Помощь студентам в учебе
Комплексная оценка загрязнения городской среды автомобильным транспортом
|
ВВЕДЕНИЕ 6
Глава 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА 9
1.1. Характеристика автомобильно-дорожного комплекса 9
1.2. Объекты воздействия автомобильного транспорта 10
1.3. Влияние предприятий автотранспортного комплекса 12
1.4. Характеристики транспортных потоков 14
1.5. Диффузионные процессы распространения загрязняющих веществ
в атмосфере 17
1.6. Сводные расчеты загрязнения атмосферы выбросами промышленности и автотранспорта и их применение при нормировании выбросов 22
Глава 2. ОЦЕНКА ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ОТ АВТОТРАНСПОРТА И ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ 29
2.1. Оценка интенсивности автотранспортных потоков 29
2.2. Моделирование транспортных сетей 34
2.3. Моделирование загрязнение атмосферного воздуха 36
Глава 3. Оценка качества атмосферного воздуха с использованием расчетного комплексного показатели загрязнения атмосферы 39
3.1 Расчет рассеивания выбросов загрязняющих веществ 39
3.2. Мониторинг загрязнения атмосферного воздуха 43
3.3. Оценка шумового загрязнения 59
Глава 4. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ АВТОТРАНСПОРТНЫХ ПОТОКОВ 79
4.1. Система «Автотранспортный поток-улица промышленного города» 79
4.2. Результаты эксперимента на основе имитационного моделирования 82
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ 88
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 90
Глава 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА 9
1.1. Характеристика автомобильно-дорожного комплекса 9
1.2. Объекты воздействия автомобильного транспорта 10
1.3. Влияние предприятий автотранспортного комплекса 12
1.4. Характеристики транспортных потоков 14
1.5. Диффузионные процессы распространения загрязняющих веществ
в атмосфере 17
1.6. Сводные расчеты загрязнения атмосферы выбросами промышленности и автотранспорта и их применение при нормировании выбросов 22
Глава 2. ОЦЕНКА ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ОТ АВТОТРАНСПОРТА И ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ 29
2.1. Оценка интенсивности автотранспортных потоков 29
2.2. Моделирование транспортных сетей 34
2.3. Моделирование загрязнение атмосферного воздуха 36
Глава 3. Оценка качества атмосферного воздуха с использованием расчетного комплексного показатели загрязнения атмосферы 39
3.1 Расчет рассеивания выбросов загрязняющих веществ 39
3.2. Мониторинг загрязнения атмосферного воздуха 43
3.3. Оценка шумового загрязнения 59
Глава 4. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ АВТОТРАНСПОРТНЫХ ПОТОКОВ 79
4.1. Система «Автотранспортный поток-улица промышленного города» 79
4.2. Результаты эксперимента на основе имитационного моделирования 82
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ 88
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 90
Актуальность исследования. На протяжении 10 последних лет в республике происходит неуклонный рост количества транспортных средств индивидуальных автовладельцев, вследствие чего увеличивается негативное воздействие на атмосферный воздух городов и населенных пунктов РТ. Только за 2011 г. произошло увеличение общего количества автотранспортных средств на 70081 ед., в т.ч. на 68530 ед., принадлежащих индивидуальным владельцам, и на 1551 ед., принадлежащих предприятиям и организациям РТ.
Динамика роста российского автомобильного парка является одной из самых высоких в мире (около 5% в год), что связано, в первую очередь, с увеличением числа легковых автомобилей. Этот процесс происходит в условиях существенного отставания экологических показателей эксплуатируемых в РФ автотранспортных средств (АТС) и используемых ГСМ от достигнутого мирового уровня, а также отставания в развитии и техническом состоянии транспортной инфраструктуры. Несмотря на рост автомобильного парка, его средний возраст остается значительным и составляет, в целом по стране, порядка 11,5 лет, тогда как в США этот показатель составляет 9,2 года, в Европе - 8,5. Ежегодно около 40% выбросов загрязняющих веществ в атмосферу приходится на выбросы автотранспортных средств (в крупных городах - до 80% и выше) [2, 7, 20].
В отработавших газах двигателя внутреннего сгорания (ДВС) содержится свыше 170 вредных компонентов, такие как, угарный газ, углекислый газ, оксиды азота и серы, альдегиды, кадмий, канцерогенная группа углеводородов (бензапирен и бензоантроцен). Из них около 160 - производные углеводородов, прямо обязанные своим появлением неполному сгоранию топлива в двигателе. Большинство вредных компонентов присутствующих в отработавших газах оказывают негативное влияние на здоровье человека, в том числе, являясь канцерогенами [4, 7, 22].
Наличие в отработавших газах вредных веществ обусловлено в конечном итоге видом и условиями сгорания топлива. Отработавшие газы, продукты износа механических частей и покрышек автомобиля, а также дорожного покрытия составляют около половины атмосферных выбросов антропогенного происхождения. В отличие от выбросов стационарных источников загрязнения атмосферы, вредные вещества от автотранспорта накапливаются в приземном слое атмосферы, непосредственно в зоне дыхания. Это в конечном итоге приводит к аккумуляции токсичных и канцерогенных веществ в организме человека и как следствие ухудшению состояния его здоровья [1, 5].
Отрицательное влияние автомобильного транспорта проявляется в первую очередь в крупных городах, на территориях с интенсивным движением транспорта (важные автомагистрали). Люди, проживающие в крупных городах и на примагистральных территориях, наиболее подвержены риску необратимой потери здоровья.
Цель работы заключается в оценке и прогнозе экологического неблагополучия по акустическому загрязнению и загрязнению атмосферного воздуха выбросами автотранспортных средств.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1) произвести натурные обследования структуры и интенсивности движущегося автотранспортного потока г. Набережные Челны;
2) сформировать базу данных структуры и интенсивности движения автотранспортных средств;
3) произвести оценку акустического загрязнения и загрязнения атмосферного воздуха выбросами автотранспортных средств.
Методы исследования основываются на системном анализе, математическом и имитационном моделировании и прогнозировании процессов загрязнения атмосферы и экологических рисков, обусловленных загрязнением.
Объектом исследования являются процесс организации движения автотранспортных потоков в условиях промышленного города.
Предмет исследования: методы и прогнозирование оценки экологического неблагополучия на урбанизированных территориях вследствие выбросов автотранспорта и промышленных предприятий.
Научную новизну исследования составляют следующие теоретико-методологические положения и разработки по созданию эффективной системы нормирования выбросов ЗВ для крупных промышленных городов, наиболее значимые из которых выносятся на защиту:
1) модель функционирования системы «автотранспортный поток - улица промышленного города» с целевой функцией, связывающей решение задачи обеспечения экологической безопасности автотранспортного комплекса с оптимизацией параметров системы;
2) способ ограничения выбросов загрязняющих веществ и шумового воздействия от автотранспортных потоков, основанный на модельных представлениях о системе «автотранспортный поток - улица промышленного города»;
3) методика оценки экологической эффективности мероприятий по организации движения автомобилей на основе имитационных моделей системы «автотранспортный поток - улица промышленного города».
Практическая значимость работы. Полученные результаты в виде совокупности теоретико-методологических положений, методик, алгоритмов и программ вносят существенный вклад в теорию и практику организации управления качеством атмосферного воздуха органами местного самоуправления.
Динамика роста российского автомобильного парка является одной из самых высоких в мире (около 5% в год), что связано, в первую очередь, с увеличением числа легковых автомобилей. Этот процесс происходит в условиях существенного отставания экологических показателей эксплуатируемых в РФ автотранспортных средств (АТС) и используемых ГСМ от достигнутого мирового уровня, а также отставания в развитии и техническом состоянии транспортной инфраструктуры. Несмотря на рост автомобильного парка, его средний возраст остается значительным и составляет, в целом по стране, порядка 11,5 лет, тогда как в США этот показатель составляет 9,2 года, в Европе - 8,5. Ежегодно около 40% выбросов загрязняющих веществ в атмосферу приходится на выбросы автотранспортных средств (в крупных городах - до 80% и выше) [2, 7, 20].
В отработавших газах двигателя внутреннего сгорания (ДВС) содержится свыше 170 вредных компонентов, такие как, угарный газ, углекислый газ, оксиды азота и серы, альдегиды, кадмий, канцерогенная группа углеводородов (бензапирен и бензоантроцен). Из них около 160 - производные углеводородов, прямо обязанные своим появлением неполному сгоранию топлива в двигателе. Большинство вредных компонентов присутствующих в отработавших газах оказывают негативное влияние на здоровье человека, в том числе, являясь канцерогенами [4, 7, 22].
Наличие в отработавших газах вредных веществ обусловлено в конечном итоге видом и условиями сгорания топлива. Отработавшие газы, продукты износа механических частей и покрышек автомобиля, а также дорожного покрытия составляют около половины атмосферных выбросов антропогенного происхождения. В отличие от выбросов стационарных источников загрязнения атмосферы, вредные вещества от автотранспорта накапливаются в приземном слое атмосферы, непосредственно в зоне дыхания. Это в конечном итоге приводит к аккумуляции токсичных и канцерогенных веществ в организме человека и как следствие ухудшению состояния его здоровья [1, 5].
Отрицательное влияние автомобильного транспорта проявляется в первую очередь в крупных городах, на территориях с интенсивным движением транспорта (важные автомагистрали). Люди, проживающие в крупных городах и на примагистральных территориях, наиболее подвержены риску необратимой потери здоровья.
Цель работы заключается в оценке и прогнозе экологического неблагополучия по акустическому загрязнению и загрязнению атмосферного воздуха выбросами автотранспортных средств.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1) произвести натурные обследования структуры и интенсивности движущегося автотранспортного потока г. Набережные Челны;
2) сформировать базу данных структуры и интенсивности движения автотранспортных средств;
3) произвести оценку акустического загрязнения и загрязнения атмосферного воздуха выбросами автотранспортных средств.
Методы исследования основываются на системном анализе, математическом и имитационном моделировании и прогнозировании процессов загрязнения атмосферы и экологических рисков, обусловленных загрязнением.
Объектом исследования являются процесс организации движения автотранспортных потоков в условиях промышленного города.
Предмет исследования: методы и прогнозирование оценки экологического неблагополучия на урбанизированных территориях вследствие выбросов автотранспорта и промышленных предприятий.
Научную новизну исследования составляют следующие теоретико-методологические положения и разработки по созданию эффективной системы нормирования выбросов ЗВ для крупных промышленных городов, наиболее значимые из которых выносятся на защиту:
1) модель функционирования системы «автотранспортный поток - улица промышленного города» с целевой функцией, связывающей решение задачи обеспечения экологической безопасности автотранспортного комплекса с оптимизацией параметров системы;
2) способ ограничения выбросов загрязняющих веществ и шумового воздействия от автотранспортных потоков, основанный на модельных представлениях о системе «автотранспортный поток - улица промышленного города»;
3) методика оценки экологической эффективности мероприятий по организации движения автомобилей на основе имитационных моделей системы «автотранспортный поток - улица промышленного города».
Практическая значимость работы. Полученные результаты в виде совокупности теоретико-методологических положений, методик, алгоритмов и программ вносят существенный вклад в теорию и практику организации управления качеством атмосферного воздуха органами местного самоуправления.
Таким образом, для оценки уровня экологической опасности системы «Автотранспортный поток-улица промышленного города» необходимо учитывать не только качество атмосферного воздуха, но и акустические параметры окружающей среды. Причём как, показывают результаты исследований, факторы, лимитирующие уровень химического и физического загрязнений, имеют противоположную направленность. Это означает, что мероприятия, сокращающие выбросы ЗВ в атмосферу, в ряде случаев приводят к усилению транспортного шума. То есть организация движения автотранспорта по экологическим критериям должна в своей основе иметь комплексный подход к оценке, согласно которому целевая функция системы «Автотранспортный поток-улица промышленного города» запишется в следующем виде:
КИЭН({*1,ж2,...,хт}П {у±,уг, М^Е,... М
где КИЭН - комплексный индекс экологической нагрузки на систему «Автотранспортный поток-улица промышленного города»;
М™ - квота на выброс i-го ЗВ для автотранспортного потока;
М?Е - квота на j-ы вид энергетического воздействия для автотранспортного
потока.
При этом под энергетическим воздействием понимается не только транспортный шум, но и электромагнитное излучение различной физической природы.
Важно, что комплексный подход предполагает использование широкой гаммы методов оценки качества окружающей среды и мониторинг не только по химическому составу атмосферы, но и других природных сред, таких (воды, почвы), а также по энергетическим параметрам окружающей среды.
Экологически дружественное обустройство городских промышленных агломераций требует принятия комплекса мер, основанных на объективных данных мониторинга качества окружающей среды. Авторы статьи рассматривают решение данной задачи в рамках моделирования процесса функционирования
системы «Автотранспортный поток-улица промышленного города». Отличительной особенностью данной модели является использование закономерностей формирования и ограничения загрязнений от автотранспортных потоков в условиях негативного воздействия на окружающую среду стационарных источников. Приведённые в статье результаты исследования позволяют утверждать о необходимости применения комплексного подхода к оценке параметров модели системы «Автотранспортный поток-улица промышленного города». Такое методическое совершенствование позволит учитывать не только химическое, но и энергетические виды воздействия на окружающую среду. В целом комплексный подход позволит обеспечить объективность данных мониторинга экологической опасности УДС, что даёт дополнительные инструменты эффективной организации движения автотранспорта с целью создания благоприятных условий окружающей среды в промышленном городе.
КИЭН({*1,ж2,...,хт}П {у±,уг, М^Е,... М
где КИЭН - комплексный индекс экологической нагрузки на систему «Автотранспортный поток-улица промышленного города»;
М™ - квота на выброс i-го ЗВ для автотранспортного потока;
М?Е - квота на j-ы вид энергетического воздействия для автотранспортного
потока.
При этом под энергетическим воздействием понимается не только транспортный шум, но и электромагнитное излучение различной физической природы.
Важно, что комплексный подход предполагает использование широкой гаммы методов оценки качества окружающей среды и мониторинг не только по химическому составу атмосферы, но и других природных сред, таких (воды, почвы), а также по энергетическим параметрам окружающей среды.
Экологически дружественное обустройство городских промышленных агломераций требует принятия комплекса мер, основанных на объективных данных мониторинга качества окружающей среды. Авторы статьи рассматривают решение данной задачи в рамках моделирования процесса функционирования
системы «Автотранспортный поток-улица промышленного города». Отличительной особенностью данной модели является использование закономерностей формирования и ограничения загрязнений от автотранспортных потоков в условиях негативного воздействия на окружающую среду стационарных источников. Приведённые в статье результаты исследования позволяют утверждать о необходимости применения комплексного подхода к оценке параметров модели системы «Автотранспортный поток-улица промышленного города». Такое методическое совершенствование позволит учитывать не только химическое, но и энергетические виды воздействия на окружающую среду. В целом комплексный подход позволит обеспечить объективность данных мониторинга экологической опасности УДС, что даёт дополнительные инструменты эффективной организации движения автотранспорта с целью создания благоприятных условий окружающей среды в промышленном городе.