Геоэкологическая оценка воздействия автотранспортного комплекса на воздушный бассейн промышленно развитых городов Центрального Черноземья

Якушев, Александр Борисович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Геоэкологическая оценка воздействия автотранспортного комплекса на воздушный бассейн промышленно развитых городов Центрального Черноземья
ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Геоэкологическая оценка воздействия автотранспортного комплекса на воздушный бассейн промышленно развитых городов Центрального Черноземья"

На правах рукописи

Якушев Александр Борисович

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ АВТОТРАНСПОРТНОГО КОМПЛЕКСА НА ВОЗДУШНЫЙ БАССЕЙН ПРОМЫШЛЕННО РАЗВИТЫХ ГОРОДОВ ЦЕНТРАЛЬНОГО ЧЕРНОЗЕМЬЯ

25.00.36 - Геоэкология (науки о Земле)

АВТОР ЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

2 6 дпр 2012

Воронеж - 2012

005019444

Работа выполнена в Воронежском государственном университете

Научный руководитель: доктор географических наук, профессор

Куролап Семён Александрович

Официальные оппоненты: Дорофеев Виктор Васильевич,

доктор географических наук, профессор; Военный авиационный инженерный университет, профессор кафедры гидрометеорологического обеспечения

Костылева Людмила Николаевна,

кандидат географических наук; Воронежский государственный университет инженерных технологий, доцент кафедры инженерной экологии и техногенной безопасности

Ведущая организация: Белгородский государственный

национальный исследовательский университет

Защита состоится «18» мая 2012 г. в 15-30 на заседании диссертационного совета Д 212.038.17 при Воронежском государственном университете по адресу: 394068 г. Воронеж, ул. Хользунова, 40, ауд. 303.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Воронежского государственного университета.

Автореферат разослан « /У» апреля 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор географических наук, профессор

Куролап С.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из постоянно растущих источников негативного воздействия на городскую среду является автотранспорт. В отличие от промышленных объектов, автомобильный транспорт является подвижным источником токсичных выбросов в приземный слой атмосферного воздуха, что представляет реальную угрозу здоровью человека и среде обитания. Вклад автотранспорта в эмиссию загрязняющих веществ на территории крупных городов, как правило, превышает 70%, а в городе Воронеже доля автотранспорта в общем загрязнении атмосферы составляет свыше 85 % и продолжает нарастать. Автомобильный транспорт является линейным дискретно-подвижным источником токсичных выбросов, что представляет угрозу здоровью человека и окружающей среде. Это определяет актуальность исследований по изучению загрязненности приземного слоя воздуха приоритетными загрязнителями от выбросов автотранспорта и факторов, влияющих на изменение концентрации в воздушном бассейне города.

Теоретические подходы к изучению данной проблемы обоснованы во многих трудах отечественных и зарубежных ученых по урбоэкологии, транспортной экологии, мониторингу окружающей среды и ряде нормативных документов (Э.Ю. Безуглая, 1986,1991; М.Е. Берлянд, 1985,2001; Г.М. Илькун, 1971,1978; И.Е. Евгеньев, 1997; П.П. Дикун, 1959; Р. Диамант, 1979; Ю. Якубовский, 1979; В. Штраус, С.Д. Мейнуорринг, 1989 и др.). Практическая направленность этих исследований в последние годы подкреплена рядом научных, научно-методических изданий, а также нормативных документов по контролю состояния атмосферы и оценке риска для здоровья населения, связанного с загрязнением воздушного бассейна (С.Л. Авалиани 1997,2001; К.С. Буштуе-ва, 1976,1985; Ю.В. Трофименко, В.Н. Луканин с соавт., 1993,1998,2006; С.А. Куролап с соавт., 2006,2010; Г.Г. Онищенко с соавт., 2000,2005).

Эти проблемы актуальны для многих городов Центральной России, в том числе и г. Воронежа - крупного автотранспортного центра Черноземья. Город Воронеж имеет разветвленную дорожно-транспортную сеть, многочисленные дискретно-подвижные источники токсичных выбросов, сложную схему дорожно-транспортной сети, что служит условием формирования сильно загрязненного воздуха для дыхания и появления некоторых экологически обусловленных заболеваний у населения. Город типичен для урбанизированных центров Европейской части страны, что позволяет на его примере изучать степень загрязнения воздушной среды от автотранспорта в приземном слое атмосферы, участвующей в процессе дыхания, а также определить факторы, способствующие изменению концентраций в воздухе.

H.B. Фирсова, 2000; A.B. Назаренко, C.A. Дьяков, 2003; А.Б. Власов, 2004,2005; М.И. Чубирко с соавт., 2004,2009), которые показывают актуальность данных проблем в Воронежском регионе. В то же время не проводилось детального и комплексного геоэкологического исследования степени загрязненности воздушного бассейна в приземном слое атмосферы от автотранспорта на территории города Воронежа и других промышленно развитых городов Черноземья с исследованием широкого круга факторов: естественных и техногенных, влияющих на уровень загрязнения воздушного бассейна, а механизмы формирования высокого загрязнения и последствия его влияния на население остаются не вполне ясными, что и определяет актуальность данных исследований.

Целью настоящей работы является исследование закономерностей загрязнения воздушного бассейна и оценка экологического риска для населения, связанного с выбросами автотранспорта промышленно развитых городов. Данные исследования составляют основу для проектирования оптимальной дорожно-транспортной сети крупных городов Центрального Черноземья с учетом обеспечения эколого-экономической эффективности и экологической безопасности для населения (на примере Воронежа, Липецка, Белгорода). В качестве базового (модельного) города выбран Воронеж.

Для достижения цели поставлены и решены следующие задачи.

1. Сформированы базы данных и определен качественный и количественный состав приоритетных загрязняющих веществ в выбросах от автотранспорта на различных дорожно-транспортных сетях городов.

2. Исследованы природные и техногенные факторы, формирующие качество атмосферы придорожной полосы (оценка дорожных, инженерно-экологических и микроклиматических факторов на примере базового объекта исследования - г.Воронежа).

3. Обоснована роль транспортных факторов в формировании качества окружающей среды в городах.

4. Проведена оценка факторов экологической безопасности атмосферного воздуха и эффективности мер по снижению выбросов в атмосферный воздух от транспортного комплекса крупных городов Центрального Черноземья.

5. Осуществлена оценка экологического риска для населения, связанного с транспортным комплексом, и разработаны рекомендации по снижению экологического риска.

6. Предложена оптимальная схема дорожно-транспортной сети промышленных городов Центрального Черноземья, способствующая минимальному воздействию сложившегося транспортного комплекса на воздушный бассейн городской среды.

Объект исследования - состояние воздушного бассейна (приземный слой) над улично-дорожной сетью и в прилегающей зоне крупных промышленно развитых городов. В качестве предмета исследования выступает изучение факторов загрязненности воздушного бассейна и анализ причинно-следственных связей в системе «уровень загрязнения - факторы, способствующие рассеиванию» в условиях интенсивной транспортной нагрузки на воз-

душный бассейн городов.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

- дана детальная оценка качественных и количественных характеристик приоритетных загрязняющих веществ, присутствующих в выбросах от автотранспорта городов;

- обоснованы типы динамики загрязнения атмосферы в зависимости от характера дорожно-транспортной сети и зоны удаления от дороги;

- выявлены факторы, влияющие на условия рассеивания загрязняющих веществ в транспортных зонах крупных городов;

- рассчитаны уровни загрязнения приземного слоя атмосферы, связанные с функционированием автотранспортных систем городов (уровень загрязнения атмосферы по приоритетным загрязняющим веществам);

- обоснованы перспективные оптимальные дорожно-транспортные схемы г.Воронежа, г.Липецка и г.Белгорода, способствующие минимальному воздействию сложившегося транспортного комплекса на воздушный бассейн городской среды (комплекс природоохранных мероприятий).

Предложенные методы и методологические подходы к оценке уровня загрязненности воздушного бассейна городской среды, связанного с функционированием автотранспортного комплекса, позволяют продвинуться в теоретическом изучении закономерностей формирования качества воздушного бассейна промышленно развитых городов и разработать комплекс практических мероприятий по снижению экологического риска от загрязнения атмосферы.

Практическая значимость работы определяется возможностью применения полученных результатов природоохранными службами и проектными организациями Центрального Черноземья при проведении мероприятий по совершенствованию системы мониторинга воздушного бассейна и уменьшению негативного воздействия автотранспорта на городскую среду. Разработанные подходы к совершенствованию дорожно-транспортной сети города, кроме того, могут быть использованы природоохранными ведомствами при изучении условий и факторов формирования зон экологического риска для населения других промышленно развитых городов, в том числе в перспективном градостроении.

Эффективность исследований подтверждена актами внедрения результатов исследований в практическую деятельность региональных административных и природоохранных ведомств (Департамент дорожного хозяйства и благоустройства Администрации городского округа город Воронеж, Центр гигиены и эпидемиологии в Воронежской области). Результаты исследований используются в учебном процессе Воронежского государственного университета в преподавании курса «Экологическое проектирование и экспертиза» для студентов специальностей «геоэкология» и «природопользование».

ботке методики оценки уровня загрязнения воздушного бассейна городской среды от автотранспорта; а также согласованностью с результатами, полученными в натурных исследованиях, и генеральными планами городов с целью уменьшения негативного воздействия автотранспорта на городскую среду.

Апробация работы. Результаты исследования доложены на международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы обеспечения безопасности в чрезвычайных ситуациях при техногенных катастрофах» (Воронеж, 2006); на 2-ой международной научной конференции «Геоэкологические проблемы современности» (Владимир - Москва, 2008); на V международной научно-практической конференции «Экологические проблемы. Взгляд в будущее» (Ростов-на-Дону, 2008); на Всероссийской научно-практической конференции «Региональная безопасность: проблемы обеспечения, модели, технологии, перспективы» (Волгоград, 2008); на научной конференции студентов, аспирантов и преподавателей «Использование и охрана водных ресурсов Центрально-Черноземного региона России» (Воронеж, 2009); на III юбилейной международной научно-практической конференции «Экология регионов» (Владимир, 2010); на всероссийской научно-практической конференции «Научные проблемы использования и охраны природных ресурсов» (Самара, 2011); на второй международной научной практической конференции «Экологическая геология: теория, практика и региональные проблемы» (Воронеж, 2011).

Публикации результатов исследования. По теме диссертации опубликовано 14 научных работ, в том числе 6 работ - в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Положения, выносимые на защиту.

1. Закономерности формирования загрязнения воздушного бассейна при воздействии автотранспортного комплекса промышленно развитых городов Центрального Черноземья (на примере Воронежа, Белгорода, Липецка).

2. Оценка роли факторов самоочищения воздушного бассейна от выбросов загрязняющих веществ при функционировании объектов автотранспортного комплекса.

3. Результаты оценки экологического риска для населения, связанного с функционированием автотранспортного комплекса промышленно развитых городов.

4. Геоэкологическое обоснование проектирования оптимальной дорожно-транспортной сети для снижения экологического риска в условиях городской среды обитания.

Структура и объём работы. Диссертация изложена на 215 страницах машинописного текста и состоит из введения, 5 глав, заключения, библиографического указателя, включающего 172 источника, в том числе 16 источников иностранной литературы. Диссертация в основном тексте иллюстрирована 43 таблицами и 39 рисунками.

Автор выражает искреннюю благодарность за методическую помощь в сборе и обработке фактического материала при выполнении работы к.г.н., доценту JI.M. Акимову и к.э.н., доценту М.А. Карповичу.

СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулирована цель работы, определены задачи исследования, научная новизна, практическая ценность и основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава «Теоретические основы оценки воздействия автотранспортного комплекса на городскую среду» содержит анализ источников литературы о теоретических и прикладных аспектах проблемы охраны городской среды обитания; мониторинга качества атмосферы; геоэкологические подходы к изучению уровня загрязнения воздушного бассейна городской среды; опыт снижения экологического риска, обусловленного транспортным комплексом.

Во второй главе «Методология исследования и оценки экологического риска, обусловленного автотранспортным комплексом» описаны применяемые методические подходы (эколого-аналитические, вероятностно-статистические и экологическое моделирование), в том числе разработанный методический подход, алгоритмы оценки техногенного загрязнения и уровней экологического риска на территории города, обусловленного автотранспортным комплексом.

Третья глава «Геоэкологическая оценка загрязнения приземного слоя атмосферы в городах с развитым автотранспортным комплексом» посвящена экологическому обоснованию объемов выбросов от автотранспорта, анализу путей их снижения в городах с разными моделями дорожно-транспортных сетей, а также дана характеристика источников загрязнения приземного слоя атмосферы в связи с различными моделями построения дорожно-транспортных систем городов Центрального Черноземья.

В четвертой главе «Геоэкологическая оценка качества приземного слоя атмосферы и экологического риска при воздействии автотранспортного комплекса» представлен анализ роли природно-климатических факторов в формировании загрязнения приземного слоя воздуха, описаны результаты расчетов уровней канцерогенного и неканцерогенного рисков в рецепторных точках городов (Воронеж, Белгород, Липецк), послужившие основой геоэкологического зонирования территории городов Центрального Черноземья по уровням экологического риска для населения при воздействии автотранспортного комплекса.

В пятой главе «Геоэкологическое обоснование мероприятий по минимизации воздействия автотранспортного комплекса и обеспечение экологической безопасности (на примере г.Воронежа)» обоснованы научЕ1ые и проектные аспекты системы мероприятий по снижению экологического риска, обусловленного автотранспортным комплексом, реализация которых позволит стабилизировать техногенное загрязнения атмосферного воздуха и обеспечит поэтапное снижение уровней загрязнения воздушного бассейна вследствие функционирования автотранспортного комплекса, а также уровней экологического риска до допустимого (безопасного) порога.

В заключении обобщаются результаты исследования и формулируются основные теоретические закономерности, а также прикладные аспекты исследования.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Закономерности формирования загрязнения воздушного бассейна при воздействии автотранспортного комплекса промышлеиио развитых городов Центрального Черноземья (на примере Воронежа, Белгорода, Липецка)

Теоретическая основа и методология исследования, а также перечень загрязняющих веществ, подлежащих контролю, определены нами на основе сведений о составе и характере выбросов от источников загрязнения в городах и метеорологических условий рассеивания примесей в соответствии с РД 52.04.186-89 «Руководство по контролю загрязнения атмосферы» (1991).

Оценка степени загрязнения воздушной среды от автотранспорта в приземном слое атмосферы на территории г. Воронежа, как базовом городе, осуществлялась на основе специально разработанной методологии комплексной геоэкологической оценки состояния воздушного бассейна с учетом особенностей дорожно-транспортной сети. Объектом изучения служили параметры качества атмосферы - концентрации приоритетных загрязняющих веществ и динамика их изменения за период с 2006 по 2011 годы.

Отбор проб атмосферного воздуха и их анализ выполнен автором при помощи газоанализатора универсального «ГАНК - 4А» и с привлечением фондовых данных по загрязнению воздушного бассейна в зоне движения автотранспорта ООО «Центр-Дорсервис» (г.Воронеж). Всего проанализировано проб атмосферного воздуха: в г.Воронеже - 1188, в г.Белгороде - 161, в г. Липецке -149. Исследование дорожно-транспортной сети проведено с учетом категорий улиц и автомобильных дорог, объеденных в группы по геометрическим параметрам дорог и возможности пропуска автотранспорта в единицу времени, в соответствии с порядком категорирования улиц и дорог муниципального образования.

Таблица 1.

Интенсивность автотранспорта по основным категориям улиц _(автомобилей/час) ¡измерения автора/___

Тип автотранспорта 1Б 2Б 2В 2Г ЗА ЗБ зв зг зд

Легковые автомашины 1694 2188 816 948 169 938 98 61 52

Грузовые автомашины 802 272 128 63 32 63 7 16 5

Автобусы 91 278 86 3 16 8 0 0 0

Всего 2587 2738 1030 1014 217 1009 105 77 57

На примере г.Воронежа по каждой категории улиц проведены систематические измерения количества проезжающего автотранспорта (7-10 улнц каждой категории), объединение которых вследствие малых различий (не более 5%) позволило обосновать интенсивность для каждой категории улицы (табл. 1). Расчетная интенсивность автотранспорта служит ведущим источником загрязнения приземного слоя атмосферы и определяет формирование очагов аэрогенного загрязнения городской среды обитания.

Вещества

Рис. 1. Динамика изменения концентраций загрязняющих веществ по различным категориям улиц, в долях ПДК.

Анализ уровней загрязнения воздушного бассейна осуществлен в специально выбранных пунктах наблюдений с идеей максимально равномерного охвата территории города и различных категорий дорожно-транспортной сети. Результаты замеров, приведенные к средним значениям каждой категории улиц, представлены на рис. 1.

Рассчитаны парциальные (1„ ) и комплексные ( Катм) индексы загрязнения атмосферы по различным категориям улично-дорожной сети (табл. 2) по формулам /1/и/2/:

1п = (С;/ПДК0К /1/

где С¡— средняя за год концентрация ¡-вещества;

ПДКсреднесуточная предельно допустимая концентрация ¡-вещества;

к - константа, принимающая значения 1,5; 1,3; 1; 0,85 соответственно для вегцеств 1, 2, 3, 4 классов опасности (коэффициент изоэффективности).

Комплексная антропогенная нагрузка на приземный слой атмосферного воздуха вдоль улично-дорожной сети по совокупности веществ (С, , ... С„ -средняя за год концентрация 1 ...п - веществ) проводилась по интегральному показателю загрязнения атмосферы, рассчитанному по формуле К.А. Буштуевой (1979) /2/:

anuí.

Q , | ^'п

N] ПДК с, К2ПДКС С „ПДК,

Сп

/2/

Показатель I рассчитывается по формуле: / = Р / Ра, где Р - среднегодовой процент повторяемости штилей, %; Ра = 12,5 % (процент повторяемости направлений ветров одного румба при круговой розе ветров).

Полученные результаты свидетельствуют об увеличении степени негативного воздействия на городскую среду в пределах более крупных и загруженных автомагистралей (категории 1Б, 2Б).

Таблица 2.

Летние индексы загрязнения атмосферы в г.Воронеже_

Годы Парциальные индексы загрязнения (1„) Комплексная антропогенная нагрузка (Кат>1)

СО 80 2 N0, СН20

Московский проспект (Коминтерновский р-н)

2006 0,83 1,74 1,25 8,10 5,63

2007 0.62 1,00 1,76 5,87 4,61

2008 0,81 2,70 3,5 3,69 5,73

2009 0,96 1,52 2,11 12,83 7.62

2010 1,35 1,76 1,445 34,09 13,46

ул. 20 лет Октября (Ленинский в-н)

2006 0,79 3.05 2,09 3,38 5.00

2007 0,79 1.28 0,92 2,61 3.00

2008 0,80 1,91 0,73 2,52 3,21

2009 0,52 0,456 0,4 0,41 0,99

2010 1.31 1,7 1,43 31,57 12,76

ул. Героев Стратосферы (Левобережный р-н)

2006 0,97 2,28 2,52 3,75 5,03

2007 0,94 2,66 3,29 8,62 7.50

2008 0,71 18.2 0,92 2,73 12,51

2009 0,53 1,292 1,69 0,15 1,97

2010 1,21 10,4 1,08 7,41 10,26

При изучении загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха от функционирования улично-дорожной сети выявлена стабильная и достаточно высокая степень загрязнения воздушного бассейна в придорожной полосе. Комплексный индекс загрязнения атмосферы увеличивается параллельно с загруженностью улично-дорожной сети и сезонной изменчивостью рассеивающей способности атмосферы (табл.2). Так, достаточно высокое загрязнение атмосферы летом 2010г. объясняется крайне неблагоприятной рассеивающей способностью атмосферы на фоне аномально высокой температуры воздуха, увеличения количества инверсий, слабых ветров, повлекших лесные пожары. Анализ полученных данных позволяет сделать следующие обобщения: • функционирование улично-дорожной сети типа «2Б» (основной категории) в г. Воронеже приводит к стабильному и сверхнормативному загрязнению приземного слоя атмосферы формальдегидом, диоксидом азота, сернистым ангидридом;

• лучшими «индикаторами» сезонного загрязнения атмосферы независимо от интенсивности автотранспорта служат оксид углерода и формальдегид, отражающие ведущий вклад автотранспорта в загрязнение атмосферы;

• анализ состояния приземного слоя атмосферного воздуха вдоль улично-дорожной сети с учетом оценки комплексного загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха свидетельствует о формировании в крупных городах линейных зон загрязненного и сильно загрязненного атмосферного воздуха.

Оценка роли факторов самоочищения воздушного бассейна от выбросов загрязняющих веществ при функционировании объектов автотранспортного комплекса

Изменение концентраций в приземном слое воздуха зависит не только от степени антропогенного воздействия, но и от факторов самоочищения атмосферы. Нами проанализирована роль 3 факторов самоочищения: метеорологического потенциала (состояния атмосферы, способствующего рассеиванию или аккумуляции загрязнений), характера рельефа, наличия зеленых насаждений. Сочетания данных факторов могут существенно влиять на уровень загрязнения приземного слоя воздуха над улично-дорожной сетью промышленно развитого города.

Состояние атмосферы по условиям вертикального перемещения воздуха оценивалось по расчетному коэффициенту - вертикальному температурному градиенту. Данный градиент рассчитывается на основании разницы температур между высотами по формуле /3/ (Л.М. Акимов с соавт.,2011):

т,-т2

Г=1~Г /3/ 2

где: Т) — температура воздуха нижележащего слоя, Т2 — температура воздуха вышележащего слоя атмосферы, на котором были произведены замеры метеорологическим зондом; г/ — высота замера Т); г? — высота замера Т3.

Так, в г.Воронеже при анализе концентраций вдоль улично-дорожной сети типа «2Б» при различных значениях вертикального температурного градиента определены связи между уровнем загрязнения и состоянием атмосферы.

По результатам расчетов в зависимости от знака вертикального температурного градиента рассматривались три состояния атмосферы: у<0°С - конвекция; у=0°С - изотермия; у>0°С — инверсия.

Известно, что при конвекции наблюдается понижение температуры с высотой. Инверсия и изотермия являются задерживающими слоями атмосферы, так как при этих состояниях наблюдается рост или постоянство температуры с высотой. Когда наблюдается конвекция, вертикальные перемещения воздуха вместе с вредными веществами способствуют их рассеиванию и выносу загрязняющих веществ в более высокие слои атмосферы. Инверсии и изотермии температуры препятствуют вертикальному перемещению воздуха и способствуют

застаиванию воздуха в приземном слое с накоплением загрязняющих веществ в воздухе. Процентное распределение различных состояний атмосферы за исследуемый период представлено на рис. 2.

Результаты средних значений концентраций при разном состоянии атмосферы днем время проведения замеров - 13:30 представлены в таблице 3. Всего из проанализированных 60 дней, из них дни, когда наблюдалась конвекция -53, инверсия - 7.

53%

50% 40% 30% 20% 10% 0%

35%

инверсия

переход ог переход ог конвекции к инверсии к инверсии конвекции

Рис. 2. Соотношение различных состояний атмосферы на территории

г.Воронежа.

Таблица 3.

Средние значения концентрации загрязняющих веществ днем по сезонам

Дата Состояние атмосферы Оксид углерода Диоксид серы Диоксид азота Формальдегид

январь 2007 инверсия 1,100 0,100 0,092 0,016

конвекция 1,233 0,070 0,064 0,009

апрель 2007 инверсия - - - -

конвекция 1,980 0,284 0,066 0,005

июль 2007 инверсия 2,100 0,050 0,079 0,024

конвекция 1,813 0,050 0,075 0,008

октябрь 2007 инверсия 1,400 0,107 0,016 0,004

конвекция 1,650 0,126 0,024 0,007

январь 2008 инверсия - - - .

конвекция 1,600 0,125 0,035 0,009

апрель 2008 инверсия 2,600 0,250 0,041 0,004

конвекция 1,850 0,303 0,082 0,005

июль 2008 инверсия - - - -

конвекция 2,020 0,100 0.173 0,013

октябрь 2008 инверсия 2,000 0,050 0,034 0,009

конвекция 1,675 0,050 0,022 0,004

На рис. 3 для примера представлен временной ход изменения концентрации оксида углерода в случаях, когда ночью (3.00 часа) наблюдалась конвекция, а в период дневного зондирования атмосферы (15.00 часов) наблюдалась инверсия. Очевидно увеличение концентрации оксида углерода в вечернее время по сравнению с утренними показателями.

Оксид углерода

2.5

1.5

0,5

I ■

утро вечер УФО вечер утро вечер утро вечер утро вечер

январь апрель июль апрель октябрь

2007 2007 2007 2008 2008

Рис. 3. Временной ход изменения концентрации оксида углерода (мг/м ) при переходе от конвекции к инверсии в течение одного дня.

Характер рельефа по трассе автодороги - важнейший фактор в формировании уровня загрязнения атмосферы от автотранспорта. Для оценки роли фактора рельефа нами проведен ряд натурных замеров за уровнем концентрации в воздухе придорожной полосы при различных условиях рельефа (понижение рельефа, короткий подъем, пересечение на подъеме, пологий участок), что подтвердило повышенное загрязнение приземного слоя воздуха в «понижениях рельефа», при пересечениях дорог на подъеме и снижение загрязнения на выровненных, пологих участках (рис.4).

Понижение Короткий Пересечение Пологии рельефа подъем на подъеме участок

Условия рельефа

Рис. 4. Динамика концентраций загрязняющих веществ в зависимости от характера и условий рельефа на участке прохождения автотрассы.

Исследования, представленные на рис. 4, проводились на Московском проспекте г.Воронежа в 2010 году при относительно равной интенсивности движения, но различном рельефе: замеры проб воздуха в «понижениях рельефа» проводились вблизи остановки «Автовокзал», «короткий подъем» - на участке подъема, следующего за остановкой «Автовокзал», «пересечение на подъеме» - на пересечении Московского проспекта и ул. 45 Стрелковой дивизии, «пологий участок» выбран также на Московском проспекте у остановки «Памятник славы». Исследования также проводились в г.Белгороде по ул. Б.Хмельницкого, которая идет на подъем от БелГУ в направлении на север. Результаты исследований в 2-х крупных городах подтвердили динамику изменения концентрации загрязняющих веществ в зависимости от условий рельефа.

Зеленые насаждения - источник поглощения вредных выбросов, которые способствуют уменьшению количества загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы в процессе своей жизнедеятельности.

Для оценки роли зеленых насаждений (различий загрязнения в зависимости от присутствия или отсутствия зеленых насаждений с учетом эффективности газопоглощения) нами проведены натурные измерения на городских улицах в летний период. В ходе исследований получены концентрации вредных веществ на одинаковом удалении замеров для территорий без зеленых насаждений и с наличием зеленых насаждений: газон, кустарники и деревья с ветвящейся кроной, древесные посадки с высотой дерева 5-15 м. Замеры проводились вдоль улично-дорожной сети типа «2Б», г.Воронежа, г.Белгорода и г.Липецка. Обобщенные результаты исследований (не менее 25 дней наблюдений) представлены на рис. 5.

I >Азота диоксид ' »Азота оксид ^^■Серы диоксид

Углерода оксид -Формальдегид

Рис. 5. Динамика изменения концентрации загрязняющих веществ (ЗВ) при наличии зеленых насаждений.

Установлено, что зеленые насаждения вдоль дорог снижают концентрации вредных веществ в воздухе на 5-40 % в зависимости от ширины и структуры зеленой посадки. Увеличение количества зеленых насаждений в городах способствует снижению уровня загрязнения в воздухе придорожной полосы и

выступает как барьер распространения загрязняющих веществ внутрь жилых кварталов; сокращение количества зеленых насаждений способствует повышению уровня загрязнения в воздухе придорожной полосы и свободному распространению загрязняющих веществ внутрь жилых кварталов.

Таким образом, к естественным факторам самоочищения атмосферы городов относятся состояние атмосферы, рельеф, зеленые насаждения, в комплексе определяющие условия рассеивания загрязняющих веществ от приземного слоя к более высоким слоям. В периоды конвекции (благоприятное состояние атмосферы) вертикальные перемещения воздуха способствуют рассеиванию и выносу загрязняющих веществ в более высокие слои атмосферы (концентрации загрязняющих веществ при инверсии выше в 1,7 - 3,6 раза, чем при конвекции). В течение суток в случае образования инверсии концентрация вредных примесей может увеличиться в 1,1 - 1,9 раз. Разные условия рельефа оказывают существенное воздействие на формирование уровня загрязнения воздушной среды. В «понижениях рельефа» и на подъемах уровень загрязнения воздуха выше, чем на пологих участках в 1,1-1,2 раза. Присутствие зеленых насаждений дополнительно способствует эффективному самоочищению атмосферы в придорожной полосе.

Результаты оценки экологического риска для населения, связанного с функционированием автотранспортного комплекса промышленно развитых городов

Неблагоприятное воздействие автотранспорта на воздушный бассейн способствуют формированию экологического риска для населения, находящегося в зоне воздействия выбросов от автотранспорта, что особенно неблагоприятно для населения, проживающего вблизи крупных автомагистралей.

Оценка экологического риска, осуществленная нами с использованием подходов Н.Е. Кокодеевой (2010), принятых в транспортной экологии, показала, что в целом на территории придорожных полос г.Воронежа 52 жителя (из каждых 100), проживающих вблизи автотрасс (зоне непосредственного негативного воздействия автотранспорта), подвергаются повышенному риску неблагоприятных воздействий загрязняющих веществ, а результатом такого воздействия является появление дополнительной патологии дыхательной, кроветворной систем, а также повышенный риск онкологических заболеваний.

Согласно концепции оценки риска здоровью (Руководство по оценке риска..., 2004) экологический риск для здоровья населения целесообразно разделять на канцерогенный и неканцерогенный. Индивидуальный пожизненный канцерогенный риск (CR) определялся по формуле /4/:

CR = ADD*SF /4/ где ADD - средняя суточная доза в течение жизни, мг/(кг *день); SF - фактор канцерогенного потенциала - величина, показывающая степень увеличения вероятности развития рака при воздействии канцерогена (мг/(кг*день)'1).

Неканцерогенный риск, связанный с загрязнением воздушного бассейна, количественно оценивается на основе расчета коэффициента опасности (Н(}) по формуле /5/:

нд= АС / я«: /5/

где Н<2 - коэффициент опасности; АС—средняя концентрация (мг/м3); Ц/С - референтная (безопасная) концентрация (мг/м3).

Результаты оценки канцерогенного риска, обусловленного присутствием ряда канцерогенных веществ в атмосферном воздухе г.Воронежа от автотранспорта, представлены в табл. 4.

Таблица 4.

Оценка канцерогенного риска, обусловленного присутствием канцерогенных

веществ в атмосферном воздухе на автомагистралях города

Категория улиц Вещество Средняя концентрация, мг/м3 *) О /ср/ Среднесуточная доза, мг/кг/день Индивидуальный канцерогенный риск *) СН

1Б Сажа 0,0671 8,383Е-03 1,299Е-04

Формальдегид 0,0492 6,150Е-03 2,829Е-04

Бенз(а)пирен 0,1199 1,498Е-02 5,842Е-02

2Б Сажа 0,0516 6,440Е-03 9,982Е-05

Формальдегид 0,0453 1,321Е-02 6,074Е-04

Бенз(а)пирен 0,0783 2,282Е-02 8,902Е-02

2В Сажа 0,0075 9,370Е-04 1,452Е-05

Формальдегид 0,0236 2,942Е-03 1,353Е-04

Бенз(а)пирен 0,0525 6,559Е-03 2,558Е-02

2Г Сажа 0,0090 1,124Е-03 1,743Е-05

Формальдегид 0,0405 5,062Е-03 2,329Е-04

Бенз(а)пирен 0,0457 5,709Е-03 2,227Е-02

ЗА Сажа 0,0120 1,499Е-03 2,324Е-05

Формальдегид 0,0007 8,245Е-05 3,793Е-06

Бенз(а)пирен 0,0312 3,898Е-03 1,520Е-02

ЗБ Сажа 0,0366 4,572Е-03 7,087Е-05

Формальдегид 0,0009 1,124Е-04 5,172Е-06

Бенз(а)пирен 0,0252 3,148Е-03 1,228Е-02

ЗВ Сажа 0,0053 6,621Е-04 1,026Е-05

Формальдегид 0,0000 3,748Е-06 1,724Е-07

Бенз(а)пирен 0,0491 6,134Е-03 2,392Е-02

ЗГ Сажа 0,0053 6,621Е-04 1,026Е-05

Формальдегид 0,00003 3,748Е-06 1,724Е-07

Бенз(а)пирен 0,0229 2,861Е-03 1,116Е-02

*) Для без(а)пирена - мкг/100 м .

**) среднесуточная доза и канцерогенный риск - экспоненциальная форма записи: «6,134Е-03» соответствует числу« 0,006134».

Среди веществ, обладающих канцерогенным действием, присутствующих в атмосферном воздухе г.Воронежа и являющихся выбросами от автотраиспор-

та, опасными являются сажа, формальдегид, бенз(а)пирен, концентрации которых значительно варьируют на автомагистралях территории города. Среднегодовые концентрации этих ингредиентов по категориям улично-дорожнон сети г.Воронежа в 1,7-3 раза превышают ПДК (табл. 4). Превышение допустимой концентрации наблюдается в большинстве контрольных замеров на территории придорожной полосы. Результаты исследования свидетельствуют, что величина индивидуального канцерогенного риска на большинстве категорий дорог улично-дорожной сети города превысила безопасный порог риска, принятый для России (1*10"4). Установлена прямо пропорциональная зависимость увеличения индивидуального канцерогенного риска в течение жизни от транспортной загрузки улиц города автотранспортом.

Оценка неканцерогенного риска здоровью (вероятности проявления общетоксического эффекта) выполнена на примере 7 основных загрязнителей воздушного бассейна от автотранспорта: оксида углерода (II), оксида серы (IV), оксида азота (IV), оксида азота (II), формальдегида, сажи, бенз(а)пирена. Результаты анализа по рецепторным точкам г.Воронежа представлены в табл. 5. Ввиду значительного роста автотранспортной нагрузки для оценки риска в этом случае нами использованы максимальные зарегистрированные концентрации.

Таблица 5.

Показатели потенциального индивидуального неканцерогенного риска и вероятного времени наступления токсического эффекта по основным автомагистра-

лям г.Воронежа по выбросам бенз(а)пирена (максимальные значения)

Автомагистрали Максимальная концентрация, мкг/100 м3 Ci /шах/ Потенциальный неканцерогенный риск в течение года жизни (HQ) Вероятное время наступления токсического эффекта (лет) (Т)

ул.Димитрова 0.258 2,58 19.02

ул.Кольцовская 0,234 2.34 20.25

Проспект революции 0,150 1.50 24.12

ул.Плехановская 0.250 2,50 19.43

Московский проспект 0.515 5.15 9.03

ул.9 Января 0,868 8.68 3.46

Проспект патриотов 0.110 1.10 24.97

ул.Степана Разина 0.240 2,40 19.94

Несмотря на введение поправки, учитывающей максимально возможное время пребывания человека в районе автомагистрали (при пребывании в транспорте - 3 часа т.е. 1/8 суток или 1/8 ежегодного времени жизни, т.е. когда эффект воздействия будет уменьшен в 8 раз), минимальные показатели вероятного времени наступления эффектов хронического воздействия составят для бенз(а)пирена около 27 - 28 лет, т.е. сохраняются на уровне, близком к опасному (25 лет).

Различия в уровнях риска здоровью, по канцерогенным и неканцерогенным веществам в атмосферном воздухе г.Воронежа, показаны на рис. 6.

Основные магистрали ■■нша _ уровни риска, превышающие чрезмерно опасный уровень

Зоны риска:

- вызывающие опасение, - вызывающие беспокойство,

| | - предельно допустимого, 1 ~ - допустимого

Рис. 6. Картосхема уровней риска здоровью, обусловленного присутствием загрязняющих веществ в атмосферном воздухе г. Воронежа.

Достоверный риск появления у населения токсических эффектов от ряда ксенобиотиков (в первую очередь, пыли, оксида углерода, бенз(а)пирена) подтверждён математико-статистическими исследованиями, свидетельствующими о росте показателей заболеваемости болезнями крови, органов дыхания, врождённых аномалий в загрязнённых районах, прилегающих к городским магистралям, что согласуется с данными С.А. Куролапа, Н.П. Мамчика, О.В. Клепикова с соавт. (2010).

Наибольший вклад в формирование относительного неблагополучия вносят диоксид азота и диоксид серы, риск развития токсического эффекта для которых достигает максимальных значений. В целом ситуация по риску для здоровья населения в г.Белгороде (рис. 7) и г.Липецке (рис. 8) значительно безопаснее, чем в г.Воронеже, имеющем самые высокие показатели автотранспортной нагрузки на городскую среду обитания.

Основные магистрали ■■■нм^ - уровни риска, вызывающие опасение

Зоны риска:

- вызывающие опасение, - предельно допустимого, - допустимого

Рис. 7. Картосхема уровней риска здоровью, обусловленного присутствием загрязняющих веществ в атмосферном воздухе г. Белгорода.

Основные магистрали - уровни риска, вызывающие опасение

- вызывающие опасение.

Зоны риска: - предельно допустимого,__] - допустимого

Рис. 8. Картосхема уровней риска здоровью, обусловленного присутствием загрязняющих веществ в атмосферном воздухе г. Липецка.

Геоэкологическое обоснование проектирования оптимальной дорожно-транспортной сети для снижения экологического риска в условиях городской среды обитания

Для минимизации транспортной нагрузки на окружающую среду необходимо внедрение мер, направленных на улучшение окружающей среды. Комплекс таких мер может лечь в основу общей предлагаемой модели модернизации транспортной сети городов Центрального Черноземья с учетом экологического фактора.

Более детально модель модернизации транспортной сети разработана нами для г.Воронежа. Так, существующая схема улично-дорожной сети приводит к опасному загрязнению воздушного бассейна (превышения ПДК по основным загрязняющим веществам в 2-5 раз), что является фактором высокого экологического риска. При изменении схемы улично-дорожной сети на более оптимальную для г.Воронежа, а также при создании магистралей скоростного и непрерывного движения в городе, по примеру городов США и Западной Европы, возможно снизить воздействие автотранспорта на окружающую среду до допустимого уровня риска и ниже, что приведет к оздоровлению окружающей среды и перспективному экологически сбалансированному развитию города.

Нами для снижения негативного воздействия от автотранспорта, как основного источника загрязнения воздушного бассейна г.Воронежа предлагаются следующие мероприятия, способствующие изменению схемы дорожно-транспортной сети: создание магистралей скоростного и непрерывного движения, расширение улиц и проезжих частей, строительство транспортных развязок в разных уровнях и строительство подземных или надземных пешеходных переходов через магистральные улицы.

С целью освобождения центральных улиц от большого потока автотранспорта предлагается создать две кольцевые городские магистрали скоростного и непрерывного движения, с размещением стоянок автотранспорта на благоустроенных парковках и параллельных улицах. Первую магистраль такого движения предлагается разместить по уже существующим дорогам, для реализации которой необходимы транспортные узлы. Магистраль будет проходить через Вогрэсовский мост, ул. 20 лет Октября, Кольцовская, ул. Ленина, Остужевский мост, Ленинский проспект и замыкаться на Вогрэсовском мосту.

Вторую магистраль скоростного и непрерывного движения предлагается разместить от дороги - подъезда к г.Воронежу по ул. Антонова-Овсеенко, ул.Героев-Сибиряков, ул. Матросова, ул. Островская - далее через Воронежское водохранилище с выходом на Левый берег в район «Песчанка» до транспортной развязки ул. Волгоградская - Ильюшина, далее по ул. Волгоградского до района «Отрожка», через ж/д дамбу к дороге - подъезду к г.Воронежу, минуя застроенную часть микрорайона ул. Ломоносова с северной стороны.

Для разгрузки основных существующих потоков движения от застроенных территорий Северного жилого района и районов вдоль ул. 9 Января предлагается создать две городские магистрали скоростного движения по ул. 9 Ян-

варя и участка ул. Плехановская - Московский проспект. Для обеспечения свободного проезда по скоростным улицам необходимо также создать ряд магистральных улиц центрального и районного сообщения.

При реализации данных мероприятий улично-дорожная сеть города будет построена не по радиальной схеме, а по смешанной из радиально-кольцевой и прямоугольной схем, которые по транспортным и экологическим предпосылкам более оптимальны для крупных городов. Схема оптимальной дорожно-транспортной сети для г.Воронежа представлена на рис. 9.

ВОРОНЕЖ | 1:10 ООО I

Ноаоподклетнае

ОГО-ЗДЛАДНЫЙ

Рис. 9. Перспективная оптимальная улично-дорожная сеть г.Воронежа с учетом приоритета экологического фактора /разработана автором/: I - городская магистраль скоростного и непрерывного движения; 2 - городская магистраль скоростного движения; 3 - магистральные улицы центрального и районного сообщения; 4 - магистральные улицы, соединяющие магистрали скоростного и непрерывного движения; 5 -улицы городского сообщения (в перспективе развития).

ВЫВОДЫ

1. Анализ загрязнения приземного слоя атмосферы свидетельствует о формировании в крупных городах Центрального Черноземья повышенного уровня загрязнения воздуха, превышающего гигиенические нормативы ПДК. Прежде всего, это прослеживается в придорожной полосе дорожно-транспортной сети городов с небольшими различиями в зависимости от категории дорог. Для самых распространенных улиц среднее превышение ПДК составляет: 1,1 ПДК - по диоксиду азота; 3,5 ПДК - по диоксиду серы; 4,9 ПДК -по формальдегиду с динамикой увеличения уровня загрязнения воздуха на фоне прогрессирующего роста числа автотранспортных единиц в последние годы (максимальное превышение ПДК достигает 2 - 11,8 ПДК).

2. Уровень загрязнения воздушного бассейна от выбросов загрязняющих веществ при эксплуатации объектов автотранспортного комплекса определяется естественными факторами самоочищения и параметрами техногенной нагрузки. Неблагоприятные метеорологические условия (инверсии и изотермии температуры) препятствуют вертикальному перемещению воздуха и способствуют застаиванию воздуха в приземном слое с накоплением загрязняющих веществ. В периоды конвекции (благоприятное состояние атмосферы) вертикальные перемещения воздуха способствуют рассеиванию и выносу загрязняющих веществ в более высокие слои атмосферы (концентрации загрязняющих веществ при инверсии выше в 1,7 — 3,6 раза, чем при конвекции). В течение суток в случае образования инверсии концентрация вредных примесей может увеличиться в 1,1 - 1,9 раз. Зеленые насаждения вдоль дорог снижают концентрации вредных веществ в воздухе на 5-40 % в зависимости от ширины и структуры зеленой посадки.

3. Транспортная загруженность городских улиц способствует формированию повышенного уровня загрязнения воздуха, который определяется характером движения автотранспорта по дорожно-транспортной схеме крупного города. Уровень автомобилизации в г. Воронеже (радиальная схема) выше в 3,2 раза, чем в г. Белгороде (радиально-кольцевая схема), а плотность улично-дорожной сети ниже в 3 раза при устаревшей схеме дорожно-транспортной сети, которая снижает способность в организации транспортного сообщения и приводит к большему выбросу загрязняющих веществ от работы двигателей.

4. Выполнено экологическое зонирование территории крупных городов Центрального Черноземья по загрязнению воздуха автотранспортом в зависимости от удаления от дорог. Категории функциональных зон подразделяются по назначению и степени загрязненности воздушного бассейна от сверхнормативного до безопасного уровня: селитебно-транспортная, селитебно-общественная, селитебно-деловая и селитебно-рекреационная. Оптимальное проектное расположение дороги относительно жилой застройки, т.е. минимальное рекомендуемое удаление от дороги составляет 25-50 м.

5. Оценка риска для здоровья населения, связанного с автотранспортным загрязнением среды обитания, показывает, что на территории придорожных

полос города более 50% жителей (около 52 человек из каждых 100), проживающих вблизи дорог (зоне непосредственного негативного воздействия), подвергаются повышенному риску неблагоприятных воздействий автотранспорта (опасный уровень), а результатом такого воздействия является повышенный риск специфической патологии, в том числе онкологических заболеваний. Время наступления потенциальных токсических эффектов по суммарному влиянию загрязняющих веществ на здоровье населения достигает опасного уровня (от 3 до 15 лет). Для снижения уровней экологического риска, связанного с загрязнением воздушного бассейна, и оздоровления городской среды необходимо создание геоэкологически оптимальной дорожно-транспортной схемы улично-дорожной сети.

6. Переход от радиальной улично-дорожной схемы к более эффективной радиально-кольцевой сети позволит снизить выбросы от автотранспорта в 1,5 — 2 раза в г.Воронеже. Изменение схемы улично-дорожной сети обеспечит значительное снижение выбросов в атмосферу загрязняющих веществ от движения автотранспорта, являющегося самым крупным линейно-дискретным источником загрязнения в городах Центрального Черноземья. Прогнозные оценки свидетельствуют, что минимальное сокращение уровня загрязнения воздуха при внедрении новых схем составит: по выбросам оксида углерода - 1,5 раза; углеводородов (паров бензина) - 1,4 раза; диоксида серы - 1,6 раза; формальдегида -1,5 раза; бенз(а)пирена - 1,9 раза.

7. Предложена реконструкция схемы улично-дорожной сети г.Воронежа с целью освобождения центральных улиц от большого потока автотранспорта с созданием двух кольцевых городских магистралей скоростного и непрерывного движения и размещением стоянок автотранспорта на благоустроенных парковках и параллельных улицах. Поэтапное совершенствование и реконструкция сложившейся дорожно-транспортной сети позволит улучшить транспортные проблемы и обеспечить более эффективную охрану воздушного бассейна крупных промышленно-транспортных городов Центрального Черноземья в целом.

Список опубликованных работ по теме диссертации

1. Якушев А. Б. Современные аспекты инженерно-экологических изысканий при проектировании автомобильных дорог / А. Б. Якушев, Ю. Ю. Не-двецкая // Дороги и Мосты. - 2010. - Выпуск 23/1. - С. 253-259.

2. Якушев А. Б. Геоэкологический аспект проектирования автомобильных дорог в городских условиях / А. Б. Якушев, С. А. Куролан // Вести. Воронеж. гос. ун-та. Сер. География. Геоэкология. — 2011, — №1. — С. 111-117.

3. Якушев А. Б. Геоэкологическая оценка загрязнения приземного слоя атмосферы в пределах улично-дорожной сети (на примере г. Воронежа) / А. Б. Якушев, Р. А. Кондауров, С. А. Куролап // Известия Самарского научного центра РАН. - Самара, 2011.-Т. 13.-№ 1 (6) - С. 1400-1403.

4. Акимов Л. М. Геоэкологическая оценка загрязнения воздушного бассейна города Воронежа автотранспортом в зависимости от состояния атмосферы / Л. М. Акимов, А. Б. Якушев, С. А. Куролап // Вести. Воронеж, гос. унта. Сер. География. Геоэкология. - 2011. — Да 2. - С. 158-165.

5. Якушев А. Б. Значение зеленых насаждении в очищении воздушного бассейна г. Воронежа / А. Б. Якушев // Науч. Ведомости БелГУ. Сер. Естественные наукн. - 2011.-№ 21 (116).-Выпуск 17.-С. 12-18.

6. Якушев А. Б. Роль зеленых насаждений в очищении воздушного бассейна от выбросов автотранспорта г. Воронежа / А. Б. Якушев // Экологические системы и приборы. - 2012. - №1. - С. 28-32.

7. Якушев А. Б. Оценка воздействия предприятий пищевой промышленности на окружающую среду как экологический аспект обеспечения жизнедеятельности человека / А. Б. Якушев // Актуальные проблемы обеспечения безопасности в чрезвычайных ситуациях при техногенных катастрофах: Мат-лы Межд. науч,-практ. конф. (18.05.2006, Воронеж). - Воронеж, 2006. - С. 260-262.

8. Якушев А. Б. Экологический аспект автотранспортного комплекса города Воронежа / А. Б. Якушев, С. А. Куролап // Региональная безопасность: проблемы обеспечения, модели, технологии перспективы : Материалы Всерос. науч.-практ. конф. (16.05.2008, Волгоград). - Волгоград, 2008. - С. 122-124.

9. Якушев А. Б. Оценка воздействия автотранспортного комплекса на населенные пункты Урала / А. Б. Якушев, С. А. Куролап // Экологические проблемы. Взгляд в будущее: Сборник трудов V Межд. практ. конф. (7-10.09.2008, COJI «Ли-манчик»). — Ростов-на-Дону, 2008. - С. 537-539.

10. Якушев А. Б. Новые технологии : система управления экологией города. / А. Б. Якушев, С. А. Куролап // Геоэкологические проблемы современности : докл И междунар. науч. конф. (Владимир, 18-20 сент 2008 г.). - Владимир, 2008. - С. 260-261.

11. Якушев А. Б. Геоэкологический аспект влияния автомобильных дорог на водные ресурсы / А. Б. Якушев, С. А. Куролап // Использование и охрана водных ресурсов Центрально-Черноземного региона России: Сб. науч. статей. - Воронеж, 2009.-С. 61-63.

12. Якушев А. Б. Геоэкологический аспект проектирования автомобильных дорог в городских условиях на примере г.Воронежа / А.Б. Якушев // Экология регионов: Сб. мат-лов III юбил-ой Межд. науч.-практ. конф. - Владимир, 2010. - С. 85-88.

13. Якушев А. Б. Опыт геоэкологического мониторинга приземного слоя атмосферы / А. Б. Якушев, Р. А. Кондауров // Мир дорог. - 2011. - Вып. 56. - С. 7879.

14. Якушев А. Б. Опыт геоэкологического мониторинга приземного слоя атмосферы над улично-дорожной сетью дорог (на примере г.Воронежа) / А. Б. Якушев, Р. А. Кондауров // Сб. науч. тр. ОАО «ГИПРОДОРНИИ». - Екатеринбург, 2011.-Вып. 2. - С. 192-199.

Работы ЛЪ 1-6 опубликованы в ведущих рецензируемых изданиях, соответствующих перечню ВАК РФ.

Подписано в печать 09.04.2012г.

Формат 60x84/16.Объем 1,5 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 1876.

Отпечатано с готового оригинал-макета в ООО «Цифровая полиграфия» 394036, г.Воронеж, ул. Ф. Энгельса,52, тел. (473)261-03-61

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Якушев, Александр Борисович, Воронеж

61 12-11/151

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Специальность: 25.00.36 - геоэкология (науки о Земле)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук

Научный руководитель - доктор географических наук, профессор Куролап Семён Александрович

На правах рукописи

Якушев Александр Борисович

Воронеж - 2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ........................................................................... 4

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОЦЕНКИ ВОЗДЕЙСТВИЯ АВТОТРАНСПОРТНОГО КОМПЛЕКСА НА 10 ГОРОДСКУЮ СРЕДУ..............................................................

1.1. Геоэкологические подходы к исследованию уровня загрязнения воздушного бассейна городской среды, связанного с автотранспортным комплексом ........................................................................... 10

1.2. Региональные исследования по анализу загрязнения приземного слоя атмосферы и оценке экологического риска, обусловленного автотранспортным комплексом ................................................... 14

1.3. Экологический аспект организации дорожно-транспортной сети городов и опыт снижения экологического риска.............................. 27

Резюме.................................................................................. 47

ГЛАВА 2. МЕТОДОЛОГИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОЦЕНКИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО РИСКА, ОБУСЛОВЛЕННОГО АВТОТРАНСПОРТНЫМ КОМПЛЕКСОМ................................ 48

2.1. Общая схема организации исследования................................. 48

2.2. Методы оценки загрязнения атмосферы при воздействии автотранспорта......................................................................... 51

2.2.1. Методические подходы к расчету загрязнения атмосферы

от выбросов загрязняющих веществ............................................. 62

2.2.2. Методические подходы к анализу метеорологических факторов самоочищения атмосферы............................................. 64

2.2.3. Методические подходы к оценке роли элементов природного комплекса в самоочищении атмосферы........................ 66

2.3. Методы оценки экологического риска, связанного с построением

улично-дорожной сети............................................................... 68

Резюме................................................................................... 75

ГЛАВА 3. ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПРИЗЕМНОГО СЛОЯ АТМОСФЕРЫ В ГОРОДАХ С РАЗВИТЫМ АВТОТРАНСПОРТНЫМ КОМПЛЕКСОМ.............. 76

3.1. Эколого-географическая характеристика и функционально-

планировочная структура городов...................................... 76

3.1.1. Город Воронеж..................................................... 76

3.1.2. Город Белгород................................................... 83

3.1.3. Город Липецк....................................................... 89

3.2. Экологическое обоснование объемов выбросов от автотранспорта и пути их снижения в разных моделях дорожно-транспортных систем...... 92

3.3. Характеристика источников и особенностей загрязнения атмосферы в различных моделях дорожно-транспортных систем..................103

3.4. Динамика выбросов автотранспорта в придорожной полосе крупных городов Центрального Черноземья (на примере г. Воронежа) .. 112

3.5. Экологическое зонирование городской среды с учетом загрязнения

атмосферы объектами автотранспортного комплекса................................................122

Резюме....................................................................................................................................................................128

ГЛАВА 4. ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ПРИЗЕМНОГО СЛОЯ АТМОСФЕРЫ И ЭКОЛОГИЧЕСКОГО РИСКА ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ АВТОТРАНСПОРТНОГО

КОМПЛЕКСА........................................................................

4.1. Анализ роли элементов природного комплекса в формировании загрязнения приземного слоя воздуха (на примере г.Воронежа).......... 129

4.1.1. Оценка роли метеорологического потенциала в формировании уровня загрязнения................................... 130

4.1.2. Оценка роли рельефа и зеленых насаждений в формировании уровня загрязнения................................... 142

4.2. Оценка экологического риска для населения, обусловленного автотранспортным комплексом (на примере г.Воронежа).................. 153

4.2.1. Оценка канцерогенного риска................................. 156

4.2.2. Оценка неканцерогенного риска и времени наступления токсического эффекта................................................... 158

4.3. Оценка экологического риска для населения, обусловленного автотранспортным комплексом крупных городов Центрального

Черноземья............................................................................. 162

Резюме................................................................................. 169

ГЛАВА 5. ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕРОПРИЯТИЙ ПО МИНИМИЗАЦИИ ВОЗДЕЙСТВИЯ АВТОТРАНСПОРТНОГО КОМПЛЕКСА И ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ (НА ПРИМЕРЕ Г.ВОРОНЕЖА)...................................................................

5.1. Обоснование системы мероприятий по снижению экологического риска, обусловленного автотранспортным комплексом.................... 171

5.2. Оценка существующего положения и предлагаемых проектных решений................................................................................ 182

5.3. Экологическое обоснование проектирования оптимальной

дорожно-транспортной сети для снижения экологического риска......... 186

Резюме.................................................................................. 193

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ.................................................... 194

ЛИТЕРАТУРА ................................................................... 199

ВВЕДЕНИЕ

Теоретические подходы к изучению данной проблемы обоснованы во многих трудах отечественных и зарубежных ученых по урбоэкологии, транспортной экологии, мониторингу окружающей среды и ряде нормативных документов (Э.Ю. Безуглая [16-18], М.Е. Берлянд [20-21, 157], Г.М. Илькун [6970], И.Е. Евгеньев [50], П.П. Дикун [57], Р. Диамант [44], Ю. Якубовский [148], В. Штраус, С.Д. Мейнуорринг [139] и др.). Практическая направленность этих исследований в последние годы подкреплена рядом научных, научно-методических изданий, а также нормативных документов по контролю состояния атмосферы и оценке риска для здоровья населения, связанного с загрязнением воздушного бассейна (С.Л. Авалиани [1-2], К.С. Буштуева [28-30], Ю.В. Трофименко, В.Н. Луканин с соавт. [5, 91,129], С.А. Куролап [35, 85-86], Г.Г. Онищенко с соавт. [108-110, 112]).

дискретно-подвижные источники токсичных выбросов, сложную схему дорожно-транспортной сети, что служит условием формирования сильно загрязненного воздуха для дыхания и появления некоторых экологически обусловленных заболеваний у населения. Город типичен для урбанизированных центров Европейской части страны, что позволяет на его примере изучать степень загрязнения воздушной среды от автотранспорта в приземном слое атмосферы, участвующей в процессе дыхания, а также определить факторы, способствующие изменению концентраций в воздухе.

На территории города Воронежа ранее выполнен ряд обзорных аналитических исследований по оценке качества городской среды и изучению содержания химических загрязнителей в природных средах, а также их воздействию на состояние здоровья населения (Х.А. Джувеликян [43], С.А. Куролап, Н.П. Мамчик, О.В.Клепиков с соавт. [35, 85-86], О.П. Негробов, Д.М. Жуков, Н.В. Фирсова [102], А.В. Назаренко, С.А. Дьяков [101], А.Б. Власов [32-34], М.И. Чубирко с соавт. [45, 136]), которые показывают актуальность данных проблем в Воронежском регионе. В то же время не проводилось детального и комплексного геоэкологического исследования степени загрязненности воздушного бассейна в приземном слое атмосферы от автотранспорта на территории города Воронежа и других промышленно развитых городов Черноземья с исследованием широкого круга факторов: естественных и техногенных, влияющих на уровень загрязнения воздушного бассейна, а механизмы формирования высокого загрязнения и последствия его влияния на население остаются не вполне ясными, что и определяет актуальность данных исследований.

базового (модельного) города выбран Воронеж.

Для достижения цели поставлены и решены следующие задачи.

3. Обоснована роль транспортных факторов в формировании качества окружающей среды в городах.

Объект исследования - состояние воздушного бассейна (приземный слой) над улично-дорожной сетью и в прилегающей зоне крупных промыш-ленно развитых городов. В качестве предмета исследования выступает изучение факторов загрязненности воздушного бассейна и анализ причинно-следственных связей в системе «уровень загрязнения - факторы, способствующие рассеиванию» в условиях интенсивной транспортной нагрузки на воздушный бассейн городов.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

- дана детальная оценка качественных и количественных характеристик

приоритетных загрязняющих веществ, присутствующих в выбросах от автотранспорта городов;

Эффективность исследований подтверждена актами внедрения результа-

тов исследований в практическую деятельность региональных административных и природоохранных ведомств (Департамент дорожного хозяйства и благоустройства Администрации городского округа город Воронеж, Центр гигиены и эпидемиологии в Воронежской области). Результаты исследований используются в учебном процессе Воронежского государственного университета в преподавании курса «Экологическое проектирование и экспертиза» для студентов специальностей «геоэкология» и «природопользование».

Достоверность результатов исследований обеспечена использованием большого объема репрезентативных данных, отобранных в соответствии с действующими государственными и отраслевыми стандартами, применением современных статистических методов обработки и анализа исходного материала, обстоятельной аргументацией принятых допущений и ограничений при разработке методики оценки уровня загрязнения воздушного бассейна городской среды от автотранспорта; а также согласованностью с результатами, полученными в натурных исследованиях, и генеральными планами городов с целью уменьшения негативного воздействия автотранспорта на городскую среду.

2011); на второй международной научной практической конференции «Экологическая геология: теория, практика и региональные проблемы» (Воронеж, 2011).

Положения, выносимые на защиту.

Автор выражает искреннюю благодарность за методическую помощь в сборе и обработке фактического материала при выполнении работы к.г.н., доценту Л.М. Акимову и к.э.н., доценту М.А. Карповичу.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОЦЕНКИ ВОЗДЕЙСТВИЯ АВТОТРАНСПОРТНОГО КОМПЛЕКСА �

Информация о работе

Якушев, Александр Борисович
кандидата географических наук
Воронеж, 2012
ВАК 25.00.36

Диссертация

Геоэкологическая оценка воздействия автотранспортного комплекса на воздушный бассейн промышленно развитых городов Центрального Черноземья - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы