Опыт геоэкологического мониторинга приземного слоя атмосферы над уличнодорожной сетью (на примере г. Воронежа)

ОПЫТ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ПРИЗЕМНОГО СЛОЯ АТМОСФЕРЫ НАД УЛИЧНО-ДОРОЖНОЙ СЕТЬЮ

EXPERIENCE OF GEOECOLOGICAL MONITORING OF SURFACE LAYER OF THE ATMOSPHERE OVER THE STREET ROAD NETWORK

P. А. Кондауров, А. Б. Якушев R. A. Kondaurov, A. B. Yakushev

Воронежский филиал «ВоронежГипродорНИИ» ОАО «Дорожный проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт

«ГИПРОДОРНИИ», ООО «Центр-Дорсервис»

В статье рассматриваются результаты геоэкологического мониторинга приземного слоя атмосферы в пределах улично-дорожной сети на примере г. Воронежа.

The article reviews the results of geoecological monitoring of the atmospheric surface layer within the street road network by the example of Voronezh.

Введение. Одним из постоянно растущих источников негативного воздействия на приземный слой атмосферы над урбанизированными территориями является улично-дорожная сеть [5]. Это обусловлено, в числе прочих факторов, ростом количества автотранспорта. Улично-дорожная сеть не справляется с транспортным потоком как на магистральных, так и на объездных дорогах. Похожая ситуация сложилась и в г. Воронеже. По данным ГИБДД г. Воронежа, городской парк автомобилей за последнее десятилетие значительно увеличился и на 1 января 2010 г. он составил 255929 автомобилей, в то время как в 2006 г. он составил 205675 автомобилей. Эмиссия загрязняющих веществ в атмосферный воздух от автотранспортных средств за 2009 г. составила 118220,5 т (более 90 % от валового выброса в атмосферу всех загрязняющих веществ в г. Воронеже) [9].

Цель, задачи, объект и предмет исследования. Целью настоящей работы является геоэкологический мониторинг с последующей оценкой полученных результатов.

Для достижения цели был поставлен и решен ряд задач:

- проанализировать состав и совокупную длину улично-дорожной сети г. Вороне- отобрать пробы и определить усреднённую приземную концентрацию контами-

нантов;

- осуществить статистический анализ экспериментальных данных;

- рассчитать парциальный индекс загрязнения атмосферного воздуха In;

- дать комплексную оценку загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха над улично-дорожной сетью.

7/)П11 ВЕСТНИК

_Z/2°ll_мгсу

Объектом исследования выступил приземный слой атмосферы г. Воронежа над улично-дорожной сетью типа «2Б».

Предметом исследований являются контаминанты в приземном слое атмосферы над улично-дорожной сетью.

Методика и условия проведения эксперимента. Методическим подходом к геоэкологическому мониторингу приземного слоя атмосферы в г. Воронеже является выделение основного типа улично-дорожной сети в качестве ведущего источника загрязнения.

Отбор проб, измерение концентрации контаминантов и санитарно-гигиеническая оценка полученных результатов осуществлялись в соответствии с действующими нормативными документами [2-4, 11].

При производстве геоэкологического мониторинга был использован прибор ГАНК 4 (А).

Статистический анализ полученных данных осуществлялась при помощи программного комплекса STADIA.

Расчет парциального индекса загрязнения атмосферного воздуха In осуществлён по общепризнанной методике [7].

Комплексная оценка загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха над улично-дорожной сетью проводилась по адаптированному интегральному показателю загрязнения атмосферы Катм, рассчитанному по формуле К.А. Буштуевой [1]:

к„

__I____I__

NinflKCi n2 ПДКс 2 C„ пдка где C ...C„ - среднесуточные концентрации контаминантов, присутствующих в атмосферном воздухе; ПДКС j ... Cn - ПДК с с контаминантов; N - коэффициент, величина которого зависит от класса опасности вещества и равна для I класса - 1, для II класса - 1,5, для III класса - 2, для IV класса - 4, t - экспозиция воздействия суммы загрязнений

С1 .. Cn- по повторяемости направлений ветров за год.

Показатель t рассчитывается по формуле t = Р/Р0, где Р - среднегодовой процент повторяемости штилей, %. Р0 равен 12,5 % (процент повторяемости направлений ветров одного румба при круговой розе ветров: Р0 = 100 % / 8 = 12,5 %).

В первоисточнике [8] при расчёте показателя P применяется принцип учёта случая максимального загрязнения, т. е. когда ветер дует от источника к акцептору. В рамках улично-дорожной сеть случай максимального загрязнения наступает при штиле, т. е. за показатель P логичнее принять среднегодовой процент повторяемости штилей, для г. Воронежа он равен 14 % [12].

Отбор проб, измерение концентраций контаминантов, статистический анализ, расчёт парциального индекса загрязнения и комплексная оценка загрязнения осуществлялись на базе освидетельственной Экологической лаборатории Центра экологического и гидрометеорологического сопровождения проектов Воронежского филиала «ВоронежГипродорНИИ» ОАО «Дорожный проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт «ГИПРОДОРНИИ».

Результаты и их обсуждение. Анализ структуры и особенностей улично-дорожной сети г. Воронежа выявил следующее:

- в г. Воронеже было выделено 14 категорий улично-дорожной сети;

- общая протяжённость улично-дорожной сети г. Воронежа составляет 1278,407 км;

- основной категорией улично-дорожной сети в г. Воронеже является «2Б» с протяжённостью 165,661 км, что составляет 12,96 %. Эти данные представлены по состоянию на 01.01.2004.

Улично-дорожная сеть типа «2Б» - это магистральные дороги с регулируемым движением. Основное назначение данного типа улично-дорожной сети - транспортная связь между жилыми, промышленными районами и центром города, центрами планировочных районов; выходы на магистральные улицы и дороги и внешние автомобильные дороги. Пересечения с магистральными улицами и дорогами, как правило, находятся в одном уровне. Расчётная скорость движения составляет 80 км/ч, ширина полосы движения - 3,5 ми число полос движения - 4-8 [10].

По результатам многолетнего геоэкологического мониторинга были получены усреднённые концентрации контаминантов в приземном слое атмосферы (табл. 1).

Таблица 1

Результаты геоэкологического мониторинга, мг/м3

Год и номер точки мониторинга Контаминанты

N02 Б02 СО СН2О

2006

1 0,05 0,09 2,40 0,020

2 0,08 0,15 2,27 0,008

3 0,10 0,11 2,88 0,008

2007

1 0,07 0,05 1,71 0,010

2 0,04 0,06 2,28 0,006

3 0,13 0,13 2,79 0,016

2008

1 0,14 0,14 2,34 0,010

2 0,03 0,10 2,32 0,006

3 0,03 0,91 2,02 0,007

2009

1 0,08 0,08 2,85 0,020

2 0,02 0,02 1,39 0,002

3 0,07 0,06 1,43 0,001

2010

1 0,06 0,09 4,26 0,050

2 0,06 0,09 4,11 0,042

3 0,04 0,52 3,75 0,014

Примечание: 1 - Московский проспект (Коминтерновский р-н), 2- ул. 20-летия Октября (Ленинский р-н), 3 - ул. Героев Стратосферы (Левобережный р-н). Результаты за 2010 г. получены авторами, за предыдущие годы взяты из [9].

Согласно наблюдениям за последние пять лет ситуация относительно стабильная, однако наблюдается медленное увеличение концентрации с максимумом в 2008-2010 г.

7/)п11 ВЕСТНИК _1/2011_мгсу

Сравнивая полученные данные с нормативами [2, 3], можно сделать вывод, что изучаемые контаминанты разделились на две группы: 1) преимущественно превышающие ПДКСС. (СН20, N0^ Б04); 2) не превышающие ПДКСС. (СО). Коэффициенты концентраций изучаемых контаминантов изменяются в следующих пределах: для СН2О 0,33-16,67; N02 0,50-3,50; Б04 0,40-3,00 и СО 0,46-1,42.

Для изучения зависимости между концентрациями контаминантов в соответствии со стандартными методиками проводился корреляционный анализ с последующим 2-преобразованием Фишера при доверительной вероятности Р, равной 0,90, и вычислением минимально допустимого объёма выборки. Применение 2-преобразования Фишера позволяет с большей уверенностью оценивать статистическую значимость выборочного коэффициента корреляции при малочисленных выборках и превышении абсолютного значения г<0, 5.

Оценка полученных корреляционных зависимостей осуществлялась по типологии качественной оценки тесноты корреляционной взаимосвязи (табл. 2) [6]. Результаты анализа представлены в табл. 3.

Таблица 2. Оценка корреляции Таблица 3. Результаты корреляционного анализа

Значение г Степень г

N02 Б02 С0

Б02 -0,26

СО 0,10 0,06

СН20 0,11 -0,06 0,60

Результаты 2-преобразования Фишера показали достоверность корреляционного анализа. Минимальный допустимый объём выборки оказался меньше фактического объёма выборки, что позволило полученные результаты считать статистически достоверными.

Анализируя табл. 3, можно сделать вывод, что между СН20 и СО существует корреляционная взаимосвязь средней степени. Взаимосвязями других контаминантов можно пренебречь.

В современных условиях негативное воздействие окружающей среды на организм человека обусловлено комбинированным влиянием комплекса неблагоприятных факторов. Необходимо принимать во внимание то, что высокий уровень загрязнения окружающей среды является фактором риска возникновения хронических заболеваний у людей. В связи с этим были рассчитаны показатели 1п и Катм (табл. 4).

Таблица 4

Летние индексы загрязнения атмосферы

Годы Парциальные индексы загрязнения атмосферы 1п Комплексный индекс Катм

СО Б 02 N02 СН20

Московский проспект (Коминтерновский р-н),

2006 0,84 1,80 1,25 11,78 2,03

2007 0,64 1,00 1,75 4,78 4,35

2008 0,82 2,80 3,5 4,78 6,45

2009 0,96 1,60 2,00 11,78 7,53

2010 1,32 1,80 1,50 38,76 15,09

Годы Парциальные индексы загрязнения атмосферы 1п Комплексный индекс Катм

СО Б02 N02 СН20

ул. 20-летия Октября

2006 0,80 3,00 2,00 3,58 5,22

2007 0,80 1,20 1,00 2,46 2,65

2008 0,81 2,00 0,75 2,46 16,91

2009 0,54 0,40 0,5 0,59 1,26

2010 1,29 1,80 1,50 30,90 13,07

ул. Героев Стратосферы

2006 0,97 2,20 2,50 3,58 5,16

2007 0,94 2,60 3,25 8,81 7,78

2008 0,73 18,2 0,75 3,01 12,74

2009 0,55 1,20 1,75 0,24 2,17

2010 1,20 10,4 1,00 7,40 10,57

Полученные результаты комплексной оценки загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха над улично-дорожной сетью оценивались в соответствии с табл. 5 [7].

Таблица 5

Значение Катм Оценка комплексного загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха

>2,5 Чистая атмосфера

2,5-7,5 Слабозагрязнённая атмосфера

7,5-12,5 Загрязнённая атмосфера

12,5-22,5 Сильно загрязнённая атмосфера

<22,5 Экстремально загрязнённая атмосфера

Комплексная оценка загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха над улично-дорожной сетью по трём точкам мониторинга выявляет тенденцию к повышению уровня загрязнения. По состоянию на 2010 г. атмосфера оценивается как загрязнённая и сильнозагрязнённая.

Выводы

1. Функционирование улично-дорожной сети типа «2Б» в г. Воронеже приводит к сверхнормативному загрязнению приземного слоя атмосферы следующими веществами: СН2О, N02, 304 и СО.

2. Выявлена корреляционная связь средней степени (г = 0,6) между СН20 и СО.

3. Выявлена тенденция увеличения интегрального показателю загрязнения приземного слоя атмосферы в пределах улично-дорожной сети типа «2Б».

Рекомендации

1. Для решения прикладных задач в области геоэкологии дорожно-транспортного комплекса рекомендуется использовать корреляционную взаимосвязь между СН20 и СО.

7/)п11 ВЕСТНИК _^/2ott_мгсу

2. В условиях уличио-дорожиой сети за показатель Р целесообразно принять среднегодовой процент повторяемости штилей.

Литература

1. Буштуева К. А. Выбор зон наблюдения в крупных промышленных городах для выявления влияния атмосферных загрязнений на здоровье населения / К. А. Буштуева // Гигиена и санитария. - 1985. - № 1. - С. 4-6.

2. ГН 2.1.6.1338-03. Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населённых мест. - М. : Минздрав России, 2003. - 61 с.

3. ГН 2.1.6.1983-05. Дополнение и изменения 2 к ГН 2.1.6.1338-03. Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населённых мест. - М. : Минздрав России, 2006. - 5 с.

4. ГОСТ 17.2.4.02-81 (СТ СЭВ 2598-80). Охрана природы. Атмосфера. Общие требования к методам определения загрязняющих веществ. - М. : Изд-во стандартов, 1982. - 2 с.

5. Чубирко М. И. О санитарно-эпидемиологической обстановке в городе Воронеже в 2008 году : доклад / М. И. Чубирко, Ю. И. Стёпкин. - Воронеж : Упр. Роспотребнадзора по Воронеж. обл., 2009. - 97 с.

6. Дубнов П. Ю. Обработка статистической информации с помощью SPSS / П. Ю. Дубнов. - М. : ACT : НТ Пресс, 2004. - 221 с.

7. Ивлиева О. В. Методические указания к практическим занятиям по курсу «Геоэкологический мониторинг» (раздел - мониторинг атмосферного воздуха)» : для студентов географов-геоэкологов IV курса геолого-географического факультета / О. В. Ивлиева. - Ростов н/Д : Ростов. гос. ун-т, 2002. - 18 с.

8. ОНД-86. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. - Л. : Гидрометеоиздат, 1997. - 76 с.

9. О состоянии окружающей среды и природоохранной деятельности городского округа город Воронеж в 2009 г. : доклад / Упр. по охране окружающей среды администрации городского округа г. Воронеж. - Воронеж : Изд.-полиграф. центр ВГУ, 2010. - 78 с.

10. Об утверждении улично-дорожной сети города Воронежа (вместе с "Положением о присвоении категориям улиц и автомобильных дорог города Воронежа шифров и кодов") : постановление Администрации города Воронежа от 06.04.2004, № 531. - Воронеж, 2004. - 179 с.

11. РД 52.04.186-89. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. - М. : Минздрав СССР, 1991. - 768 с.

12. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Сер. 3. Многолетние данные. - Л. : Гидрометеоиздат, 1990. - Ч. 1/6, вып. 28. - 366 с.

13. Подольский Вл.П., Ухин Д.В. Моделирование теплопереноса в дорожной конструкции, оборудованной системой снеготаяния // Научный вестник Воронеж. гос. арх.-строит. ун-та. Строительство и архитектура. - 2008. - 3 (11). - С. 144-151.

14. Подольский Вл.П., Ухин Д.В. Нестационарный теплообмен в системах снеготаяния // Научный вестник Воронеж. гос. арх.-строит. ун-та. Строительство и архитектура. - 2009. - 4 (16). - С. 135-140.

15. Мелькумов В.Н., Матвиенко Ф.В., Канищев А.Н., Волков В.В. Прогнозирование величины необратимой деформации дорожной конструкции от воздействия транспортного потока // Научный вестник Воронеж. гос. арх.-строит. ун-та. Строительство и архитектура. - 2010. - 3 (19). - С. 81-92.

Literature

1. Bushtueva K.A. Choice of control areas in major industrial cities to detect air pollution influence on health of population / K.A. Bushtueva // Hygiene and sanitation. - 1985. - № 1. - P. 4-6.

2. GN (Hygiene standards) 2.1.6.1338-03. Maximum permissible concentration of pollutants in athmospheric air of populated areas. - Moscow: Russian Ministry of Health, 2003. - 61 pp.

3. GN (Hygiene standards) 2.1.6.1983-05. Addition and changes 2 for GN (Hygiene standards) 2.1.6.1338-03. Maximum permissible concentration of pollutants in the air of populated areas. - Moscow : Russian Ministry of Health, 2006. - 5 pp.

4. GOST (State Standard) 17.2.4.02-81 (CMEA standard (ST SEV) 2598-80). Nature Protection. Atmosphere. General requirements for the methods foK pollutant analysis. - Moscow : Publishing House of Standards, 1982. - 2 pp.

5. Chubirko M.I. On sanitary and epidemiological situation in Voronezh in 2008 : report / M.I. Chubirko, Yu.I. Stepkin. - Voronezh : Rospotrebnadzor, 2009. - 97 pp.

6. Dubnov P. Yu. Statistical information processing using SPSS / P. Yu. Dubnov. - Moscow : AST : NT Press, 2004. - 221 pp.

7. Ivlieva O. V. Guidelines for practical training course "Geoecological Monitoring" (Section - air monitoring) : for IV course students of geological and geographical faculty / O.V. Ivlieva. - Rostov on Don : Rostov. state. Univ, 2002. - 18 pp.

8. OND (Industry Standard) -86. Methods for calculating the harmful substance concentration in air. - Leningrad : Gidrometeoizdat, 1997. - 76 pp.

9. On the state of environment and environmental management in urban district city of Voronezh in 2009 : report / Department of Environmental Protection of Administration of Voronezh. - Voronezh: Voronezh State University, 2010. - 78 pp.

10. On approval of street road network in Voronezh (with Regulations on code assignement for streets and highways category in Voronezh) : Resolution of the Administration of Voronezh dated 06.04.2004, N 531. - Voronezh, 2004. - 179 pp.

11. RD (Guidelines) 52.04.186-89. Guidelines for the control of air pollution. - Moscow : Ministry of Health of USSR, 1991. - 768 pp.

12. Scientific and Applied Handbook on Climate of USSR. Ser. 3. Long-term data. - Leningrad : Gidrometeoizdat, 1990. - Part 1/6, no. 28. - 366 pp.

13. Podolsky Vl. P., Ukhin D. V. Modelling of heat transfer in road structure equipped with melting systems // Nauchny Vestnik VGASU. Stroitelstvo I arkhitektura. - 2008. - 3 (11). - pp. 144-151.

14. Podolsky Vl. P., Ukhin D. V. Non-steady state heat exchange in snow melting systems // Nauchny Vestnik VGASU. Stroitelstvo I arkhitektura. - 2009. - 4 (16). - pp. 135-140.

15. Melkumov V. N., Matvienko F.V., Kanischev A. N., Volkov V. V. Forecast of road irreversible deformation caused by transport flow // Nauchny Vestnik VGASU. Stroitelstvo I arkhitektura. -2010. - 3 (19). - pp. 81-92.

Ключёвые слова: геоэкологический мониторинг, приземный слой атмосферы, улично-дорожная сеть, корреляционный анализ, парциальный индекс загрязнения атмосферного воздуха, комплексная оценка загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха.

Keywords: geoecological monitoring, surface air, road network, correlation analysis, partial index of air pollution, comprehensive assessment of surface air contamination.

Кондауров Роман Анатольевич.

Телефон - 89601099195.

E-mail: Romakon@list.ru Якушев Александр Борисович.

Телефон - 89081397174.

E-mail: alecsandr2025@mail.ru.

Статья представлена Редакционным советом "Вестника МГСУ»