Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса. цели и задачи исследования .. 11
1.1. Обзор исследований 11
1.2. Методы контроля состояния приземного слоя атмосферы 13
1.3. Воздействие на окружающую природную среду выхлопных газов автотранспортных средств 23
1.3.1. Образование газообразных вредных веществ в двигателях с искровым зажиганием 29
1.3.2. Образование газообразных вредных веществ и сажи в дизельных двигателях 32
1.3.3. Воздействие продуктов сгорания топлива автотранспортных средств на человека и окружающую природную среду 38
1.4. Показатель условной токсичности отработавших газов 42
Выводы по главе 47
2. Особенности инфраструктуры г.воронежа и динамика транспортных потоков в городской черте 49
2.1. Распространение и трансформация автомобильных выбросов в окружающей природной среде 49
2.1.1. Особенности физико-географического расположения, метеорологических и микроклиматических условий г. Воронежа 51
2.2. Характеристика параметров движения автотранспортного потока 57
2.2.1. Влияние режимов работы и конструкции ДВС на состав отработавших газов автотранспортного источника 64
2.2.2. Влияние некоторых параметров ездового цикла на изменение выброса 66
2.2.3. Влияние состояния улично-дорожной сети городской территории на характер автотранспортных потоков... 70
Выводы по главе 75
Исследование условий движения и выбросов от автотранспортных средств 77
3.1. Анализ автотранспортного потока на улично-дорожной сети г. Воронежа 77
3.1.1. Характеристика входящего потока автомобилей 82
3.1.2. Характеристика обслуживания 85
3.1.3. Функционирование обслуживающей системы 86
3.2. Определение количества загрязняющих веществ по расходу топлива 90
3.2.1. Оценка показателей выброса двигателей автотранспортных средств 93
3.2.2. Оценка количества выбросов загрязняющих веществ потоком автотранспортных средств 95
Выводы по главе 103
Геоэкологическая оценка воздействия и зонирование улично-дорожной сети в зависимости от транспортной нагрузки и микроклиматических особенностей города 104
4.1. Оценка интенсивности движения и транспортной нагрузки 105
4.2. Определение и оценка выбросов загрязняющих веществ на элементах улично-дорожной сети 112
4.2.1. Оценка уровня загрязнения приземного слоя атмосферы выбросами от автотранспортных средств на улично-дорожной сети 118
4.3. Концепция создания оперативной информационно-аналитической системы 127
Выводы по главе 132
Заключение 134
Список использованных источников 137
- Воздействие на окружающую природную среду выхлопных газов автотранспортных средств
- Особенности физико-географического расположения, метеорологических и микроклиматических условий г. Воронежа
- Анализ автотранспортного потока на улично-дорожной сети г. Воронежа
- Оценка интенсивности движения и транспортной нагрузки
Введение к работе
Актуальность работы. Устойчивое развитие городов, как центров промышленного производства, невозможно без экологической устойчивости городской среды. Однако, экологически неблагоприятная обстановка наблюдается во всех городах с населением свыше 1 млн. чел., в 60% городов с населением от 500 тыс. до 1 млн. человек и в 25% городов с населением от 250 до 500 тыс. чел. Это связано с усилением прессинга автотранспорта на окружающую среду. В России на его долю в середине 90-х годов XX века приходилось до 80% выбросов свинца, 59% - оксида углерода, 32% - оксидов азота.
Территория г. Воронежа включает весь спектр классов техногенного воздействия, в том числе и от автотранспортных источников; практически вся территория города характеризуется трансформированной природной средой. В связи с этим весьма актуальным является вопрос геоэкологической оценки условий движения и выбросов от автотранспортных средств при решении природоохранных задач и планирования развития города.
Проблема снижения вредного воздействия автомобильного транспорта на окружающую среду в городах является комплексной и предполагает решение ряда научно-исследовательских задач:
выявление условий формирования выбросов загрязняющих веществ в городскую атмосферу автотранспортными средствами (АТС);
разработка математической модели этого механизма;
оптимизация управления автотранспортными потоками в крупных промышленных центрах, в условиях невозможности расширения (перепланировки) транспортных коммуникаций в системе застроенного городского ядра.
Диссертационная работа выполнена в рамках отраслевой научно-исследовательской программы.
Целью работы является геоэкологическая оценка условий движения и выбросов от автотранспортных средств на улично-дорожной сети города,
6 географическое зонирование улично-дорожной сети, повышение экологической безопасности и эффективности движения автотранспортных средств в системе городской застройки. Задачи исследования:
Анализ влияния выбросов автотранспорта на окружающую природную среду и человека.
Анализ физико-географических, климатических, метеорологических и синоптических условий формирования уровня загрязнения атмосферы исследуемой территории от автотранспортных средств.
Уточнение методики расчета удельных выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от автотранспорта на улично-дорожной сети города.
Геоэкологическая оценка и зонирование улично-дорожной сети в зависимости от транспортной нагрузки и микроклиматических особенностей города.
Разработка структурно-логической схемы дистанционного мониторинга автотранспортных потоков на улично-дорожной сети города.
Разработка практических рекомендаций по снижению экологической нагрузки на окружающую среду и человека от автотранспортных средств.
Объект исследования - выбросы загрязняющих веществ в атмосферу
АТС на улично-дорожной сети (УДС) города Воронежа - крупного
промышленного центра, характеризующегося сложными
микроклиматическими и орографическими условиями.
Предмет исследования - система динамических, энергетических и экологических характеристик автотранспортных средств на улично-дорожной сети города.
Мето,г ы исследования. Методологической основой работы является комплекс существующих государственных, научных методик, разработанных специалистами НИИАТ, МАДИ и авторские методики, апробированные на
7 различных участках улично-дорожной сети города (2000-2004 г.г.). Теоретические разработки выполнены с использованием методов математического моделирования. Экспериментальные исследования по определению условий движения АТС на узловых развязках УД С и токсических характеристик автомобилей проведены с помощью сравнительных дорожных испытаний. Статистические расчеты выполнены с применением электронных таблиц EXEL 7.0 и программы статистической обработки данных STATISTIC А для WINDOWS (версия 5.0). Научная новизна работы заключается в следующем:
Выявлены особенности пространственно-временного распределения концентраций отдельных примесей в воздушном бассейне г. Воронежа от автотранспорта.
Уточнена методика расчета удельных выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от автотранспорта на элементах улично-дорожной сети города.
Проведено геоэкологическое зонирование улично-дорожной сети в зависимости от транспортной нагрузки и микроклиматических особенностей города.
Разработана структурно-логическая схема дистанционного мониторинга автотранспортных потоков на улично-дорожной сети исследуемой территории.
Разработаны практические рекомендации по снижению экологической нагрузки на окружающую среду и человека от автотранспортных средств.
Информационная обеспеченность и характеристика исходных материалов исследования. В диссертации использованы данные натурных замеров интенсивности движения автотранспорта, дневники погоды за 2000-2004 гг., данные по загрязнению атмосферного воздуха города Воронежа за 2000-2004 г.г. наблюдательных постов № 1, 7, 8, 9, 10, данные замеров о
8 выбросах автотранспорта. Точность исходной информации соответствует требованиям государственных, отраслевых стандартов и СНиП.
Достоверность результатов работы обоснована использованием большого объёма исходных данных (2000-2004 гг.), полученных в комплексной лаборатории Воронежского областного центра по гидрометеорологии и мониторингу природной среды, Управлении по охране окружающем среды при администрации города Воронежа, ГИБДД г. Воронежа и Воронежской области, Центрально-Черноземном филиале ФГУП «Госземкадастрсъемка - ВИСХАГИ»; применением апробированных методов исследований, использованием стандартных критериев оценки успешности прогностических зависимостей и удовлетворительным согласованием полученных результатов с данными, полученными по известным методикам.
Теоретическая значимость исследования.
В работе реализован новый подход к оценке уровня загрязнения городской гоздушной среды выбросами от автотранспортных средств. В отличие от проведённых ранее исследований оценка выбросов от автотранспорта дана не по отдельным категориям и типам автомобилей, а по обобщённым показателям, характеризующим общее состояние загрязнения воздуха в городе в зависимости от условий движения АТС и состава автотранспортного потока.
Практическая ценность работы.
Результаты исследования направлены на повышение качества оценки экологического состояния территорий на основе использования предложенной методики определения уровня загрязнения атмосферы выбросами от автотранспорта, обеспечение оперативного контроля за экологическим состоянием транспортной инфраструктуры города, с целью принятия своевременных мер по повышению эффективности охраны чистоты воздушного бассейна.
9 Реализация результатов работы.
Материалы и результаты исследований используются в учебном
процессе Воронежского высшего военного авиационного инженерного
училища (военного института) при преподавании дисциплин «Экология»,
а «Безопасность жизнедеятельности», «Основы выживаемости».
Основные положения, выносимые на защиту.
Уточненная методика расчета удельных выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от автотранспорта на улично-дорожной сети города.
Результаты анализа пространственно-временного распределения концентраций выбросов в воздушном бассейне города Воронежа от
Ф автотранспортных средств на различных участках улично-дорожной сети.
Геоэкологическое зонирование улично-дорожной сети в зависимости от транспортной нагрузки и микроклиматических особенностей города.
Структурно-логическая схема дистанционного мониторинга автотранспортных потоков на улично-дорожной сети города.
Практические рекомендации по снижению экологической нагрузки на окружающую среду и человека от автотранспортных средств.
Апробация работы. Основные положения, научные и экспериментальные результаты докладывались и обсуждались на следующих конференциях, семинарах и совещаниях: Всероссийской научно-практической конференции «Совершенствование наземного обеспечения авиации» (Воронеж, 2000; 2001;
4 2002; 2003 г.п); III Всероссийской научно-практической конференции.
«Окружающая природная среда и экологическое образование и воспитание» (Пенза, 2003 г.); Международной научно-практической конференции «Экологические проблемы сельскохозяйственного производства» (Воронеж, 2004 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Оптимизация ландшафтов и рекреационных зон на зональных и нарушенные землях» (Воронеж, 2004 г.), V Межрегиональной научно-
* производственной конференции «Региональный мониторинг и оценка земель.
Опыт. Современные проблемы и пути решения» (Воронеж, 2004 г.).
Личный вклад автора заключается в сборе и статистической обработке
исходных данных, проведении исследований по теме диссертационной
работы, анализе . результатов, формулировании выводов, отработке
дешифрово^ных таблиц, разработке структурно-логической схемы
,^, дистанционного мониторинга автотранспортных потоков на улично-
дорожной сети исследуемой территории и практических рекомендаций по
снижению экологической нагрузки на окружающую среду и человека от
автотранспорта, проведении геоэкологческого зонирования улично-дорожной
сети в зависимости от транспортной нагрузки и микроклиматических
особенностей города.
Ф Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в
6 научных работах, из них 4 работы без соавторов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и 9 приложений. Объем работы составляет 180 страниц машинописного текста, включает 18 таблиц и 28 рисунков. Список литературы, использованной в работе, состоит из 169 наименований на русском и иностранных языках.
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Обзор исследований
Нельзя не согласиться с тем, что наряду с военной, социально-
ц^ экономической, информационной - экологическая безопасность является
важнейшим компонентом национальной безопасности Российской Федерации [84].
К концу XX века, по мере увеличения темпов научно технического
прогресса, произошло значительное увеличение техногенного воздействия на
компоненты окружающей среды. Возникновение в природе необратимых
# процессов, новых путей перемещения и превращения вещества и энергии,
образование новых веществ, часто чуждых природе может привести к нежелательным экологическим последствиям. Это определило интенсивную экологизацию всех отраслей знаний [85].
В середине XIX начале XX в. вопросы взаимодействия человека и природы были рассмотрены в трудах классиков отечественного естествознания Вернадского В.И., Докучаева В.В., Воейкова А.И., АнучинаД.Н., Глинки К.Д., Карпинского А.П., Обручева В.А. и др. [14, 17, 27, 153].
Современные масштабы экологических изменений создают реальную
угрозу жизни и здоровью населения. Наиболее тревожным симптомом
«К является даже не крайне неблагоприятное экологическое состояние,
сложившееся в стране к настоящему времени, а тенденции, ясно
свидетельствующие о том, что положение не только не улучшается (или хотя
бы стабилизируется), но заметно ухудшается. Скорость увеличения
интенсивного вредного воздействия внешних факторов вышла за пределы
скорости биологического приспособления живых систем к среде
обитания [29, 68, 140]. Это связано с особенностями автотранспорта как
^ источника выбросов и сбросов загрязняющих веществ в атмосферу,
12 отличающими их от стационарных (промышленных) источников выбросов [2, 8, 37, 59, 66, 86, 87, 89, 91, 95, 97, 117, 133, и др.].
Причинами ухудшения состояния окружающей среды, особенно в
крупных городах и в промышленных центрах, является постоянный рост
і парка автотранспортных средств, использующих двигатели внутреннего
сгорания (ДВС). Это ведет к увеличению выброса вредных веществ с
отработавшими газами двигателей внутреннего сгорания и потреблению из
атмосферы іеобходимого для жизнедеятельности кислорода, участвующего в
процессе сгорания топлива. Накопление в атмосфере двуокиси углерода
способствует возникновению так называемого «парникового эффекта». Это
Ф побуждает человеческое сообщество принимать активные меры по защите
своей среды обитания.
Вопросу исследования автотранспортных потоков посвящены работы отечественных авторов Пригожина И.Р., Красникова А.Н., Сильянова В.В., Горбанева Р.В., Луканина В.Н., Буслаева А.П. и др., выполненные в ведущих организациях нашей страны и ближнего зарубежья - МАДИ, НИИАТ, КАДИ, ХАДИ, и зарубежных - Гриндшильдса Б.Д., Гринберга Н., Хермана Р., Крауза С, Лайтхилла-Витхама и др. [65, 97, 98, 156, 166].
Исследованию расхода топлива и оценки выбросов загрязняющих
веществ автотранспортными средствами (АТС) посвящены работы
Богданчикова А.А., Гаврилова А.К., Говорущенко Н.Я., Головных И.М.,
^ Гутаревича Ю.Ф., Дробота В.В., Евтухова А.В., Луканина В.Н., Могарил Е.Р.,
Резника Л.Г., Сухаревой Л.С., Холявко В.Г. и др. Полученные ими результаты, при их высокой научной значимости, имеют все же ограниченное применение, поскольку основаны на стендовых испытаниях [94, 97, 98, 99, 100, 136].
Большой вклад в изучении характера распространения воздушных масс
внесли Марчук Г.И., Дымников В.П., Залесный В.Б., Кузнецов Ю.А.,
* Скиба Ю.Н. и др. В их работах [3, 4, 58, 69, 101, 104] формулируются и
анализируются математические модели конкретных динамических
13
процессов, ответственных за формирование атмосферы. Исследуются
процессы лереноса примесей в атмосфере. Рассмотрена динамика
крупномасштабных волн и их устойчивость, формирование пограничных
струйных течений, динамические атмосферные процессы рассмотрены в
а работе Сухоносова В.И.
Наиболее значимые проблемы мониторинга окружающей среды
рассматриваются в исследованиях Израэля Ю.А., Герасимова И.П.,
Виноградова Б.В., Федорова В.М., Ковды В.Д., Гридина В.И.,
Аковецкого В.И., Кондратьева К.Я., Малащенко Н.З., Кулешова Л.И.,
Литвака Ш.И., Кочурова Б.И., Родионова В.Н., Поповича П.Р.,
4) Василенко I .Н., Зборищука Ю.Н., Королева В.В.и др.
Вопросы экологического мониторинга приземного слоя атмосферы
г. Воронежа и, в т.ч. вопросы воздействия автотранспорта на окружающую
природную среду (ОПС) освещены В.Л. Бочаровым, А.Т. Козловым,
О.И. Поливаевым, В.П. Подольским, В.М. Смольяниновым,
w Е.Г. Спиридоновым и др.
Перечень веществ, подлежащих контролю, устанавливается на основе сведений о составе и характере выбросов от источников загрязнения и метеорологических условий рассеивания примесей в соответствии с Руководством по контролю загрязнения атмосферы РД 55.04.186-89 [44, 122].
Воздействие на окружающую природную среду выхлопных газов автотранспортных средств
Выявить степень влияния транспортных потоков можно при условии, если имеется количественная мера загрязнения воздуха транспортным источником и критерий его токсичности. Указанная мера загрязнения должна быть чувствительной к изменению состояния воздушной среды, вызванного мероприятиями по организации движения. Критерий токсичности представляет собой разность между существующим и допускаемым значениями меры загрязнения. Если эта разность отсутствует, то влияние условий движения на загрязнение воздуха минимально. В случае, когда и такой уровень загрязнения по абсолютной величине превышает санитарно-гигиенические нормы, его уменьшение уже необходимо проводить мероприятиями, направленными на изменение других факторов, влияющих на состояние воздушной среды.
Оперативное использование таких критериев возможно, если: во-первых - имеются пригодные для этой цели показатели меры загрязнения и ее изменения; во-вторых - установлены их допустимые границы на основе той части требований к качеству воздушной среды, которые зависят от условий движения транспортных потоков.
Пригодность показателей следует оценивать в первую очередь по степени оперативности, трудоемкости и достоверности получения их значений. Поскольку они характеризуют весьма сложный процесс воздействия на окружающую среду, определяемый множеством разнородных факторов, эти показатели могут быть косвенными, если прямые не удовлетворяют вышеперечисленным требованиям. В этом случае должна быть установлена связь показателей с мерой загрязнения и ее характер.
Показатели меры и ее изменения должны адекватно отражать те характеристики плотности транспортных потоков, выступающих в качестве источников загрязнения воздуха на городских улицах, которые в наибольшей степени зависят от качества организации движения и в основном определяют уровень воздействия на среду. Значения показателей, соответствующие условиям движения однородного, непрерывного транспортного потока с максимальной интенсивностью и минимальными изменениями скорости можно считать близкими к тем, которые характеризуют минимальное влияние на гагрязнение.
Однако в городских условиях обеспечить такое движение весьма сложно, и нормы токсичности автомобилей законодательно устанавливаются на основе режима (ездового цикла), параметры которого имеют место при условиях движения в средних и крупных городах. Эти параметры регламентируются ОСТ 37.001.054-74 [111]. Уровень установленных норм должен в принципе обеспечить безвредность воздуха, если транспортный поток движется в условиях, когда параметры его цикла не хуже стандартного.
Следовательно, к организации движения предъявляются требования обеспеченш. регламентируемых условий, и показатели, соответствующие им, являются допустимыми. Для решения этой задачи кроме указанных показателей необходимо иметь количественные оценки токсичности автомобилей разного типа для приведения их по этому признаку к легковым автомобилям, потому что требования ОСТ 37.001.054-74 распространяются в основном на них. Основой для получения данных оценок должна служить величина вышеуказанной меры загрязнения воздуха различных автотранспортных средств.
Методика получения статистически значимых показателей изменения выброса транспортных источников в реальных условиях движения должна быть согласована с требованиями к определению параметров качества воздушной среды, как во времени, так и в пространстве. Это накладывает ограничения на размеры транспортных источников по длине, на методы и средства экспериментальных исследований. Испытания автомобилей на токсичность в стендовых условиях неизбежно связаны с искажениями, вносимыми неучетом воздействия особенностей физико-географического положения, метеорологических и микроклиматических условий (изменение температуры и состояния двигателя и его систем, ветер, случайные препятствия и т.п.). Ошибки в измерениях содержания загрязняющих а веществ достигают подчас значений 15...30% [83]. Исходя из этих соображений, наиболее целесообразно исследовать изменение выброса автомобилем комплексно: в стационарных условиях - на стенде с беговыми барабанами и оборудованием, предусмотренным для проведения испытания по ОСТ 37.001.054-14. Запись времени и скорости позволит определить объем М испытания, а регистрация весовых выбросов загрязняющих веществ с учетом требований ОСТа гарантирует получение однозначных результатов для автомобилей данного типа. Для установления требуемых соотношений между мерой и показателями можно использовать также результаты многочисленных исследований по токсичности ДВС, которые отличаются высокой степенью точности и достоверности в связи с узкоспецифичными целями решаемых задач; на УДС города - с использованием специальной измерительной аппаратуры для проверки результатов полученных в стационарных условиях. Экспериментальное получение характеристик транспортных потоков различного состава при одновременной оценке степени загрязнения воздуха в % различных сечениях наиболее полно осуществляется с помощью аэрофотосъемки. Влияние режима движения на изменение показателей целесообразно исследовать с помощью ходовых лабораторий как одним из наиболее оперативных способов. При наличии количественного метода оценки токсичности источников становится возможной целесообразная дифференциация норм выброса загрязняющих веществ с отработавшими газами автомобилей в различных F городах в зависимости от качества атмосферного воздуха на их улицах. Для этого, прежде всего, необходима оценка условий движения источников, их сравнение с допустимыми и величина изменения норм выброса для снижения или сохранения уровня загрязнения воздуха. На этой основе конкретизируются цели различных муниципальных служб управления движением автомобильного транспорта в городской черте по снижению его воздействия на окружающую среду.
Особенности физико-географического расположения, метеорологических и микроклиматических условий г. Воронежа
Город Воронеж возник в 1585 г. в междуречье Воронежа и Дона на западной окраине Окско-Донской равнины. Территория г. Воронежа протянулась с севера на юг (от аэропорта до пос. Семилукские Выселки) на 36 км и с запада на восток (от пос. Подгорное на Отрожку, Сомово и далее до юго-восточной опушки Усманского бора) на 22 км. Территория города в природном отношении включает в себя левобережье долины Дона, неширокий водораздел рек Дона и Воронежа, долину Воронежа с пересекающей ее левобережье долиной Усмани. Превышение высших точек над низшими достигает 85 м [86, 91]. На территории г. Воронежа сформировались разнообразные структуры к почвенного покрова, характерные для лесостепной зоны. Преобладают черноземы различных типов, которые повсеместно распаханы. Полоса черноземов часто прерывается массивами дерново-подзолистых и серых лесных почв [37, 91]. Рассматривая город Воронеж как полиструктурную систему [95] необходимо отметить, что устойчивым во времени остовом планировочной (градостроительной подсистемы города) выступает планировочный каркас, представляющий совокупность основных функциональных узлов и транспортных соединений между разными частями и функциональными зонами города. Сердцевиной планировочной структуры и ее каркаса выступает центр города, где исторически размещены архитектурные и щ социально-хозяйственные доминанты. Параллельно с транспортно планировочным каркасом в городе формируется экологический каркас, образованный зелеными насаждениями, рекреационными зонами и водными объектами. Планировочная структура складывается под сильным влиянием природных условий местности, народнохозяйственного профиля города, социальных факторов. Комбинации этих факторов и определяют Ф градообразующую структуру города, так, Воронеж, располагаясь вдоль течения реки Воронеж (Воронежского водохранилища) и, разрастаясь из малого городка, трансформировался в полосовидно-компактную городскую структуру [95]. Анализируя г. Воронеж с его населенными пунктами-спутниками (п. Шилово, п. Малышево, п. 1 Мая, п. Придонской, п. Подгорное, п. Ямное, п. Графское, п. Сомово, п. Никольское, п. Масловка), в первом приближении можно говорить об устойчиво сложившейся агломерации, имеющей тенденцию сращивания населенных пунктов-спутников с центром. В системе застроенного городского ядра почвенный покров сильно трансформирован, во время антропогенного освоения территории произошло интенсивное его изменение с формированием техногенных форм рельефа, и в настоящее время в большинстве своем он представлен современными м урбаноземами [91, 117]. Функционально-планировочная структура города, сложившаяся в процессе его развития, имеет следующие элементы [37]: зону жилой и общественной застройки (55% общей площади города), промышленную и научно-проі.зводственную зону (22%), транспортную зону (12%), зону санирующих устройств и сооружений (1%), рекреационную зону - парки, скверы, лесопарки (10%). Площадь застроенной части города составляет более 200 км , на которой проживает более 800 тыс. человек. Основные автотранспортные магистрали представлены на рис. 2.1: Левобережная часть города. Основной составляющей транспортной инфраструктуры левобережья является автодорожная связка ул. Богдана Хмельницкого - Ленинского пр-та - ул. Лебедева - ул. Новосибирской (1). На нескольких участках имеются дублирующие ее параллельные автодороги: на участке от ул. Димитрова до ул. Героев Стратосферы - ул. Ленинградская (2); на участке от ул. Димитрова до ул. Менделеева - ул. Волгоградская (3). Однако наличие участков дублирования не снижает транспортную Ч» нагрузку основной магистрали (1) левобережья. Имеется три автомобильных мостовых перехода через Воронежское водохранилище: Северный (5), Чернавский (6) и Вогресовский (7). Правобережная часть города. К основным автомагистралям с интенсивными потоками АТС можно отнести следующие автодорожные связки: ул. Ломоносова - ул. Октябрьской Революции - ул. Ленина - пр-т Революции - ул. Кирова - ул. Краснознаменная - ул. Острогожская (8).
Анализ автотранспортного потока на улично-дорожной сети г. Воронежа
Для характеристики ездового цикла, как отмечалось в п. 1.3, используется большое число параметров с целью всесторонней оценки его вида. При этом каждый из них определяет одну из сторон режима движения, часто они зависимы друг от друга, что затрудняет исследование их раздельного влияния на выброс. Оперирование в практической деятельности большим количеством параметров сложно, и поэтому предпочтительнее наличие единичного универсального показателя.
Частичным решением этого вопроса явилось использование Эстерманом М. [156] всего пяти параметров для оценки вида ездового цикла. К ним относятся: установившаяся скорость, ускорение, замедление, отношение времени холостого хода к времени движения, отношение времени движения с установившейся скоростью к времени движения. Их совокупность практически полностью определяет влияние цикла на выброс, но большое число возможных сочетаний заставляет прибегать к ограничениям и узкой типизации реальных условий движения.
Все эти пять параметров в той или иной мере определяют значение средней скорости движения автомобилей. Она часто используется в качестве параметра в исследованиях по безопасности, при проектировании дорог, классификации улиц, оценке качества дорожного движения [39...41] и т.д. Используется она и в качестве показателя выброса (п. 1.З.).
Для определения характера влияния средней скорости на изменение выброса и степени ее пригодности в качестве показателя автором были проведены экспериментальные испытания автомобилей на токсичность. Их результаты при различных режимах движения представлены на рис. 2.4. С ними согласуются данные по выбросам, полученные при анализе материалов исследований Буданова Г.Ф., Самойленко Б.А., Кутенева В.Ф., Жданова Л.С., и др. [65, 82, 97, 98].
На рис. 2.4 кривая 1 СО характеризует выброс окиси углерода автомобилем с карбюраторным двигателем при движении с постоянной скоростью, кривая 1 NOx - выброс окислов азота. Кривые 2 СО и 2 NOx -выброс окиси углерода и окислов азота при движении автомобиля по различным циклам, т.е. при неустановившемся режиме с большим количеством разгонов и замедлений, но с теми же значениями средней скорости. Строгая регламентация других параметров цикла в данном случае в задачу не входила. У дизеля (кривые 2 CO(d), 2 NOx(3)) изменение выброса этих веществ от скорости меньшее. Можно отметить, что выброс окислов азота от скорости практически не зависит у автомобилей с карбюраторными двигателями, а минимальное значение выброса окиси углерода у них наблюдается при скоростях движения, больших 40 км/ч, при которых его изменение уже несущественно.
Как видно из рис. 2.4. на величину выброса значительное влияние оказывают режимы разгонов и замедлений. При скорости движения 40...50 км/ч выброс окиси углерода при наличии этих режимов увеличивается более чем в 2 ра а по сравнению с выбросом на режиме постоянной скорости. Выброс окислов азота соответственно возрастает в 1,4 раза. По данным Людвига Ф.Л. [164] выброс окиси углерода легковым автомобилем при движении с постоянной скоростью 24 км/ч составляет 0,3 г. При замедлении со скорости 48 км/ч до остановки и последующем разгоне до этой скорости с ускорением 2 м/с автомобиль выбрасывает 8 г окиси углерода на одинаковой длине участка при этих двух режимах. И хотя в обоих случаях средняя скорость одинакова, выброс резко отличается. При проведении экспериментальных исследований [65, 82] изменения приведенного выброса загрязняющих веществ автомобилем ГАЗ-2402, в частности, были получены значения: при скорости движения 30 км/ч - на установившемся режиме 51,45 г/км; на неустановившемся - 96,20 г/км; при скорости 40 км/ч выброс соответственно был равен 34,53 г/км на установившемся и 79,94 г/км на неустановившемся.
Здесь, во-первых, можно отметить, что минимальное значение пробегового выброса соответствует разгону автомобиля с места до скорости 60 км/ч (средняя скорость 30 км/ч). При меньших и больших значениях Vp, выброс растет. Во-вторых, на неустановившихся режимах он превышает выброс при движении с постоянной скоростью в 2...10 раз, причем это превышение растет с увеличением средней скорости. Следовательно, уменьшение количества разгонов и замедлений при общей достаточно высокой средней скорости может значительно уменьшить выброс загрязняющих веществ.
Таким образом, средняя скорость движения не может однозначно характеризовать величину выброса загрязняющих веществ автомобилями и служить универсальным показателем токсичности. Существенную роль в изменении выброса играет наряду со скоростью степень неравномерность движения. Поэтому показатели изменения выброса должны быть разработаны на основе необходимых (скорость движения) и достаточных (степень неравномерности) условий, чтобы адекватно отражать влияние режима движения на загрязнение воздуха транспортными источниками путем оценки их ездовых циклов.
Оценка интенсивности движения и транспортной нагрузки
Протяженность автомобильных дорог (АД) в России в настоящее время [76] превышает 900 тыс. км, при чем треть их имеет шлаковое или булыжное покрытие, 10% - грунтовые дороги. Плотность АД общего пользования составляет 25 км/км , при чем свыше половины автодорог не справляются с грузо- и пассажиропотоками. Потребность России в новых АД оценивается в 2 млн. км [107].
На внутреннем рынке перевозок функционируют свыше 400 тыс. субъектов деятельности [76]. В целом автотранспортная деятельность, в настоящее время, имеет низкую эффективность со среднедневной протяженностью грузопробега [76] -24 км. Обновление подвижного состава АТС составляет 2% в год против 10%, положенных по нормативу [98].
В последнее время ежегодный прирост парка АТС РФ составляет около 1,3 млн. единиц [1]. На 1000 жителей России приходится более 100 АТС. Наша страна вступила в стадию «взрывного роста», которая, ожидается, как показывает опыт промышленно развитых стран, и будет продолжаться до уровня насыщения 300-400 а/м на 1000 чел. [77].
Улично-дорожная сеть (УДС) страны не соответствует фактической интенсивности автотранспортных потоков. Плотность УДС в крупных городах, которая по нормам должна составлять 2,2-2,4 км/км , не превышает 1,5-1,6 км/км2 [76]. Техническое и эксплуатационное состояние АД является неудовлетворительным, что сказывается на характере движения и его безопасности. Интенсивным ростом автомобилизации в большой степени можно объяснить не только состояние городского транспорта, но и образ жизни населения. Развитие транспортной инфраструктуры явно отстаёт от возросших транспортных потоков из-за нехватки средств, непонимания важности общей проблемы, только частичного внедрения проектных предложений. Россия в настоящее время обязана во всех сферах жизни, в том числе и в городской транспортной системе, применять требования ЕС, а саму систему развивать по принципам устойчивого развития. Способы решения возникающих проблем должны быть обоснованы и оценены не только по техническим параметрам, но и с учётом социально-экономических и экологических последствий. Ученые Германии, Великобритании, Дании, Швеции, Польши, Канады городскую транспортную систему понимают как совокупность средств передвижения, технической инфраструктуры, информационных мер и регулирования движения для перевозки населения и грузов на городской территорий и за 2ё пределами [110, 158... 160]. Munh Н. [168], Molt W. [167], Kellermann Р. [163] констатируют, что система передвижений функционирует в конкретной антропогенной и природной среде, социальной, экономической системе и подлежит их влиянию. Подвижность населения в странах Европы за последние десятилетия мало изменялась и составляла в среднем 3 поездки в сутки на одного жителя [157]. Упомянутые тенденции указывают необходимость создания стратегии долголетнего развития улично-дорожной сети (УДС), что обеспечит возможность перераспределения транспортных потоков в УДС крупных городов, уменьшит транспортные потоки в центральных частях городов и тем самым уменьшит антропогенную нагрузку на экосистемы урбанизированных территорий [61, 154]. $ Автотранспортные потоки на УДС города, как отмечается в работах [76, 97], являются значительной составляющей антропогенной нагрузки на геоэкосистему урбанизированных территорий в ходе обеспечения жизнедеятельности населения и напрямую зависят от: плотности населения, количества рабочих мест и их расположения на территории города. Особое внимание обращается на плотность УДС, как первоначального показателя технической инфраструктуры, уровня её развития. Моделирование устойчивой транспортной системы начинается с оценки существующей ситуации. На следующем этапе производится сбор данных на год прогноза. Используя данные существующей ситуации, устанавливаются соотношения между факторами, влияющими на транспортную систему города, и прогнозируется развитие устойчивой транспортной системы в будущем. Взаимосвязи между анализируемыми транспортными факторами города [154] представлены на рис. 2.5. Изменения плотности УДС (А) в 75,3 % случаях зависит от изменения плотности рабочих мест (С) и пассажиропотоков в автобусах и микроавтобусах (F), и личного автотранспорта (Н). Достоверность данной модели, рассмотренной в работах [159,160, 163] равна 98,5 %: Применение полученного уравнения позволяет моделировать транспортну ю систему с количеством населения в пределах от 500 тыс. до 1 млн. человек с удовлетворительной степенью достоверности. Вопросы теории автотранспортных потоков рассмотрены в монографиях [53, 139], а также [60, 61, 127], однако в этих работах рассматриваются не насыщенные автотранспортные потоки. В настоящее время необходимо учитывать что [97, 98]: УДС городов становятся сложными геометрическими комплексами; АТП часто находятся в критических предзаторовых состояниях; скорость движения на некоторых улицах городов снижается в часы пик до 8-Ю км/ч.
Улично-дорожная сеть, по которой перемещаются АТС, состоит из перегонов, перекрестков и системы управления. Поведение АТП на улично-дорожной сети определяется объективными и субъективными причинами: информацией о состоянии дорожного покрытия и окружающих АТС, близостью перекрестков, светофоров, наличием дорожной разметки или других элементов управления движения, причем мотивация поведения АТС зачастую зависит от удаленности от элементов управления дорожным движением.
Объем выбросов ЗВ, в отличие от расхода топлива, в настоящее время не документируется заводом-изготовителем. В связи с актуальностью экологических проблем автотранспорта вопросу оценки выбросов автомобильных ДВС посвящено большое количество работ. Наиболее полным источником данных по токсичности зарубежных АТС можно считать базу данных NOREM [166], по отечественным АТС данные неполные [128].
