Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по земле
На правах рукописи
Волкодаева Марина Владимировна
Научно-методические основы оценки
воздействия автотранспорта
на атмосферный воздух
Специальность 25.00.36. Геоэкология по техническим наукам
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук
Санкт-Петербург Ц 2009
Работа выполнена на кафедре "Приборы контроля и системы экологической безопасности" Северо-Западного государственного заочного техннического университета (СЗТУ).
Научный консультант | доктор технических наук, |
профессор, Заслуженный деятель науки Потапов Анатолий Иванович | |
Официальные оппоненты: | доктор технических наук, профессор |
Воронцов Александр Михайлович | |
доктор географических наук, профессор | |
Мазуров Геннадий Иванович | |
доктор технических наук, профессор, Заслуженный эколог | |
Рогалев Виктор Антонович | |
Ведущая организация | Научно-исследовательский институт проблем транспорта РАН |
Защита состоится 23 июня 2009 г. в 14 часов на заседании диснсертационного совета Д 212.214.01 при Северо-Западном государственнном заочном техническом университете по адресу: 191186, г.Санкт-Петербург, ул.Миллионная, 5, 301 ауд.
С диссертационной работой можно ознакомиться в библиотеке Северо-Западного государственного заочного технического университета.
Автореферат разослан 21 мая 2009 г.
Ученый секретарь диссертационного совета | Иванова И.В. |
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы
Быстрый рост численности автомобильного парка усиливает сопутствующие автомобилизации негативные процессы, особенно остро проявляющиеся в крупных городах. Во многих городах России выбросы автотранспорта преобладают над выбросами стационарных источников, к таким городам относятся, в первую очередь: Москва, Санкт-Петербург, Екатериннбург, Омск, Ростов-на-Дону и др. Опасность автотранспорта, как источника загрязнения атмосферы усугубляется еще и тем, что вредные вещества поступают в воздух практически в зоне дыханния человека. Поэтому автомобильный транспорт следует отнести к наиболее опасным источникам загрязнения, для оценки воздействия которого на атмосферный воздух необходим научно обоснованный подход.
Требования к качеству атмосферного воздуха отличаются от экологических требований ко многим другим компонентам среды обитания тем, что для большинства жителей городов выполнение этих требования в индивидуальном порядке практически невозможно. Атмосферный воздух, как никакой другой компонент среды обитания, требует управления действиями по его охране на уровне городов и других населенных пунктов.
Данная работа посвящена проблемам оценки выбросов и загрязнения атмосферного воздуха выбронсами автотранспорта и возможным путям решения данной проблемы. В работе проанализировано состояние зангрязнения воздуха в различных городах, разработаны методы оценки выбросов автотранспорта, как суммарных годовых, так и максимальных; предложена методология оценки эффективности технических, организанционнно-градостроительных менроприятий по снинжению выбросов автотранспорта для улучшения качества атмосферного воздуха.
В диссертации представлено обобщение выполненных автором в 1987-2008 годах исследований в области создания научно-методических основ оценки воздействия автотранспорта на атмосферный воздух.
Целью работы является повышение качества атмосферного воздуха путем разработки методологии и методов расчета выбросов автотранспорта и создание научно-методических основ оценки их воздействия на атмосферный воздух.
Задачи исследования:
- обоснование на основе теоретических и экспериментальных исследонваний использования методики расчета загрязнения атмосферного воздуха выбросами автотранспорта;
- разработка методики расчета годовых выбросов вредных (загрязняющих) веществ (ЗВ) от автотранспорта и апробация ее на примере различных регионов РФ;
- совершенствование методики обследования структуры и интенсивности атранспортного потока и расчета выбросов ЗВ на городских автомагистралях различных городов;
- проведение натурных обследований состава и интенсивности автотранспортных потоков в городах РФ;
- расчет загрязнения атмосферного воздуха различными примесями, как вблизи отдельных магистралей, так и по городу в целом;
- анализ влияния выбросов автотранспорта на уровень загрязнения атмосферного воздуха вблизи отдельных автомагистралей;
- анализ полей расчетных концентраций примесей в горондах с различной интенсивностью движения автотранспорта;
- анализ эффективности мероприятий по снижению вынбросов автотранспорта с целью достижения нормативов качества атнмосферного воздуха;
- разработка методики расчета выбросов автотранспорта вблизи регулируемого перекрестка и оценки их воздействия на атмосферный воздух;
- разработка методологии оценки эффективности технических и организационно-градостроительных мероприятий по снижению вклада автотранспорта в загрязнение атмосферного воздуха и обоснование применения данной методологии на конкретных примерах.
Объекты и методы исследования
Объектами исследования являются выбросы автотранспорта, загрязнение атмосферного воздуха в городах Российской Федерации. Оценка загрязнения атмосферного воздуха и выводы о необходимости разработки технических и организанционнно-технических менроприятий по снинжению выбросов автотранспорта основываются на анализе концентраций примесей, полученных расчетным и инструментальным способами.
Нормативно-информационная база
Законодательные нормативные акты Российской Федерации, международные нормативные акты, стандарты качества атмосферного воздуха населенных мест, отчеты о выполнении научно-исследовательских и изыскательских работ, периодические издания, книги, статьи отечественных и зарубежных авторов, диссертации, материалы научных конференций и др.
Научная новизна диссертационной работы состоит в комплексном решении проблемы оценки воздействия автотранспорта на атмосферный воздух, включающее:
- создание научно-методических основ оценки эффективности технических и организанционнно-градостроительных менроприятий по снинжению выбросов автотранспорта с целью достижения нормативов качества атнмосферного воздуха;
- разработку методологии расчета максимальных выбросов вредных (загрязняющих) веществ от автотранспортных потоков на городских автомагистралях и перекрестках с учетом изменений экологических характеристик различных категорий автотранспортных средств в соответствии с действующими европейскими стандартами на территории РФ;
- обоснование на основе теоретических и экспериментальных исследонваний использования математической модели, лежащей в основе единственного утвержденного общесоюзного документа по расчету рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе ОНД-86, для расчета загрязнения атмосферного воздуха выбросами автотранспорта.
- разработку методика расчета годовых выбросов ЗВ в атмосферный воздух от автотранспорта с учетом возрастной структуры автомобильных парков регионов, среднегодовых пробегов различных категорий автотранспортных средств, площади территорий, густоты дорог с твердым покрытием, плотности населения.
- расчетные оценки и анализ воздействия выбросов автотранспорта на воздушный бассейн ряда городов РФ в условиях постоянно увеличивающейся интенсивности движения автотранспортных потоков и с учетом вводимых на территории РФ современных международных требований на ограничение выбросов автотранспорта.
Практическая значимость и внедрение результатов работы
Методология оценки эффективности технических и организанционнно-градостроительных менроприятий по снинжению выбросов автотранспорта - необходимый инструмент для принятия управленческих решений с целью улучшения качества атмосферного воздуха, позволяющая спрогнозировать результаты тех или иным мероприятий и выбрать из них наиболее оптимальный.
Результаты выполненных исследований представляют интерес для природоохранных органов; органов государственной власти; органов местного самоуправления; проектных организаций, разрабатывающих проекты транспортной инфраструктуры и генеральных планов развития городов; фирм, занимающихся оценкой воздействия хозяйственной деятельности на атмосферный воздух и экологическим мониторингом.
Результаты научных исследований послужили основой для разработки методических документов по охране атмосферного воздуха, в том числе "Методического пособия по расчету, нормированию и контролю выбросов", рекомендованному к применению на территории России. Ряд методик ("Методика определения выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух от автотранспортных потоков, движущихся по автомагистралям Санкт-Петербурга", "Методика расчета выбросов автотранспорта вблизи регулируемого перекрестка и оценки их воздействия на атмосферный воздух Санкт-Петербурга", "Методика по проведению сводных расчётов на основе компьютерного банка данных о выбросах вредных (загрязняющих) веществ Системы Эколог-город Санкт-Петербург") утверждены распоряжением Комитета по природопользованию, охране окружающей среды и обеспечению экологической безопасности Санкт-Петербурга.
Расчеты выбросов и полей приземных максимальных концентраций примесей послужили основанием для разработки комплекса мер по борьбе с загрязнением воздуха автотранспортом в гг. Санкт-Петербург, Сыктывкар, Астрахань, Архангельск и др. Результаты работы использовалась в сводных томах Охрана атмосферы и нормативы ПДВ для вышеперечисленных городов.
Достоверность результатов и выводов диссертации.
Достоверность полученных результатов подтверждается полнотой используемого фактического материала (данные наблюдений стационарных постов Государственной службы наблюдений за состоянием окружающей среды; данные экспедиционных измерений за концентрациями примесей вблизи отдельных автомагистралей; данные расчетных концентраций примесей, полученные на основании реальных обследований состава и интенсивности транспортных потоков в различных городах РФ; данные натурных обследований состава и интенсивности автотранспортных потоков в различных городах РФ; статистическая информация об автомобильных парках всех регионов Российской Федерации), а также высокими коэффициентами корреляции между расчетными и инструментальными значениями концентраций ЗВ.
Апробация работы
Основные результаты диссертации докладывались на всероссийских и международных конференциях, семинарах, симпозиумах в 2000-2008 гг.: Третьей Международной Евроазиатской конференции по транспорту, (Санкт-Петербург, 12-15 сентября 2003 г.), Международной научно-технической конференции УУлучшение эксплуатационных показателей двигателей, тракторов и автомобилейФ (Санкт-Петербург, 22-24 марта 2005г.), семинаре "Современные проблемы нормирования выбросов загрязняющих веществ в атмосферу в отраслях промышленности и транспорта" ( Нижневартовск, декабрь, 2005), Международной конференции "Приборостроение в экологии и безопасности человека" (Санкт-Петербург, 31.01-02.02.2007 г.), Международной научно-практической конференции Информационные технологии как основа управления в сфере рационального природопользования и охраны окружающей среды (Санкт-Петербург, 29-30 ноября 2007 г.), 11-й Всероссийской конференции "Нормативно-методическое, техническое и информационное обеспечение воздухоохранной деятельности "Атмосфера-2008" (Санкт-Петербург, февраль); II международном конгрессе "Безопасность на дорогах ради безопасности жизни" ( Санкт-Петербург, сентябрь); семинаре - слушании Гигиеническое, технологическое и экологическое нормирование выбросов в атмосферу: область применения, система контроля и этапы внедрения (Евпатория, сентябрь-октябрь), Втором Международном Невском конгрессе (Санкт-Петербург, декабрь).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 47 научных работ, из них 2 монографии, в изданиях, включенных в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий - 10 статей.
Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, приложений.
Основная часть диссертации изложена на 320 страницах машинописного текста, включая 75 рисунков, 87 таблиц.,4 приложения.
содержание работы
Во введении обосновывается актуальность работы, сформулированы цели и задачи исследования, анализируется предмет исследования, теоретическая значимость и прикладная ценность полученных результатов, а также основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе дается характеристика автотранспорта с точки зрения загрязнения атмосферного воздуха, анализируются выбросы автотранспорта и тенденции их изменения. Средний уровень автомобилизации в нашей стране на конец 2007 г. достиг 250 автомобилей на 1000 жителей, по легковым автомобилям - 207 ед. на 1000 жителей. В крупных городах он значительно выше: в Москве на 1000 жителей приходится более 350 автомобилей, в том числе легковых - почти 300. Сравним эти показатели с данными ООН: в США - 800 машин на тысячу жителей, Франция и Германия - 600, Великобритания - 550, Нидерланды - более 500, Белоруссия - 200.
Мировым парком автомобилей ежегодно выбрасывается в атмосферу свыше 300 млн. тонн загрязняющих веществ, в том числе: оксида углерода - 260 млн. т; летучих органических соединений - 40 млн.т; оксидов азота - 20 млн. т.
В 2006 году выбросы ЗВ в атмосферный воздух от автотранспорта на территории Российской Федерации - 15,3 млн.т. Несмотря на рост автомобильного парка и объемы грузоперевозок в 2006 г., впервые за последние 15 лет имело место абсолютное снижение массы выбросов загрязняющих веществ - на 1,7% по сравнению с предыдущим годом. Это обусловлено постепенным обновлением и улучшением УэкологическойФ структуры парка.
Во многих городах мира концентрации вредных веществ в воздухе, создаваемые выбросами автотранспорта, превышают стандарты качества атмосферного воздуха. Одним из самых грязных городов мира признан также Пекин, в атмосфере которого зафиксирована самая высокая концентрация диоксида азота и других вредных веществ. Самым чистым признан город Калгари в Канаде, на втором месте - Гонолулу, на третьем - Хельсинки.
К основным загрязняющим компонентам в отработавших газах (ОГ) автомонбилей относятся: оксид углерода (СО), углеводороды (CxHy), оксиды азота (NОx) и сажевый аэрозоль.
Наибольшее количество вредных примесей в отработавших газах содернжится при режимах холостого хода и полных нагрузок. Наибольшее количество выбросов оксида углерода и углеводородов поступает в атмосферу при малых скоростях движения автомобиля. При достижении скорости 40 км/час выбросы углеводородов практически не меняются. Выбросы оксида углерода постепенно понижаются с увеличением скорости движения. Минимальнное количество окислов азота автомобиль выбрасывает при скорости 60 - 70 км/час. Наименьшее количество оксида углерода, углеводородов и окислов азота выбрасывается автомобилями при температуре окружающей среды 20 оС.
Информация об удельных выбронсах единичного автомобиля с различными типами двигателей необхондима для разработки мероприятий по снижению выбросов, тех либо иных веществ. Если в городе или в районе магистралей наблюдается повышенное содержание сажи в воздухе, мероприятия по снижению выбросов должны, в первую очередь, касаться дизельных автомобинлей. Оснащение бензиновых двигателей каталинзаторами значительно уменьшает выбросы углеводородов и оксидов азота. Следовательно, в городах с большими уровнями загрязнения воздуха этими веществами, как одну из мер снижения выбросов автотранспорта, можно предложить - оснащение катализатонрами карбюраторных автомобилей.
Длительное вдыхание загрязненного воздуха оказывает отрицательное воздействие на здоровье населения. Воздействие СО на центральную нервную систему проявляется в изменении цветовой чувствительности глаз - возрастает вероятность аварий. На организм человека NO2 действует как раздражитель (концентрация до 15 мг/м3) и может вызывать отёк лёгких при концентрации 200 - 300 мг/м3. Токсичность газообразных низкомолекулярных углеводородов проявляется в наркотическом действии на организм человека, вызывая состояние эйфории, что увеличивает вероятность ДТП. Полициклические ароматические углеводороды, содержащиеся в выбросах двигателей, являются канцерогенными (вызывают рак лёгких), из которых наибольшей активностью обладает бенз(а)пирен. Оксиды серы при малом содержании (0,001%) вызывают раздражение дыхательных путей, при содержании 0,01% происходит отравление людей за несколько минут. Смесь SO2 и CO при длительном воздействии вызывает нарушение генетической функции организма.
В РФ используются следующие гигиенические нормативы содержания загрязняющих веществ в атмосферном воздухе:
- предельно допустимая максимальная разовая концентрация загрязняющего вещества (ПДКМР) - концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест, не вызывающая при вдыхании в течение 20 минут рефлекторных реакций в организме человека;
- предельно допустимая среднесуточная концентрация (ПДКСС) - концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест, которая не должна оказывать на человека прямого или косвенного воздействия при неограниченно долгом (годы) вдыхании;
- ориентировочно безопасный уровень воздействия (ОБУВ) - срок действия которого установлен постановлением Главного государственного врача Российской Федерации.
Приводятся ПДК для атмосферного воздуха населённых мест вредных (загрязняющих) веществ, выбрасываемых автотранспортом. Также даны существующие и вступающие в силу стандарты качества атмосферного воздуха Европейского союза (ЕС). В европейских стандартах используется часовое осреднение концентраций, а не 20-ти минутное, как в России. Соответственно и модели расчета загрязнения атмосферного воздуха, использующиеся в ЕС, ориентированы на предсказание часовых концентраций. При расчете среднегодовых концентраций это не существенное различие, однако, при оценке высоких процентилей они могут быть несколько заниженными по сравнению с соответствующими результатами российских моделей.
Во второй главе анализируются современные подходы к расчету выбросов загрязняющих веществ от автотранспорта и методам оценок загрязнения атмосферного воздуха, описывается методика исследования.
Для расчета годовых выбросов загрязняющих веществ (ЗВ) в Европейском союзе действует единый подход, который развивается под руководством Европейского Агентства по Окружающей Среде.
Расчет выбросов проводиться для 12 - 16 категорий автомашин. Движение распределяется на три вида: в городских условиях, в сельских районах и на автострадах. Методология включает расчет выбросов от выхлопных систем по следующим загрязняющим веществам (ЗВ): CO, NОx, НМЛОС, CH4, CO2, N2O, NH3, SОx, твердых частиц, содержащихся в выбросах дизельных двигателей (PM), ПАУ и СОЗ, диоксины и фураны, а также тяжелые металлы, содержащиеся в топливе (свинец, кадмий, медь, хром, никель, селен, цинк).
Даются удельные коэффициенты выбросов для различных стран Европы, парк автомашин по странам Европы, среднегодовые пробеги по каждой категории автомашин.
Для расчета выбросов автотранспорта, находящегося на территории предприятия, на автомагистралях и по городу в целом в РФ используются различные методики.
Методика, разработанная Научно-исследовательским институтом автомобильного транспорта (НИИАТ) в 1993 г., предназначена для оценки выбросов загрязняющих веществ автотранспортными средствами в атмосферный воздух по городу в целом. Учитывается выброс: оксида углерода - СО; углеводородов - CxHy; оксидов азота - в пересчете NOx, твердых частиц - С (сажа); диоксида серы - SO2; соединений свинца - Рb (только для регионов, где используется этилированный бензин).
Методика оценивает выбросы загрязняющих веществ от легковых, грузовых автомобилей и автобусов. Методика предусматривает отдельные подсчеты выбросов при движении АТС по территории населенных пунктов и вне территории населенного пункта на основе пробеговых выбросов и суммарном пробеге. Приводятся пробеговые выбросы ЗВ всеми группами автомобилей при различных режимах движения.
Делается вывод, что данная методика требует уточнения с учетом изменений, прошедших в нашей стране за эти годы в составе парков автомобилей.
К настоящему времени разработано большое число моделей, отличающихся друг от друга как подробностью описания загрязнения воздуха, так и объёмом используемой метеорологической, орографинческой и др. информации, а также информации, характеризующей выбросы вредных веществ. Общим для всех обсуждаемых ниже методов является то, что в качестве источника выбросов загрязняющих венществ, параметры которого используются в расчетных схемах, рассматриваются не отдельные автомобили с работающими двигателями (движущиеся или стоящие на месте), а совокупности автомобилей, движущихся или располагающихся на некоторой территории. Ни одна из этих моделей не рассматривает автомобиль как источник выброса с изменяющимся со временем положением на местности.
Для расчета загрязнения воздуха выбросами автонтранспорта за рубежом используются различные версии гауссовских моделей: американские модели HIWAY-2, CALINE-4 (California Line Source Model), GM (General Motors), GFLSM (General Finite Line Source Model), финская модель - CAR-FMI (Contaninants in the Air from a Road, by the Finnish Meteorological Institute) шведский программный комплекс AIRVIRO; словацкая модель - AUTOMOD венгерские модели - HNS-ROAD, HNS-ISAQ эстонская AEROPOL, польская EK 100W и др.
Гауссовский подход по сути является сугубо эмпирическим, что препятствует обобщению его результатов в целом ряде практически важных случаев. Также в гауссовской модели не учитывается зависимость диффузионных коэффициентов от высоты источника, поэтому она позволяет описывать приземное поле концентраций примеси от источника только фиксированной высоты.
Классическая гауссова модель для приземной концентрации может быть записана в виде:
(1)
где M - мощность выброса, x, y, z - координаты расчетной точки в системе координат с началом в точке проекции источника на поверхность и ориентированной по среднему ветру;
u - средняя скорость ветра (обычно часовое осреднение);
Н - эффективная высота источника;
σy(x), σz(x) - средние квадратические отклонения в поперечном направлении и по вертикали.
Другой подход уже много лет практикуется в России и считается более устойчивым по отношению к ошибкам исходных данных. Расчеты загрязнения атмосферного воздуха, как от промышленных, так и от автотранспортных источников выбросов проводятся по математической модели, лежащей в основе единственного утвержденного общесоюзного документа по расчету рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе ОНД-86. Использование этой расчетной схемы позволяет учесть степень неблагоприятности местных климатических условий рассеивания атмосферных примесей, влияние рельефа местности и прилегающей застройки.
В России также был разработан экологический программный комплекс ZONE. В данный программный комплекс в виде модулей вошли: модель расчета концентраций примеси на заданной высоте (или концентраций в произвольной точке пространстве) по методике EPA-US, основанной на гауссовском распределении концентраций; модель расчета факела приземной концентрации примеси (или концентраций в произвольной точке пространстве) по методике ОНД-86; стохастическая модель расчета концентрации примеси в трехмерной области с учетом застройки методом Монте-Карло - диффузии частиц, основанной на использовании лагранжевого подхода к описанию динамики атмосферной турбулентности.
Далее показаны подход к выполнению исследования и характеристика использованного материала. Описываются существующие методы оценок характеристик атмосферного воздуха выбросами автотранспорта, к которым относятся: натурные изнмерения; моделирование в аэродинамических трубах; расчетные. Каждый из этих методов обладает рядом как достоинств, так и нендостатков.
Натурные измерения широко используются для диагноза влияния на качество атмосферного воздуха выбросов различных веществ и позволяют получать оценки значений изучаемых показателей загрязннения воздуха непосредственно в конкретных условиях рассматриванемой местности. Приводятся сведения о специальных наблюдениях за уровнем загрязнения атмосферного воздуха вблизи наиболее загруженных перекрестков и автомагистралей, которые были проведены в основном в Санкт-Петербурге и Архангельске. Максимальные приземные концентрации диоксида азота во всех точках измерения в г.Санкт-Петербурге достигали более 3 ПДК, оксида углерода - более 5 ПДК. Наибольшее значение концентрации по диоксиду азота вблизи перекрестков г.Архангельска составляло 1,1 ПДК, по оксиду азота - 2,5 ПДК, по оксида углероду достигало 6,6 ПДК.
Проанализированы зависимости значений концентраций оксида азота, диоксида азота, диоксида серы и оксида углерода, полученных в результате инструментальных измерений в районе перекрестков, от длины очереди автотранспорта, образующейся перед перекрестком в ожидании разрешающего сигнала светофора и от интенсивности движения на линейных участках автомагистралей. С увеличением очереди автотранспорта перед перекрестком длиной более 50 м, значения концентрации оксида углерода заметно увеличиваются, зачастую превышая значение 1 ПДК. При длине очереди около 200 - 250 м концентрации оксида углерода в 50% случаев превышают 1 ПДК, достигая значений 2 - 2,5 ПДК. С увеличением интенсивности движения, концентрации диоксида азота и оксида углерода также пропорционально увеличиваются.
Натурные измерения позволяют создать базу для развития других методов и являются единственным средством их объективной верификации. Наиболее существенным недостатком является тот, что натурные измерения не позволяют дать прогноз изменения качества воздуха в результате воздействия на выбросы.
Методы моделирования загрязнения атмосферы в аэродинамичеснких трубах обладают большей гибкостью по сравнению с натурными измерениями и могут быть использованы не только для диагноза состояния загрязнения атмосферы, но и для моделирования его изнменения в результате изменения воздействий на воздушный бассейн, в частности, в результате изменения планировки территории.
Основным недостатком этих методов являются трудности, связаннные с применением результатов, полученных в аэродинамических трубах, для описания реальной атмосферы, ввиду невозможности всеобъемлющего моделирования сложных атмосферных процессов, в частности, атмосферной турбулентности в ограниченном пространснтве аэродинамических труб.
К сожалению, в нашей стране практически не поставлены работы по сертификации методов аэродинамического моделирования при оценках качества атмосферного воздуха, и нет нормативно защищенных методов этого типа.
Расчетные методы оценки показателей загрязнения атмосферы и их связей с совокупностями влияющих на них факторов получили нанибольшее распространение в силу своей доступности, гибнкости и универсальности.
Как уже говорилось выше, на Западе применяются схемы расчета полей актуальных концентраций веществ, которые включают в себя многостороннее математическое моделирование гидротермодинамических процессов и процессов рассеивания примесей в пограничном слое атмосферы.
Для того чтобы можно было во всей полноте использовать возможные достоинства таких моделей: полноту и точность описания ситуации, в них нужно вводить в качестве исходной достаточно полную и точную информацию о состоянии погранслоя атмосферы. Регулярные наблюдения такого сорта ведутся буквально в считанных местах на территории РФ (Обнинск, Останкино). Типизация исходной информации, необходимо приводит к ее огрублению, т.е. делает бессмысленным применение сложной модели по сравнению с более простыми проверенными методами. Таким образом, использование моделей указанного типа нецелесообразно, т.к. предполагаемее достоинства невозможно использовать в силу недостаточности имеющихся метеонаблюдений для использования в качестве исходных данных и проверки моделей.
Оценка характеристик качества воздуха является одной из важных составных частей схемы установления нормативов предельно-допустимых выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, т.к. именно по результатам сравнения таких оценок с критериями качества воздуха можно проверить соответствие нормируемых характеристик выбросов требованиям экологической допустимости их воздействия на окружающую среду. Для того, чтобы установленные нормативы выбросов имели статус обязательных к выполнению, в процессе их разработки должны быть использованы не только нормативные критерии качества воздуха, но и методы оценок загрязнения атмосферы, имеющие статус нормативных.
В РФ при нормировании выбросов загрязняющих веществ в атмосферу используется методика расчета "ОНД-86" в сочетании с методами натурных измерений концентраций веществ. Использование методики "ОНД-86" для оценки загрязнения воздуха выбросами автотранспорта позволяют проводить совместные расчеты влияния на качество приземного слоя воздуха выбросов автотранспорта и промышленности.
В целях изучения закономерностей распространения примесей, проверки и уточнения формул для расчета рассеивания примесей от автомагистралей проводились специальные эксперименты. Диссертант принимала участие в ряде экспериментов (советско-американский Автоэкс-88, Автоэкс-89, комплексный Ленинградский эксперимент), а также в обработке и анализе материалов, в том числе и других экспедиций.
В таблице 1 представлены нормированные на выброс максимальные значения концентраций оксида углерода q/м (с/м2) в зависимости от расстояния до магистрали, полученные в результате численного эксперимента и экспедиционных наблюдений. Как видно из таблицы расчетные значения максимальных концентраций хорошо согласуются с экспериментом. Наибольшие значения концентраций соответствуют наименьшему расстоянию от магистрали. При численных экспериментах параметры магистралей, интенсивность движения и метеоусловия соответствовали натурным исследованиям вблизи магистралей Донецк - Мариуполь и Донецк - Макеевка.
Таблица 1
Зависимость максимальных нормированных на выброс концентраций оксида углерода от расстояния до магистрали
при направлении ветра вдоль магистрали скоростью до 1 м/с
Магистраль | Расстояние (х) | |||||
5 | 10 | 20 | 40 | 60 | ||
Донецк - | эксперимент | 0,29 | 0,26 | 0,21 | 0,14 | 0,09 |
Мариуполь | Расчет | 0,22 | 0,20 | 0,18 | 0,14 | 0,10 |
Донецк - | Эксперимент | 0,17 | 0,15 | 0,12 | 0,08 | 0,05 |
Макеевка | Расчет | 0,18 | 0,17 | 0,16 | 0,12 | 0,08 |
Также было отмечено удовлетворительное согласование концентраций диоксида азота и оксида углерода вблизи автомагистралей в Санкт-Петербурге, рассчитанных по "ОНД-86" и измеренных на постах наблюдений (табл.2). Коэффициент корреляции между рассчитанными и измеренными концентрациями составил R=0,7.
Таблица 2
Значения максимальных концентраций СО (мг/м3), полученные при расчете и эксперименте в районе магистралей Санкт-Петербурга
(ПДКСО = 5 мг/м3)
Значения концентраций СО, мг/м3 | |||||
Расчет | 5 - 10 | 11 - 15 | 16 - 20 | 21 - 25 | 26 - 55 |
Эксперимент | 3,8 - 8,1 | 8,2 - 18,7 | 5,0 - 12,1 | 5,2 - 9,3 | 5,5 - 32,5 |
В целях дополнительной проверки возможности использования формул расчетной схемы ОНД-86 для расчета загрязнения воздуха выбросами автотранспорта автором на примере г.Санкт-Петербурга была проведена работа по сравнению значений концентраций, полученных в ходе инструментального мониторинга за 2003 год на автоматических станциях измерения загрязнения воздуха (АСИЗВ) г.Санкт-Петербурга, предусматривающих непрерывный контроль за уровнем концентраций основных примесей в атмосферном воздухе, и расчетных значений максимальных концентраций диоксида азота в расчетных точках, характеризующих место расположения автоматических станций при соответствующих метеоусловиях. Коэффициент корреляции между расчетными и инструментальными значениями концентраций диоксида азота на АСИЗВ-3 составил R=0,69 на АСИЗВ-4 R=0,72.
Таким образом, использование расчетной схемы "ОНД-86" позволяет проводить оценку влияния выбросов автотранспорта на загрязнение атмосферного воздуха с достаточно высокой степенью достоверности. В данной работе автор предлагает для оценки загрязнения атмосферного воздуха выбросами автотранспорта использовать математическую модель, лежащую в основе единственного утвержденного общесоюзного документа по расчету рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе ОНД-86.
В соответствии с этой моделью уровень загрязненния воздуха выбросами вредных веществ из непрерывно действующих источников определяется по наибольшему рассчитанному значению ранзовой приземной концентрации (См), которая устанавливается на неконтором расстоянии (Хм) от места выброса при неблагоприятных метеоронлогических условиях, когда скорость ветра достигает опасного значения (Uм) (для низких и холодных источников, какими являются автомобили, Uм составляет 0,5 - 1 м/с) и в приземном слое происходит интенсивный турбулентнный обмен. Наибольшая суммарная концентрация вредной примеси См (мг/м3) от близко расположенных друг к другу на площадке одинаковых источников (например, при учете выбросов автотранспортных средств на отдельных участках автомагистралей) при ΔT≈0 определяется по формуле:
, (2)
где ΔT - разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси Тг и температурой окружающего атмосферного воздуха Тв, в случае автотранспортных выбросов ΔT≈0;
А - коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы;
М - масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени (г/с), в случае автотранспортного потока - масса вещества, выбрасываемого группой автомобилей, образующих поток;
F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость гравитационного оседания твердых частиц (пыли) в атмосферном воздухе на подстилающую поверхность, при расчете рассеивания в атмосфере сажи при работе двигателей передвижных транспортных средств рекомендуется принимать значения параметра F = 1;
mТ - безразмерный коэффициент, равный 0,9;
η - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности, в случае ровной или слабопересеченной местности с перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км, η = 1;
Н - высота неорганизованного источника выброса над уровнем земли.
В третьей главе представлена методика расчета годовых выбросов автотранспорта в регионах РФ. Предлагается рассчитывать выбросы ЗВ от основных категорий автотранспорта (легковых, грузовых, автобусов) с учетом регионального распределения автомобильных парков по территории Российской Федерации и использованием соответствующих значений пробеговых показателей выбросов загрязняющих веществ и значений среднегодовых пробегов основных категорий автотранспортных средств (АТС).
Показано, что в среднем по РФ основной вклад в суммарное количество автотранспорта вносят легковые автомобили (79%). Вклад грузовых автомобилей составляет 18%, из которых 58% - грузовые автомобили с бензиновым типом двигателя. Вклад автобусов в среднем составляет 3%, из которых 78% - автобусы с бензиновым типом двигателя. Возрастная структура легкового, грузового и автобусного автонмонбильных парков Российской Федерации выглядит следующим образом. Количество легковых автомобилей с возрастом старше 10 лет в среднем по РФ составляет 54% от общего количества легковых автомобилей, количество легковых автомобилей с возрастом от 10 до 5 лет составляет 27%, количество легковых автомобилей с возрастом меньше 5 лет - 18%. Количество грузовых автомобилей с возрастом старше 10 лет в среднем по Российской Федерации составляет 64% от общего количества грузовых автомобилей, количество грузовых автомобилей с возрастом от 10 до 5 лет составляет 23%, количество грузовых автомобилей с возрастом меньше 5 лет - 12%.
Далее описывается методика расчета суммарных годовых выбросов ЗВ. Предлагается выполнять расчет для веществ: SO2 - диоксид серы; NOx- оксиды азота (в пересчете на NO2); ОСНМ - неметановые летучие органические соединения; СО - оксид углерода; C- твердые частицы в пересчете на углерод (сажа).
Суммарные выбросы i-го загрязняющего вещества от легковых автомобилей, грузовых автомобилей и автобусов при эксплуатации на территории k-го региона Российской Федерации Мik, МГik и МАik рассчитываются с учетом удельного пробегового выброса i-го ЗВ (г/км) и среднегодового пробега соответствующей категории АТС (тыс.км).
Определены и представлены значения пробеговых выбросов i-го загрязняющего вещества для легковых, грузовых автомобилей и автобусов для каждого региона Российской Федерации, исходя из возрастной структуры автомобильного парка каждого региона и соответствия автомобилей международным экологическим стандартам качества, действующим на территории Российской Федерации.
Для определения среднегодовых пробегов легковых автомобилей, грузовых и автобусов использовались "Методическое руководство по определению стоимости автотранспортных средств с учетом естественного износа и технического состояния на момент предъявления (РД 37.009.015-98, также учитывалась площадь территорий, густота дорог с твердым покрытием, плотность населения. Для сравнительной оценки величин среднегодовых пробегов была использована информация о среднегодовом пробеге различных категорий АТС в странах ЕС.
Для определения среднегодового пробега легковых автомобилей в каждом k-ом регионе вся территория Российской Федерации, в связи с различием дорожно-климатических условий, условно разделена на три зоны по степени интенсивности эксплуатации легковых автомобилей. Определены и приведены значения среднегодовых пробегов легковых автомобилей для каждого региона Российской Федерации.
Для определения значений среднегодового пробега грузовых автомобилей каждого региона все регионы Российской Федерации были условно разделены на 3 группы в зависимости от плотностью дорог с твердым покрытием и площади территорий. Определены и представлены значения среднегодовых пробегов грузовых автомобилей для каждого региона Российской Федерации.
Для определения значений среднегодового пробега автобусов каждого региона все регионы Российской Федерации условно разделены на 4 группы в зависимости от плотности населения и плотности дорог с твердым покрытием. Определены и представлены значения среднегодовых пробегов автобусов для каждого региона Российской Федерации.
Автор приводит оценку выбросов автотранспорта в различных регионах РФ, оосновываясь на вышеизложенном подходе. Суммарный выброс основных загрязняющих веществ за 2005 год в целом по стране составил около 15 млн.тонн, из которых около 10 млн.тонн - оксида углерода; 3,1 млн.тонн - оксидов азота - в пересчете NO2; около 1,6 млн.тонн - летучих органических соединений; 170 тыс.тонн - диоксида серы и 50 тыс. тонн - твердых частиц в пересчете на углерод (сажа). Наибольшие вклады в суммарные годовые выбросы вносят Центральный ФО (27%) и Приволжский ФО (20%), наименьшие вклады - Уральский ФО (9%) и Дальневосточный ФО (5%). (рис.11). Выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух от автотранспорта распределены следующим образом: оксид углерода - 67,3%, оксиды азота - 20,3%, летучие органические соединения (ЛОС) - 11,0%, диоксид серы - 1,1%), %, твердые вещества - 0,3 % (рис.12).
Рис.1 Распределение суммарных годовых выбросов автотранспорта за 2005 г. по федеральным округам РФ | Рис.2 Вклады основных загрязняющих веществ в суммарные выбросы от автотранспорта регионов РФ |
Значительный вклад выбросов от автотранспорта в валовые выбросы по региону отмечались в Москве, Краснодарском крае, Московской, Ростовской областях и др. Приоритетный список городов с наибольшими выбросами ЗВ от автотранспорта, превышающими 100 тыс.т/год, показан в таблице 3.
Проведено сравнение значений суммарных выбросов ЗВ автотранспорта, полученные различными методами.
В главе четыре развита методология оценки загрязнения атмосферного воздуха выбросами автотранспорта, которая включает:
- проведение натурных обследований состава, интенсивности, скорости автотранспортных потоков, как на отдельных автомагистралях и перекрестках, так и по городу в целом;
- определение качественного и количественного состава автомобильных выбросов;
- проведение расчетов загрязнения атмосферного воздуха примесями, содержащимися в выбросах автотранспорта;
- анализ результатов расчетов загрязнения атмосферного воздуха с точки зрения соответствия гигиеническим критериям качества атмосферного воздуха.
Таблица 3
Список городов с выбросами от автотранспорта более 100 тыс.т/год
N | В том числе | ||||
п/п | Город | Всего | оксид углерода | оксиды азота | ОС |
1. | Москва | 1233,0 | 811,5 | 252,8 | 151,8 |
2. | Санкт-Петербург | 500,9 | 333,4 | 100,3 | 60,7 |
3. | Екатеринбург | 201,2 | 127,5 | 25,3 | 30,6 |
4. | Волгоград | 186,5 | 123,5 | 39,5 | 20,4 |
5. | Уфа | 146,7 | 96,8 | 30,0 | 17,7 |
6. | Нижний Новгород | 144,2 | 99,8 | 27,1 | 15,4 |
7. | Омск | 142,15 | 107,2 | 18,9 | 15,1 |
8. | Самара | 136,2 | 28,7 | 89,9 | 15,4 |
9. | Ростов-на-Дону | 119,8 | 80,3 | 24,2 | 13,5 |
10. | Челябинск | 119,7 | 79,7 | 24,8 | 13,4 |
11. | Краснодар | 113,1 | 79,0 | 20,3 | 12,6 |
12. | Воронеж | 102,4 | 73,7 | 16,8 | 11,1 |
13. | Красноярск | 102,0 | 67,6 | 21,0 | 11,9 |
Целью нормирования выбросов загрязняющих веществ от объекта, от которого они поступают в атмосферу, является обеспечение соблюдения критериев качества атмосферного воздуха, регламентирующих предельно допустимое содержание в нем вредных (загрязняющих) веществ для здоровья населения и основных составляющих экологической системы, а также условия непревышения показателей предельно допустимых (критических) нагрузок на экологическую систему и других экологических нормативов. При нормировании выбросов учитываются технические нормативы выбросов и фоновое загрязнение атмосферного воздуха. Нормативы ПДВ (ВСВ) устанавливаются для каждого вредного вещества, поступающего в атмосферу из источников данного предприятия.
Базовой основой работ по нормированию выбросов, как и всей воздухоохранной деятельности являются результаты инвентаризации выбросов вредных веществ и их источников, обязательность которой узаконена ст.22 Федерального Закона "Об охране атмосферного воздуха". Однако, статья 22 говорит об обязательной инвентаризации источников выбросов только юридических лиц. Каким образом оценить воздействие на атмосферный воздух личного автотранспорта, количество которого ежегодно растет на всей территории РФ, выбросы которого вносят существенный вклад в фоновое загрязнение атмосферного воздуха? Как учесть вклад в общее загрязнение атмосферного воздуха выбросы транзитного автотранспорта? Подходы к оценке выбросов автотранспорта, движущегося по автомагистралям городов, в том числе и личного автотранспорта, предлагаются ниже.
Обосновывается и описывается методика обследовани структуры и интенсивности атранспортного потока и расчета выбросов на городских автомагистралях различных городов.
При расчетах загрязнения атмосферного воздуха необходим учет нестационарности (нестабильности во времени) мощностей выброса ЗВ в атмосферу, характерной практически для всех источников, в том числе и для автотранспортных. Для учета эффектов нестационарности требуется проводить расчеты по "ОНД-86" с использованием мощностей и других параметров, соответствующих нормальным неблагоприятным условиям выброса загрязняющих веществ в атмосферу (ННУВ). Неблагоприятными метеорологическими условиями (НМУ) для автомагистралей являются ситуации застоя, в тоже время расчеты по формулам "ОНД-86" предусматривают, что в приземном слое воздуха происходит интенсивный турбулентный обмен. Однако, если исходить из того, что количество автотранспортных средств днем значительно увеличивается, поэтому именно в дневное время суток могут наблюдаться наибольшие концентрации загрязняющих веществ, несмотря на то, что для наземного источника неблагоприятная стратификация является инверсионной, большей частью соответствующей ночному времени. Следовательно, для автомагистралей параметры, необходимые для расчета максимальных концентраций соответствуют дневным "часам пик" в сезоны и дни недели с наибольшей интенсивностью автотранспортных потоков (АТП).
Методика предусматривает подсчет количества проходящих АТС по шести категориям (легковые, грузовые карбюраторные с грузоподьемностью до 3 т, грузовые карбюраторные с грузоподьемностью более 3 т, автобусы карбюраторные, грузовые дизельные, автобусы дизельные) на автомагистралях в течение 20 мин. в периоды наибольшей интенсивности движения. Расчет выбросов в атмосферу выполняется по соответствующим удельным пробеговым выбросам по основным загрязняющим веществам: оксид углерода, оксиды азота, углеводороды, сажа, диоксид серы, формальдегид, бенз(а)пирен.
Осреднение расчетных концентраций за стандартный период т = 20
минут обусловлено тем, что к этому же времени осреднения относятся максимальные разовые гигиенические нормативы качества атмосферного воздуха населенных мест (ПДКм.р., ОБУВ). Одинаковое время осреднения рассчитанных по "ОНД-86" концентраций и ПДКм.р. (ОБУВ) обеспечивает возможность использования гигиенических ограничений на содержание загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест.
Для оценки величин выбросов загрязняющих веществ в атмосферу автотранспортными понтоками на городских магистралях г.Санк-Петербурга была разработана при участии автора специальная методика, учитывающая изменение структуры автотранспорта г.Санкт-Петербурга, существенное сближение ее со структурой, характерной для городов в странах дальнего зарубежья, изменение технических нормативов выбросов автотранспорта отечественного и зарубежного производства по отношению и изменение качества моторного топлива.
Методика содержит требования к организации и проведению натурных обследований структуры и интенсивности автотранспортных потоков. Предлагается для определения характеристик автотранспортных потонков на выбранных участках улично-дорожной сети проводить учет проходящих АТС по следующим группам: легковые автомобили, отдельно, лотечественные (Ло) и зарубежные (Лз), микроавтобусы (МА) и автофургоны (АФ), автобусы бензиновые (АК), автобусы дизельные, грузовые бензиновые свыше 3,5 т (ГК >3,5), грузовые дизельные до 12 т. (ГД<12), грузовые дизельные свыше 12 т. (ГД>12).
Выброс i-того загрязняющего вещества (г/с) движущимся автотранспортным потоком на автомагистрали (или ее участке) с фикнсированной протяженностью L (км) определяется по формуле:
ML1= ⋅ Мпк,1 ⋅ Gk⋅ rvk,1, г/мин (3)
Мпк,1 (г/км) - пробеговый выброс i-го вредного вещества авнтомобилями k-й группы для городских условий эксплуатации;
k - количество групп автомобилей;
Gk (1/час) - фактическая наибольшая интенсивность движения, т.е. количество автомобилей каждой из К групп, проходящих через фиксированное сечение выбранного участка автомагистрали в едининцу времени в обоих направлениях по всем полосам движения;
rvk,1 - поправочный коэффициент, учитывающий среднюю скорость движения транспортного потока (vк (км/час) на выбранной автомагистрали (или ее участке).
1
- - коэффициент пересчета "час" в "сек";
3600
L (км) - протяженность автомагистрали (или ее участка) из которого исключена протяженность очереди автомобилей перед запнрещающем сигналом светофора и длина соответствующей зоны перекнрестка (для перекрестков, на которых проводились дополнительные обследования).
В третьем разделе обосновывается использование сводных (комплексных) расчетов для оценки вкладов выбросов автотранспотрта в суммарное загрязнение атмосферного воздуха городов. Сводные расчёты с использованием данных о характеристиках выбросов вредных (загрязняющих) веществ от всех объектов, расположенных на территории города, позволяют реализовать системный и комплексный подход к охране атмосферного воздуха, необходимость которого устанавливается статьёй 3 Закона "Об охране атмосферного воздуха" в качестве одного из основных принципов государственного управления в области охраны атмосферного воздуха.
При расчетах загрязнения атмосферы автомагистрали моделируются, как неорганизованные источники с высотой выброса 2 м и реальной шириной автомагистрали, определенной при натурных обследованиях или из картографических материалов, в том числе и электронных карт. Длина магистрали и координаты противоположных сторон, данных неорганизованных источников, определяются из картографических материалов. При таком подходе автомагистрали выступают, как источники выбросов с нестационарными по времени выбросами, а автомобили, движущиеся по этим магистралям, являются источниками выделения.
Анализируется влияния выбросов автотранспорта на уровень загрязнения атмосферного воздуха вблизи отдельных автомагистралей при использовании вышеописанной методологии на примере Санкт-Петербурга.
В табл. 4 представлены характеристики автотранспортного потока на некоторых автомагистралях г. Санкт-Петербурга.
Таблица 4
Характеристики автотранспортного потока
на автомагистралях г. Санкт-Петербурга *)
№ | Наименование магистрали | Характеристики автотранспортного потока | Интенсивность движения авт/час | ||||
п/п | егковые | Грузовые | Автобусы | ||||
а | (%) | Г (%) | Гд/Г (%) | А (%) | Ад/А, (%) | ||
1996 год | |||||||
1 | Московский пр. | 89,8 | 8,7 | 3,5 | 1,5 | 3,8 | 2871 |
2 | Невский пр. | 96,5 | 1,4 | 0,0 | 2,1 | 42,2 | 3357 |
2001 год | |||||||
1 | Московский пр. | 89,3 | 9,5 | 2,2 | 1,2 | 14,1 | 3635 |
2 | Невский пр. | 94,7 | 4,5 | 1,7 | 0,8 | 0,0 | 3841 |
2006 год | |||||||
1 | Московский пр. | 86,6 | 13,1 | 0,2 | 0,3 | 16,7 | 4229 |
2 | Невский пр. | 94,8 | 3,6 | 0,3 | 1,6 | 34,5 | 4113 |
*) Примечание:
(%) - процентное содержание легковых автомобилей в общем автотранспортном потоке;
Г (%) - процентное содержание грузовых автомобилей в общем автотранспортном потоке;
Гд (%) - процентное содержание грузовых дизельных автомобилей от общего числа грузовых автомобилей в автотранспортном потоке;
А (%) - процентное содержание автобусов в общем автотранспортном потоке;
Ад (%) - процентное содержание дизельных автобусов от общего числа автобусов в автотранспортном потоке.
Результаты расчетов показывают, что выбросы диоксида азота в 2001 году, по сравнению со значениями выбросов в 1996 году, увеличились в 1,3 раза на Московском проспекте, в 1,2 раза - на Невском проспекте вследствие увеличения интенсивности движения автотранспортных потоков. В 2006 году, несмотря на продолжающееся увеличение интенсивности движения, выбросы диоксида азота сократились, благодаря улучшению экологических показателей некоторых категорий легковых автомобилей.
В 2001 году, по сравнению с 1996 годом, в связи с увеличением автотранспортных потоков, концентрации диоксида азота вблизи магистралей увеличились в 1,2 - 1,4 раза и составили более 7 ПДКмр. В 2006 году значение концентрации диоксида азота, равное 1 ПДК м.р., достигается на расстоянии 400- 500 м от автомагистралей при интенсивности движения около 4000 авт/час.
Автором была смоделирована ситуация, согласно которой всеми категориями автотранспорта, движущимися по Московскому и Невскому проспектам, соблюдаются европейские требования, соответствующие экологическому стандарту Евро-2, при этом, несмотря на увеличение интенсивности движения автотранспортных потоков на выбранных автомагистралях Санкт-Петербурга, значения выбросов диоксида азота могли бы быть в 2,9 раза ниже относительно реальных выбросов 2006 года на Московском проспекте и в 5 раз ниже - на Невском проспекте.
При соблюдении европейских стандартов качества, соответствующих Евро-2, в 2006 году максимальные приземные концентрации диоксида азота могли бы быть в 4 - 5 раз ниже относительно реальных концентраций 2006 года и составлять: 0,5 ПДК м.р. и 0,4 ПДК м.р. на расстоянии 50 м и 100 м от Невского проспекта; 0,9 ПДК м.р. и 0,7 ПДК м.р. на расстоянии 50 м и 100 м от Московского проспекта.
Модельные расчеты загрязнения атмосферы позволяют сделать вывод, что выполнение в настоящее время требований к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации является актуальным и своевременным.
Описана методика проведения натурных обследований состава и интенсивности автотранспортных потоков и расчета выбросов автотранспорта вблизи регулируемого перекрестка.
Выброс i-го загрязняющего вещества (ЗВ) в зоне перекрестка при запрещающем сигнале светофора Мп определяется по формуле:
Мп1 = ⋅ (MТп1, k ⋅ Gk,n), г/мин (4)
где P (мин) - продолжительность действия запрещающего сигнала светофора (включая желтый цвет);
Nц - количество циклов действия запрещающего сигнала светофора за 20-минутный период времени;
Nгр - количество групп автомобилей;
где MТп1, k (г/мин) - удельный выброс i-го ЗВ автомобилями, k-й группы, находящихся в "очереди" у запрещающего сигнала светофора;
Gk,n - количество автомобилей k группы, находящихся в "очереди" в зоне перекрестка в конце n-го цикла запрещающего сигнала светофора.
Усредненные значения удельных выбросов (г/мин) учитывают режимы движения автомобилей в районе пересечения перекрестка (торможение, холостой ход, разгон).
Далее приводится подробный алгоритм по применению разработанной методики расчета выбросов автотранспорта вблизи регулируемого перекрестка и оценки их воздействия на атмосферный воздух. Показано, что с учетом модельных расчетов загрязнения атмосферного воздуха можно определить значения приземных максимальных концентраций ЗВ при различных сценариях движения автотранспорта вблизи регулируемого перекрестка. По сценарию, описывающему дневное время суток (12 - 16 ч.) с интенсивностью движения автотранспортных потоков на пересекающихся магистралях от 700 до 2000 авт/час, при скорости движения в среднем равной 40 км/час, и наличием очереди АТС перед перекрестком в ожидании разрешающего сигнала светофора, концентрации оксида углерода составляют: в 100 м от перекрестка - менее 1 ПДК и концентрации диоксида азота: в 100 м от перекрестка - 2,2 ПДК, в 200 м - 1,2 ПДК, в 300 м - 0,9 ПДК.
В главе пять разработана методология оценки эффективности технических и организационно-градостроительных мероприятий по снижению воздействия автотранспорта на атмосферный воздух, которая включает:
- анализ существующих уровней загрязнения атмосферного воздуха различными примесями,
- разработку комплекса мероприятий по снижению выбросов разных категорий автотранспорта,
- разработку вариантов градостроительных решений,
- проведение сводных (комплексных) расчетов загрязнения атмосферного воздуха как вблизи отдельных автомагистралей и перекрестков, так и по городу в целом;
- анализ результатов расчетов загрязнения атмосферного воздуха с точки зрения соответствия гигиеническим критериям качества атмосферного воздуха,
- оценку достаточности мер по снижению воздействия автотранспорта на основе анализа расчетов загрязнения атмосферного воздуха с точки зрения соответствия гигиеническим критериям качества атмосферного воздуха.
Обосновано применение данной методологии на конкретных примерах.
Мероприятия по снижению вклада автотранспорта в загрязнение атмосферного воздуха можно разделить на 3 основные группы: технические, способствующие уменьшению выбросов каждого отдельного автомобиля; организационно-технические; планировочно-градостроительные.
Меронприятия первой группы касаются технических вопросов развития автонмобиленстроения в стране. Эффект от мероприятий этой группы будет проявляться по мере увенличения доли усовершенствованных автомобилей в автопарке гонродов. Дизелинзация грузового и автобусного парка городов может уменьшить загрязнение воздуха оксидом углерода и углеводородами, но без существенного изменения остаются выбросы оксидов азота и возрастут выбросы сажи и канцерогенных веществ (в том числе бенз(а)пирена).
Отмечается, что ввод в действие в апреле в 2006 г. специального технического регламента УО требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, вредных загрязняющих веществФ уже имеет положительные последствия.
Однако в Российской Федерации, в отличие от многих развитых стран, не приняты государственные программы расширения использования на автомобильном транспорте альтернативных источников энергии: компримированного и сжиженного метана, биогаза, биодизеля, водорода и т. п. Отсутствует законодательное и налоговое подкрепление перевода транспорта на перспективные виды топлива.
К мероприятиям второй группы относятся: организационно-технические мероприятия, которые включают проведение комплекса мер, обеспечивающих выполнение предписаний государственных и отраслевых стандартов (со 100% контролем токсичности автонтранспорта) и т.д. Введение требований "Евро-2" применительно к автомобилям, поступающим на внутренний российский рынок, со всей остротой поставило проблему повышения эффективности государственного контроля за выбросами автомобилей, находящихся в эксплуатации.
В целом реализация всего комплекса мер данной группы по предванрительным оценками может обеспечить снижение загрязнения воздуха автотранспорнтом примерно на 60%, в том числе по оксиду углерода - на 75%, углеводорондам - на 50-60%, оксидам азота - на 40-50%.
Мероприятия третьей группы включают: выбор оптимальных градостроительных решений, связанных со строинтельством подземных переходов, транспортных развязок, опренделением архинтектурно-планировочных характеристик строящихся и реконструируемых автомагистралей и т.д.
Эффект от третьей группы мероприятий наиболее реален в локальнном масштабе (в районах отдельных автомагистралей и зон их пенресечения) и завинсит от обоснованности проектных решений и их реанлизации. При этом следунет учитывать, что снижение загрязнения возндуха в одной локальной зоне может привести к повышению загрязненния воздуха в другой близко расположенной городской зоне.
Описанные выше мероприятия носят общий характер. Для каждого города следует разрабатывать свой комплекс мероприятий, который, в первую очередь, основывается на существующем уровне загрязнении атмоснферы и, следовательно, необходимом уровне его снижения, во-вторых, следует учитывать структуру автомобильного парка городов, вида используенмого топлива и многие другие факторы. Примеры таких мероприятий, а также оценка их эффективности даны ниже.
Представлены меры по снижению выбросов автотранспорта, реализуемые в странах ЕС, основными из которых являются усовершенствование технических характеристик единичного транспортного средства в соответствии с законодательными нормативами. Меры по снижению выбросов от автомобилей были включены в соответствующее европейское законодательство с 70-х годов. Чтобы соответствовать этим требованиям производители автомашин совершенствовали технологии двигателей и внедряли системы снижения выбросов. В результате сегодняшние автомобили на порядок чище, чем автомобили два десятилетия назад в отношении обычных загрязнителей (CO, NOx, ЛОС).
Текущее законодательство "Euro-4" ввело дополнительное сокращение 57% для СО и 47% для CxHy и NOx. Такие сокращения приведут выбросы от автомобилей 2005 года к 1/5 уровня 1995 года. Это достигается путем использования трехступенчатых каталитических систем с замкнутым контуром и дополнительных мер, таких как установка окислительных прекатализаторов, использование бортовых диагностических систем. В декабре 2005 года был объявлен очередной нормативный этап - "Euro-5", который имеет цель дополнительное 25% сокращение выбросов NOx и CxHy для бензиновых машин по сравнению с "Euro-4".
Говориться о применении комплексных (сводных) расчётов в РФ для оценки эффективности технических мер по уменьшению выбросов автотранспорта в городах РФ (Санкт-Петербург, Архангельск, Астрахань, Сыктывкар, Череповец, Кириши, Губкин).
Эти города характеризуются различной структурой, интенсивностью автотранспортных потоков (табл.5), плотностью улично-дорожной сети и метеорологическими условиями для рассеивания выбросов. Выбросы автотранспорта находятся в диапазоне от 2 тыс.т/год в городах с численностью населения от 55 тыс.человек (г. Кириши, г. Губкин) до 239 тыс.т/год с численностью 4,8 млн.человек (Санкт-Петербург).
Таблица 5
Основные характеристики автотранспортных потоков на автомагистралях ряда городов России
№ п/п | Название города | Характеристики автотранспортного потока | Средняя интенсивность движения (авт/час) | Максимальная интенсивность движения (авт/час) | ||||
(%) | Г (%) | Гд/Г (%) | А (%) | Ад/А (%) | ||||
1 | Санкт-Петербург | 79 | 19 | 21 | 2 | 57 | 2800 | 8600 |
2 | Астрахань | 75 | 19 | 20 | 6 | 17 | 2250 | 4000 |
3 | Череповец | 78 | 16 | 16 | 6 | 73 | 1700 | 3700 |
4 | Сыктывкар | 74 | 18 | 11 | 8 | 34 | 1100 | 2400 |
6 | Архангельск | 70 | 19 | 11 | 11 | 22 | 1290 | 2340 |
6 | Кириши | 66 | 29 | 19 | 5 | 48 | 800 | 1400 |
7 | Губкин | 76 | 10 | 4 | 11 | 20 | 430 | 1300 |
_____________________
Примечание:
(%) - доля легковых автомобилей в процентах от общего числа автомобилей;
Г(%) - доля грузовых автомобилей в процентах от общего числа автомобилей;
Гд/Г(%) - доля грузовых автомобилей с дизельными двигателями в процентах от общего числа грузовых автомобилей;
А (%) - доля автобусов в процентах от общего числа автомобилей;
Ад/А (%) - доля автобусов с дизельными двигателями в процентах от числа автобусов.
Были проведены расчеты и построены поля максимальных приземных концентраций по основным веществам, присутствующим в выбросах автотранспорта: оксидам азота, оксиду углерода, углеводородам, саже. Анализ результатов расчетов показал, что выбросы оксида азота, углеводородов, сажи не создают зон с повышенным загрязнением атмосферного воздуха. Были проведены сравнения расчетных концентраций с измеренными на постах наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха Росгидромета в исследуемых городах (табл.6).
Как видно из таблицы 6 максимальные концентрации диоксида азота и оксида углерода, измеренные на постах сопоставимы с расчетными. Наибольшие, как расчетные, так и измеренные концентрации диоксида азота - в Санкт-Петербурге. Наименьшие - в Сыктывкаре и Киришах, именно в этих городах и наименьшая средняя интенсивность движения (табл.5). Наибольшие расчетные и измеренные концентрации оксида углерода в Череповце.
Таблица 6
Максимальные концентрации диоксида азота и оксида углерода
в долях ПДК в 2006 г.
Город | Диоксид азота | Оксид углерода | ||
Расчет | измерения | расчет | измерения | |
Санкт-Петербург | 10-12 | 4-7 | 2,5-3,5 | 1,4-4,5 |
Череповец | 7-12 | 5 | 3-7 | 4 |
Сыктывкар | 2,5 | 0,7 | 2 | 1,6 |
Астрахань | 5-7 | 1,7-2,7 | 4-7 | 1,4-1,8 |
Архангельск | 3-8 | 3,2 | 2-5 | 1,6 |
Кириши | 1,5 | 0,5 | 2 | 1,6 |
Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что выбронсы автонтранспорта создают повышенное загрязнение городского воздуха при котором величины концентраций часто превышают ПДК. В связи с этим требуются спенциальные мероприятия для снижения автомобильных вынбросов, разработка и реализация комплексных целевых программ по борьбе с загрязнением воздуха автотранспортом.
В таблице 7 представлены диапазоны сокращения удельных выбросов диоксида азота и оксида углерода при выполнении европейских требований, отвечающих экологическим уровням Евро-1 и Евро-2, выраженные в процентном отношении к уровню Евро-0. Выполнении европейских требований, отвечающих Евро-2, удельные выбросы диоксида азота по отношению к Евро-0 сокращаются в среднем на 75 - 77%, выбросы оксида углерода - на 89 - 90%.
Таблица 7
Диапазоны сокращения удельных выбросов диоксида азота и оксида углерода при выполнении европейских требований
Уровень экологичности автотранс-портных средств | Сокращение удельных выбросов ЗВ по отношению к Евро-0, % | |||
Диоксида азота (NO2) | Оксида углерода (СО) | |||
Мs | ML | Мs | ML | |
Евро-1 | 18 - 36 | 17 - 27 | 66 - 74 | 65 - 71 |
Евро-2 | 69 - 85 | 68 - 81 | 85 - 92 | 89 - 90 |
Для оценки влияния улучшенных экологических характеристик автотранспорта на качество атмосферного воздуха был проведен сравнительный анализ полей максимальных концентраций диоксида азота и оксида углерода, создаваемых выбросами автотранспортных средств, с двигателями, отвечающими требованиям Евро-0, Евро-1и Евро-2.
Для этого были использованы следующие величины: Мs - суммарнный выброс загрязняющего вещества на автомагистралях, нормированный на площадь города (г/скм2) с учетом уровня экологичности автотранспортных средств (Евро-0, Евро-1 и Евро-2); МL - сумнмарнный выброс загрязняющего вещества на автомагистралях, норнмированный на общую протяженнность обследованных автомангистралей (г/скм) (Евро-0, Евро-1 и Евро-2); зоны потенциального загрязнения, отнесенные к площади города, со значениями максимальных концентраций, превышающими 1 ПДК и 5 ПДК, которые применяются для оценки ЗА автотранспортом (таблица 8).
Таблица 8
Характеристики выбросов загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу от автотранспорта и зоны потенциального загрязнения атмосферного воздуха в ряде городов России
Название города | Уровень экологичности автотранс-портных средств | Среднее значение выброса ЗВ на единицу площади, MS (г/скм2) | Среднее значение выброса ЗВ на единицу длины, ML, (г/скм) | Зона с превышением ПДК, (% от площади города) | |||||
> 1 ПДК | > 5 ПДК | ||||||||
NO2 | CO | NO2 | CO | NO2 | СО | NO2 | СО | ||
Санкт-Петербург | Евро-0 | 1,41 | 11,57 | 1,64 | 13,40 | 100,0 | 36,6 | 11,0 | - |
Евро-1 | 1,13 | 3,90 | 1,31 | 4,52 | 100,0 | - | 9,1 | - | |
Евро-2 (с учетом Восточного полукольца КАД) | 0,32 | 0,95 | 0,43 | 1,29 | 16,0 | - | - | - | |
Архангельск | Евро-0 | 2,04 | 24,2 | 0,81 | 9,63 | 100,0 | 100,0 | 26,1 | 7,0 |
а | Евро-1 | 1,61 | 7,13 | 0,64 | 2,83 | 100,0 | 15,7 | 17,4 | - |
а | Евро-2 | 0,55 | 3,57 | 0,15 | 0,98 | 21,7 | - | - | - |
Астрахань | Евро-0 | 1,04 | 8,88 | 1,33 | 11,34 | 100,0 | 28,6 | 13,4 | - |
а | Евро-1 | 0,67 | 2,34 | 1,04 | 3,64 | 100,0 | - | 4,6 | - |
а | Евро-2 | 0,16 | 0,75 | 0,25 | 1,16 | - | - | - | - |
Сыктывкар | Евро-0 | 0,70 | 6,03 | 0,64 | 5,54 | 100,0 | 4,0 | - | - |
а | Евро-1 | 0,56 | 2,11 | 0,51 | 1,93 | 100,0 | - | - | - |
а | Евро-2 | 0,14 | 0,62 | 0,13 | 0,57 | - | - | - | - |
Череповец | Евро-0 | 0,94 | 5,39 | 0,91 | 5,22 | 100,0 | - | - | - |
а | Евро-1 | 0,68 | 1,73 | 0,66 | 1,68 | 100,0 | - | - | - |
а | Евро-2 | 0,27 | 0,62 | 0,26 | 0,60 | - | - | - | - |
Кириши | Евро-0 | 0,51 | 4,87 | 0,63 | 6,02 | 100,0 | - | - | - |
а | Евро-1 | 0,42 | 1,64 | 0,51 | 2,03 | 92,4 | - | - | - |
а | Евро-2 | 0,16 | 0,51 | 0,20 | 0,63 | - | - | - | - |
Губкин | Евро-0 | 0,28 | 3,81 | 0,29 | 3,91 | 10,5 | - | - | - |
а | Евро-1 | 0,23 | 1,21 | 0,24 | 1,24 | 4,5 | - | - | - |
а | Евро-2 | 0,06 | 0,39 | 0,06 | 0,40 | - | - | - | - |
Выполнение всеми категориями автотранспортных средств европейских требований, соответствующих экологическому уровню Евро-1, достаточно для соблюдения гигиенических критериев качества атмосферного воздуха по оксиду углерода во всех исследуемых городах, кроме г.Архангелька, где значительный вклад в концентрацию выбрасываемых загрязняющих веществ вносит грузовой автотранспорт и автобусы. Однако выполнения экологического уровня Евро-1 недостаточно для соблюдения во всех исследуемых городах гигиенических критериев качества атмосферного воздуха по диоксиду азота.
Выполнение европейских требований Евро-2 при существующей интенсивности движения автотранспортных потоков является достаточным для соблюдения гигиенических критериев качества атмосферного воздуха по диоксиду азота и оксиду углерода в городах с численностью населения менее 500 человек и с незначительным вкладом грузового автотранспорта и автобусов. В мегаполисах и городах с преобладающим вкладом грузового автотранспорта и автобусов выполнение европейских требований Евро-2 является недостаточным для соблюдения гигиенических критериев качества атмосферного воздуха по диоксиду азота.
При условии выполнения европейских требований Евро-3 значения выбросов диоксида азота и оксида углерода в 3 - 3,5 раза меньше относительно значений выбросов этих же веществ с учетом выполнения всеми категориями автотранспорта экологического уровня Евро-2, при этом зоны локального загрязнения атмосферного воздуха г.Санкт-Петербург диоксидом азота с концентрацией более 1 ПДКм.р. практически отсутствуют по всей территории города, занятой автомагистралями (рис.6).
В связи с этим, улучшение экологических характеристик всех категорий автотранспортных средств в соответствии с современными европейскими нормами (от Евро-3 до Евро-4), как при существующей, так и при постоянно увеличивающейся интенсивности автотранспортного движения, является актуальным и своевременным.
Проведена оценка эффективности организационно-градостроительных мероприятий на примере Санкт-Петербурга и Архангельска. С помощью расчётных методов моделирования показано, что обновление автотранспортного парка и введение в эксплуатацию кольцевой автодороги Санкт-Петербурга существенно улучшает качество атмосферного воздуха в городе, значительно уменьшает площадь загрязнения всеми примесями, присутствующими в выбросах автотранспорта, в том числе и диоксидом азота. Расширение дорожного полотна на одном из проспектов г.Архангельска, а также замена регулируемого перекрестка на транспортную развязку в двух уровнях по одному сценарию и замена регулируемого перекрестка на кольцевую развязку в одном уровне по второму сценарию в г.Архангельске позволит снизить максимальные приземные концентрации диоксида азота и оксида углерода по сравнению существующим положением.
Рис.3 Поле максимальных приземных концентраций диоксида азота при выполнении всеми категориями автотранспорта г.Санкт-Петербурга европейских требований, отвечающих Евро-0 | Рис.4 Поле максимальных приземных концентраций диоксида азота при выполнении всеми категориями автотранспорта г.Санкт-Петербурга европейских требований, отвечающих Евро-1 |
Рис.5 Поле максимальных приземных концентраций диоксида азота при выполнении всеми категориями автотранспорта г.Санкт-Петербурга европейских требований, отвечающих Евро-2 | Рис.6 Поле максимальных приземных концентраций диоксида азота при выполнении всеми категориями автотранспорта г.Санкт-Петербурга европейских требований, отвечающих Евро-3 |
Делается вывод, что решение задач развития городов, их инфраструктуры, невозможно без оценок экологических последствий реализации тех или иных проектов на качество атмосферного воздуха. При прогнозе последствий изменений всего города как сложной системы, отдельных подсистем города (транспортной, энергетической, коммунальной, производственной и т.д.), его территорий и пр. комплексным расчётам загрязнения атмосферного воздуха практически нет альтернативы.
Основные результаты диссертационной работы
1. Дана характеристика автотранспорта, как источника загрязнения атмосферного воздуха, показаны значения автомобильных выбросов и тенденции их изменения.. Вклад автотранспорта в выбросы на Европейской территории России в 2007 г. составил более 60%, имеет устойчивую тенденцию к увеличению, а на Азиатской территории изменяется менее значительно. Неблагоприятное влияние загрязнения атмосферного воздуха на здоровье населения можно оценить по увеличению общей заболеваемости и острых инфекций верхних дыхательных путей.
2. Описаны современные подходы к расчету выбросов агрязняющих веществ от автотранспорта и методам оценок загрязнения атмосферного воздуха выбросами автотранспорта. Для расчета годовых выбросов ЗВ в Европейском союзе действует единый подход, который развивается под руководством Европейского Агентства по Окружающей Среде. Он предусматривает расчет выбросов ЗВ по 12 - 16 категорий автомашин. В РФ оцениваются выбросы ЗВ: СО; CxHy; NOx; сажа; SO2; РЬ. Основных категорий автотранспортных средств. Делается вывод о необходимости разработки методики для РФ, позволяющей оценивать годовые выбросы ЗВ как юридических, так и физических лиц, при минимальной исходной информации с учетом региональных особенностей.
3. Проанализирована структура и возраст основных категорий автотранспорта в регионах РФ. В среднем по РФ основной вклад в суммарное количество автотранспорта вносят легковые автомобили (79%). Вклад грузовых автомобилей составляет 18%, из которых 58% - грузовые автомобили с бензиновым типом двигателя. Вклад автобусов в среднем составляет 3%, из которых 78% - автобусы с бензиновым типом двигателя. Количество легковых автомобилей с возрастом старше 10 лет в среднем по РФ составляет 54% от общего количества легковых автомобилей, количество легковых автомобилей с возрастом от 10 до 5 лет составляет 27%, количество легковых автомобилей с возрастом меньше 5 лет - 18%. Количество грузовых автомобилей с возрастом старше 10 лет в среднем по Российской Федерации составляет 64% от общего количества грузовых автомобилей, количество грузовых автомобилей с возрастом от 10 до 5 лет составляет 23%, количество грузовых автомобилей с возрастом меньше 5 лет - 12%. Количество автобусов с возрастом старше 10 лет в среднем по Российской Федерации составляет 47% от общего количества автобусов, количество автобусов с возрастом от 10 до 5 лет составляет 28%, количество автобусов с возрастом меньше 5 лет - 24%.
4. Разработана методика расчета годовых выбросов ЗВ от автотранспорта с учетом региональных особенностей. Проведена ее апробация по данным о структуре и возрасте автопарков в 83-х регионах РФ. Суммарный выброс основных загрязняющих веществ за 2005 год в целом по стране составил около 15 млн.тонн, из которых около 10 млн.тонн - оксида углерода; 3,1 млн.тонн - оксидов азота - в пересчете NO2; около 1,6 млн.тонн - летучих органических соединений; 170 тыс.тонн - диоксида серы и 50 тыс. тонн - твердых частиц в пересчете на углерод (сажа). Наибольшие выбросы загрязняющих веществ от автотранспорта отмечены в Москве (1233,0 тыс.т), Московской области (797,1 тыс.т), Краснодарском крае (623,5 тыс.т), Санкт-Петербурге (500,9 тыс.т), Ростовской области (473,5 тыс.т), Свердловской области (434,0 тыс.т), республике Башкортостан (406,3 тыс.т), Самарской области (362,7 тыс.т), Нижегородской области (358,3 тыс.т), Ставропольском крае (356,3 тыс.т), Челябинской области (337,9 тыс.т), Иркутской области (336,4 тыс.т) и Новосибирской области (308,2 тыс.т).
5. Обоснована с учетом теоретических и экспериментальных исследонваний возможность использования методики расчета загрязнения атмосферного воздуха "ОНД-86" для оценки загрязнения атмосферного воздуха выбросами автотранспорта. Коэффициент корреляции между расчетными и инструментальными значениями концентраций диоксида азота составил R=0,69 - 0,72. Для принятия управленческих решений по снижению выбросов автотранспорта необходимо опираться не только на нормативные критерии качества воздуха, но и методы оценок загрязнения атмосферы, имеющие статус нормативных. Для оценки загрязнения атмосферного воздуха выбросами автотранспорта рекомендуется использовать математическую модель, лежащую в основе единственного утвержденного общероссийского документа по расчету рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе "ОНД-86".
6. Усовершенствована методика обследования структуры и интенсивности атранспортного потока и расчета выбросов вредных (загрязняющих) веществ на городских автомагистралях Санкт-Петербурга. Расчеты выбросов предлагается выполнять по 7-ми ЗВ: оксид углерода, оксиды азота, углеводороды; сажа; диоксид серы; формальдегид; бенз(а)пирен для 8-ми категорий автотранспортных средств (АТС): легковые автомобили лотечественные и зарубежные; микроавтобусы; автобусы бензиновые; автобусы дизельные; грузовые бензиновые свыше 3,5 т; грузовые дизельные до 12 т; грузовые дизельные свыше 12 т. Предлагается перейти к региональному подходу к оценке выбросов автотранспорта, движущегося по автомагистралям.
7. Показано, что наиболее реальным способом получения достоверной информации об общегородском загрязнении атмосферного воздуха являются сводные расчеты загрязнения атмосферы от всей совокупности промышленных, транспортных предприятий и объектов и автотранспорта, движущегося по городским автомагистралям. Сводные расчёты с использованием данных о характеристиках выбросов вредных (загрязняющих) веществ от всех объектов, расположенных на территории города, позволяют реализовать системный и комплексный подход к охране атмосферного воздуха, необходимость которого устанавливается статьёй 3 "Закона об охране атмосферного воздуха" в качестве одного из основных принципов государственного управления в области охраны атмосферного воздуха.
8. Проведен анализ влияния выбросов автотранспорта на уровень загрязнения атмосферного воздуха вблизи отдельных автомагистралей г.Санкт-Петербурга за 1996, 2001 и 2006 годы. В 2001 году, по сравнению с 1996 годом, в связи с увеличением автотранспортных потоков, концентрации диоксида азота вблизи магистралей увеличились в 1,2 - 1,4 раза и составили более 7 ПДКмр В 2006 году значение концентрации диоксида азота, равное 1 ПДК м.р., достигается на расстоянии 400- 500 м от автомагистралей при интенсивности движения около 4000 авт/час.
9. Разработана методика расчета выбросов автотранспорта вблизи регулируемого перекрестка и оценки их воздействия на атмосферный воздух. Представлены сценария распределения автотранспортных потоков и алгоритм расчетов выбросов и концентраций вредных (загрязняющих) веществ вблизи перекрестка, а также результаты расчетов. По сценарию, описывающему дневное время суток (12 - 16 ч.) с интенсивностью движения автотранспортных потоков на пересекающихся магистралях от 700 до 2000 авт/час, при скорости движения в среднем равной 40 км/час, и наличием очереди АТС перед перекрестком в ожидании разрешающего сигнала светофора, концентрации оксида углерода составляют: в 100 м от перекрестка - менее 1 ПДК и концентрации диоксида азота: в 100 м от перекрестка - 2,2 ПДК, в 200 м - 1,2 ПДК, в 300 м - 0,9 ПДК.
10. Проведены натурные обследования состава и интенсивности автотранспортных потоков в ряде городов РФ. С использованием полученных данных о выбросах автотранспорнта на городских магистралях проведены расчеты территориального раснпределения концентраций вредных веществ в городах РФ. Проанализированы поля расчетных максимальных концентраций примесей в горондах с различной средней интенсивностью движения транспорта: Санкт-Петербург (около 3000 авт./час), Архангельск (около 1300 авт/час), Астрахань (2250 авт/час), Сыктывкар (1100 авт/час), Череповец (1700 авт/час), Кириши (800 авт/час), Губкин (около 400 авт/час).. На основе анализа результатов расчетов загрязнения воздуха, созндаваемого автотранспортом, установлено: во всех исследуемых городах загрязнение воздуха диоксидом азота и оксидом углерода весьма значительно (от 1.5 ПДКмр по диоксиду азота вблизи автомагистралей в Киришах до 10 ПДК вблизи автомагистралей Санкт-Петербурга, от 2-х ПДКмр по оксиду углерода в Киришах до 4-7 ПДКмр в Астрахани), выбросы других веществ не создают повышенное загрязнение атмосферного воздуха.
11. Представлен "Комплекс мер по снижению по снижению вклада автотранспорта в загрязнение атмосферного воздуха ". Все мероприятия предлагается разделить на 3 основные группы: технические, способствующие уменьшению выбросов каждого отдельного автомобиля; организационно-технические; планировочно-градостроительные. Описаны меры по снижению выбросов автотранспорта в странах ЕС, основными из которых являются усовершенствование технических характеристик единичного транспортного средства в соответствии с законодательными нормативами. Текущее законодательство "Euro-4" ввело дополнительное сокращение 57% для СО и 47% для CxHy и NOx. Такие сокращения приведут выбросы от автомобилей 2005 года к 1/5 уровня 1995 года. Это достигается путем использования трехступенчатых каталитических систем с замкнутым контуром и дополнительных мер, таких как установка окислительных прекатализаторов, использование бортовых диагностических систем. В декабре 2005 года был объявлен очередной нормативный этап - "Euro-5", который имеет цель дополнительное 25% сокращение выбросов NOx и CxHy для бензиновых машин по сравнению с "Euro-4".
12. Разработана методология оценки эффективности технических и организационно-градострительных мероприятий по снижению воздействия автотранспорта на атмосферный воздух, которая включает:
- анализ существующих уровней загрязнения атмосферного воздуха различными примесями,
- разработку комплекса мероприятий по снижению выбросов разных категорий автотранспорта,
- разработку вариантов градостроительных решений,
- проведение сводных (комплексных) расчетов загрязнения атмосферного воздуха как вблизи отдельных автомагистралей и перекрестков, так и по городу в целом;
- анализ результатов расчетов загрязнения атмосферного воздуха с точки зрения соответствия гигиеническим критериям качества атмосферного воздуха,
- оценку достаточности мер по снижению воздействия автотранспорта на основе анализа расчетов загрязнения атмосферного воздуха с точки зрения соответствия гигиеническим критериям качества атмосферного воздуха.
Обосновано применение данной методологии на конкретных примерах.
13. Проведен анализ эффективности организационно-технических мероприятий по снижению вынбросов автотранспорта с целью достижения нормативов качества атнмосферного воздуха в ряде городов России (Санкт-Петербург, Архангельск, Астрахань, Сыктывкар, Череповец, Кириши, Губкин). Выполнение всеми категориями автотранспортных средств европейских требований, соответствующих экологическому уровню Евро-1, достаточно для соблюдения гигиенических критериев качества атмосферного воздуха по оксиду углерода во всех исследуемых городах, кроме г.Архангелька, где значительный вклад в концентрацию выбрасываемых загрязняющих веществ вносит грузовой автотранспорт и автобусы. Однако выполнения экологического уровня Евро-1 недостаточно для соблюдения во всех исследуемых городах гигиенических критериев качества атмосферного воздуха по диоксиду азота.
Выполнение европейских требований Евро-2 при существующей интенсивности движения автотранспортных потоков является достаточным для соблюдения гигиенических критериев качества атмосферного воздуха по диоксиду азота и оксиду углерода в городах с численностью населения менее 500 человек и с незначительным вкладом грузового автотранспорта и автобусов. В мегаполисах и городах с преобладающим вкладом грузового автотранспорта и автобусов выполнение европейских требований Евро-2 является недостаточным для соблюдения гигиенических критериев качества атмосферного воздуха по диоксиду азота. В связи с этим, улучшение экологических характеристик всех категорий автотранспортных средств в соответствии с современными европейскими нормами (от Евро-3 до Евро-4), как при существующей, так и при постоянно увеличивающейся интенсивности автотранспортного движения, является актуальным и своевременным.
14. Проведена оценка эффективности организационно-градостроительных мероприятий на примере Санкт-Петербурга и Архангельска. С помощью расчётных методов моделирования показано, что обновление автотранспортного парка и введение в эксплуатацию кольцевой автодороги Санкт-Петербурга существенное улучшает качество атмосферного воздуха в городе, значительно уменьшилась площадь загрязнения диоксидом азота в целом по городу. Расширение дорожного полотна на одном из проспектов г.Архангельска, а также замена регулируемого перекрестка на транспортную развязку в двух уровнях по одному сценарию и замена регулируемого перекрестка на кольцевую развязку в одном уровне по второму сценарию в г.Архангельске позволит снизить максимальные приземные концентрации диоксида азота и оксида углерода по сравнению существующим положением.
15. Разработанная с участием автора диссертации методология оценки эффективности организационно-технических мероприятий по снижению вклада автотранспорта в загрязнение атмосферного использовалась при разработке разделов сводных томов Охрана атмосферы и нормативы ПДВ для городов: Астрахань, Архангельск, Сыктывкар, Череповец, Санкт-Петербург и др., а также программы приоритетного финансирования Правительством Санкт-Петербурга по строительству и реконструкции объектов улично-дорожной сети Санкт-Петербурга на 2004-2008 годы.
Основные публикации, отражающие содержание диссертации
Публикации в журналах, рекомендованных ВАК
- К вопросу о введении в действие на территории РФ международных экологических стандартов Евро-3 с точки зрения качества атмосферного воздуха (на примере г. Санкт-Петербург)). Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. № 1. М., 2007. с.28-42 (Полуэктова М.М., Хватов В.Ф.)
- Нормирование выбросов автотранспорта. ч.1 Экология производства, М., № 8, 2008 с.64-69. (Буренин Н.С., Миляев В.Б.)
- Нормирование выбросов автотранспорта. ч.2 Экология производства, М., № 9, 2008 с.41-43. (Буренин Н.С., Миляев В.Б.)
- Влияние технических нормативов выбросов автотранспорта на качество атмосферного воздуха. Двигателестроение. СПб №1 январь-март, 2008 с.41-45. ( Хватов В.Ф.)
- Анализ влияния некоторых параметров ГВС, выбрасываемой из ИЗА, на результаты определения нормативов ПДВ и их контроля. Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. М., № 4, 2008 с.36-42. (Канчан Я.С.)
- К вопросу об учёте точности измерений при контроле нормативов предельно допустимых выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. М., № 7, 2008 с.32-35. (Канчан Я.С.)
- К вопросу о расчетах загрязнения атмосферного воздуха выбросами автотранспорта. Экология урбанизированных территорий, М. №3, 2008. с.103-109. (Полуэктова М.М.)
- Тенденции и перспективы развития комплексных (сводных) расчетов показателей воздействия выбросов загрязняющих веществ, характеризующих воздействие на качество атмосферного воздуха. Проблемы региональной экологии, М. №6, 2008 г. с.127-131. (Канчан Я.С.)
- Зона влияния выбросов городского транспорта. Экология урбанизированных территорий, М. №4, 2008 г. с.30-33.
- Об использовании комплексных (сводных) расчетов показателей воздействия выбросов загрязняющих веществ при управлении качеством атмосферного воздуха. Юг России: экология, развитие. Махачкала, №1, 2009 г. с.6-13. (Канчан Я.С.)
Монографии
- Пути решения экологических проблем автотранспорта. Научное, учеб.-методическое справочное пособие. - СПб.: Гуманистика, 2006, - 650 с. (Потапов А.И. Хватов В.Ф., Николаев С.Н., и др.).
- Ежегодник выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух городов и регионов Российской Федерации за 2006 год. (Миляева В.Б. и др). СПб.: НИИ Атмосфера, 2008. 319 с.
Методики
- Методическое пособие по расчету, нормированию и контролю выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух. СПб., 2005.
- Методика определения выбросов автотранспорта для проведения сводных расчётов загрязнения атмосферы городов, - СПб., 1999.
- Методика определения выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух от автотранспортных потоков, движущихся по автомагистралям Санкт-Петербурга, - СПб., 2005.
- Методика расчета выбросов автотранспорта вблизи регулируемого перекрестка и оценки их воздействия на атмосферный воздух Санкт-Петербурга, - СПб., 2006.
- Методика по проведению сводных расчётов на основе компьютерного банка данных о выбросах вредных (загрязняющих) веществ Системы Эколог-город Санкт-Петербург - СПб., 2006.
Статьи
- Города и области с максимальными выбросами вредных веществ - В Ежегодниках состояния загрязнения воздуха и выбросов вредных веществ в атмосферу городов и промышленных центров Советского Союза за 1988 г. -1992 г. том Выбросы вредных веществ под редакцией д.ф.-м.н. Берлянда М.Е.- Л., ГГО им.А.И.Воейкова, 1989- 1993 гг. (Николаев В.Д., Панфилова Г.А., Хука А.М. и др.)
- Анализ полей концентраций двуокиси азота для Ленинграда с помощью метода разложения по естественным ортогональным функциям. - Сб.трудов конференции молодых ученых и специалистов Главной геофизической обсерватории им.А.И.Воейкова. - Л., ГГО, 1990 - с.56-61. (Веретина М.Ф., Климанова Е.Л._
- К оценке воздействия автотранспорта на атмосферу г.Санкт-Петербурга. - С.-Пб. Вопросы охраны атнмосферы от загрязнений. Информационный бюллетень. - № 1. 1994. - с.32 - 41. (Буренин Н.С.)
- Анализ состояния вопроса о выбросах и загрязнении воздуха автотранспортом в городах РФ. С.-Пб. - Вопросы охраны атмосферы от загрязнений. Информационный бюллетень. - № 1, 1995 - с.56 - 66. (Буренин Н.С., Хватов В.Ф)
- Прогноз высоких уровнней загрязнения воздуха, создаваемого выбросами автотранспорта. - С.-Пб., Вопросы охраны атмосферы от загрязнений. Информанционный бюллетень № 1, 1995 - с.80 - 88. (Ивлева Т.П., Сонькин Л.Р.)
- Метод прогноза загрязнения воздуха в районе отдельных автомагистралей. С.-Пб. Вопросы охраны атмосферы от загрязнений. Информационный бюллетень. № 26 - 1996 - с.22 - 28. (Сонькин Л.Р.)
- Методы прогноза загрязнения воздуха автотранспортом. Труды ГГО, СПб, 1998- вып.547-с.88-99.
- Загрязнение воздуха выбросами автотранспорта в Санкт-Петербурге. Сборник трудов НИИ Атмосфера. СПб, 1999. (Буренин Н.С., Волкодаева М.В., Николаев С.Н., Хватов В.Ф.)
- Прогнозирование загрязнения воздуха в транспортных коридорах отработавшими газами автотранспорта. 2-я международная Евроазиатская конференция по транспорту. СПб,12-15.09.2000 г. Пути решения экологических проблем транспортных коридоров. СПб, 2000. с.253-266. (Потапов А.И., Николаев С.Н., Хватов В.Ф., Кудрявцева Н.В.)
- Оценка качества атмосферного воздуха при реализации европейских требований на ограничение выбросов автотранспорта (на примере отдельных автомагистралей г. Санкт-Петербурга). // Информационный бюллетень №1 (31): Вопросы охраны атмосферы от загрязнения, НПК Атмосфера, - СПб, 2005. (Полуэктова М.М. )
- Определение зоны распространения загрязняющих веществ, поступающих в приземный слой атмосферы с выбросами городского автотранспорта (на примере отдельных городов России) // Информационный бюллетень №2 (32): Вопросы охраны атмосферы от загрязнения, НПК Атмосфера, - СПб, 2005. (Полуэктова М.М.)
- Вклады различных категорий автотранспорта в уровень загрязнения атмосферного воздуха вблизи автомагистралей г. Санкт-Петербурга в 1993 г. и в 2003 г. // Науч. труды международной научно-технической конференции Улучшение эксплуатационных показателей двигателей, тракторов и автомобилей 22-24 марта 2005г., - СПб.: СПбГАУ, 2005. (Волкодаева М.В., Полуэктова М.М.)
- Влияние улучшенных экологических характеристик автотранспорта на уровень загрязнения атмосферного воздуха Санкт-Петербурга. Международная конференция Приборостроение в экологии и безопасности человека 31.01-02.02.2007 г.. СПб, 2007 , с.70-72. (Полуэктова М.М., Хватов В.Ф.)
- Анализ влияния выбросов автотранспорта на уровень загрязнения атмосферного воздуха вблизи Московского и Невского проспектов г.Санкт-Петербурга в 1996-2006 гг. // Информационный бюллетень №2 (32): Вопросы охраны атмосферы от загрязнения, НПК Атмосфера, - СПб, 2007, с.22-33. (Полуэктова М.М., Хватов В.Ф.)
- Реализация европейских требований на ограничение выбросов автотранспорта и качество атмосферного воздуха (на примере ряда городов России). Проблемы охраны атмосферного воздуха: Сборник трудов к 15-летию НИИ Атмосфера. СПб.: НИИ Атмосфера, 2007. с.133-143. (Волкодаева М.В., Полуэктова М.М.)
- Использование результатов расчетов рассеивания загрязняющих веществ в атмосферном воздухе города для оценки качества атмосферного воздуха.// Охрана окружающей среды и экологической безопасности в Санкт-Петербурге в 2006 году.,- СПб.Комитет по природопользованию, охране окружающей среды и обеспечению экологической безопасности Санкт-Петербурга, 2007. с.214-220. (Шпакова Е.Н.)
- О применении в воздухоохранной деятельности сводных расчетов, использующих данные о выбросах загрязняющих веществ в атмосферу. Сборник трудов к 15-летию НИИ Атмосфера. СПб.: НИИ Атмосфера, 2007. с.43-55. (Волкодаева М.В., Канчан Я.С.)
- О некоторых аспектах контроля параметров источников загрязнения атмосферы при экологическом контроле. Сборник трудов НИИ Атмосфера. СПб.: НИИ Атмосфера, 2008. с.140-161. ( Звягина Н.Н., Канчан Я.С., Прокофьев М.Ю.)
40. К вопросу о разделении на "инструментальные" и "расчётные" методов
определения параметров источников загрязнения атмосферы. Сборник трудов НИИ Атмосфера. СПб.: НИИ Атмосфера, 2008. с.162-177. (Волкодаева М.В., Звягина Н.Н., Канчан Я.С.)
41. Оценка суммарных годовых выбросов автотранспорта в федеральных округах Российской Федерации Сборник трудов НИИ Атмосфера. СПб.: НИИ Атмосфера, 2008. с.196-213. (Полуэктова М.М., Столярова С.А..)
42. Использование геоинформационных систем (ГИС) для получения информации о расположении источников загрязнения атмосферы на топографической основе города. Сборник трудов НИИ Атмосфера. СПб.: НИИ Атмосфера, 2008. с.214-225. (Полуэктова М.М., Левкин А.В.)
43. Использование результатов расчетов рассеивания загрязняющих веществ в атмосферном воздухе города для оценки качества атмосферного воздуха.// Охрана окружающей среды и экологической безопасности в Санкт-Петербурге в 2007 году.,- СПб.Комитет по природопользованию, охране окружающей среды и обеспечению экологической безопасности Санкт-Петербурга, 2008. с.214-220. (Шпакова М.В.)
44. Обзор экологических программ в городах и регионах Российской Федерации. Сборник трудов НИИ Атмосфера. СПб.: НИИ Атмосфера, 2009. с.149-156. (Головина Н.М., Канчан Я.С.)
45. О возможной аппроксимации схемы расчёта параметров СМ, хМ, uМ одиночногоаточечного источника загрязнения атмосферы. Сборник трудов НИИ Атмосфера. СПб.: НИИ Атмосфера, 2009. с.179-185. (Канчан Я.С.)
46. Геоинформационные системы (ГИС) и их практическое применение при проведении расчетов загрязнения атмосферного воздуха. Сборник трудов НИИ Атмосфера. СПб.: НИИ Атмосфера, 2009. с.169-178. (Левкин А.В., Полуэктова М.М.)
47. Токсичность отработавших газов и способы её снижения у современных автомобилей. Сборник трудов НИИ Атмосфера. СПб.: НИИ Атмосфера, 2009. с.226-233. (Хватов В.Ф., Федцов Д.В., Исмалов Э.Н.)
Волкодаева Марина Владимировна
Научно-методические основы оценки
воздействия автотранспорта
на атмосферный воздух
Автореферат
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по земле