Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Геоэкологическая оценка условий движения и выбросов от автотранспортных средств на улично-дорожной сети города

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Геоэкологическая оценка условий движения и выбросов от автотранспортных средств на улично-дорожной сети города"

На правах/рукописи

Власов Андрей Борисович

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА УСЛОВИЙ ДВИЖЕНИЯ И ВЫБРОСОВ ОТ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ НА УЛИЧНО-ДОРОЖНОЙ СЕТИ ГОРОДА (НА ПРИМЕРЕ Г. ВОРОНЕЖА)

Специальность: 25.00.36 - Геоэкология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Воронеж - 2005

Работа выполнена в Воронежском высшем военном авиационном инженерном училище (военном институте).

Научный руководитель: кандидат военных наук, доцент

Томилов Александр Анатольевич

Официальные оппоненты: доктор географических наук, профессор

Русинов Павел Сергеевич

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Панков Яков Владимирович

Ведущая организация: Управление по охране

окружающей среды г. Воронежа

Защита диссертации состоится 2 июня 2005 г. в 15.00 часов на заседании диссертационного совета К 215.007.01 в Воронежском высшем военном авиационном инженерном училище (военном институте) по адресу: 394064, Воронеж, ул. Старых Большевиков, 54 «а», 621 аудитория.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВВВАИУ (ВИ).

Автореферат диссертации разослан « 29 » апреля 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат географических наук, доцент

Закусилов В.П.

иярон б

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Устойчивое развитие городов невозможно без экологической устойчивости городской среды. Экологически неблагоприятная обстановка наблюдается во всех городах с населением свыше 1 млн. чел., в 60% городов с населением от 500 тыс. до 1 млн. человек и в 25% городов с населением от 250 до 500 тыс. чел. Это связано, в том числе, с усилением прессинга автотранспорта на окружающую среду. В России на его долю в середине 90-х годов XX века приходилось до 80% выбросов свинца, 59% - оксида углерода, 32% - оксидов азота.

Воронеж, один из крупных промышленных центров Центрального федерального округа, входит в число городов, где вклад автотранспорта в суммарное загрязнение атмосферного воздуха особенно высок. Доля выхлопных газов составляет 83% от валового выброса в атмосферу загрязняющих веществ. Кроме того, Воронеж характеризуется крайней неравномерностью распределения дорожной сети и движением основной части автотранспорта по нескольким главным магистралям, что еще больше осложняет экологическую обстановку.

Территория г. Воронежа включает весь спектр классов техногенного воздействия, в том числе и от автотранспортных источников; практически вся территория города характеризуется трансформированной природной средой. В связи с этим весьма актуальным является вопрос геоэкологической оценки условий движения и выбросов от автотранспортных средств при решении природоохранных задач и планирования развития города.

Диссертационная работа выполнена в рамках отраслевой научно-исследовательской программы.

Целью работы является геоэкологическая оценка условий движения и выбросов от автотранспортных средств на улично-дорожной сети города, географическое зонирование улично-дорожной сети, повышение экологической безопасности и эффективности движения автотранспортных средств в системе городской застройки.

Задачи исследования:

1. Анализ влияния выбросов автотранспорта на окружающую природную среду и человека.

2. Анализ физико-географических, климатических, метеорологических и синоптических условий формирования уровня загрязнения атмосферы исследуемой территории от автотранспортных средств.

3. Уточнение методики расчета удельных выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от автотранспорта на улично-дорожной сети города.

4. Геоэкологическая оценка и зонирование улично-дорожной сети в зависимости от транспортной нагрузки и микроклиматических особенностей города.

5. Разработка структурно-логической 1 1 Г1]ЦЦИ' ччищииищни мониторинга автотранспортных потоков на улично-дорожрои седИ^Р^МЛкИА» |

6. Разработка практических рекомендаций по снижению экологической нагрузки на окружающую среду и человека от автотранспортных средств.

Объект исследования - выбросы загрязняющих веществ в атмосферу автотранспортными средствами (АТС) на улично-дорожной сети (УДС) г. Воронежа - крупного промышленного центра, характеризующегося сложными микроклиматическими и орографическими условиями.

Предмет исследования - система динамических, энергетических и экологических характеристик автотранспортных средств на улично-дорожной сети города.

Методы исследования. Методологической основой работы является комплекс существующих государственных и научных методик, разработанных специалистами НИИАТ, МАДИ, и авторские методики, 'апробированные на различных участках улично-дорожной сети города (20002004 г.г.). Теоретические разработки выполнены с использованием методов математического моделирования. Экспериментальные исследования по определению условий движения АТС на узловых развязках УДС и токсических характеристик автомобилей проведены с помощью сравнительных дорожных испытаний. Статистические расчеты выполнены с применением электронных таблиц EXEL 7.0 и программы статистической обработки данных STATISTICA для WINDOWS (версия 5.0).

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Выявлены особенности пространственно-временного распределения концентраций экологически опасных примесей в воздушном бассейне г. Воронежа выбрасываемых автотранспортом.

2. Уточнена методика расчета удельных выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от автотранспорта на элементах улично-дорожной сети города.

3. Проведено геоэкологическое зонирование улично-дорожной сети в зависимости от транспортной нагрузки и микроклиматических особенностей города.

4. Разработана структурно-логическая схема дистанционного мониторинга автотранспортных потоков на улично-дорожной сети исследуемой территории.

5. Разработаны практические рекомендации по снижению экологической нагрузки на окружающую среду и человека от автотранспортных средств.

Информационная обеспеченность и характеристика исходных материалов исследования. В диссертации использованы данные натурных замеров интенсивности движения автотранспорта; дневники погоды за 20002004 г.г.; данные по загрязнению атмосферного воздуха города Воронежа за 2000-2004 г.г. наблюдательных постов № 1, 7, 8, 9, 10; данные замеров по выбросам автотранспорта. Точность исходной информации соответствует требованиям государственны*,-отраслевых стандартов и СНиП.

ДосТрр£рн«етие ^fi&yHEVdroB работы обоснована использованием

большого! объёта**Нв^ных экспериментальных данных (2000-2004 гг.), ; ____'

полученных в комплексной лаборатории Воронежского областного центра по гидрометеорологии и мониторингу природной среды, Управлении по охране окружающей среды при администрации города Воронежа, ГИБДД г. Воронежа и Воронежской области, Центрально-Черноземном филиале ФГУП «Госземкадастрсъемка» - ВИСХАГИ; применением апробированных методов исследований, использованием стандартных критериев оценки успешности прогностических зависимостей и удовлетворительным согласованием полученных результатов с данными, полученными по 1 известным методикам.

j Теоретическая значимость исследования. В работе реализован новый

подход к оценке уровня загрязнения городской воздушной среды выбросами , от автотранспортных средств. В отличие от проведённых ранее исследований

оценка выбросов от автотранспорта дана не по отдельным категориям и типам автомобилей, а по обобщённым усредненным показателям, характеризующим общее состояние загрязнения воздуха в городе в зависимости от условий движения АТС и состава автотранспортного потока.

Практическая ценность работы. Результаты исследования направлены на повышение качества оценки экологического состояния территорий на основе использования предложенной методики определения уровня загрязнения атмосферы выбросами от автотранспорта, обеспечение оперативного контроля за экологическим состоянием транспортной инфраструктуры города, с целью принятия своевременных мер по повышению эффективности охраны чистоты воздушного бассейна.

Реализация результатов работы. Материалы и результаты исследований используются в учебном процессе Воронежского высшего военного авиационного инженерного училища (военного института) при преподавании дисциплин «Экология», «Безопасность жизнедеятельности», «Основы выживаемости».

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Уточненная методика расчета удельных выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от автотранспорта на улично-дорожной сети города.

2. Результаты анализа пространственно-временного распределения концентраций выбросов в воздушном бассейне г. Воронежа от

> автотранспортных средств на различных участках улично-дорожной сети.

3. Геоэкологическое зонирование улично-дорожной сети в зависимости от транспортной нагрузки и микроклиматических условий города.

4. Структурно-логическая схема дистанционного мониторинга автотранспортных потоков на улично-дорожной сети города.

5. Практические рекомендации по снижению экологической нагрузки на окружающую среду и человека от автотранспортных средств.

Апробация работы. Основные положения, научные и экспериментальные результаты докладывались и обсуждались на следующих конференциях, семинарах и совещаниях: Всероссийской научно-практической конференции «Совершенствование наземного обеспечения авиации» (Воронеж, 2000; 2001; 2002; 2003 г.г.); III Всероссийской научно-практической конференции

«Окружающая природная среда и экологическое образование и воспитание» (Пенза, 2003 г.); Международной научно-практической конференции «Экологические проблемы сельскохозяйственного производства» (Воронеж, 2004 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Оптимизация ландшафтов и рекреационных зон на зональных и нарушенных землях» (Воронеж, 2004 г.); V Межрегиональной научно-производственной конференции «Региональный мониторинг и оценка земель. Опыт. Современные проблемы и пути решения» (Воронеж, 2004 г.).

Личный вклад автора заключается в сборе и статистической обрабо!ке исходных данных, проведении исследований по теме диссертационной работы, анализе результатов, формулировании выводов, проведении геоэкологического зонирования улично-дорожной сети в зависимости от транспортной загруженности и микроклиматических особенностей города, разработке структурно-логической схемы дистанционного мониторинга автотранспортных потоков на исследуемой территории и практических рекомендаций по снижению экологической нагрузки на окружающую среду и человека от автотранспортных средств.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 6 научных работах, из них 4 работы без соавторов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и 9 приложений. Объем работы составляет 179 страниц машинописного текста, включает 18 таблиц и 28 рисунков. Список литературы, использованной в работе, состоит из 169 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследования, определены объект и предмет исследования, положения, выносимые на защиту, указаны методы исследования.

В первой главе «Состояние вопроса. Цели и задачи исследования» рассматривается состояние изученности вопроса и общие сведения о методах контроля загрязнения приземного слоя атмосферы; отображено воздействие на окружающую природную среду компонентов отработавших газов автотранспортных средств, механизм образования газообразных вредных веществ (ВВ) в двигателях с искровым зажиганием и дизельных двигателях, приведены определения основных понятий, используемых в диссертационной работе. Рассмотрен вопрос воздействия ВВ, выделяемых с отработавшими газами двигателей внутреннего сгорания (ДВС), на организм человека.

В аналитическом обзоре исследований показано, что основы изучения вопросов взаимодействия человека и природы были рассмотрены в трудах классиков отечественного естествознания В.И. Вернадского, В.В. Докучаева, А.И. Воейкова, А.П. Карпинского, В.А. Обручева и др.

Большой вклад в изучении характера распространения загрязняющих веществ внесли Э.Ю. Безуглая, М.Е. Берлянд, В.П. Дымников, В.Б. Залесный, Ю.А. Кузнецов, Г.И. Марчук, Ю.Н. Скиба и др.

Наиболее интенсивные исследования по оценке уровня загрязнения атмосферы проводились и проводятся Главной Геофизической обсерваторией им. А.И. Воейкова (ГГО).

Проблемы мониторинга окружающей среды рассматриваются в исследованиях Ю.А. Израэля, И.П. Герасимова, Б.В. Виноградова, В.М. Федорова, В.Д. Ковды, В.И. Гридина, В.И. Аковецкого, К.Я. Кондратьева, В.В. Королева и др.

Вопросы экологического мониторинга приземного слоя атмосферы г. Воронежа и, в т.ч. вопросы воздействия автотранспорта на окружающую природную среду (ОПС) освещены B.JI. Бочаровым, А.Т. Козловым, О.И. Поливаевым, В.П. Подольским, В.М. Смольяниновым,

Е.Г. Спиридоновым и др.

Автотранспортные источники загрязнения атмосферы обладают рядом специфических особенностей, учет которых необходим на любом уровне рассмотрения проблемы. По существующей классификации их можно отнести к линейным наземным непрерывно действующим источникам с переменной мощностью выброса, расположенным непосредственно в селитебных районах города. Особую опасность для окружающей среды эти источники создают тем, что выброс осуществляется в приземном слое воздуха на небольшой высоте (менее 1 м), а наибольшие значения концентраций вредных веществ образуются на высоте около 1,5 м (высоте дыхания).

Вопросу исследования автотранспортных потоков посвящены работы отечественных авторов: И.Р. Пригожина, А.Н. Красникова, В.В. Сильянова, Р.В. Горбанева, В.Н. Луканина, А.П. Буслаева и зарубежных авторов: Б.Д. Гриндшильдса, Н. Гринберга, Р. Хермана, С. Крауза и др.

Анализу расхода топлива и оценки выбросов загрязняющих веществ автотранспортными средствами посвящены работы A.A. Богданчикова,

A.К. Гаврилова, I I.Я. Говорущенко, И.М. Головных, Ю.Ф. Гутаревича,

B.В. Дробота, A.B. Евтухова, Е.Р. Могарил, Л.Г. Резника, Л.С. Сухаревой и др. Полученные ими результаты, при их высокой научной значимости, имеют все же ограниченное применение, поскольку основаны на стендовых испытаниях.

Выявить степень влияния транспортных потоков можно при условии наличия количественной меры загрязнения воздуха автотранспортным источником и критерия его токсичности. Указанная мера загрязнения должна быть чувствительной к изменению состояния воздушной среды, вызванного мероприятиями по организации движения.

Исходя из поставленных задач необходимо было провести исследования по оценке влияния двух главных факторов, определяющих уровень загрязнения городской среды автотранспортными средствами на улично-дорожной сети: поведения автотранспортного потока на улично-

дорожной сети (УДС) города и условий формирования выбросов загрязняющих веществ (ЗВ) от автотранспорта в городской черте.

Вторая глава работы «Особенности инфраструктуры г. Воронежа и динамика автотранспортных потоков в городской черте» посвящена анализу распространения и трансформации выбросов от автотранспортных средств в окружающей природной среде, влиянию параметров движения АТС на количественные и качественные показатели выбросов ЗВ, а также влиянию состояния улично-дорожной сети на характер образования и поведения автотранспортных потоков. Рассмотрены физико-географические и микроклиматические особенности расположения городской застройки и их влияние на общее состояние загрязнения г. Воронежа. Рассмотрены принципы, структура мониторинга и контролируемые параметры загрязнения воздушного бассейна городской среды от АТС.

Необходимость осуществления контроля за состоянием и качеством окружающей среды предусматривает организацию специальных мониторинговых наблюдений.

Основным объектом мониторинга являются автотранспортные магистрали. Наблюдения проводятся за воздушной средой (атмосферным воздухом), почвогрунтами, водами и растительностью.

Контроль загрязнения среды основывается не только на инструментальных замерах параметров воздуха, но и на аналитических оценках их, сопоставлении расчетных данных с экспериментальными, для разработки мер по снижению уровней загрязнения, проверке эффективности природоохранных мероприятий, а при необходимости их доработки и корректировки.

Анализируя городскую среду Воронежа, как полиструктурную систему необходимо отметить, что устойчивым во времени остовом градостроительной подсистемы города выступает планировочный каркас, представляющий собой совокупность основных функциональных узлов и транспортных соединений между разными частями и функциональными зонами города. Сердцевиной планировочной структуры и ее каркаса выступает центр города, где исторически размещены архитектурные и социально-хозяйственные доминанты. Параллельно с транспортно-планировочным каркасом в городе формируется экологический каркас, образованный зелеными насаждениями, рекреационными зонами и водными объектами. Планировочная структура складывается под сильным влиянием природных условий местности, народно-хозяйственного профиля города, социальных факторов. Комбинации этих факторов и определяют градообразующую структуру города. Так, г. Воронеж, располагаясь вдоль течения реки Воронеж (Воронежского водохранилища) и разрастаясь из малого городка, трансформировался в полосовидно-компактную городскую структуру. Рассматривая г. Воронеж с его населенными пунктами-спутниками (п. Шилово, п. Малышево, п. 1 Мая, п. Придонской, п. Подгорное, п. Ямное, п. Графское, п. Сомово, п. Никольское, п. Масловка), в первом приближении,

можно говорить об устойчиво сложившейся агломерации, имеющей тенденцию сращивания населенных пунктов-спутников с центром.

Функционально-планировочная структура города, сложившаяся в процессе его развития, имеет следующие элементы: зону жилой и общественной застройки (55% общей площади города), промышленную и научно-производственную зону (22%), транспортную зону (12%), зону санирующих устройств и сооружений (1%), рекреационную зону - парки, скверы, лесопарки (10%). Площадь застроенной части города составляв! около 200 км2, на которой проживает более 800 тыс. человек.

Климат города отличается не только от климата окрестностей, но и различен внутри самого города. Это связано с неоднородностью рельефа, плотностью застройки, высотой зданий, расстоянием между ними, шириной улиц и площадей и т.п.

Наряду с многоэтажными домами и промышленными предприятиями в городе значительную часть занимают одноэтажные дома с приусадебными участками, расположенными как в центральной части города, так и на его окраинах. Крупные промышленные предприятия расположены по всему городу с неодинаковой плотностью размещения.

Таким образом, разнообразие социально-экономических, физико-географических и других особенностей позволили выделить в границах застроенной части города четыре физико-географические зоны, обуславливающие формирование микроклиматических особенностей городской погоды:

бризовая аквально-долинная (53 км2), включающая акваторию водохранилища и прибрежные зоны;

псевдоциклонально-городская (92 км2), охватывающая центральные части правобережья и левобережье, юго-западные и северо-западные окраины города;

городская умеренно-влажная (40 км2), сформированная в северной, западной и южной части правобережья;

городская умеренная (30 км2), приуроченная к восточной окраине левобережья.

Плотность застройки г. Воронежа имеет очень высокий показатель, что отрицательно сказывается на формировании режима проветривания воздушной среды.

Пропускная способность окружающей среды города определена как максимальное количество людей (посетителей и жителей), которое может находиться в рассматриваемом месте без нарушения его функций и условий проживания. Применительно к УДС она получила несколько иное определение. В данном случае пропускная способность окружающей среды рассматривается как возможность реализации функций (условия движения, условия проживания и работы, качество городской среды, качество технических проектных решений и т.д.) при ограничении нагрузок на окружающую среду в виде негативного воздействия АТС (ДТП, загрязнение, шум и т.п.).

В городских условиях время движения автомобилей с постоянной скоростью составляет менее 10% от общего. Это позволяет сделать вывод, что выброс автотранспортного источника существенным образом зависит от режима движения. Параметры режима движения формируются, в свою очередь, под влиянием множества факторов, подавляющее большинство которых имеет стохастическую природу и обусловлено наличием на дорогах водителей с различным опытом и навыками вождения, отличием технического состояния и динамических свойств (качеств) автомобилей, изменением дорожных и метеорологических условий. Кроме того, значительное влияние оказывают наличие средств и участников организации движения и методы этой организации.

Специфической особенностью автотранспортных потоков является то, что их выброс складывается из дискретных выбросов отдельных автомобилей и эта величина — переменная в пространстве и времени.

В третьей главе работы «Исследование условий движения и выбросов автотранспортных средств» проведен анализ поведения автотранспортного потока на УДС, уточнена методика расчета удельных выбросов от автотранспортных средств на элементах УДС.

Нормы введения светофорного регулирования приведены в ГОСТе 23457-86. Данные нормы являются «жесткими», не дифференцированными с учетом особенностей дорожного движения и действуют одинаково на территории всей страны, без учета транспортно-экологической специфики регионов.

Раздельное управление перекрестками УДС независимо друг от друга в настоящее время, при усложнении транспортной сети и возросшем количестве АТС, когда плотность перекрестков начинает превышать определенный уровень, перестает быть эффективным.

Плотность потока автомобилей зависит от времени суток. Из анализа литературных источников и натурных наблюдений автора установлены три суточных максимума плотности АТП на исследуемой территории: утренний (7-9 часов), вечерний (17-19 часов), с основными максимальными по концентрациям направлениями движения от «спальных» районов к «промышленным» в утренний максимум, и от «промышленных» к «спальным». Дневной максимум (11-13 часов) наблюдается в системе застроенного городского центра и обусловлен использованием элементов УДС центра в качестве транзитной составляющей общего пути движения АТС.

Под множеством АТС на УДС города подразумеваются не только автотранспортные средства, участвующие в движении, но и стоящие в пробках, у перекрестков, на стоянках, в карманах и т.д., и, также должны учитываться группы транспортных средств по типам и объемам двигателей, что приводит к использованию понятия «усредненного» транспортного потока городского типа.

и

Такой поток в городах с количеством жителей до 1 млн. чел. составляет: до 80% автомобили с Удв - 1,6 л.; до 15% автомобили с УД|) - 2,0 л.; до 5% автомобили с Уд„ - свыше 5,0 л.

Значения удельных выбросов «усредненного» потока АТС городско1 о типа рассчитаны, исходя из определенного ранее оптимального расстояния, проходящего АТП, без задержки перед следующим перекрестком (эффект «зеленой волны») и равного = 450—10 м и учитывают работу двигателей на режимах холостого хода, разгона и движения с постоянной скоростью.

Автотранспорт, работающий без движения, рассматривается как стационарный источник выбросов. Выброс основных загрязняющих веществ рассчитывается по формуле, где суммация производится по автомобилям к-й группы:

где: М, - валовый выброс ]-го компонента, т/год; т^ - удельный выброс ¡-го вещества при прогреве двигателей автомобилей к-й группы, г/мин; Шг^ - удельные выбросы ]-го вещества на холостом ходу автомобилями к-й группы, г/мин; N - количество автомобилей к-й группы с работающими двигателями; Т1 - время прогрева двигателя, мин.; Т2 - время работы двигателя на холостом ходу, мин.; Р - количество дней работы в год.

Движущийся автотранспорт рассматривается как подвижный источник выбросов. Суммарный массовый выброс при движении рассчитывается по формуле:

= ХК, ■1л+тъ, ■¿а)-10 ' > (2)

где: Му - валовый выброс ]-го компонента, т/год; Ш|и - пробеговый выброс ]-го вещества легковыми автомобилями ¡-й группы, г/км; ш2и -пробеговый выброс ^го вещества грузовыми автомобилями !-й группы, г/км; Ь,| - суммарный пробег легковых автомобилей, км; Ь,2 - суммарный пробег грузовых автомобилей, км.

Существующая методика сбора и обработки исходных данных предусматривает долговременные натурные замеры с привлечением неоправданно большого количества наблюдателей и технических средств обработки результатов. Предлагаемая уточненная методика сбора и обработки исходных данных с использованием аэро- и космической фотосъемки существенно снижает временные и материальные затраты на получение необходимых данных, а имеющиеся методики дешифрирования материалов дистанционного зондирования позволяют с достаточной степенью точности определить плотность автотранспортных потоков на элементах улично-дорожной сети в любой фиксированный момент времени.

Четвертая глава работы «Геоэкологическая оценка воздействия и зонирование улично-дорожной сети в зависимости от транспортной нагрузки и микроклиматических особенностей города» содержит результаты экспериментальных исследований и их анализ.

Целью экспериментальных исследований явилась проверка выдвинутых гипотез и теоретических результатов. Общая методика

экспериментальных исследований включала: замеры интенсивности движения и транспортной нагрузки на УДС; концентраций выбросов от АТС на участках улично-дорожной сети; проведение геоэкологической оценки условий движения и выбросов от АТС и зонирование УДС в зависимости от транспортной нагрузки и микроклиматических особенностей города; разработку структурно-логической схемы дистанционного мониторинга АТП на УДС; разработку практических рекомендаций по снижению экологической нагрузки на окружающую среду и человека от автотранспортных средств.

В качестве контрольных были выбраны, с помощью анализа аэро- и космических снимков (АФС и КФС) территории городской застройки, три наиболее загруженные участки улично-дорожной сети в правобережной и

Расположение контрольных участков замеров интенсивности движения и транспортной нагрузки УДС

1) В правобережной части города участок Лн I (ул Ломоносова -у л Ленина - пр-т Революции ->л Кирова),

участок № 2 (ул Плехановская -Московский пр-т)

2) В левобережной части города участок № 3 (ул Б Хмельницкого -Ленинский пр-т - ул Лебедева -ул Новосибирская)

Рис. 1. Контрольные участки замеров интенсивности движения и транспортной нагрузки

Измерение плотности автотранспортных потоков на УДС города производилось методом подсчета количества автотранспортных средств в поперечном сечении дороги раздельно для каждого направления движения в мае месяце 2000, 2002, 2004 г.г. Для учета движения применялся выборочный метод определения интенсивности движения, а оценка результатов учета проводилась математико-статистическими методами. Данные замеров н расчетов среднесуточной интенсивности движения представлены на рис. 2...4.

Отмечается, что большая часть высоко загруженных участков УДС, с максимальными значениями суточной транспортной нагрузки располагается в правобережной части города и сосредоточены в центре, что объясняется, с одной стороны расположением основных административно-хозяйственных,

культурно-массовых учреждений, а с другой - использованием магистральных общегородских улиц (пр-т Революции, Московский пр-т, ул. Плехановская, ул. Кольцовская и др.), в качестве транзитной составляющей общего пути движения.

1600 т 1400 1200 1000 800 600 400 200 0

V

■V и* г1 Д г-т-ч 1--, Г

•Г 2 г

—1

Часы замеров

1 —*—2.......3---Д---4----5 —*--6

Направление движения на участке

1 - движение к центру (2000г),

2 - движение от центра (2000г),

3 - движение к центру (2002г),

4 - движение от центра (2002г),

5 - движение к центру (2004г),

6 - движение от центра (2004г),

Рис. 2. Среднесуточная интенсивность движения на контрольном участке № 1.

О! О О < ю иэ Г-- СО со

Часы замеров

Направление движения на участке

1 - движение к центру (2000г),

2 - движение от центра (2000г),

3 - движение к центру (2002г),

4 - движение от центра (2002г),

5 - движение к центру (2004г),

6 - движение от центра (2004г),

1 ——2......3 - - * - -4---5--А-6

Рис. 3. Среднесуточная интенсивность движения на контрольном участке № 2.

ООч-СМСОЧГЮСОГ-СОО!

Часы замеров

Направление движения на участке

1 - от Отрожки к Машмету (2000г),

2 - от Машмета к Отрожке (2000г),

3 - от Отрожки к Машмету (2002г),

4 - от Машмета к Отрожке (2002г),

5 - от Отрожки к Машмету (2004г),

6 - от Машмета к Отрожке (2004г.),

1 - * 2..... 3- а -4----5--*--6

Рис. 4. Среднесуточная интенсивность движения на контрольном участке № 3.

Замеры выбросов АТС в дорожных условиях были продиктованы необходимостью точного определения количества ЗВ выделяемых с отработавшими газами при реализации различных режимов движения. За основу методики проведения измерений были выбраны требования ГОСТ 17.2.2.03-87.

Выбросы загрязняющих веществ АТП определялись для контрольных участков №№ 1-3.

Программа наблюдений предусматривала наблюдения при помощи автоматических устройств или дискретно через равные промежутки времени, но не менее 4 раз в сутки при обязательном отборе проб в часы «пиковых» нагрузок: утренний, дневной и вечерний максимумы интенсивности движения. Наблюдения проводились в течение года.

Статистическая обработка данных была выполнена с применением программы «Автомагистраль-город», разработанной фирмой «Интеграл» г. Санкт-Петербург, согласованной с НИИ Атмосфера и Главной геофизической обсерваторией им. Воейкова Госкомгидромета РФ в соответствии с требованиями ОНД-86. Результаты замеров концентраций ЗВ на контрольных участках 1-3 представлены на рис. 5-10.

Анализ результатов экспериментов показал, что максимальные значения суточного хода концентраций СО и >Ю2 совпадают с установленными максимумами интенсивности движения и согласуются с данными изменений направлений движения (плотностью) автотранспортных потоков на улично-дорожной сети города.

О и

к

!! 1 .

:: 1 -

:: • •

1; Г1

N

\[

■—1— —1— —1— —ь- —(— —(— —1— —1— —1— —1— —»— —1—

К со ::::::::.: : (Чт^иччог^соо*

Время суток, час.

Средние значения суточного хода СО на контрольном участке № 1

" - -пдк

-А-2

—в—3

—ж- - 4 —й—5 —»—6 —в—7

Время суток, час

Рис. 6. Средние значения суточного хода Ы02 на контрольном участке № 1

о и

о, н

Е

и =г Е О

чо оо о

Время суток, час

Рис. 7. Средние значения суточного хода СО на контрольном участке № 2

т и 0,25 т

О 0,2 :

;;

к к 0,15 ::

и ;;

Р 0,1 1;

X и

0,05 1

У ::

оФ

со

■пдк -1

х •••2 -*—3 -в—4 -о—5 -в—6 -е—7

-в—8

^О^СЧГП^У^ЧОГ^ООО

Время суток, час.

Рис. 8. Средние значения суточного хода N02 на контрольном участке № 2

- - -пдк

-2

-ж- - 3 —н—4 --*-- 5 -•-*•• - 6 —в—7

- -ж- -8

-9

Время суток, час

Рис. 9. Средние значения суточного хода СО на контрольном участке № 3

s

О £

к к я to

eX

<L>

Я

X о X

0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02

/V г t . ; f ' * js

/уг

ш

У "■к

-—t— —f— —t— —(— —t— —t— —)— —1— —t— —i— ■—i— —1—

" - -пдк

—в-1

-2

- х- 3 —в—4

- -ж- - 5 ---ж --6 —в—7

-ж- -£

CN ГО -4J- »О VO Г^ ^ М П 't vi ^О

Время суток, час.

Рис. 10. Средние значения суточного хода N02 на контрольном участке № 3

Отмечается, что расположение зон максимальных концентраций ЗВ в атмосфере от автотранспорта в основном повторяют конфигурацию улично-дорожной сети.

Пространственное распределение СО, NO2 в поперечном сечении на контрольных участках УДС приведено рис. 11-12. Видно, что на расстояниях до 3,5-15 м от края проезжей части на различных участках наблюдаются высокие концентрации СО > ПДКмр (> 5 мг/м3), а по N02 - до 3,5-5 м (> 0,085 мг/м3). В ходе оценочных замеров при изменении вертикальной координаты на расстоянии 10 м от края проезжей части установлено, что уже на высоте более 6,5 м наблюдаются значения < ПДКмр.

| 35 2

30 25 20 15 10 5 0

1

'4

Ч4 4

ч s, •

-(

1,5 3 4,5 6 7,5 9 10,5 12 13,5 15 Расстояние от края проезжей часта, м

■пдк-

-Участок 1 - - - -Участок 2--Участок 3

Рис. 11. Замеры концентраций СО в поперечном сечении контрольных учасгаэв 1-3

«

N %

ч

ч » ч

-

1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10 Расстояние от края проезжей часта, м

- - -ПДК-Участок 1 - - - -Участок 2--Участок 3

Рис. 12. Замеры концентраций N02 в поперечном сечении контрольных

участков 1-3

Полученные экспериментальные результаты позволили провести анализ зависимости концентраций СО и N02 от транспортной нагрузки (интенсивности движения). Для инертного СО полученные зависимости линейные, с коэффициентом пропорциональности 1,2 <к< 1,35. Вариации этого коэффициента зависят, в основном, от плотности городской застройки и степени рассеивания ЗВ в атмосфере.

Для N02 зависимости также линейные с тем же коэффициентом пропорциональности, но при интенсивности движения менее 700 авт/час. линейность нарушается, что, по-видимому, связано с большей химической активностью данного газа.

Относительная ошибка измерения не превосходила 10%, что свидетельствует о достоверности полученных выводов.

В соответствии с проведенными в исследовании замерами и расчетами осуществлено геоэкологическое зонирование УДС города в зависимости от транспортной нагрузки и микроклиматических особенностей города, представленное на рис. 13. Данная карта-схема получена в результате совмещения данных по интенсивности движения АТП и транспортной нагрузке на УДС с физико-географическими зонами, формирующими микроклиматические особенности городской среды г. Воронежа.

Продолжением настоящей работы является создание постоянно действующей модели (ПДМ) для оперативной оценки геоэкологического состояния городской территории, подверженной антропогенному воздействию от автотранспорта. В основу работы предлагаемой модели положен метод приращения информации с использованием данных аэрофото-и космической съемки исследуемой территории. Это позволит получать достоверные данные о состоянии экогеосистемы в пространстве в любой фиксированный момент времени.

Функционирование данной модели предполагает использование геоинформационных (ГИС) технологий с программным обеспечением «АгсУ1е\у» и комплексного использования дистанционных методов моииюринга для оперативного обновления информации.

1 - Бриэоеая амально-долимная

2 • псевдоциклокально городская

3 - Городская умеренно влажная

4 - Городская умеренна»

УЧАСТКИ УЛИЧНО-ДОРОЖНОЙ СЕТИ

X Г/ТьТм. „„,

то^игпортилй I л Г руной К 37

Рис. 13. Карта-схема геоэкологического зонирования улично-дорожной сети в зависимости от транспортной нагрузки и микроклиматических особенностей

г. Воронежа

Методика компьютерной обработки аэрокосмических материалов (АФС и КФС) основывается на оцифровке основной топографической ситуации, представленной следующими классами: гидросеть, УДС, мостовые переходы, лесные массивы, зоны промышленной и жилой застройки, техногенные объекты, также стандартными программами распознавания дорожной ситуации. Структурно-логическая схема дистанционного мониторинга АТП представлена на рис. 14.

тиоиалы

- обшехозяйстгсни ые (регламентируемые местными органами власти),

- экологического мониторинга.

• коммерческие (нечодя ш имеющихся резервов)

Рис. 14, Структурно-логическая схема дистанционного мониторинга АТП

Заполнение базы первичных данных включает вынос на электронную топооснову точек наблюдения и заполнение для них атрибутивных таблиц измеряемых значений, что позволит получить дифференциальные распределения содержания загрязняющих веществ на элементах УДС ь городской черте в реальном масштабе времени. Поля первичных признаков формируются в регулярную сеть (матрицу) путем интерполяции значений по точкам наблюдения. Матричная форма представления данных позволш унифицировать описание территории г. Воронежа - получить набор непрерывных признаковых полей, что, в свою очередь, позволит построить карты изолиний с произвольным сечением, дать дифференциальную характеристику показателей по районам города, получить сгатистические характеристики полей исходных признаков, оценить закон их распределения. Кроме этого, матричная форма представления данных является удобной для решения прогностических и классификационных задач.

Интерполяция данных должна проводиться независимо для право- и левобережной части г. Воронежа, с учетом естественного барьера -территории акватории Воронежского водохранилища.

Такая модель может быть использована для выработки управленческих решений: в области природопользования, охраны и рационального использования природной среды, в административных и других целях.

Анализ полученных результатов позволил сформулировать ряд практических рекомендаций, направленных на снижение экологической нагрузки на окружающую среду и человека от автотранспортных средств, применительно к исследуемой территории:

1. Осуществлять комплексную геоэкологическую оценку воздействия автотранспортных потоков на окружающую среду с использованием дистанционных методов мониторинга.

2. Рекомендовать проведение технических мероприятий по своевременному ремонту и совершенствованию дорожного покрытия улично-дорожной сети.

3. Рекомендовать проведение разгрузки основных автомагистралей: ул. Богдана Хмельницкого - Ленинский пр-т - ул. Лебедева -ул. Новосибирская; Московский пр-т - ул. Плехановская; ул. Ломоносова -ул. Октябрьской Революции - ул. Ленина - пр-т Революции - ул. Кирова -ул. Краснознаменная - ул. Острогожская, а также других участков улично-дорожной сети со среднесуточной интенсивностью движения более 17 тыс. авт./сут. за счет дооборудования имеющихся дублирующих и строительства новых участков УДС.

4. Запретить застраивание междомовых промежутков, сужение ширины тротуаров, уменьшающих проветриваемость улиц.

5. Рекомендовать интенсификацию мероприятий по озеленению городских территорий, особенно вдоль автомагистралей (между краем проезжей части и тротуарами), с учетом степени устойчивости зеленых насаждений к вредному воздействию от АТС.

6. Рекомендовать восстановить полив дорожного покрытия УДС в установленные максимумы интенсивности движения (утренний, дневной и вечерний).

7. Рекомендовать введение запрета на организацию торговли продуктами питания, работу предприятий (организаций) общественного питания на расстоянии ближе 15 м от края проезжей части в черте городской застройки, особенно в теплый период.

8. Рекомендовать проведение мероприятий по объединению технических средств регулирования движения в единую городскую систему.

9. Рекомендовать увеличение доли электротранспорта в системе общественного транспорта с предоставлением ему преимущественного права пассажироперевозок в структуре застроенного городского ядра.

10 Оптимизировать работу общественного транспорта различных форм собственности, использующих для движения одни и те же участки УДС, особенно в центральной части правобережья, с фиксированием количества работающих автобусов различной пассажировместимости на маршрутах.

11. Учитывать в перспективном градостроительстве и планировании проведенное геоэкологическое районирование улично-дорожной сети города.

В заключении подведены итоги и сформулированы основные выводы проведенных исследований.

Основные результаты работы

1. Выявлены закономерности пространственно-временного распределения ЗВ от автотранспорта на различных участках УДС, степень воздействия которых зависит от характера и показателей регулирования АТП, времени суток и погодных условий.

2. Установлено, что количественные характеристики выбросов в атмосферу ЗВ автотранспортными потоками на УДС, прямо зависят от его динамических характеристик (интенсивность, плотность и скорость на каждой полосе), условий движения, как объективных, так и субъективных.

3. Предложена уточненная методика расчета удельных выбросов от «усредненного» АТП городского типа, заключающаяся в оптимизации сбора и обработки исходных данных средствами АФС и КФС. Она может служить основой для имитационного моделирования механизма формирования выбросов вредных веществ АТП на. УДС в целях снижения техногенной нагрузки на экосистему города.

4. Составлена карта-схема геоэкологического зонирования УДС с учетом транспортной загруженности и микроклиматических особенностей г. Воронежа.

5. Разработана структурно-логическая схема локального дистанционного мониторинга автотранспортных потоков в городской черте с использованием АФС и КФС.

6. Уточнена методика дистанционного картографирования элементов УДС, подверженных негативным воздействиям от автотранспортных средств.

Разработаны таблицы дешифровочных признаков УДС, выявляемых на материалах дистанционного зондирования.

Публикации по теме диссертационной работы

1. Власов, А.Б. Комплексное прогнозирование взаимодействия человека и биосферы / А.Б. Власов // Совершенствование наземного обеспечения авиации : Межвузов, сб. науч.-метод. тр. - Воронеж : ВВАИИ, 2000. Ч. II. - С. 75-79;

2. Власов, А.Б. Транспорт и его влияние на окружающую среду / А.Б. Власов, A.M. Колесов, Е.Г. Спиридонов // Совершенствование наземного обеспечения авиации : Межвузов, сб. науч.-метод. тр. - Воронеж : ВВАИИ, 2002. Ч. И.-С. 165-169;

3. Власов, А.Б. Об оценке загрязнения атмосферного воздуха городов автотранспортными средствами / А.Б. Власов // Совершенствование наземного обеспечения авиации : сб. матер. Всерос. науч.-практ. конф. -Воронеж : ВВАИИ, 2003. - С. 46-47;

4. Власов, А.Б. К вопросу контроля загрязнения приземного слоя атмосферы городов транспортными потоками / А.Б. Власов // Экологические проблемы сельскохозяйственного производства : сб. матер. Всерос. науч.-практ. конф. - Воронеж : ВГАСУ, 2004. - С. 122-127;

5. Власов, А.Б. Исследование условий движения и выбросов автотранспортных средств на улично-дорожной сети города / А.Б. Власов // Оптимизация ландшафтов и рекреационных зон на зональных и нарушенных землях : сб. матер. Всерос. науч.-практ. конф. - Воронеж : ВГЛТА, 2004. -С. 99-103.

6. Власов, А.Б. К вопросу использования методов дистанционного мониторинга для комплексной геоэкологической оценки воздействия автотранспортных средств / А.Б. Власов // Региональный мониторинг и оценка земель. Опыт. Современные проблемы и пути решения : сб. матер. V межрегион, науч.-производ. конф. - Воронеж : Центрально-Черноземный филиал ФГУП «Госземкадастрсъемка - ВИСХАГИ», 2004. - С. 113-121.

- 966 1

РНБ Русский фонд

2006-4 15276

Подписано к печати 28.04.2005 г. Заказ 354. Тираж 100 экз.

Издательство Воронежского ВВАИУ 394064, г. Воронеж, ул. Ст. Большевиков, 54 «а»

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Власов, Андрей Борисович

Введение.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Обзор исследований.

1.2. Методы контроля состояния приземного слоя атмосферы.

1.3. Воздействие на окружающую природную среду выхлопных газов автотранспортных средств.

1.3.1. Образование газообразных вредных веществ в двигателях с искровым зажиганием.

1.3.2. Образование газообразных вредных веществ и сажи в дизельных двигателях.

1.3.3. Воздействие продуктов сгорания топлива автотранспортных средств на человека и окружающую природную среду.

1.4. Показатель условной токсичности отработавших газов.

Выводы по главе.

2. ОСОБЕННОСТИ ИНФРАСТРУКТУРЫ Г.ВОРОНЕЖА И ДИНАМИКА ТРАНСПОРТНЫХ ПОТОКОВ В ГОРОДСКОЙ ЧЕРТЕ.

2.1. Распространение и трансформация автомобильных выбросов в окружающей природной среде.

2.1.1. Особенности физико-географического расположения, метеорологических и микроклиматических условий г. Воронежа.

2.2. Характеристика параметров движения автотранспортного потока.

2.2.1. Влияние режимов работы и конструкции ДВС на состав отработавших газов автотранспортного источника.

2.2.2. Влияние некоторых параметров ездового цикла на изменение выброса.

2.2.3. Влияние состояния улично-дорожной сети городской территории на характер автотранспортных потоков.

Выводы по главе.

ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ ДВИЖЕНИЯ И ВЫБРОСОВ ОТ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ.

3.1. Анализ автотранспортного потока на улично-дорожной сети г. Воронежа.

3.1.1. Характеристика входящего потока автомобилей.

3.1.2. Характеристика обслуживания.

3.1.3. Функционирование обслуживающей системы.

3.2. Определение количества загрязняющих веществ по расходу топлива.

3.2.1. Оценка показателей выброса двигателей автотранспортных средств.

ЗЛ.2. Оценка количества выбросов загрязняющих веществ потоком автотранспортных средств.

Выводы по главе.

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ И ЗОНИРОВАНИЕ УЛИЧНО-ДОРОЖНОЙ СЕТИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТРАНСПОРТНОЙ НАГРУЗКИ И МИКРОКЛИМАТИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ ГОРОДА.

4.1. Оценка интенсивности движения и транспортной нагрузки.

4.2. Определение и оценка выбросов загрязняющих веществ на элементах улично-дорожной сети.

4.2.1. Оценка уровня загрязнения приземного слоя атмосферы выбросами от автотранспортных средств на улично-дорожной сети.

4.3. Концепция создания оперативной информационноаналитической системы.

Выводы по главе.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Геоэкологическая оценка условий движения и выбросов от автотранспортных средств на улично-дорожной сети города"

Актуальность работы. Устойчивое развитие городов, как центров промышленного производства, невозможно без экологической устойчивости городской среды. Однако, экологически неблагоприятная обстановка наблюдается во всех городах с населением свыше 1 млн. чел., в 60% городов с населением от 500 тыс. до 1 млн. человек и в 25% городов с населением от 250 до 500 тыс. чел. Это связано с усилением прессинга автотранспорта на окружающую среду. В России на его долю в середине 90-х годов XX века приходилось до 80% выбросов свинца, 59% - оксида углерода, 32% - оксидов азота.

Территория г. Воронежа включает весь спектр классов техногенного воздействия, в том числе и от автотранспортных источников; практически вся территория города характеризуется трансформированной природной средой. В связи с этим весьма актуальным является вопрос геоэкологической оценки условий движения и выбросов от автотранспортных средств при решении природоохранных задач и планирования развития города.

Проблема снижения вредного воздействия автомобильного транспорта на окружающую среду в городах является комплексной и предполагает решение ряда научно-исследовательских задач: выявление условий формирования выбросов загрязняющих веществ в городскую атмосферу автотранспортными средствами (АТС); разработка математической модели этого механизма; оптимизация управления автотранспортными потоками в крупных промышленных центрах, в условиях невозможности расширения (перепланировки) транспортных коммуникаций в системе застроенного городского ядра.

Диссертационная работа выполнена в рамках отраслевой научно-исследовательской программы.

Целью работы является геоэкологическая оценка условий движения и выбросов от автотранспортных средств на улично-дорожной сети города, географическое зонирование улично-дорожной сети, повышение экологической безопасности и эффективности движения автотранспортных средств в системе городской застройки.

Задачи исследования:

1. Анализ влияния выбросов автотранспорта на окружающую природную среду и человека.

2. Анализ физико-географических, климатических, метеорологических и синоптических условий формирования уровня загрязнения атмосферы исследуемой территории от автотранспортных средств.

3. Уточнение методики расчета удельных выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от автотранспорта на улично-дорожной сети города.

4. Геоэкологическая оценка и зонирование улично-дорожной сети в зависимости от транспортной нагрузки и микроклиматических особенностей города.

5. Разработка структурно-логической схемы дистанционного мониторинга автотранспортных потоков на улично-дорожной сети города.

6. Разработка практических рекомендаций по снижению экологической нагрузки на окружающую среду и человека от автотранспортных средств.

Объект исследования - выбросы загрязняющих веществ в атмосферу АТС на улично-дорожной сети (УДС) города Воронежа - крупного промышленного центра, характеризующегося сложными микроклиматическими и орографическими условиями.

Предмет исследования - система динамических, энергетических и экологических характеристик автотранспортных средств на улично-дорожной сети города.

MeTOz1 ы исследования. Методологической основой работы является комплекс существующих государственных, научных методик, разработанных специалистами НИИАТ, МАДИ и авторские методики, апробированные на различных участках улично-дорожной сети города (2000-2004 г.г.). Теоретические разработки выполнены с использованием методов математического моделирования. Экспериментальные исследования по определению условий движения АТС на узловых развязках УДС и токсических характеристик автомобилей проведены с помощью сравнительных дорожных испытаний. Статистические расчеты выполнены с применением электронных таблиц EXEL 7.0 и программы статистической обработки данных STATISTICAL WINDOWS (версия 5.0).

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Выявлены особенности пространственно-временного распределения концентраций отдельных примесей в воздушном бассейне г. Воронежа от автотранспорта.

2. Уточнена методика расчета удельных выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от автотранспорта на элементах улично-дорожной сети города.

3. Проведено геоэкологическое зонирование улично-дорожной сети в зависимости от транспортной нагрузки и микроклиматических особенностей города.

4. Разработана структурно-логическая схема дистанционного мониторинга автотранспортных потоков на улично-дорожной сети исследуемой территории.

5. Ра?работаны практические рекомендации по снижению экологической нагрузки на окружающую среду и человека от автотранспортных средств.

Информационная обеспеченность и характеристика исходных материалов исследования. В диссертации использованы данные натурных замеров интенсивности движения автотранспорта, дневники погоды за 20002004 г.г., данные по загрязнению атмосферного воздуха города Воронежа за 2000-2004 г.г. наблюдательных постов № 1, 7, 8, 9, 10, данные замеров о выбросах автотранспорта. Точность исходной информации соответствует требованиям государственных, отраслевых стандартов и СНиП.

Достоверность результатов работы обоснована использованием большого объёма исходных данных (2000-2004 гг.), полученных в комплексной лаборатории Воронежского областного центра по гидрометеорологии и мониторингу природной среды, Управлении по охране окружающей среды при администрации города Воронежа, ГИБДД г. Воронежа и Воронежской области, Центрально-Черноземном филиале ФГУП «Госземкадастрсъемка - ВИСХАГИ»; применением апробированных методов исследований, использованием стандартных критериев оценки успешности прогностических зависимостей и удовлетворительным согласованием полученных результатов с данными, полученными по известным методикам.

Теоретическая значимость исследования.

В работе реализован новый подход к оценке уровня загрязнения городской гоздушной среды выбросами от автотранспортных средств. В отличие от проведённых ранее исследований оценка выбросов от автотранспорта дана не по отдельным категориям и типам автомобилей, а по обобщённым показателям, характеризующим общее состояние загрязнения воздуха в городе в зависимости от условий движения АТС и состава автотранспортного потока.

Практическая ценность работы.

Результаты исследования направлены на повышение качества оценки экологического состояния территорий на основе использования предложенной методики определения уровня загрязнения атмосферы выбросами от автотранспорта, обеспечение оперативного контроля за экологическим состоянием транспортной инфраструктуры города, с целью принятия своевременных мер по повышению эффективности охраны чистоты воздушного бассейна.

Реализация результатов работы.

Материалы и результаты исследований используются в учебном процессе Воронежского высшего военного авиационного инженерного училища (военного института) при преподавании дисциплин «Экология», «Безопасность жизнедеятельности», «Основы выживаемости».

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Уточненная методика расчета удельных выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от автотранспорта на улично-дорожной сети города.

2. Результаты анализа пространственно-временного распределения концентраций выбросов в воздушном бассейне города Воронежа от автотранспортных средств на различных участках улично-дорожной сети.

3. Геоэкологическое зонирование улично-дорожной сети в зависимости от транспортной нагрузки и микроклиматических особенностей города.

4. Структурно-логическая схема дистанционного мониторинга автотранспортных потоков на улично-дорожной сети города.

5. Практические рекомендации по снижению экологической нагрузки на окружающую среду и человека от автотранспортных средств.

Апробация работы. Основные положения, научные и экспериментальные результаты докладывались и обсуждались на следующих конференциях, семинарах и совещаниях: Всероссийской научно-практической конференции «Совершенствование наземного обеспечения авиации» (Воронеж, 2000; 2001; 2002; 2003 г.г.); III Всероссийской научно-практической конференции. «Окружающая природная среда и экологическое образование и воспитание» (Пенза, 2003 г.); Международной научно-практической конференции «Экологические проблемы сельскохозяйственного производства» (Воронеж, 2004 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Оптимизация ландшафтов и рекреационных зон на зональных и нарушенные землях» (Воронеж, 2004 г.), V Межрегиональной научно-производственной конференции «Региональный мониторинг и оценка земель. Опыт. Современные проблемы и пути решения» (Воронеж, 2004 г.).

Личный вклад автора заключается в сборе и статистической обработке исходных данных, проведении исследований по теме диссертационной работы, анализе . результатов, формулировании выводов, отработке дешифровогных таблиц, разработке структурно-логической схемы дистанционного мониторинга автотранспортных потоков на улично-дорожной сети исследуемой территории и практических рекомендаций по снижению экологической нагрузки на окружающую среду и человека от автотранспорта, проведении геоэкологческого зонирования улично-дорожной сети в зависимости от транспортной нагрузки и микроклиматических особенностей города.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 6 научных работах, из них 4 работы без соавторов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и 9 приложений. Объем работы составляет 180 страниц машинописного текста, включает 18 таблиц и 28 рисунков. Список литературы, использованной в работе, состоит из 169 наименований на русском и иностранных языках.

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Власов, Андрей Борисович

Результаты работы сформулированы в следующих выводах:

1. Примером современного состояния крупных городских агломераций является г. Воронеж. Территория города включает широкий спектр техногенной нагрузки от автотранспортных средств и характеризуется ее высокой плотностью, что в значительной мере влияет на формирование свойств экогеосистемы и определяет уровневую нагрузку экологического неблагоприятствования в разных районах города. Максимальная плотность техногенной нагрузки сосредоточена в центральных частях правобережья и левобережья г. Воронежа.

2. Анализ физико-географических, социально-экономических и других факторов позволил выделить в границах застроенной части города четыре зоны, обуславливающие микроклиматические особенности городской погоды: бризовая аквально-долинная (53 км ), включающая акваторию водохранилища и прибрежные зоны; псевдоциклонально-городская «острова тепла» (92 км ), охватывающая центральные части правобережья и левобережье, юго-западные и северозападные окраины города; городская умеренно-влажная (40 км ), сформированная в северной, западной и южной части правобережья; городская умеренная (30 км ), приуроченная к восточной окраине левобережья.

3. Неблагоприятными метеорологическими факторами, влияющими на уровень и продолжительность загрязнений являются приземные инверсии и задерживающие слои в пограничном слое атмосферы при скоростях ветра у поверхности земли менее 5 м/с. Благоприятными факторами являются неустойчивое состояние атмосферы при скорости ветра у поверхности земли более 5 м/с, а также осадки. Осадки являются одним из главных факторов, который приводит к значительному очищению атмосферного воздуха от загрязнений. Время процесса самоочищения зависит от вида осадков, их интенсивности и количества. Максимальное очищение атмосферного воздуха наблюдается в теплый период года при выпадении ливневых осадков.

4. Существует необходимость использования специализированного мониторинга УДС с целью определения и отслеживания направления движения основных автотранспортных потоков, их плотности и изменения в течение суток с помощью дистанционных методов наблюдения в городской черте.

5. Развитие транспортной инфраструктуры городских территорий явно отстаёт от возросших автотранспортных потоков из-за нехватки средств, непонимания важности общей проблемы, только частичного внедрения проектных предложений по развитию транспортной системы по принципам устойчивого развития с учетом социально-экономических и экологических последствий.

6. Перекрестки улично-дорожной сети однозначно определены как критические точки движения с максимальными уровнями выбросов ЗВ от автотранспортных потоков, что определяет, при натурных замерах, использование метода критических точек.

7. Раздельное управление перекрестками УДС независимо друг от друга в настоящее время, при усложнении транспортной сети и возросшем количестве АТС, когда плотность перекрестков начинает превышать определенный уровень, перестает быть эффективным.

8. Максимальная плотность распространения загрязнения СО, N02 от автотранспортных потоков на улично-дорожной сети согласуется с интенсивностью движения и транспортной нагрузкой и сосредоточена в центральной правобережной и левобережной частях, а также в южной и юго-восточной частях левобережья г. Воронежа.

9. В состав загрязняющих веществ входят элементы II, III, IV классов опасности и вредные нормируемые показатели. Наибольшая интенсивность загрязнения высоко опасными элементами и соединениями находится в пределах от 1 до 10 ПДК и установлена на 8 участках; опасными и умеренно опасными с интенсивностью более 5 ПДК - на 5 участках.

10. Учитывая высокую степень воздействия автотранспортных потоков, в черте городской застройки, на уровень экологической нагрузки города контроль приоритетных загрязнителей (СО, СО2, NO2 и уровня транспортного шума) приобретает особо важное значение и должен иметь систематический характер.

11. Дальнейшее продолжение настоящей работы основано на разработке постоянно действующей модели (ПДМ) для оперативной оценки геоэкологического состояния городской территории, подверженной антропогенному воздействию от автотранспорта, в основу функционирования которой положен метод приращения информации. Она станет эффективным инструментом проведения мониторинга всех компонентов природной среды городской территории, подверженных антропогенному воздействию от автотранспортных средств. Такая модель, позволяет выявить динамику загрязнения городской среды автотранспортными потоками. Реализация ПДМ предполагается в управлении по охране окружающей среды г. Воронежа, территориальном центре «Геомониторинг», природоохранных организациях. Оперативная и достоверная информация, систематизированная ПДМ, является основой управления сложной экогеосистемой г. Воронежа.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения данной работы были выявлены закономерности, влияющие на уровень загрязнения атмосферы от автотранспортных средств и разработана структурно-логическая схема локального дистанционного мониторинга автотранспортных потоков в городской черте с использованием АФС и КФС, позволяющая оценить, на примере г. Воронежа, уровень загрязнения от автотранспортных средств в приземном слое атмосферы городской территории.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Власов, Андрей Борисович, Воронеж

1. Автодороги. Российское дорожное агентство. Эксперт, № 6, 14.02.2000г.

2. Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология. Учебник для вузов. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2002. - 566 с.

3. Алексеев В.В., Залесный В.Б. Численная модель крупномасштабной динамики океана. /Вычислительные процессы и системы // Под ред. Г.И. Марчука, вып. 10 М.: Наука, 1984. - с. 232-252.

4. Алексеев В.А., Володин Е.М., Галин В.Я., Дымников В.П., Лыкосов В.Н. Моделирование современного климата с помощью атмосферной модели ИВМ РАН. М.: Препринт ИВМ РАН№ 2086-В98, 1998, 215 с.

5. Анализ измерения уровней загрязнения атмосферы воздуха г. Москвы автотранспортом в зависимости от вариантов природоохранных мероприятий / Отчет НИР, госрегистрация 01870024209. М.: ИКТП, 1988.-41 с.

6. Арамян П.А., Асатрян Д.С., Варшавский И.Л. Совершенствование технико-эксплуатационных показателей в автомобильном транспорте. / Совершенствование технико-эксплуатационных показателей в автомобильном транспорте. Ереван, 1973, с. 134-148.

7. Арутюнов О.С. Организация контроля за технологическими выбросами, загрязняющими атмосферу. М.: Транспорт, 1978, с. 3-11.

8. Астанич И.К. Мониторинг воздушной среды урбанизированных территорий на примере города Воронежа / И.К. Астанин: Автореф. дис. . канд. геогр. наук. Воронеж., 2002, - 24 с.

9. Безуглая Э.Ю. Мониторинг состояния загрязнения атмосферы в городах. -Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 200 с.

10. Безуглая Э.Ю. Связь инверсий температуры со скоростью и направлением ветра / Э.Ю. Безуглая, Л.И. Елекоева // Сб. трудов ГГО. -1977.-№387.- с. 101-109.

11. Безуглая Э.Ю. Климатические условия рассеивания примесей на территории СССР. / Э.Ю. Безуглая, Л.И. Елекоева, Е.А. Разбегаева // Сб. трудов ГГО. 1979. - № 436. - с. 44-52.

12. Безуглая Э.Ю. Метеорологический потенциал и климатические особенности загрязнения воздуха городов / Э.Ю. Безуглая. J1: ГМИ, 1980.- 184 с.

13. Белов П.М., Бурячко В.Р., Акатов Е.И. Двигатели армейских машин. Часть первая. Теория. М.: Воениздат, 1971.-512 стр.

14. Берлянд М.Е. Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы. J1.: Гидрометеоиздат, 1985. -272 с.

15. Берлянд М.Е., Генихович Е.Д., Оникул Р.И. К нормированию выбросов от наземных источников. Труды / ГГО, 1977, вып. 387, с.3-12.

16. Берлянд М.Е. Современные исследования Главной Геофизической Обсерватории / М.Е. Берлянд // СПб: Гидрометеоиздат, 2001. - 344 с.

17. Бернацтсий В.И. Исследование режимов работы автомобильного двигателя в эксплуатационных условиях // Тр. Института двигателей АН СССР. -М.:, 1961.

18. Боровиков В.П. STATISTICA: искусство анализа данных на компьютере / Боровиков В.П. СПб.: «Питер», 2001. - 653 с.

19. Брайловский Н.О., Грановский И.Б. Управление движением транспортных средств. М.: Транспорт, 1975. - 112 с.

20. Бугреева М.Н., Колнет И.В., Мамчик Н.П., Альбекова Т.Ю. Оценка техногенного загрязнения объектов окружающей среды в условияхпромышленного комплекса // Вестник ВГУ. Сер. геология Воронеж.: ВГУ, 2000. № 9. - с. 241-248.

21. Буренин Н.С. К изучению роли выхлопных газов автомобильного транспорта в загрязнении воздушного бассейна городов. Труды / ГГО, 1973, вып. 293, с.231-238.

22. Бухарин Н.А., Прозоров B.C., Щукин М.В. Автомобильный транспорт. Учебное пособие для втузов. Л.: Машиностроение, 1973. - 478 с.

23. Варшавский И.Л. Токсичность двигателей внутреннего сгорания и пути ее снижения. М.: Мысль, 1966. - с. 61-68.

24. Василевский М.И. Исследование возможности оперативной оценки 1 качества ОДД на магистральных улицах городов: Автореф. дис. на соиск.учен, степени канд. техн. наук/ МАДИ. М., 1974, - 21.

25. Великанов Д.П. Вопросы развития автомобильных транспортных средств. М.: Транспорт, 1978. - 208 с.

26. Вернадский В.И. Биосфера. Избранные труды по биогеохимии. М.:1. Мысль, 1967. 286 с.

27. Владимиров A.M., Ляхин Ю.И., Матвеев Л.Т., Орлов В.Г. Охрана окружающей среды. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. - 422 с.

28. Власов А.Б. Комплексное прогнозирование взаимодействия человека и биосферы / А.Б. Власов // Совершенствование наземного обеспечения авиации: межвузовский сборник научно-методических трудов, ч. II

29. Воронеж: ВВАИИ, 2000 стр. 75-79;

30. Власов А.Б. Транспорт и его влияние на окружающую среду / А.Б. Власов, A.M. Колесов, Е.Г. Спиридонов // Совершенствование наземного обеспечения авиации: межвузовский сборник научно-методических трудов. Ч. II Воронеж: ВВАИИ, 2002 - стр. 165-169;

31. Военная экология. Учебник для высших военных учебных заведений / Под общей ред. проф. Н.В.Михайлова. М.: изд-во «Русь-СВ», 2000, -360 стр.

32. Гаврилов А.А. Моделирование дорожного движения. М.: Транспорт, 1980.- 189 с.

33. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика: Учеб. пособие для вузов / В.Е. Гмурман. 9-е изд., стер. - М: Высш. Шк., 2003.-479 с.

34. Гольц ПА. Принципы обоснования и развития дорожного и уличного ^ строительства в условиях взрывной автомобилизации / Экономикастроительства. 2002. №2. - с.33-44.

35. Гольц Г.А. Переходные процессы и пространственная организация в урбанизированной среде / Город в процессах исторических переходов. -М.: Наука, 2001. с.165-249.

36. Гольц Г.А. Инфраструктура и общество: принципы стратегии ^ опережающего развития России / Экономическая наука современной

37. России. 2000. №2. - с.5-21.

38. Горелик Д.О., Конопелько JI.A. Мониторинг загрязнения атмосферы и источников выбросов: Аэроаналитические измерения / Д.О. Горелик, JI.A. Конопелько. М.: изд-во стандартов, 1992, - 432 стр.

39. ГОСТ 17.2.1.04-77. Охрана природы. Атмосфера. Источники и метеорологические факторы загрязнения, промышленные выбросы. Термины и определения. М.: Изд. Стандартов, 1977. - 48 с.

40. ГОСТ 17.2.1.03-84. Охрана природы. Атмосфера. Термины и определения контроля загрязнения. М.: Изд. Стандартов, 1984. - 65 с.