и др.

Список литературы

1. Адушкин, В.В.Соотношение антропогенной и природной составляющих в потоке газов в атмосферу // Глобальное изменения природной среды. 2001. Новосибирск: Изд-во СО РАН, филиал «Гео», 2001.

2. Новиков, Ю. В. Экология, окружающая среда и человек: учеб. пособие для вузов, средних школ и колледжей. М.: ФАИР-ПРЕСС, 2002. -506 с.

3. Методика определения выбросов автотранспорта для проведения сводных расчетов загрязнения атмосферы городов. Утв. Госкомэкологии России. Москва, 1999.

Николай Петрович Фандеев, канд. техн. наук, зав. кафедрой, Россия, Новомосковск, НИ (ф) РХТУ им. Д.И. Менделеева, k_uribzd@,dialog. nirhtu. ru,

Лариса Владимировна Стрельникова, ст. преподаватель кафедры «УР и БЖД» Россия, Новомосковск, НИ (ф) РХТУ им. Д.И. Менделеева, k_uribzd@,dialog. nirhtu. ru,

Николай Степанович Михалюк, Россия, г. Новомосковск, д-р. мед. наук, профессор, начальник территориального отдела управления Роспотребнадзора по Тульской области, k urihzd a dialog. nirhtu. ru

MOTOR TRANSPORT, HIGHWAY, MOTOR TRANSPORT EMISSIONS, INTERSECTION, STRUCTURE OF A STREAM OF MOTOR TRANSPORT

N.P. Fandeev, L. V. Strelnikova, N. S. Mihaluk

Research of a motor transportation flow of one of the most loaded central city street - Sadovsky Street is conducted. The total characteristic of this thoroughfare is given.

Key words: Motor transport, highway, motor transport emissions, intersection, structure of a stream of motor transport.

Fandeev Nikolai Petrovich, k_uribzd@,dialog.nirhtu. ru, Candidate of Technical Sciences, managing director of department "Sustainable development and life safety”, Russia, Novomoskovsk, The Novomoskovsk’s Institute (subdivision) of the Mendeleyev Russian Chemical-Technological University,

Strelnikova Larisa Vladimirivna, k_uribzd@,dialog.nirhtu.ru, senior teacher of department "Sustainable development and life safety", Russia, Novomoskovsk, The Novomoskovsk’s Institute (subdivision) of the Mendeleyev Russian Chemical-Technological University,

Mikhalyuk Nikolai Stepanovic, k_uribzd@dialog. nirhtu. ru, MD, Professor of department "Sustainable development and life safety", Russia, Novomoskovsk, The Novomoskovsk’s Institute (subdivision) of the Mendeleyev Russian Chemical-Technological University

УДК 613.6:616-057

АКУСТИЧЕСКОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ СЕЛИТЕБНЫХ ЗОН ГОРОДА НОВОМОСКОВСКА

А.А. Быкова, Н.С. Михалюк, А.А.Мишанов

Рассмотрены проблемы акустического загрязнения территории города Новомосковска; представлены результаты исследований уровней шума на различных автомагистралях в сравнении с предельно допустимыми уровнями шума; выявлено, что на некоторых улицах города уровень шума превышает допустимые значения, что может явиться фактором риска здоровью населения, представлен перечень мероприятий, позволяющий уменьшить этот риск.

Ключевые слова: энергетическое загрязнение, транспортный шум, предельно допустимый уровень шума, риск здоровью населения.

Шум - беспорядочные колебания различной физической природы, отличающиеся сложной временной и спектральной структурой. С физиологической точки зрения шумом может быть назван любой нежелательный звук (простой или сложный), мешающий восприятию полезных звуков (человеческой речи, сигналов и пр.), нарушающих тишину и оказывающих вредное действие на человека[1].

По данным исследователей, «шумовое загрязнение», характерное сейчас для больших городов, сокращает продолжительность жизни их жителей на 10-12 лет. Негативное влияние на человека от шума мегаполиса на 36% более значимо, чем от курения табака, которое сокращает жизнь человека в среднем на 6-8 лет [1].

Человеческий организм по-разному реагирует на шум разного уровня. Шумы уровня 70-90 дБА при длительном воздействии приводят к заболеванию нервной системы, а более 100 дБА - к снижению слуха, вплоть до глухоты.