Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Проблема загрязнения атмосферного воздуха в городах 8
1.1. Загрязнение атмосферного воздуха и экологические ситуации селитебных территорий. Загрязнение атмосферного воздуха автотранспортом 8
1.2. Система учета и нормирования загрязняющих веществ в атмосфере 27
1.3. Основные методы сокращения загрязнения атмосферного воздуха 33
1.4. Методы изучения загрязнения атмосферного воздуха и картографирование. Государственная система контроля за загрязнением атмосферного воздуха и уровни загрязнения атмосферного воздуха в городах 43
ГЛАВА II. Условия формирования качества . атмосферного воздуха на примере города чебоксары 60
2.1. Физико-географические и архитектурно-планировочные условия города (на примере г. Чебоксары) как совокупность факторов, влияющих на состояние атмосферного воздуха 60
2.2. Уровни загрязнения атмосферного воздуха в г. Чебоксары 75
2.3. Структура автотранспорта города Чебоксары и его вклад в загрязнение атмосферного воздуха 91
ГЛАВА III. Изучение влияния автотранспорта на экологическое состояние города чебоксары 121
3.1. Методика изучения автотранспортных воздействий на прилегающие территории 121
3.2. Структура полей загрязнения на автомагистралях города 128
Заключение 161
Список литературы 163
Приложение 178
- Загрязнение атмосферного воздуха и экологические ситуации селитебных территорий. Загрязнение атмосферного воздуха автотранспортом
- Система учета и нормирования загрязняющих веществ в атмосфере
- Физико-географические и архитектурно-планировочные условия города (на примере г. Чебоксары) как совокупность факторов, влияющих на состояние атмосферного воздуха
- Структура автотранспорта города Чебоксары и его вклад в загрязнение атмосферного воздуха
Введение к работе
Актуальность работы. В больших городах к числу основных источников загрязнения атмосферного воздуха относится автотранспорт. При этом динамика роста российского автомобильного парка является одной из самых высоких в мире на фоне отставания в развитии и техническом состоянии как парка автомобилей, в значительной мере представленного относительно старыми машинами, не соответствующими требованиям современных экологических стандартов, так и улично-дорожной сети, зачастую требующей реконструкции на базе новейшего опыта реализации архитектурно-градостроительных решений. С учетом того, что выбросы происходят непосредственно в приземном слое атмосферы в зонах, расположенных в жилой застройке, изучение закономерностей формирования экологической ситуации городов, обусловленной выхлопными газами, является весьма важной задачей.
Несмотря на широкий спектр научных и научно-прикладных работ, посвященных детальному изучению проблемы автотранспортного загрязнения, наличие определенного количества программ для расчетов рассеивания загрязняющих веществ, в том числе с учетом автотранспорта, в настоящее время еще нет универсальных разработок и схем, адекватно описывающих многочисленный ряд ситуаций. И это делает актуальным дальнейшие исследования в данной области. Модельной площадкой геоэкологических исследований по изучению влияния автотранспортных потоков на экологическое состояние городов была выбрана территория г.Чебоксары, характеризующаяся некоторой типовой совокупностью природно-хозяйственных условий, свойственной крупным региональным центрам Поволжья, что актуализирует научную и прикладную значимость представленных исследований для городов Чувашии и соседних регионов.
Целью диссертационной работы является изучение закономерностей загрязнения атмосферного воздуха от автотранспортных потоков в условиях городской застройки.
В связи с поставленной целью решались следующие задачи:
Оценка экологической ситуации на городской территории и выявление закономерностей её формирования;
Определение интенсивности автотранспортного потока на дорогах города;
Выявление и классификация основных архитектурных типов городской застройки относительно транспортных магистралей;
Выявление закономерностей формирования полей загрязнения в зависимости от типов застройки территории и интенсивности транспортных потоков.
Объект исследования: территория г. Чебоксары в зоне воздействия выбросов загрязняющих веществ от автотранспортных потоков.
Предмет исследования: закономерности формирования экологической ситуации на территории г. Чебоксары в зоне воздействия выбросов загрязняющих веществ от автотранспортных потоков.
Научная новизна работы. В ходе работы получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной и составляющие предмет защиты (защищаемые положения):
анализ геоэкологической ситуации городской территории, формирующейся под воздействием стационарных и передвижных источников выбросов на примере г. Чебоксары;
- закономерности пространственного распределения загрязняющих
веществ от автотранспорта в условиях городской застройки;
- методика изучения влияния автотранспортных потоков на структуру
полей загрязнения на городских автомагистралях;
- уточненные фактические фоновые концентрации оксида углерода и оксида азота для городских территорий.
Теоретической и методологической базой послужили труды ведущих отечественных и зарубежных ученых как в области геофизических исследований условий формирования загрязнения атмосферного воздуха, так и в области экологического картографирования: Безуглой Э.Ю., Берлянда М.Е., Волкодаевой М.В., Ивановой Е.И., Ивлевой Т.П., Сонькина Л.Р., Стурмана В.И., Храпаченко В.А. и др., а также собственные методические разработки автора. Помимо этого, методическая база исследования дополнена традиционными методами географических исследований: описательным, математико-статистическим, картографическим, экспедиционным.
Исходные материалы. Основой работы послужил фактографический материал, полученный автором в ходе полевых исследований 2004-2008 гг., материалы ведомств природно-ресурсного блока Чувашской Республики, г. Чебоксары, тематические разделы государственной статистики. Достоверность полученных результатов обоснована использованием большого объёма инструментальных данных, полученных с помощью сертифицированного автоматического микропроцессорного газоанализатора «ГАНК 4».
Практическая значимость работы. Полученные данные использовались отделом транспорта и связи администрации города Чебоксары, при разработке Программы по перспективному развитию транспортной системы в г. Чебоксары на 2005 - 2007 годы и до 2010 г., а также Министерством природных ресурсов и экологии Чувашской Республики при разработке и реализации мероприятий республиканской целевой программы «Повышение экологической безопасности в Чувашской Республике на 2006 — 2011 годы» и при подготовке ежегодных докладов о состоянии окружающей среды Чувашской Республике. Они могут быть использованы при архитектурно-планировочном развитии в других крупных городах. Кроме этого материалы исследования использованы при разработке рабочих программ и лекционных курсов по следующим
дисциплинам: «Общая экология», «Экология Чувашской Республики», «Урбоэкологическое планирование и проектирование», «Экология Российской Федерации».
Апробация работы. Основные положения, научные и
экспериментальные результаты докладывались и обсуждались на
конференциях: Межведомственная региональная научно-практическая
конференция в Филиале Российского государственного социального университета «Молодежь в современной России: социально-экономические проблемы и пути их решения» (Чебоксары 2004г.); Всероссийская научная конференция по геологии, географии и глобальной энергии (Астрахань 2006г.), II Международная научная конференция «Проблемы природопользования и экологическая ситуация в Европейской России и сопредельных странах» (Белгород 2006 г.); III Международная научная конференция «Проблемы природопользования и экологическая ситуация в Европейской России и сопредельных странах» (Белгород 2008 г.). По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ, из них 2 в изданиях, рекомендованных ВАК.
Личный вклад автора заключается в сборе и статистической обработке самостоятельно полученных данных, в проведении исследований по теме диссертационной работы, анализе результатов, формулировании выводов и разработке практических рекомендаций по оценке загрязнения атмосферы в условиях городской застройки от автотранспорта.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы, приложения. Объем диссертации составляет: 177 страниц машинописного текста, включая приложения, 127 рисунков, 51 таблицу. Список литературы, использованной в работе, состоит из 133 наименований.
Загрязнение атмосферного воздуха и экологические ситуации селитебных территорий. Загрязнение атмосферного воздуха автотранспортом
Изучению проблем загрязнения атмосферного воздуха посвящено большое количество геоэкологических и иных научных исследований, касающихся проблем формирования локального и глобального загрязнения.
В зарубежных странах и в нашей стране уделяется довольно большое внимание вопросам прогнозирования загрязнения воздуха и предотвращения опасных концентраций вредных примесей в приземном слое атмосферы в неблагоприятные периоды. В нашей стране большое внимание данному вопросу было уделено Главной геофизической обсерваторией им.А.И. Воейкова в отделе исследования атмосферной диффузии и загрязнения воздушного бассейна под руководством М.Е.Берлянда и Л.Р.Сонькина, а также других исследователей [4,10,107,39], изучению условий образования высокого уровня загрязнения атмосферного воздуха, связи между загрязнением и метеопараметрами посвящены ряд работ Безуглой Э.Ю., Ивановой Е.И., Ивлевой Т.П., Храпаченко В.А., Волкодаевой М.В. [11].
В работах Сонькина Л.Р., Ивановой Е.И., рассматривается физико-статистическая связь между загрязнением атмосферы и метеопараметрами с целью прогноза загрязнения атмосферы.
Серия работ посвящена влиянием атмосферных процессов [4,6,8,107,129], расчетам рассеивания загрязняющих веществ [6,10,23,24,107,130], методам сокращения вредного воздействия [45,97,101,102], оценкам влияния на здоровье населения [86,123,125].
В первой главе показана актуальность решения проблем загрязнения атмосферного воздуха и рассмотрены основные источники загрязнения. Дана классификация основных типов загрязнителей воздушной среды. Рассмотрена существующая система учета и нормирования загрязняющих веществ в атмосфере, методы сокращения уровней загрязнения, особенно в периоды неблагоприятных метеорологических условиях. Описана существующая государственная система мониторинга за загрязнением атмосферного воздуха и кратко затронуты проблемы довольно высокого уровня загрязнения атмосферного воздуха в городах.
Анализ изученной литературы показывает, что значительная роль в загрязнении атмосферного воздуха городов приходится на автомобильный транспорт и эта доля с каждым годом заметно увеличивается в связи с довольно большими темпами автомобилизации. Некоторое снижение темпов в развития в промышленности привел к довольно заметному уменьшению вредных выбросов в атмосферу, однако, это уже с лихвой заменили выхлопы отработавшие газы автомобилей. Причем, наблюдающееся увеличение темпов промышленного производства и увеличение общего количества автомобилей может привести к довольно негативным последствиям. Автомобильный транспорт, кроме того, загрязняет окружающую среду непосредственно в зоне проживания (зоне дыхания). Таким образом, автомобили становятся важнейшим фактором в формировании качества атмосферного воздуха в городах и естественно является основным фактором, формирующим здоровье.
Существующая система государственного мониторинга не в состоянии адекватно отследить складывающуюся картину в крупномасштабном аспекте, а ставит задачу изучения экологических ситуаций на конкретных примерах. Изучение, а также улучшение качества воздуха становится одной из приоритетных задач в улучшении жизни населения. Это и обусловило тему наших исследований. На территориях, составляющих Приволжский федеральный округ в 2006 г. образовалось около 6 млн. т выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух, в том числе 3 млн. т от автотранспорта.
Опасно обострившийся еще в XX веке конфликт между деятельностью человека и возможностями природы привел к критическим пределам нагрузки на биосферу и все чаще раздаются голоса, что если не принять меры, то природа не сможет самовосстановиться и начнется необратимый процесс самоуничтожения всего живого.
В настоящее время значительная часть населения Российской Федерации проживает на территории, где состояние атмосферного воздуха не соответствует гигиеническим нормативам.
Масштабы антропогенного воздействия на атмосферный воздух значительны и приобрели актуальность с точки зрения изменений в среде обитания человека и экологических последствий не только для крупных промышленных, но и для малых городов [123].
Под воздействием повышенных, по сравнению с гигиеническими нормативами, концентраций вредных веществ продолжает проживать около 30 млн. человек в крупных и средних городах Российской Федерации с развитой промышленностью и автотранспортом.
Большая часть населения подвергается воздействию высоких концентраций взвешенных веществ, бенз(а)пирена, формальдегида, углеводородов, бензола, сероводорода, меркаптана, свинца, оксидов азота, углерода, сернистого ангидрида. Почти в половине субъектов Российской Федерации регистрируются превышения концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе, составляющие более 5 ПДК (Республика Марий Эл, Новосибирская область, Республика Северная Осетия - Алания, Кемеровская область, Псковская область, Республика Калмыкия, Саратовская область, г.Москва, Мурманская, Рязанская, Липецкая, Свердловская, Волгоградская области) [87].
Система учета и нормирования загрязняющих веществ в атмосфере
Загрязнение атмосферного воздуха продолжает оставаться одним из главных факторов риска для здоровья населения, несмотря на выраженную тенденцию уменьшения числа проб с превышением предельно-допустимых концентраций вредных веществ. Приоритетными загрязнителями атмосферного воздуха остаются: пыль, оксиды азота, оксид углерода, формальдегид, углеводороды [46, 54,84,123].
Большой вклад в загрязнение атмосферного воздуха дает автомобильный транспорт. В условиях крупных городов именно выбросы автотранспорта создают загрязнение приземного слоя [110].
Во многих городах мира концентрации вредных веществ в воздухе, создаваемые выбросами автотранспорта, превышают допустимые стандарты качества атмосферного воздуха.
Также и в большинстве крупных городов нашей страны уровень загрязнения воздуха превышает нормативы предельно допустимых концентраций. В связи с этим проблема снижения негативного воздействия автотранспорта на здоровье людей, воздушный и водный бассейны, растительный и животный мир, почвы весьма актуальна.
Уровень загрязнения воздуха вредными примесями зависит не только от количества выбросов вредных веществ, но и в большей степени от условий рассеивания примесей в атмосфере. При определенных метеорологических условиях концентрации примесей в воздухе увеличиваются и могут достигать опасных значений. В нашей стране гигиеническими нормативами допустимого содержания в атмосфере вредных веществ являются предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе населённых пунктов, исходя из гигиенических требований и внедрены в практику природоохранной деятельности с 1939 г. В действующие нормативы включены более 2500 различных веществ, которые могут содержаться в продуктах питания, в воздухе, почве, воде. Они отражены в утвержденных нормативных документах [4, 9, 91, 93].
ПДК - максимальная концентрация примеси в атмосфере, отнесённая к определённому времени осреднения, которая при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни человека не оказывает на него вредного воздействия, включая отдалённые последствия, а также на окружающую) среду. Эта величина обоснована клиническими и санитарно-гигиеническими исследованиями и носит законодательный характер.
В Российской Федерации, как правило, ПДК соответствуют самым низким значениям, которые рекомендованы ВОЗ. Устанавливаются два значения норматива: максимальная разовая в пределах 20-30 мин и среднесуточная величина ПДК. Для основных загрязнителей эти величины равны в мг/м3: NO2-0,4 (0,2); SO2-0,3 (0,005); Cl-0,1 (0,03); СО-3,0 (1,0), сажа-0,15 (0,05). Максимальная разовая ПДК не должна приводить к неприятным рефлекторным реакциям человеческого организма (насморк, неприятый запах и пр.), а среднесуточная — к токсичному, канцерогенному и мутагенному воздействию.
В табл. 1.4 приведено влияние загрязнителей на состояние атмосферы. При оценке состояния загрязнения воздуха средние концентрации примеси за месяц (год) сравниваются с ПДКс.с. длительного действия, концентрация, осредненная за 20 мин., сравнивается с максимальными разовыми ПДКм.р. Минздравом разработаны и утверждены ПДК для населенных мест на несколько сотен веществ, в нашей стране также действуют ПДК и для растений.
Физико-географические и архитектурно-планировочные условия города (на примере г. Чебоксары) как совокупность факторов, влияющих на состояние атмосферного воздуха
Во второй главе рассмотрены особенности физико-географического положения г. Чебоксары, архитектурно-планировочные условия, которые влияют на качество приземного слоя атмосферного воздуха, показаны уровни загрязнения атмосферного воздуха. Также, рассмотрена структура автотранспорта, интенсивность автотранспортных потоков, выбросы загрязняющих веществ и его вклад в загрязнение атмосферного воздуха города.
Физико-географические особенности обуславливают в целом по городу довольно высокие степени воздухообмена приземных слоев атмосферы и довольно сильно влияют на формировании экологической ситуации на территории города.
Город Чебоксары — столица Чувашской Республики расположен на правом берегу р. Волга.
Чувашская Республика расположена в центре Европейской части Российской Федерации на востоке Восточно-Европейской равнины, в Среднем Поволжье между Волгой на севере, Сурой на западе и Свиягой на востоке, занимает территорию 18,3 тыс. км" (0,107% территории Российской Федерации) и входит в состав Приволжского федерального округа. На западе граничит с Нижегородской областью, на севере - с Республикой Марий Эл, на востоке - с Республикой Татарстан, на юге — с Ульяновской областью, на юго-западе — с Республикой Мордовия (рис. 2.1.) Территория республики расположена между 54381 и 5620 северной широты и 46 и 4827 восточной долготы. Основная часть Чувашской Республики расположена на правобережье реки Волга. С севера на юг она протянулась на 190 км, а с запада на восток - на 160 км [1,2]. Республика поделена на 21 административный район, имеет 9 городов, 8 поселков городского типа, 1723 сельских населенных пункта. Из них наиболее крупные: Чебоксары (452 тыс. чел.), Новочебоксарск (126 тыс. чел), Канаш (около 56 тыс. чел.), Алатырь (около 47 тыс. чел.), Шумерля (около 42 тыс. чел.) [2,4].
Г. Чебоксары в геоморфологическом отношении расположен в пределах Приволжского плато (геоморфологическая структура крупного порядка). Абсолютные отметки в пределах города изменяются от 63 до 192 м. Отличительной особенностью городской территории является сильная расчлененность (вертикальная и горизонтальная) рельефа речной сетью, оврагами, балками. В рельефе выделяются следующие морфологические элементы (мезоструктуры): плато, береговые склоны рек Волга, Чебоксарка, Сугутка, Трусиха, Кайбулка, Малая Кувшинка, Шалмас и Кукшум, осложненные оврагами, а также поймы и надпойменные террасы.
Пойменная терраса р. Волги (QIVj) сохранилась на левом берегу, в Заволжье. Абсолютные отметки составляют от 63 до 90 м, уклоны поверхности 3-5%. Фрагменты пойменных террас встречаются в долинах рек Чебоксарка, Кайбулка. Абсолютные отметки составляют 65-70 м. I, II надпойменные террасы р. Волга (QUI нерасчлененные) опоясывают плато в виде полосы шириной соответственно 20-40 м и от 20 до 200 м, от полого- до круто наклонных, с абсолютными отметками соответственно 60-70 м и от 70 до 100 м, осложнены овражно-балочной сетью. Средние уклоны составляют порядка 5-8%. Склоны оврагов имеют уклоны 10-20%.
Водораздельное плато, как самый возвышенный элемент рельефа, имеет высоту над р. Волгой 40-100 м (абс. отм. от 100 до 190 м). Уклоны поверхности составляют преимущественно 3-5%).
Правобережный волжский берег условно делится на Восточный и Западный косогоры. Восточный участок протягивается от Чебоксарского залива до Якимовского оврага. Здесь широко развиты оползни, которые имеют 2-3 яруса с отметками ступеней от 55 до 125 м. Абсолютные отметки бровки склона 130-135 м, уклоны 25-40, наблюдаются многочисленные выходы родников.
Западный участок протягивается от Чебоксарского залива до с. Заовражного, отметка бровки склона 100-120 м, уклоны 20-22. Здесь прослеживается одна ступень оползней с абс.отм. 65-75 м.
На обоих участках наблюдаются осыпи на хорошо дренированных склонах. Уклоны осыпных склонов достигает 45, высота 50-60 м.
В основании берегового склона р. Волга прослеживается бечевник шириной 20-50 м, уклонами 10-15 [2].
Структура автотранспорта города Чебоксары и его вклад в загрязнение атмосферного воздуха
В городе Чебоксары, как и в большинстве других крупных городов России к основным источникам загрязнения атмосферного воздуха относится автотранспорт. Негативное воздействие автомобильного транспорта на окружающую среду постоянно растет и в г. Чебоксары составляет около 67 % [61,65, 67,69,71,94,125].
Автомобильный транспорт в г.Чебоксары — источник загрязнения воздушной среды и в отличии от промышленности имеет свои особенности. Автомобиль является движущимся источником загрязнения, широко встречающимся в жилых районах и местах отдыха. Между автомобильными дорогами и жилыми домами очень часто отсутствует санитарная зона разрыва с зелеными насаждениями, которые способны улавливать значительное количество пыли, снижать шум, участвовать в процессах газообмена и улучшать микроклимат, однако, не участвуют в химических процессах с оксидами углерода и оксидами азота [98]. Особенности передвижных источников приводят к тому, что автотранспорт может создавать в городе обширные зоны с устойчивым превышением санитарно-гигиенических нормативов. Вдоль дорог с интенсивным движением автотранспорта не только уменьшается содержание кислорода в воздухе, но и происходит насыщение вредными веществами автомобильного выхлопа. Особенностью автомобильных выбросов является также то, что они загрязняют воздух на высоте человеческого роста, и эти соединения поступают в воздух практически в зоне дыхания человека и слабо разбавляются в атмосфере [47].
Наблюдающееся в последнее время резкое увеличение парка автотранспорта приводит к значительному ухудшению экологической обстановке в городах.
За почти двадцатилетний постсоветский период в автотранспортном парке г.Чебоксары произошли существенные количественные и качественные изменения, характерные для периода интенсивной автомобилизации крупных городов России. Основные показатели автомобилизации в г.Чебоксары приведены в табл. 2.4.
По данным ГИБДД МВД ЧР численность официально зарегистрированных автомобильных средств в г.Чебоксары в начале 2008 года достигла 74400 ед. и увеличилась почти в четыре раза по сравнению с 1990 годом.
Реальное количество постоянно находящегося на территории г. Чебоксары значительно больше. Это объясняется введением обязательного страхования автогражданской ответственности. Многие автовладельцы перерегистрировали свои автомобили в районы республики в связи с более дешевыми тарифами. Этим отчасти можно объяснить снижение темпов прироста автомобилей [125].
На фоне количественного роста меняются и качественные характеристики автомобилизации. Довольно заметно происходит замена отечественных автомобилей импортными. При постоянном росте числа автомобилей наблюдается увеличение относительной доли отрицательного воздействия автотранспорта на окружающую среду и человека. Развитие этого фактора является основанием для решения проблемы по повышению экологических характеристик автомобильного парка. Одним из путей снижения этой проблемы является организация природоохранной работы в сфере контроля нормирования выбросов в атмосферу от автотранспорта. Важное значение имеет технический контроль за содержанием выхлопных газов. Для этого в г. Чебоксары ежегодно, согласно постановлению главы администрации г. Чебоксары, проходит «Операция Чистый воздух». В соответствии с требованиями ст. 45 Федерального закона РФ «Об охране окружающей среды» №7-ФЗ от 10.01.2002 г. все предприятия, осуществляющие эксплуатацию автомобильных и иных, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду, транспортных средств, обязаны соблюдать нормативы допустимых выбросов, принимать меры по нейтрализации и снижению этого воздействия.
Как выяснилось, не все предприятия, эксплуатирующие автотранспорт имеют газоанализаторы и дымомеры выхлопных газов, (по исследованиям автора и [125,133]). Поэтому выявляется довольно большой процент машин не соответствующих требованиям ГОСТ Р 17.2.02.06-99 Охрана природы АТМОСФЕРА Нормы и методы измерения содержания оксида углерода и углеводородов в отработавших газах газобаллонных автомобилей, ГОСТ Р 52033-2003 «Автомобили с бензиновыми двигателями. Выбросы загрязняющих веществ с отработавшими газами. Нормы и методы контроля при оценке технического состояния» и ГОСТ Р 52160 - 2003 «Автотранспортные средства, оснащенные двигателями воспламенением от сжатия» [15,16,17,19,20,21]. Для проведения замеров загрязняющих веществ в отработавших газах автотранспорта использовался автоматический газоанализатор «Автотест».
