Геоэкологическая оценка применения акустических экранов для защиты селитебной территории при транспортировке полезных ископаемых железнодорожным транспортом

УДК 504.055

О. И. Копытенкова, Д. Е. Курепин, Е. В. Верещагина

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРИМЕНЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ ЭКРАНОВ ДЛЯ ЗАЩИТЫ СЕЛИТЕБНОЙ

ТЕРРИТОРИИ ПРИ ТРАНСПОРТИРОВКЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫМ ТРАНСПОРТОМ

Дата поступления: 29.1 1.2016 Решение о публикации: 19.12.2016

Цель: Оценка эффективности акустических экранов для защиты селитебной территории при транспортировке полезных ископаемых железнодорожным транспортом. Методы: Натурный эксперимент, моделирование акустической обстановки. Результаты: Одной из основных проблем крупных городов является защита населения от сверхнормативного шума. Для оценки эффективности применения акустических экранов для защиты жилой территории от шума железнодорожного транспорта проводились измерения шума на станции Понтонная. Полученные данные измерений показывают, что имеет место превышение нормативных значений шума. Следовательно, для снижения шума необходимо проведение шумозащитных мероприятий. Одним из наиболее распространенных способов снижения шума железнодорожного транспорта является применение акустических экранов. В работе проводилось моделирование акустического экрана при помощи программы АРМ «Акустика» при следующих исходных условиях: акустический экран высотой 5 м устанавливался на участке вдоль жилых домов № 13-16, 18, 19 по ул. А. Товпенко (ж.-д. станция Понтонная); расчетные точки выбирались на расстоянии не менее 1 м от фасада зданий. Полученные результаты моделирования показывают, что нормативные значения достигаются только при высоте расчетных точек до 5 м. С увеличением высоты наблюдается нарастание шума выше предельно допустимого уровня. Данные исследований показывают, что акустический экран будет эффективен только на уровне 1-го и 2-го этажей здания. Снижение эффективности экрана с увеличением высоты объясняется непопаданием в зону звуковой тени расчетных точек, расположенных выше 5 м. Практическая значимость: Пересмотр действующих норм шума железнодорожного транспорта в сторону увеличения предельно допустимого уровня при помощи поправок может уменьшить жалобы на шум от грузового железнодорожного транспорта (в частности, перевозящего твердые полезные ископаемые).

Железнодорожный транспорт, шум, селитебная территория, акустический экран.

Olga I. Kopytenkova, D. Eng., professor; D. E. Kurepin, postgraduate student; E. V. Vere-

shchagina, postgraduate student (Petersburg State Transport University) GEOECOLOGICAL ASSESSMENT OF ACOUSTIC SCREENS USING FOR PROTECTION RESIDENTIAL AREAS WHEN TRANSPORTATION MINERALS BY RAIL

Objective: Assessment of acoustic screens effectiveness for protection residential areas when transportation minerals by rail. Methods: The experiment, simulation of acoustic environment. Results: One of the main problems of big cities is protection of population from excessive noise.

To assess the acoustic screens effectiveness for protection residential areas when transportation minerals by rail were carried out noise measurements at the station Pontoon. The obtained measurement data show that the excess noise above the standard values. Therefore, to reduce noise it is necessary to conduct anti-noise measures. One of the most common means of reducing the noise of rail transport, is the use of acoustic screens. In the work carried out simulation of an acoustic screen using the program «Acoustics» at the following reference conditions: acoustic screen with a height of 5 m were installed on the site along houses № 13-16, 18, 19 A. Titenko Str (railway station Pontoon); design points were taken at a distance of not less than 1 m from the facade of buildings. The obtained simulation results show that normative values are reached only at the height of the calculation points is up to 5 m. With increasing elevation there is growing noise beyond the maximum permissible level. Research shows that the acoustic screen would be effective only at the level of 1-2 floors of the building. Low screen efficiency with increasing altitude is due to the missing in the sound area of the shadow calculated points located above 5 m. Practical importance: Revision of existing noise regulations of the railway transport in the direction of increasing the maximum allowable level by using amendments, can reduce complaints of noise from rail freight transport (in particular carrying solid minerals).

Railway transport, noise, residential area, acoustic screen.

Защита населения от сверхнормативного шума является одной из важных геоэкологических проблем. Высокий уровень шума может вызывать дискомфорт, а также негативные физиологические изменения в организме [1, 2, 8]. Одной из негативных особенностей шума является его специфическое (на органы слуха) и неспецифическое (на организм в целом) воздействие.

По оценкам экспертов, в РФ число жителей, которые подвергаются сверхнормативному воздействию железнодорожного шума, составляет до 8-10 млн человек. Железнодорожный транспорт - один из основных источников шума согласно жалобам населения [2, 7, 11, 12].

Объект исследования

Для геоэкологической оценки применения акустических экранов для защиты жилой территории от шума железнодорожного транспорта использовались результаты натурных замеров, а также моделирования акустической обстановки. Измерения проводились на станции Понтонная, ул. А. Товпенко, показанной на рис. 1.

Данный участок выбран в качестве исследования, поскольку жилая застройка там находится в санитарно-защитной зоне (50 м).

Результаты и обсуждение

Полученные данные измерений, представленные в табл. 1, свидетельствуют, что имеет место превышение нормативных значений шума. Следо-

вательно, для снижения шума необходимо проведение шумозащитных мероприятий.

Рис. 1. Станция Понтонная

ТАБЛИЦА 1. Данные натурных замеров шума

Тип поезда Скорость движения поезда V, км/ч Максимальный уровень звука ^ А тах, дБА Экви-валентный уровень звука ^А eq, дБА Октава со средними геометрическими частотами, Гц

31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

Эквивалентные уровни звукового давления, L . дБ eq окт

Грузовой (полувагон) 27 74 69 68,2 65,5 69,4 59,1 55,9 53,3 52,6 50,2 41,0

Грузовой (полувагон) 25 71 68,4 65,9 69,5 70,8 55,5 52,0 56,6 54,2 50,4 39,3

Пригородный 8-12 62 59 67,9 67,1 63,1 56,8 51,6 45,2 45,6 40,1 29,5

Грузовой (полувагон) 23 70,6 68,8 69,2 67,4 71,8 58,7 57,5 58,8 56,7 50,8 41,5

Пассажирский 30 59 54 47,5 52,3 48,4 45,3 42,8 39,0 34,1 24,6 22,5

Одним из наиболее распространенных способов снижения шума от железнодорожного транспорта является применение акустических экранов [3-5]. Вместе с тем их эффективность в условиях плотной высокоэтажной застройки требует оценки.

Так как наибольший вклад в процесс шумообразования вносят грузовые составы, перевозящие полезные ископаемые, в дальнейшем для акустического анализа рассматриваются шумовые характеристики потоков грузовых составов.

Моделирование выполнялось при помощи программы АРМ «Акустика» и показано на рис. 2; акустический экран высотой 5 м устанавливался на участке вдоль жилых домов № 13-16, 18, 19 по ул. А. Товпенко (ж.-д. станция Понтонная). Расчетные точки брались на расстоянии не менее 1 м от фасада зданий (ГОСТ 20444-14).

Рис. 2. Шумовая карта моделированного участка

Полученные данные, приведенные в табл. 2 и на рис. 3, показывают, что нормативные значения (55 дБА по ЬА ) достигаются только при высоте расчетных точек до 5 метров.

ТАБЛИЦА 2. Результаты моделирования акустической обстановки

Высота РТ, м ¿д , дБА А вц' " ¿д , дБА А шаху

1,5 52,6 60,4

5,0 55,1 62,4

10 60,3 68,8

15 68,7 77,8

20 70,0 79,6

С увеличением высоты наблюдается нарастание шума с выходом за пределы ПДУ (на высоте 10 м - 60,3 дБА).

Данные исследований показывают, что акустический экран будет эффективен только на уровне 1-го и 2-го этажей здания. Снижение эффективности экрана с увеличением высоты объясняется непопаданием в зону звуковой тени расчетных точек, расположенных выше 5 м. Кроме того, заметное снижение эффективности акустического экрана объясняется тем, что источник шума находится на насыпи, а установка более высокого экрана нецелесообразна как с эстетической точки зрения, так и с технической (сложность и дороговизна).

Заключение

В результате проведенного исследования можно сделать следующие выводы:

1. По данным измерений, шум от грузового железнодорожного транспорта, перевозящего полезные ископаемые, вносит наибольший вклад в акустическое воздействие на селитебную территорию данного участка.

2. Применение акустических экранов для защиты селитебной территории от шума железнодорожного транспорта, перевозящего полезные ископаемые, будет эффективным только для малоэтажной застройки.

3. При проведении мероприятиях по снижению шума железнодорожного транспорта должен применяться комплексный подход (установка акустического экрана, дополнительное остекление верхних этажей зданий, применение полос зеленых насаждений).

4. Поскольку во многих случаях довести шум железнодорожного транспорта до нормативных значений не представляется возможным, необходимо принятие специализированных дифференцированных санитарных норм для

железнодорожного транспорта. Санитарные нормы шума в РФ в числе самых «жестких» в мире, вместе с тем в них отсутствует разграничение по виду и типу транспорта. Во многих развитых странах (Австрии, Германии, Франции, Финляндии, Швейцарии и др.) приняты специальные нормы шума в зависимости от категории поездов (грузовые, пассажирские, высокоскоростные) [13] и установлены так называемые бонусы. По данным ряда исследований [6, 9, 10, 14], население наиболее лояльно относится к шуму железнодорожного транспорта (менее выраженное беспокоящее действие в сравнениями с другими видами транспорта) [15]. В связи с этим разработаны «бонусы» к ПДУ, которые варьируют от 5 (Швейцария, Австрия, Германия) до 7 дБА (Нидерланды, Италия). Таким образом, пересмотр действующих норм шума железнодорожного транспорта в сторону увеличения ПДУ при помощи поправок может уменьшить жалобы на шум от грузового железнодорожного транспорта (в частности, перевозящего твердые полезные ископаемые).

Библиографический список

1. Иванов Н. И. Инженерная акустика. Теория и практика борьбы с шумом / Н. И. Иванов. - М. : Университетская книга; Логос, 2008. - 424 с.

2. Куклин Д. А. Проблема снижения шума поездов в источнике и на пути распространения : дисс. ... д-ра техн. наук : 01.04.06 / Д. А. Куклин. - Санкт-Петербург, 2016. -434 с.

3. Курепин Д. Е. Метод определения критических акустических нагрузок на антропогенную среду при освоении месторождений твердых полезных ископаемых / Д. Е. Курепин // Науковедение. - 2015. - № 5 (7). - С. 1-8.

4. Титова Т. С. Методология комплексной оценки влияния новых технологий на геоэкологическую обстановку // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. - 2005. - № 5. - С. 2.

5. Шубин И. Л. Акустический расчет и проектирование конструкций шумозащит-ных экранов : дисс. ... д-ра техн. наук : 05.23.01 / И. Л. Шубин. - Москва, 2011. - 49 с.

6. Barbara S. City-railway noise: assessment of the noise climate along a railway network in the urban area of Palermo (Italy) / S. Barbaro, R. Caracausi, B. Chaix, R. Chine-si // In proced. of 9th International congress on sound and vibration (ICSV9). - Orlando, 2002.

7. Camusso C. A study of relationships between traffic noise and annoyance for different urban site typologies / C. Camusso, C. Pronello // Transportation research part D: transport and environment. - 2016. - № 44. - Pp. 122-133.

8. Gallasch E. Road and rail traffic noise induce comparable extra-aural effects as revealed during a short-term memory test / E. Gallasch, R. B. Raggam, M. Cik, J. Rabensteiner, A. Lackner, B. Piber, E. Marth // Noise & Health. - 2016. № 18 (83). - Pp. 206-213.

9. Hirzel Verlag S. Experimental investigation of noise annoyance caused by high-speed trains / S. Hirzel Verlag // Acta Acustica united with Acustica. - 2007. - № 93. - Pp. 589-601.

10. Hua Goh Bee. Smart cities as a solution for reducing urban waste and pollution / Hua Goh Bee. - IGI Global, 2016. - 362 p.

11. Licitra G. Annoyance evaluation due to overall railway noise and vibration in Pisa urban areas / G. Licitra, L. Fredianelli, D. Petri, M. A. Vigotti // Science of the total environment. - 2016. - № 568. - Pp. 1315-1325.

12. Lu Lu. 3D Complete traffic noise analysis based on city GML / Lu Lu, T. Becker, M. O. Lowner // Advances in 3D Geoinformation. - 2016. - Pp. 265-283.

13. Peris E. Guidance for new policy developments on railway noise and vibration / E. Peris, J. Woodcock, G. Sica, C. Sharp, A. T. Moorhouse, D. C. Waddington // Transportation research part A: policy and practice. - 2016. - № 85. - Pp. 76-88.

14. Preis A. The annoyance scale of different rail noises / A. Preis, A. Sobucki, T. Gjest-land, B. Griefahn // Inter-Noise. - 2007. - № 6. - Pp. 3645-3652.

15. Umesh R. B. Handbook of research on emerging innovations in rail transportation engineering / R. B. Umesh. - IGI Global, 2016. - 664 p.

References

1. Ivanov N. I. Inzhenernaja akustika. Teorija i praktika bor'by s shumom [Engineering acoustics. Theory and practice of noise control]. Moscow, 2008. 424 p.

2. Kuklin D.A. Problema snizhenija shuma poezdov v istochnike i na puti rasprostraneni-ja [The problem of reducing traffic noise at source and the spread: abstract]. St. Petersburg, 2016. 434 p.

3. Kurepin D. E. Naukovedenie - Science of science, 2015, no. 5 (7), pp. 1-8.

4. Titova T. S. Vestnik Nauchno-issledovatelskogo instituta zheleznodorozhnogo transporta - Vestnik of the Railway Research Institute, 2005, no. 5, p. 2.

5. Shubin I. L. Akusticheskij raschet i proektirovanie konstrukcij shumozashhitnyh jekra-nov [Acoustic calculation and design of designs of noise barriers: abstract]. Moscow, 2011. 49 p.

6. Barbaro S., Caracausi R., Chaix B., Chinesi R.. City-railway noise: assessment of the noise climate along a railway network in the urban area of Palermo (Italy). In proced. of 9th International congress on sound and vibration (ICSV9). Orlando, 2002.

7. Camusso C. & Pronello C. Transportation research part D: transport and environment, 2016, no. 44, pp. 122-133.

8. Gallasch E., Raggam R. B., Cik M., Rabensteiner J., Lackner A., Piber B. & Marth E. Noise & Health, 2016, no. 18 (83), pp. 206-213.

9. Hirzel Verlag S. Acta Acustica united with Acustica, 2007, no. 93, pp. 589-601.

10. Hua Goh Bee. Smart cities as a solution for reducing urban waste and pollution / Hua Goh Bee. - IGI Global, 2016. - 362 p.

11. Licitra G., Fredianelli L., Petri D. & Vigotti M. A. Science of the total environment, 2016, no. 568, pp. 1315-1325.

12. Lu Lu, Becker T. & Löwner M. O. Advances in 3D Geoinformation, 2016, pp.265-283.

13. Peris E., Woodcock J., Sica G., Sharp C., Moorhouse A. T. & Waddington D. C. Transportation research part A: policy and practice, 2016, no. 85, pp. 76-88.

14. Preis A., Sobucki A., Gjestland T. & Griefahn B. Inter-Noise, 2007, no. 6, pp.3645-3652.

15. Umesh R. B. Handbook of research on emerging innovations in rail transportation engineering / R. B. Umesh. - IGI Global, 2016. - 664 p.

КОПЫТЕНКОВА Ольга Ивановна - доктор техн. наук, профессор; КУРЕПИН Дмитрий Евгеньевич - аспирант; ВЕРЕЩАГИНА Екатерина Вячеславовна - аспирант (Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I).

© Копытенкова О.И., Курепин Д.Е., Верещагина Е.В., 2016