Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. ОБЩЕЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА и ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 9
1.1. Техногенные факторы и их влияние на городскую среду 9
1.2. Загрязнение атмосферного воздуха автотранспортом и его влияние на здоровье человека 13
1.3. Особенности загрязнения почв автотранспортом 16
1.4. Автобусные перевозки в системе общего городского пассажирского транспорта 18
1.5. Особенности климатических условий Астраханской области и состояние ее окружающей среды. 20
1.6. Анализ проблемы загрязнения воздушной среды г.Астрахани , 22
1.7. Эколого-токсикологическая характеристика отработавших газов, выбрасываемых автотранспортом 24
1.8. Обзор существующих методик расчета выбросов отработавших газов от автобусов 27
1.9. Обоснование выбора прикладной программы для расчета рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере 35
1.10. Обзор существующих методик расчета платы за выбросы вредных веществ 37
1.11. Цель и задачи исследования 40
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ и ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 43
2.1. Состояние и перспективы развития рынка автобусов в России , , , 43
2.2. Особенности условий эксплуатации линейных автобусов в большом городе; 47
2.3. Методика обследования маршрутной сети городских автобусов 54
2.4. Основные факторы, влияющие на экологическую безопасность маршрута 56
2.5. Экономический' ущерб от загрязнения окружающей среды маршрутными автобусами 57
2.6. Формулировка методики определения выбросов вредных веществ при движении автобуса по заданному маршруту 60
2.7. Формулировка методики определения величины платы за загрязнение воздуха маршрутным автобусом 65
2.8. Выводы по второй главе 68
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРА ИЗМЕНЕНИЯ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ В АТМОСФЕРНЫЙ ВОЗДУХ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ КЛАССА АВТОБУСА И ВИДА ТОПЛИВА 69
3.1. Обоснование выбора участка маршрутов для проведения оценки выбросов вредных веществ , 69
3.2. Оценка выбросов загрязняющих веществ (ЗВ) при работе большого автобуса типа «ЛиАЗ» 71
3.2.1. Оценка: выброса ЗВ при работе двигателя большого автобуса на бензине 71
3.2.2. Оценка выброса ЗВ при работе двигателя большого автобуса на дизельном топливе 73
3.2.3. Оценка выброса ЗВ при работе двигателя большого автобуса на сжатом природном газе 73
3.3. Оценка выбросов загрязняющих- веществ (ЗВ) при работе малого автобуса типа «ПАЗ» 75
3.3.1. Оценка выброса ЗВ при работе двигателя малого* автобуса на бензине, 75
3.3.2. Оценка выброса ЗВ при работе двигателя малого автобуса на дизельном топливе 77
3.3.3. Оценка выброса ЗВ при работе двигателя малого автобуса на сжатом природном газе 77
3.4. Оценка выбросов загрязняющих веществ (ЗВ) при работе
особо-малого автобуса типа «Газель» 79
3.4.1. Оценка выброса ЗВ при работе двигателя особо-малого автобуса на бензине 79
3.4.2. Оценка выброса ЗВ при работе двигателя особо-малого автобуса на дизельном топливе 81
3.4.3. Оценка выброса ЗВ при работе двигателя особо-малого автобуса на сжатом природном газе 81
-4-
3.5. Оценка рассеивания загрязняющих веществ на исследуемом
участке маршрута 83
3.5.1. Анализ изолиний рассеивания по каждому ингредиенту 85
3.6. Оценка платы за загрязнение атмосферного воздуха каждым маршрутным автобусом 87
3.7. Оценка платы за загрязнение атмосферного воздуха каждым маршрутным автобусом 87
3.8. Сравнительная оценка вредных выбросов в атмосферный воздух, рассчитанных разными методиками 89
3.9. Выводы по третьей главе 92
ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ и ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 94
4.1.Методика определения экологической безопасности автобусного маршрута 94
4.1.1 Методика определения норм выбросов вредных веществ на городских автобусных маршрутах 94
4.1.2 Методика определения фактических (плановых) выбросов вредных веществ городскими автобусами при движении і по маршруту в массовом и стоимостном выражении. 95
4.2. Реализация методик определения маршрутных норм и фактических (плановых) выбросов вредных веществ в атмосферный воздух на практике 97
4.3. Целевая функция изменения экологических платежей от фактического загрязнения окружающей среды 98
4.4. Определение ущерба от выбрасываемых маршрутными автобусами вредных веществ в атмосферный воздух 101
4.5. Нормативно-правовое регулирование 103
4.6. Организация контроля источников загрязнения атмосферы 109
4.7. Мероприятия по сокращению экологического ущерба от городских маршрутных автобусов. 112
4.8. Выводы по четвертой главе 116
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ и выводы 118
ЛИТЕРАТУРА 120
ПРИЛОЖЕНИЯ. 131
- Особенности загрязнения почв автотранспортом
- Методика обследования маршрутной сети городских автобусов
- Оценка выброса ЗВ при работе двигателя большого автобуса на дизельном топливе
Введение к работе
Актуальность работы. В начале XXI века экологические проблемы стали очевидными для общества и для каждого человека. Основной экологический «вызов» для России на ближайшие годы - постоянно растущее загрязнение воздуха автотранспортом в городах, где сейчас проживает более 70% россиян. Автомобиль играет огромную роль в жизни современного общества. Однако увеличение автомобильного парка порождает и экологические проблемы, ставит перед всемерным сообществом жизненно важный вопрос о путях дальнейшего развития автомобилестроения. Возникает дилемма: без автомобиля обойтись нельзя, а жизнь с автомобилем, работающим на традиционном виде топлива, ведет в экологический тупик [38,52,71,106,111,112,116].
Развитие городского транспорта обусловливает рост размеров городов и увеличение транспортной подвижности населения. В свою очередь это ведет к дальнейшему росту парка транспортных средств. Их хранение и организация движения требуют вновь увеличения территории города и транспортных коммуникаций, размеры которых достигают 30-40% территории города. Однако темпы развития улично-дорожной сети существенно отстают от темпов автомобилизации. Многие городские улицы, особенно в центральной части городов, не соответствуют современным техническим нормативам, так как эта территория исторически застраивалась без учета транспортных потоков высокой плотности. Данное обстоятельство создает, как правило, особо неблагоприятные условия для движения транспортных средств и пешеходов и крайне усложняет задачи организации движения.
Поиск возможностей снижения массовых выбросов вредных веществ обуславливает необходимость детального изучения комплекса факторов, влияющих на экономические и экологические показатели движения маршрутного городского автобуса. Наличие таких зависимостей позволит наряду с повышением точности существенно упростить известные методы расчетного определения выбросов вредных веществ.
-б-
Количество вредных выбросов и соотношение между различными токсичными веществами в отработавших газах маршрутного автобуса в большой степени определяются режимами работы их двигателей в эксплуатационных условиях, то есть в условиях реального движения с реально существующими дорожными условиями и реально используемыми режимами движения [6, 20, 26,27,41].
Целью диссертационной работы является повышение экологической безопасности городских автобусных маршрутов путем определения и установления для них норм выбросов вредных веществ и рационального распределения имеющихся у автотранспортных предприятий разных классов автобусов по маршрутным линиям.
Объектом исследования являются городские маршрутные автобусы разного класса и объемы выбрасываемых ими в атмосферный воздух основных загрязняющих веществ.
Предметом исследования является характер изменения выбросов вредных веществ в атмосферный воздух и экологического ущерба в зависимости от класса маршрутного автобуса и вида используемого топлива.
Научная новизна заключается:
- в предложенном методическом подходе к определению экологической
безопасности автобусного маршрута.
в разработанной методике определения выбросов вредных веществ в атмосферный воздух, при движении городского пассажирского автобуса по заданной маршрутной линии с известными параметрами;
в анализе характера изменения выбросов вредных веществ в атмосферный воздух при движении пропорционального количества особо-малых, малых и. больших автобусов на заданном городском маршруте; при их работе на бензине, дизельном топливе и газе;
- в разработке алгоритма реализации разработанной методики и рационализации автобусных маршрутных линий;
- в совершенствовании методики определения размеров экологических
выплат за загрязнение атмосферного воздуха городскими маршрутными
автобусами.
-7-Практическая ценность работы заключается в возможности применения разработанных методик в"автотранспортных предприятиях, в управлениях городского пассажирского транспорта и в городских экологических инспекциях; что позволяет помаршрутно определить выбросы вредных веществ городскими автобусами в массовом и стоимостном выражении, и дает возможность прогнозировать экологический ущерб от эксплуатации имеющихся и перед приобретением новых автобусов.
Реализация результатов работы. Методический подход к определению выбросов вредных веществ от маршрутных автобусов и основные результаты исследования приняты к использованию в Астраханском пассажирском автотранспортном предприятии №4 и в транспортной фирме «Гранат».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладьшались на VI Международной научно-технической конференции «Проблемы управления качеством городской среды» и результаты исследования доложены и обсуждены на кафедре технологии организации гидромелиоративных работ и на научно-технической конференции в Московском государственном университете природообустройства.
Публикации. По теме диссертации опубликовано три печатные работы.
На защиту выносятся:
методический подход к повышению экологической безопасности автобусного маршрута;
методика определения выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух при движении пассажирского автобуса по заданному городскому маршруту;:.
алгоритм реализации разработанной методики и рационализации автобусных маршрутных линий;
методика определения размеров экологических выплат за выбрасываемые в атмосферный воздух загрязняющие вещества городскими автобусами при движении по заданному маршруту.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит
из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложений.
Общий объем диссертации составляет 182 страницы, в том числе 19 таблиц, 25
рисунков, списка литературы из 124 наименований и 14 приложений.
Работа выполнена на кафедре «Организации и технологии строительства объектов природообустройства» Московского государственного университета природообустройства.
Особенности загрязнения почв автотранспортом
В процессе работы двигателей автотранспортных средств в атмосферный воздух выделяются такие газообразные вещества как оксид углерода (СО), двуокись серы (S02) и окислы азота (NOx), углеводороды, и твердые вещества в виде сажи (при работе на дизтопливе) и соединений свинца (при использовании этилированного бензина). Сернистый ангидрид и оксиды азота трансформируются в атмосфере земли в кислотообразующие частицы. Эти частицы вступают в реакцию с атмосферной влагой, превращая ее в растворы кислот, которые понижают рН дождевых вод [96],
Кислотные дожди являются одной из причин негативного воздействия на водные объемы, леса и растительность. Кроме того, кислотные дожди разрушают здания и памятники культуры, трубопроводы, понижают плодородие почв и часто попадают в водоносные слои почвы:
Обычно дождевая вода представляет собой слабокислый раствор. Это происходит вследствие того, что природные вещества атмосферы, такие как диоксид углерода (СОг), или выбрасываемый автотранспортом оксид углерода (СО) вступают в реакцию с дождевой водой. При этом образуется слабая угольная кислота (С02 + НгО — Н2СОз). Тогда как в идеале рН (показатель степени концентрации ионов водорода) дождевой воды равен 5,6.,.5,7, при этом показатель кислотности дождевой воды в одной местности может отличаться от показателя кислотности дождевой воды в другом районе. Это, прежде всего, зависит от состава газов, содержащихся в атмосфере той или иной местности, таких как диоксид серы и оксиды азота.
По мере накопления органических веществ, содержащих металлы, на дне водоемов из них в процессе анаэробного разложения начинают выщелачиваться токсичные металлы. Повышенная кислотность воды способствует более высокой растворимости таких опасных металлов, как алюминий, ртуть и свинец из донных отложений и почв.
Также, в недавнем прошлом значительным источником выброса соединений свинца были выхлопные газы от автомобилей. Но после того, как в Российской Федерации законом запретили использование этилированного бензина, то проблема загрязнения атмосферного воздуха соединениями свинца частично решена.
Различные почвенные загрязнения, большинство из которых антропогенного характера, можно разделить по источнику поступления этих загрязнений в почву [91]:
а/ С атмосферными осадками. Многие химические соединения, попадающие в атмосферу в результате работы предприятий и автотранспорта, затем растворяются в капельках атмосферной влаги и с осадками выпадают в почву. Это, в основном, газообразные вещества - оксиды серы, азота и др. Большинство из них не просто растворяются, а образуют химические соединения с водой, имеющие кислотный характер. Таким образом, часто образуются кислотные дожди. б/ Осаждающиеся в виде пыли и аэрозолей. Твёрдые и жидкие соединения при сухой погоде обычно оседают непосредственно в виде пыли и аэрозолей. Такие загрязнения можно наблюдать визуально, например, вдоль автомобильных дорог и вокруг котельных зимой: снег чернеет, покрываясь частицами сажи. Автомобили, особенно в городах и около дорог, вносят значительную лепту в пополнение почвенных загрязнений. в/ При непосредственном поглощении почвой газообразных соединений. В сухую погоду газы могут непосредственно поглощаться почвой, особенно в процессе влажной уборки городских территорий. г/ С растительным опадом. Различные вредные соединения, в любом агрегатном состоянии, поглощаются листьями через устьица или оседают на поверхности. Затем, когда листья опадают, все эти соединения в конечном итоге поступают в почву.
Методика обследования маршрутной сети городских автобусов
Сложность городских автобусных маршрутов определяется постоянными и переменными факторами.
К постоянным факторам относятся: протяженность автобусного маршрута, общее число технологических остановок, элементы дороги в плане и профиле.
К переменным факторам относятся: наполняемость салона автобуса, интенсивность движения по маршруту, вид и состояние покрытия проезжей части. Факторы, диктующие водителю автобуса выбор режима работы двигателя при движении по городскому маршруту, а следовательно, влияющие на состав и количество токсичных веществ в отработавших газах это: количество технологических остановок, количество светофоров, количество крутых поворотов на маршруте, степень загруженности трассы транспортными потоками и степень наполнения салона автобуса пассажирами.
Все перечисленные факторы соответствующим образом должны учитываться и фиксироваться.
Для определения условий эксплуатации на автобусных маршрутах было проведено детальное обследование маршрутной сети города Астрахани. На первом этапе сбор статистического материала для получения характеристик городских автобусных маршрутов и выявления их особенностей осуществлялся путем непосредственного визуального исследования параметров трассы каждого маршрута и "опроса водителей. Часть информации для создания базы данных по условиям эксплуатации на городских маршрутах была получена в отделах автобусных парков.
Исследования на интересующих автобусных маршрутах были организованы в разные периоды года (теплый, переходный и холодный). Обследование осуществлялось на закрепленных за конкретным маршрутом автобусах с постоянным экипажем водителей.
Контрольные заезды проводились в пиковые и межпиковые периоды суток. В каждый из этих периодов проводилось 2-4 заезда. При этом водитель осуществлял обычные перевозки пассажиров в соответствии с графиком движения, строго выдерживая предписанные расписанием интервалы. В процессе каждого контрольного заезда в протоколе испытаний фиксировались следующие данные: № маршрута, класс автобуса, марка автобуса, вид используемого топлива, длина маршрута, время начала заезда, время окончания заезда, время наполнения салона на остановках, количество остановок, количество светофоров, время стоянки у светофоров, количество крутых поворотов, общее количество торможений, общее количество переключений передач и коэффициент наполнения салона.
Работа двигателя городского автобуса характеризуется частой сменой скоростных и нагрузочных режимов, каждому из которых соответствует определенное количество токсичных веществ в отработавших газах. Их концентрация изменяется в широких пределах в зависимости от развиваемой двигателем мощности, температурного режима, технического состояния двигателя, частоты вращения коленчатого вала, угла опережения зажигания или впрыска топлива, квалификации водителя. Для каждого режима существует теоретически идеальный состав горючей смеси, обеспечивающий минимальное количество токсичных веществ в продуктах сгорания [4,29].
Автобусы, движущиеся в установившемся режиме движения, выделяют меньше токсичных веществ, чем автобусы, движущиеся неравномерно.
Количество отработавших газов и, соответственно, токсичных компонентов зависит от режимов движения автобуса, которые определяют количество израсходованного автобусом топлива. Так как условия движения на автобусном маршруте определяют маршрутную норму расхода топлива, тон масса выбрасываемых в атмосферу вредных веществ с отработавшими газами будет зависеть от условий эксплуатации на маршруте.
Согласно методикам определения маршрутных норм расхода топлива [14,. 15,45 50,119идр.] на топливную экономичность и величину токсичных выбросов влияют следующие параметры маршрута движения городского автобуса: коэффициент наполнения салона автобуса, эксплуатационная скорость либо скорость сообщения на маршруте, число технологических остановок, число остановок, вызванных помехонасыщенностью на маршруте (количество регулируемых и нерегулируемых перекрестков, поворотов, интенсивность движения транспорта, плотность транспортного потока).
Из всего многообразия показателей условий эксплуатации были отобраны для данного исследования следующие факторы, определяющие уровень загрязнения на маршруте движения городского автобуса ив большей степени, влияющие на экологическую обстановку в большом городе: класс автобуса (особо-малый, малый, большой); вид применяемого топлива на автобусе (бензин, дизтогошво, газ); режим движения автобуса; количество технологических остановок на маршруте; количество светофоров на маршруте; количество поворотов на маршруте; длина маршрутной линии и состояние дороги; плотность автотранспортного потока на маршруте; техническое состояние автобуса и квалификация водителя.
Оценка выброса ЗВ при работе двигателя большого автобуса на дизельном топливе
Источником выделения загрязняющих веществ в атмосферный воздух является двигатель автобуса малого класса в период его движения по заданному участку маршрутной линии в установившемся режиме; во время его работы на холостом ходу (перед красным светофором, на остановке и при возникновении помехи на маршруте); а также во время разгона и при торможении.
В течение этого времени, в атмосферный воздух выделяются основные нормируемые загрязняющие вещества: Оксид углерода, углеводороды по бензину, диоксид азота, диоксид серы и соединения свинца (при использовании этилированного бензина). Оценка производится таким же способом, как показано в пункте 3.3.1.
При движении данного автобуса,по маршрутной линии в атмосферу выделяются следующие основные нормируемые загрязняющие вещества: Оксид углерода, углеводороды по керосину и окислы азота (по диоксиду азота).
Результаты оценки вредных выбросов в атмосферный воздух при работе данного класса автобусов на дизельном топливе приведены в приложении №5.
. Расчет выброса загрязняющих веществ ( ЗВ ) при работе двигателя малого автобуса на сжатом природном газе Оценка производится аналогичным образом, как показано в пункте 3.3.1.
При движении данного автобуса по маршрутной линии в атмосферу выделяются следующие основные нормируемые загрязняющие вещества: Оксид углерода, углеводороды по метану и окислы азота (по диоксиду азота).
Результаты оценки вредных выбросов в атмосферный воздух при работе данного класса автобусов на сжатом газе приведены в приложении №6.
Источником выделения загрязняющих веществ в атмосферный воздух является двигатель автобуса особо-малого класса в период движения по заданному участку маршрутной линии в установившемся режиме; во время его работы на холостом ходу (перед красным светофором, на остановке и при возникновении помехи на маршруте); а также во время разгона и при торможении.
В течение этого времени, в атмосферный воздух выделяются основные нормируемые загрязняющие вещества: Оксид углерода, углеводороды по бензину, диоксид азота, диоксид серы и соединения свинца (при использовании этилированного бензина).
Валовый выброс і-ого вещества одним автобусом особо-малого класса при движении по заданному участку маршрута определяется по формуле:
где MqioM -удельный выброс (пробеговый) вредного вещества при движении автобуса особо-малого класса по заданному участку трассы маршрута с относительно постоянной скоростью, г/км; L -длина участка маршрута, преодолеваемая с относительно постоянной скоростью, км. L = 3100м;. Мххы -удельный выброс вредного вещества при работе двигателя на холостом ходу, г/мин; Тхх - время работы двигателя автобуса на холостом ходу, мин.; Тхх = NOCT Wq,+ NcBe/tcaer.cp = (6 15+11 10)/60 = 3,33 мин.; Мр ы -удельный выброс вредного вещества во время разгона, г/мин; Тразг- время разгона,
МИН, I разг f ocr їост.разг+ - евет їсвет.разг + JNn0B Іпов.разг — (,0 Э + 11 D + ,/ JJ/OU
1,58 мин.; Мторм;м - удельный выброс вредного вещества во время торможения,
Г/МИН; Тторм -ВреМЯ ТОрМОЖеНИЯ, МИН; TTOpM=Nocr tocr.TOpM+NCBer tCBer.TOpM+NnoB tn0B,TOpM. =(6 5 + 11 5 + 2 5)/60 =1,58 мин. Оценка производится таким же способом, как показано в пункте 3.4.1.
При движении данного автобуса по маршрутной линии в атмосферу выделяются следующие основные нормируемые загрязняющие вещества: Оксид углерода, углеводороды по керосину и окислы азота (по диоксиду азота).
Результаты оценки вредных выбросов в атмосферный воздух при работе данного класса автобусов на дизельном топливе приведены в приложении № 8.
