Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Атотранспорт, как источник загрязнения атмосферного воздуха 14
1.1 Автомобильные выбросы и тенденция их изменения 14
1.2 Состав выбросов вредных (загрязняющих) веществ в отработавших газах 28
1.3 Реакция человеческого организма на загрязнение атмосферного воздуха выбросами автотранспорта 40
1.4 Гигиенические критерии качества атмосферного воздуха, принятые в РФ и ЕС 45
ГЛАВА 2 Современные подходы к расчету выбросов вредных загрязняющих веществ от автотранспорта и методам оценок загрязнения атмосферного воздуха выбросами автотранспорта. Методика исследования 54
2.1 Методология расчетов выбросов в Евросоюзе 54
2.2 Методология расчетов выбросов в РФ 68
2.3 Математическое моделирование процессов рассеяния вредных (загрязняющих) веществ в атмосферном воздухе 74
2.4 Подход к выполнению исследования. Характеристика использованного материала 89
2.4.1 Существующие методы оценок характеристик атмосферного воздуха выбросами автотранспорта 89
2.4.2 Характеристика использованного материала 118
ГЛАВА 3 Методика расчета годовых выбросов автотранспорта в регионах РФ 120
3.1 Анализ структуры и возраста основных категорий автотранспорта 120
3.2 Расчет суммарных годовых выбросов вредных (загрязняющих) веществ 124
3.3 Определение среднегодовых пробегов различных категорий автотранспортных средств 135
3.4 Оценка выбросов автотранспорта в различных регионах РФ 151
ГЛАВА 4 Метод оценки загрязнения атмосферного воздуха выбросами автотранспорта 157
4.1 Нормирование выбросов автотранспорта, расположенного на производственной площадке 157
4.2 Метод обследовани структуры и интенсивности атранспортного потока и расчета выбросов на автомагистралях 164
4.3 Сводные расчеты загрязнения атмосферного воздуха как инструмент оценки вкладов выбросов автотранспотрта в загрязнение атмосферного воздуха 174
4.4 Анализ влияния выбросов автотранспорта на уровень загрязнения атмосферного воздуха вблизи отдельных автомагистралей 182
4.5 Метод расчета выбросов автотранспорта вблизи регулируемого
перекрестка и оценки их воздействия на атмосферный воздух 192
ГЛАВА 5 Методология оценки эффективности мероприятий по снижению вклада автотранспорта в загрязнение атмосферного воздуха . 221
5.1 Комплекс мер по снижению выбросов автотранспорта 221
5.2 Технические меры по снижению выбросов автотранспорта в странах ЕС 228
5.3 Организационно-технические и планировочно-градостроительные меры по снижению выбросов автотранспорта в странах ЕС 237
5.4 Применения комплексных (сводных) расчётов в РФ для оценки эффективности технических мер по уменьшению выбросов автотранспорта в городах РФ 241
5.5 Применения комплексных (сводных) расчётов загрязнения атмосферы для оценки эффективности организационно-градостроительных мероприятий 267
5.6 Методология оценки эффективности мероприятий по снижению
вклада автотранспорта в загрязнение атмосферного воздуха 283
Заключение 290
Список литературы
- Автомобильные выбросы и тенденция их изменения
- Математическое моделирование процессов рассеяния вредных (загрязняющих) веществ в атмосферном воздухе
- Анализ структуры и возраста основных категорий автотранспорта
- Нормирование выбросов автотранспорта, расположенного на производственной площадке
Введение к работе
Актуальность темы
Экологическая оценка условий жизнедеятельности людей становится всё более востребованной и распространяется на всё более широкий круг компонентов среды обитания. При выборе людьми места проживания и работы, продуктов питания, одежды, бытовых приборов и т.д. всё большую, а, иногда, и определяющую роль играют экологические требования. Требования к качеству атмосферного воздуха отличаются от экологических требований ко многим другим компонентам среды обитания тем, что для большинства жителей городов выполнение этих требования в индивидуальном порядке практически невозможно. Действительно, отдельный человек может купить продукты, воду, одежду и бытовые приборы, удовлетворяющие определённым гигиеническим стандартам, но, вряд ли, в быту могут получить широкое распространение противогазы и маски, обеспечивающие необходимую чистоту вдыхаемого воздуха. Использование бытовых воздухоочистителей связано с ощутимыми расходами на их приобретение, установку и эксплуатацию и сопряжено с рядом побочных эффектов, которые, часто, могут вызвать сомнения в целесообразности их применения.
Атмосферный воздух, как никакой другой компонент среды обитания, требует управления действиями по его охране на уровне городов и других населенных пунктов (далее, городов). В больших городах к числу основных источников загрязнения атмосферного воздуха относится автотранспорт. Отходящие газы двигателей содержат сложную смесь из более двухсот компонентов, среди которых немало канцерогенов. Вредные вещества поступают в воздух практически в зоне дыхания человека. Поэтому автомобильный транспорт следует отнести к наиболее опасным источникам загрязнения атмосферного воздуха, для оценки выбросов которого и воздействия на атмосферный воздух необходим научно обоснованный подход.
Охрана атмосферного воздуха является основной целью Федерального Закона "Об охране атмосферного воздуха" (№ 96-ФЗ от 04 мая 1999 г.). Закон направлен на решение таких задач как сохранение чистоты и улучшение состояния загрязнения атмосферного воздуха, предотвращение и снижение вредных воздействий на атмосферу, вызывающих неблагоприятные последствия на здоровье людей, растительный и животный мир. В статье 3 ФЗ № 96-ФЗ говориться о необходимости системного и комплексного подхода, как одного из основных принципов государственного управления в области охраны атмосферного воздуха.
Данная работа посвящена проблемам оценки выбросов и загрязнения атмосферного воздуха выбросами автотранспорта и возможным путям ее решения. В работе проанализировано состояние загрязнения воздуха в различных городах, разработаны методы оценки выбросов автотранспорта, как суммарных годовых, так и максимальных; предложена методология оценки эффективности мероприятий по снижению выбросов автотранспорта для улучшения качества атмосферного воздуха.
В диссертации представлено обобщение выполненных автором в 1987-2008 годах исследований в области создания научно-методических основ оценки воздействия автотранспорта на атмосферный воздух.
Быстрый рост численности автомобильного парка усиливает сопутствующие автомобилизации негативные процессы, особенно остро проявляющиеся в крупных городах. Средний уровень автомобилизации в стране на конец 2007 г. достиг 250 автомобилей на 1000 жителей, по легковым автомобилям - 207 ед. на 1000 жителей. В крупных и крупнейших городах России он значительно выше: в Москве на 1000 жителей приходится более 350 автомобилей, в том числе легковых - почти 300. Сравним эти показатели с данными ООН: США - 800 машин на тысячу жителей, Франция и Германия — 600, Великобритания - 550, Нидерланды - более 500, Белоруссия - 200 [71, 106, 107].
Мировым парком автомобилей ежегодно выбрасывается в атмосферу свыше 300 млн. тонн загрязняющих веществ, в том числе: оксида углерода -260 млн. т, летучих органических соединений - 40 млн.т, оксидов азота — 20 млн. т [107].
Во многих городах России выбросы автотранспорта преобладают над выбросами стационарных источников. Так, например, в Москве в 2007 году автотранспортом было выброшено 1073 тыс. т вредных веществ. Вклад автотранспорта в суммарные выбросы составил 92,5%, в том числе: оксида углерода - 93,6%, оксидов азота - 85%, углеводородов - 89,8%. К крупным городам с определяющим вкладом выбросов автотранспорта относятся в первую очередь: Санкт-Петербург, Екатеринбург, Омск, Ростов-на-Дону. Особо следует сказать о курортных городах, таких как Сочи, Кисловодск, где автотранспорт является основным источником загрязнения воздуха. Выбросы автотранспорта в этих городах составляют более 95 % от суммарных выбросов [90].
Во многих городах, как нашей страны, так и мира концентрации вредных веществ в воздухе, создаваемые выбросами автотранспорта, превышают стандарты качества атмосферного воздуха. 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 от условий рассеивания примесей в атмосфере.
Полное решение проблемы уменьшения загрязнения воздуха автотранспортом зависит, в первую очередь, от технических мероприятий, касающихся повышения экологичности каждого автомобиля и уменьшения токсичности автомобильных выбросов. Это - долгосрочная программа, требующая больших материальных затрат и времени. Определить целесообразность и достаточность тех или иных технических и организационных мероприятий по снижению выбросов автотранспорта позволяют модельные расчеты загрязнения атмосферного воздуха с учетом информации о существующих уровнях загрязнения воздуха в городах и мероприятий по снижению выбросов автотранспорта. Однако в первую очередь необходимо оценить сами выбросы вредных загрязняющих веществ автотранспорта.
Обзор экологических программ, принятых в регионах и в крупных городах РФ, показал, что в рассмотренных программах, не нашли отражение задачи проведения сводных (комплексных) расчетов загрязнения атмосферного воздуха для прогноза результатов реализации определённых сценариев управляющих воздействий [60].
Разработка методологии оценки выбросов и загрязнения атмосферного воздуха, создаваемого автотранспортом в настоящее время является актуальной задачей.
Цель работы
Повышение качества атмосферного воздуха путем выбора наиболее эффективных мероприятий на основе методологии и методов оценки воздействия автотранспорта на атмосферный воздух.
Задачи исследований:
- разработка научно-методических основ оценки воздействия автотранспорта на атмосферный воздух;
- разработка метода расчета годовых выбросов вредных (загрязняющих) веществ (ЗВ) от автотранспорта для регионов РФ;
- совершенствование метода обследования автотранспортных потоков (АТП) и проведение натурных и статистических исследований АТП в городах РФ с различной интенсивностью движения;
- разработка метода расчета максимальных выбросов ЗВ от АТП вблизи регулируемых перекрестков и оценки их воздействия на атмосферный воздух;
- разработка метода расчета максимальных выбросов ЗВ от АТП на городских автомагистралях городов;
- выбор и обоснование метода расчета загрязнения атмосферного воздуха выбросами автотранспорта;
- расчет и анализ загрязнения, атмосферного воздуха как вблизи отдельных автомагистралей w перекрестков, так и в целом по городам с различной интенсивностью движения АТП, расположенным в разных климатических зонах;
- разработка методологии оценки эффективности мероприятий по снижению вклада автотранспорта в загрязнение атмосферного воздуха и обоснование применения данной методологии на конкретных примерах;
- анализ эффективности мероприятий по снижению выбросов автотранспорта с целью достижения нормативов качества атмосферного воздуха.
Объекты, предметы и методы исследования Объектами исследования являются выбросы различных категорий автотранспорта. Предметом исследования являются зависимости формирования приземных максимальных концентраций примесей в атмосферном воздухе от особенностей АТП в городах Российской Федерации. Основными методами исследования являются экспериментальные исследования и численное моделирование загрязнения атмосферного воздуха с использованием геоинформационных систем (ГИС).
Нормативно-информационная база
Законодательные нормативные акты Российской Федерации, международные нормативные акты, стандарты качества атмосферного воздуха населенных мест, отчеты о выполнении научно-исследовательских и изыскательских работ, периодические издания, книги, статьи отечественных и зарубежных авторов, диссертации, материалы научных конференций и др. Научная новизна работы заключается в следующем:
1 Разработан метод расчета годовых выбросов ЗВ в атмосферный воздух от автотранспорта с учетом возрастной структуры автотранспорта регионов, среднегодовых пробегов различных категорий автотранспортных средств, площадей территорий, плотности населения и дорог с твердым покрытием.
2 Разработан метод расчета максимальных выбросов ЗВ от АТП на городских автомагистралях и перекрестках с учетом экологической классификации автомобильной техники в зависимости от уровня выбросов ЗВ.
3 Проведены расчетные оценки и анализ полей максимальных концентраций примесей в городах РФ, расположенных в различных климатических зонах, с различной интенсивностью движения автотранспорта: Санкт-Петербург, Архангельск, Астрахань, Сыктывкар, Череповец (Вологодская обл.), Кириши (Ленинградская обл.), Губкин (Белгородская обл.).
4 Разработана методология оценки эффективности мероприятий по снижению вклада автотранспорта в загрязнение атмосферного воздуха.
5 Проведен анализ эффективности технических и организационно-градостроительных мероприятий с целью достижения нормативов качества атмосферного воздуха гг.Санкт-Петербург и Архангельск.
Практическая ценность и внедрение результатов работы
Методология оценки эффективности мероприятий по снижению выбросов автотранспорта - необходимый инструмент для принятия управленческих решений с целью улучшения качества атмосферного воздуха, позволяющая спрогнозировать результаты тех или иных мероприятий и выбрать из них наиболее оптимальный.
Результаты выполненных исследований представляют интерес для природоохранных органов; органов государственной власти; органов местного самоуправления; проектных организаций, разрабатывающих проекты транспортной инфраструктуры и генеральных планов развития городов; фирм, занимающихся оценкой воздействия хозяйственной деятельности , на атмосферный воздух и экологическим:мониторингом.
Результаты научных исследований послужили основой для разработки методических документов по охране атмосферного воздуха, в том числе "Методического пособия по расчету, нормированию и контролю выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух"- рекомендованному Управлением государственного экологического контроля Ростехнадзора к применению на территории РФг Ряд методик ("Методика определения выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух от автотранспортных потоков, движущихся по автомагистралям Санкт-Петербурга", "Методика расчета выбросов автотранспорта вблизи регулируемого перекрестка и; оценки их воздействия на атмосферный воздух Санкт-Петербурга", "Методика по проведению сводных расчётов на основе компьютерного банка данных о выбросах вредных (загрязняющих). веществ «Системы Эколог-город Санкт-Петербург»") утверждены распоряжением Комитета- по: природопользованию, охране окружающей среды и обеспечению; экологической безопасности .Санкт-Петербурга.
Расчеты выбросов v и полей приземных максимальных концентраций примесей, послужили основанием дляразработки комплекса мер по борьбе с загрязнением воздуха, автотранспортом в гг. Санкт-Петербург, Сыктывкар, Астрахань, Архангельск: и др., а также программы приоритетного финансирования. Правительства Санкт-Петербурга . по строительству и реконструкции. объектов; улично-дорожной сети Санкт-Петербурга на 2004-2008 годы. Результаты работы использовались в сводных томах «Охранах атмосферы и-предельно допустимые выбросы (ПДВ)» для вышеперечисленных городов.
Результаты исследований внедрены в практику атмосфероохранной деятельности и учебный процесс, что подтверждается соответствующими актами.
Достоверность результатов и выводов диссертации
Достоверность полученных результатов подтверждается корректным выбором методов исследований и. полнотой используемого фактического материала (данные наблюдений стационарных постов Государственной-службы наблюдений за состоянием окружающей среды; данные экспедиционных измерений концентраций примесей вблизи отдельных автомагистралей и перекрестков; данные расчетных концентраций примесей, полученные на основе реальных обследований параметров АТП в городах РФ; статистическая информация о: автомобильных парках, площадях территорий, плотности населения и дорог с твердым покрытием всех регионов Российской Федерации), а также высокими коэффициентами корреляции между расчетными и инструментальными значениями концентраций ЗВ.
Основные положения, выносимые на защиту:
1 Метод расчета годовых выбросов ЗВ в атмосферный воздух от автотранспорта с учетом возрастной структуры автомобильных парков регионов; среднегодовых пробегов различных категорий автотранспортных средств (АТС); площади территорий; плотности населения и дорог с твердым покрытием;
2 Метод расчета максимальных выбросов ЗВ в атмосферный воздух от АТП на городских автомагистралях и перекрестках с учетом экологической классификации автомобильной техники в зависимости от уровня выбросов ЗВ.
3 Обоснование использования математической модели по расчету концентраций в атмосферном воздуха вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий, для оценки загрязнения воздушного бассейна выбросами автотранспорта.
4 Зависимости формирования уровней загрязнения атмосферного воздуха от экологической классификации АТС, интенсивности АТП, численности населения, площадей и географического расположения городов.
5 Комплексное решение проблемы оценки воздействия автотранспорта на загрязнение атмосферного воздуха.
Апробация работы
Основные результаты диссертации докладывались на всероссийских и международных конференциях, семинарах, симпозиумах в 2000-2008 гг.: Третьей Международной Евроазиатской конференции по транспорту, (Санкт-Петербург, 12-15 сентября 2003 г.), Международной научно-технической конференции "Улучшение эксплуатационных показателей двигателей, тракторов и автомобилей" (Санкт-Петербург, 22-24 марта 2005г.), семинаре "Современные проблемы нормирования выбросов загрязняющих веществ в атмосферу в отраслях промышленности и транспорта" (Нижневартовск, декабрь, 2005 г.), Всероссийском семинаре «Реализация новых полномочий субъектов Российской Федерации в области охраны окружающей среды в связи с изменением федерального законодательства. Опыт Санкт-Петербурга» (Санкт-Петербург, 30-31 мая 2006 г.), Международной конференции "Приборостроение в экологии и безопасности человека»" (Санкт-Петербург, 31.01-02.02.2007 г.), Международной научно-практической конференции «Информационные технологии как основа управления в сфере рационального природопользования и охраны окружающей среды» (Санкт-Петербург, 29-30 ноября 2007 г.), 11-й Всероссийской конференции "Нормативно-методическое, техническое и информационное обеспечение воздухоохранной деятельности "Атмосфера-2008" (Санкт-Петербург, февраль 2008 г.), II международном конгрессе "Безопасность на дорогах ради безопасности жизни" (Санкт Петербург, сентябрь 2008 г.), семинаре-слушании «Гигиеническое, технологическое и экологическое нормирование выбросов в атмосферу: область применения, система контроля и этапы внедрения» (Евпатория, 29 сентября-03 октября 2008 г.), Втором Международном Невском конгрессе (Санкт-Петербург, декабрь 2008 г.).
Публикации и личный вклад автора
По теме диссертации опубликовано 47 научных работ, из них 2 монографии; в изданиях, включенных в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий — 10 статей.
Работа содержит результаты многолетних исследований, выполненных лично, при непосредственном участии или под руководством автора. Личное участие состоит в постановке и разработке основной темы диссертации, в разработке методов, рекомендаций, методологии, в проведении натурных обследований, в сборе и анализе статистических материалов.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы, включающего 241 наименований, 4 приложений. Основная часть диссертации изложена на 320 страницах машинописного текста, включая 76 рисунков, 89 таблиц.
Автомобильные выбросы и тенденция их изменения
Средний уровень автомобилизации в нашей стране на конец 2007 г. достиг 250 автомобилей на 1000 жителей, по легковым автомобилям — 207 ед. на 1000 жителей. При этом минимальная обеспеченность населения автомобилями (около 165 ед./тыс.чел.) зарегистрирована в Южном ФО, максимальная обеспеченность (около 230 ед./тыс.чел.) - в Дальневосточном ФО. В крупных и крупнейших городах России он значительно выше: в Москве на 1000 жителей приходится более 350 автомобилей, в том числе легковых -почти 300. Рост количеств автотранспорта, зарегистрированного в Санкт-Петербурге с 1980 по 2007 год, показан на рис. 1.1.2. За это время количество автотранспорта увеличилось более чем в 7 раз.
Мировым парком автомобилей ежегодно выбрасывается в атмосферу свыше 300 млн. тонн загрязняющих веществ, в том числе: оксида углерода -260 млн. т; летучих органических соединений — 40 млн. т; оксидов азота - 20 млн. т [107].
Отчет Европейского Экологического Агентства за 2006 год показывает, что именно дорожный транспорт является единственным и главным источником выбросов оксидов азота, оксида углерода и нестойких летучих органических соединений, а также вторым по значимости источником выбросов особо мелких частиц [230]. В общем валовом выбросе вредных веществ в атмосферу в странах ЕС на долю автотранспорта приходится до 40 выбросов оксида углерода, до 40% выбросов оксидов азота (во Франции и ФРГ до 60 - 70%) и до 19% выбросов неметановых летучие органические соединения (рис.1.1.3-1.1.5).
В 2006 году суммарные выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух на территории Российской Федерации составили 36,2 млн.т, в том числе: от стационарных источников промышленных предприятий - 20,7 млн.т (57,5%), от автотранспорта - 15,3 млн.т (42,5%), от железнодорожного транспорта (тепловозов на магистралях) - 0,2 млн.т (0,6%) [90]. Далее приводятся данные
«Ежегодников выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух городов и регионов Российской Федерации», в работе над которым автор принимала непосредственное участие. При этом доля автотранспорта в выбросах от всех передвижных источников является преобладающей. Так, по данным Государственного доклада "О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2006 году" [70] вклад автотранспорта в суммарные выбросы от всех передвижных источников составил 94,5%. Это значение остается практически неизменным в течение последних десяти лет (таблица 1.1.1, в которой приведены величины вклада различных видов транспортных средств в суммарные выбросы от автотранспорта в конце 90-х годов).
Динамика изменения валовых выбросов от автотранспортных средств за последние 6 лет отражена на рис. 1.1.6 [70].
По оценкам, несмотря на рост автомобильного парка и объемы грузоперевозок в 2006 г., впервые за последние 15 лет имело место абсолютное снижение массы выбросов загрязняющих веществ - на 1,7% по сравнению с предыдущим годом. Это обусловлено постепенным обновлением и улучшением "экологической" структуры парка.
К положительным факторам, определившим снижение суммарных выбросов загрязняющих веществ от автомобильного транспорта в 2006 г. по сравнению с предыдущими годами, следует отнести: — ввод в действие в апреле 2006 г. специального технического регламента "О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, вредных загрязняющих веществ" [138]. Регламентом установлены требования к выбросам вредных веществ от новых и подержанных автомобилей, впервые регистрируемых в России, на уровне не ниже европейских норм Евро-2. Таким образом, обновление автомобильного парка России, которое в 2006 г. составило 6,8%, происходило за счет автомобилей 2-4-го экологических классов; — увеличение в автопарке доли легковых автомобилей со сроком эксплуатации менее 5 лет до 23,3% (рост на 1,6% по сравнению с 2005 г.); — увеличение в автопарке доли иномарок отечественной и зарубежной сборки, имеющих, как правило, улучшенные экологические характеристики. По сравнению с 2005 г. доля иномарок в парке легковых автомобилей в целом по России выросла почти на 2,8% и составила 28,2%, в крупных городах эти показатели значительно выше. Например, в Москве доля легковых иномарок в 2006 г. при росте на 5,7% составила 45,6%, в Санкт-Петербурге - увеличилась на 3,9% и достигла 46,5%. Доля грузовых иномарок в России выросла на 1,7% и составила 15,5%. В транспортном потоке крупных городов доля иномарок достигает 60—80%. - увеличение в 2006 г. импорта новых иномарок в связи с запрещением ввоза подержанных легковых автомобилей импортного производства, не удовлетворяющих нормам Евро-2. В общем объеме импорта доля новых автомобилей; возросла до 74%, а доля подержанных автомобилей сократилась до 26% (2005т.-30%, 2004 г.-43,6%); "."-.. — рост автомобильного парка, использующего в качестве моторного топлива природный газ. По данным Национальной газомоторной ассоциации; (HFA), потребление природного газа на автомобильном транспорте в 2006 г. увеличилось до 286 млн. м3 (рост по сравнению с 1999 г. в 4,5 раза), численность парка газобаллонных автомобилей приблизилась к 70« тыс: ед. (2005 г.— около 50 тыс. ед.).
Вступление в силу новых требований к выбросам вредных веществ;от автомобильной техники заставило отечественных автопроизводителей повысить экологичность российских марок автомобилей. На ОАО "АвтоВАЗ" и? ОАО "Иж-Авто" прекращен- выпуск автомобилей классической компоновки с карбюраторными двигателями:. Вся "классика" выпускается в новой; комплектации, с. инжекторными двигателями, удовлетворяющими нормами Евро-2. Некоторые модели АвтоВАЗа соответствуют более высоким требованиям: например, Лада Самара, семейство Лада 110- нормам Евро-2; Евро-3 и даже Евро-4 (экспортные комплектации); автомобили Нива (после модернизации, и в настоящее время) —. Евро-3 и Евро-4. Модель Калина с самого начала выпуска.— Евро-2! и Евро-3; кроме того седаны этого семейства сертифицированы на нормы Евро-4. Горьковский автомобильный завод еще раньше перешел на производство автомобилей, удовлетворяющих новым . экологическим стандартам, последними к.Евро-2 были адаптированы средние грузовики. Сейчас: на заводе идет подготовка к серийному выпуску, машин , соответствующих нормам Евро-3:,
Математическое моделирование процессов рассеяния вредных (загрязняющих) веществ в атмосферном воздухе
Применение моделей факела не ограничивается только точеными источниками, в качестве которых рассматриваются! трубы, но распространяется фактически на весь спектр существующих источников, включая и автомагистрали. Модель факела вида (2.3.1) является просто основой для расчета, «функцией источника». Концентрация от линейного, например, источника получается, как результат интегрирования, по соответствующей линии" функции источника, то же относится к площадному и объемному источникам.
Модели типа (2.3.1), можно было бы также называть явными моделями в том смысле, что в них концентрация выражается явными формулами с помощью элементарных или специальных функций. Одновременно с развитием таких моделей идет развитие «неявных» моделей, т.е. моделей, в которых концентрация примеси получается в результате решения более или менее сложных уравнений и/или систем уравнений, описывающих процесс диффузии совместно с уравнениями термогидродинамики, химический кинетики и т.п. Более того, с развитием работ и исследований в разных областях экологии стало понятно, что последствия локальных выбросов в конечном итоге приобретают глобальный характер, и, соответственно, необходимо расширять спектр моделей, увеличивая масштабы охвата территории и распространяя исследования на смежные среды, например, воду, почвы, растительность, строения и т.д. Вследствие этого появляется большое количество моделей разного масштаба, направленных на описание загрязнения природных сред (в том числе и воздуха, конечно) вследствие загрязнения атмосферного воздуха [9-12, 188, 191, 193, 201, 203].
Для анализа трендов, периодичности, прогнозирования и т.п. используются статистические модели [10, 34, 99, 111, 154-156, 175, 176]. Модели основаны на эмпирических или полу эмпирических соотношениях между различными компонентами среды, определяющими загрязнение воздуха, и результатами измерений загрязнения.. Такие модели с одной стороны, безусловно, ограничены, поскольку, как правило, не описывают причинно следственные связи, а, с другой стороны, часто оказываются более полезными для краткосрочных прогнозов по сравнению с физическими моделями, т.к. позволяют более адекватно учитывать текущие результаты измерений и связь между последовательными уровнями концентраций. Автор в течении нескольких лет занимался разработкой статистических моделей загрязнения атмосферного воздуха для решения задач краткосрочного прогноза загрязнения атмосферного воздуха, эта проблема была освещена в диссертационной работе на соискание ученой степени кандидата географических наук [35-39].
К настоящему времени разработано большое число моделей, отличающихся друг от друга как подробностью описания загрязнения воздуха, так и объёмом используемой метеорологической, орографической и др. информации, а также информации, характеризующей выбросы вредных веществ. Общим для всех обсуждаемых ниже методов является то, что в качестве источника выбросов загрязняющих веществ, параметры которого используются в расчетных схемах, рассматриваются не отдельные автомобили с работающими двигателями (движущиеся или стоящие на месте), а совокупности автомобилей, движущихся или располагающихся на некоторой \ { территории. Ни одна из этих моделей не рассматривает автомобиль как І источник выброса с изменяющимся со временем положением на местности. і Корректность такого подхода зависит от соотношения нескольких факторов: степени подробности и точности описания загрязнения воздушной среды автотранспортом, которую должна обеспечить модель; интенсивностью движения и плотностью расположения машин и распределением значений параметров их выбросов; метеоусловий (в основном, скорости ветра), при которых оценивается загрязнение воздуха.
Информация о метеорологических процессах в пограничном слое атмосферы и о процессах распространения примесей используется при разработке схем расчета характеристик загрязнения воздуха в виде математических моделей этих процессов.
Различные расчетные методы отличаются друг от друга как полнотой моделирования, процессов, влияющих на рассеивание примесей в атмосфере, так и содержанием самих моделей, точнее говоря, набором физических гипотез или предположений, используемых при построений-моделей.
Больший охват моделируемых процессов и большая подробность моделирования не являются сами по себе, априори, достоинствами соответствующих расчетных методов, т.к. чем на более полное и подробное описание процессов в погранслое атмосферы претендует модель, тем большее число гипотез о весьма существенных характеристиках процессов вынуждена она использовать. Проверка справедливости многих из этих гипотез невозможна на современном уровне наблюдений за характеристиками погранслоя атмосферы.
С другой стороны, отказ от использования моделирования процессов, влияющих на перенос примеси, приводит к потере огромного объёма информации, накопленного наукой о погранслое атмосферы и, как следствие, к обеднению возможностей методов, разработанных без учета этой информации, к их меньшей надежности и полноте.
Анализ структуры и возраста основных категорий автотранспорта
Как уже говорилось ранее (Глава 2) в настоящее время в РФ при расчете годовых выбросов не учитываются особенности структуры, возраста автомобильных парков различных регионов страны. В настоящей работе предлагается рассчитывать выбросы вредных (загрязняющих) веществ от основных категорий автотранспорта с учетом регионального распределения автомобильных парков по территории Российской Федерации и использованием соответствующих значений пробеговых показателей выбросов загрязняющих веществ и значений среднегодовых пробегов основных категорий автотранспортных средств (АТС). При разработке настоящего раздела были проанализированы характеристики автомобильных парков 83 субъектов Российской Федерации с учетом их составной и возрастной составляющих по состоянию на 2004 - 2007 год [1-5].
Анализ структуры и возраста основных категорий автотранспорта показал, что в среднем по РФ основной вклад в суммарное количество автотранспорта вносят легковые автомобили (79%). Вклад грузовых автомобилей составляет 18%, из которых 58% - грузовые автомобили с бензиновым типом двигателя. Вклад автобусов в среднем составляет 3%, из которых 78% - автобусы с бензиновым типом двигателя. Максимальный вклад легковые автомобили вносят в Северо-Западном ФО (около 83%), минимальный вклад (около 75%) - в Дальневосточном ФО. Максимальный вклад грузовые автомобили вносят в Дальневосточном ФО (около 22%), минимальный вклад (около 15%) - в Северо-Западном ФО. Максимальный
Возрастная структура легкового, грузового и автобусного автомобильных парков Российской Федерации выглядит следующим образом. Количество легковых автомобилей с возрастом старше 10 лет в среднем по РФ составляет 54% от общего количества легковых автомобилей, количество легковых автомобилей с возрастом от 10 до 5 лет составляет 27%, количество легковых автомобилей с возрастом меньше 5 лет - 18%.
При этом в Дальневосточном ФО зафиксирована максимальная доля легковых автомобилей с возрастом старше 10 лет (68%) и минимальная доля легковых автомобилей с возрастом меньше 5 лет (7%). В Уральском ФО зафиксирована минимальная доля легковых автомобилей с возрастом старше 10 лет (46%) и максимальная доля легковых автомобилей с возрастом меньше 5 лет(27%)(рис.3.1.2).
Количество грузовых автомобилей с возрастом старше 10 лет в среднем по Российской Федерации составляет 64% от общего количества грузовых автомобилей, количество грузовых автомобилей с возрастом от 10 до 5 лет составляет 23%, количество грузовых автомобилей с возрастом меньше 5 лет -12%.
При этом максимальная доля грузовых автомобилей с возрастом старше 10 лет (74%) зафиксирована в Южном ФО, минимальная доля (53%) - в Сибирском ФО. Максимальная доля грузовых автомобилей с возрастом меньше 5 лет (16%) зафиксирована в Уральском ФО, минимальная доля (8%) — в Дальневосточном ФО (рис.3.1.3).
Количество автобусов с возрастом старше 10 лет в среднем по Российской Федерации составляет 47% от общего количества автобусов, количество автобусов с возрастом от 10 до 5 лет составляет 28%, количество автобусов с возрастом меньше 5 лет - 24%.
При этом в Дальневосточном ФО зафиксирована максимальная доля автобусов с возрастом старше 10 лет (52%) и минимальная доля автобусов с возрастом меньше 5 лет (15%). В Уральском ФО зафиксирована минимальная доля автобусов с возрастом старше 10 лет (44%) и максимальная доля автобусов с возрастом меньше 5 лет (32%) (рис.3.1.4).
Суммарный годовой выброс і-го загрязняющего вещества всеми типами автотранспортных средств при эксплуатации на территории к-го региона (города) Российской Федерации Мік рассчитывается по формуле: Mik=][fik + Mrik + MAikf т (3.2.1) где M -ft — выброс і-го загрязняющего вещества легковыми автомобилями при эксплуатации на территории к-го региона Российской Федерации; МГ,к - выброс і-го загрязняющего вещества грузовыми автомобилями при эксплуатации на территории к-го региона Российской Федерации; ж ік — выброс і-го загрязняющего вещества автобусами при эксплуатации на территории к-го региона Российской Федерации. Суммарные выбросы і-го загрязняющего вещества от легковых автомобилей, грузовых автомобилей и автобусов при эксплуатации на территории к-го региона Российской Федерации Мл -lk, M -lk и М4 рассчитываются по соответствующим формулам (3.2.2 — 3.2.4): Л а = тл№ -Ьлк -Л 10 -3, т (3.2.2) Mrik = mrik-Lrk-lfk -10\T (3.2.3) МАік = т Aik -LAk - TV4 - W3, T (3.2.4) где m , m ik и m ik - удельный выброс на единицу длины (1 км пробега) или пробеговый выброс і-го загрязняющего вещества легковыми автомобилями, грузовыми автомобилями и автобусами в к-ом регионе Российской Федерации соответственно, г/км;
Нормирование выбросов автотранспорта, расположенного на производственной площадке
Нормирование выбросов загрязняющих веществ в атмосферу производится для каждого действующего, реконструируемого, строящегося или проектируемого предприятия или другого объекта, имеющего стационарные источники загрязнения атмосферы (ИЗА): Под стационарным источником, понимается любой, источник с организованным или неорганизованным выбросом, функционирующий постоянно (или временно) на данной производственной территории [72, 73, 113, 124, 136, 137, 168, 169].
Целью нормирования выбросов загрязняющих веществ от объекта, от которого- они поступают в атмосферу, является; обеспечение соблюдения критериев качества атмосферного воздуха, регламентирующих предельно допустимое содержание в нем вредных (загрязняющих) веществ для здоровья населения и основных составляющих экологической системы, а также1 условия непревышения показателей предельно допустимых (критических) нагрузок на экологическую систему и других экологических нормативов. При нормировании выбросов учитываются технические нормативы выбросов и фоновое загрязнение атмосферного воздуха.
Для веществ, для которых гигиенические и экологические критерии установлены только в значениях среднесуточных предельно-допустимых концентраций, ПДК с с., определяется по формуле
Нормативы ПДВ (ВСВ) устанавливаются для каждого вредного вещества, поступающего в атмосферу из источников данного предприятия. Для каждого предприятия или объекта, являющегося самостоятельным юридическим лицом, устанавливаются суммарные нормативы ПДВ (ВСВ).
Устанавливаемые нормативы ПДВ (ВСВ) характеризуются следующими величинами: - максимально разовое значение, г/с, отражающее наибольшую массу выброса за 20-минутный интервал времени работы источника; - валовое значение, т/год, отражающее суммарную массу выброса за год.
Указанные величины ПДВ (ВСВ) (в г/с, т/год) устанавливаются для каждого источника и предприятия (объекта) в целом, в том числе для автотранспортных средств любых категорий, функционирующих на территории предприятия).
Базовой основой работ по нормированию выбросов, как и всей воздухоохранной деятельности являются результаты инвентаризации выбросов вредных веществ и их источников, обязательность которой узаконена ст.22 Федерального Закона [168]. На рис.4.1.1 дано определение инвентаризации выбросов и показано, для каких типов источников используются инструментальная или расчетная инвентаризация. Для автотранспорта, находящегося на производственной территории, в основном используются расчетные методы определения выбросов вредных веществ, которые разработаны соответствующими отраслевыми институтами, прошли согласование в ФГУП «НИИ Атмосфера» и рекомендованы к применению Ростехнадзором РФ [114-116, 129, 130].
В соответствии с упомянутыми методиками, расчеты выбросов от автотранспорта, находящегося на производственной территории, и в дальнейшем установление нормативов выбросов выполняются для различных участков автотранспортной инфраструктуры, например: 1. Открытая или закрытая неотапливаемая стоянка, 2. Открытая стоянка, оборудованная средствами подогрева, 3. Закрытая теплая стоянка (гараж), 4. Многоэтажная неотапливаемая стоянка, 5. Многоэтажная открытая стоянка со средствами подогрева, 6. Теплая закрытая многоэтажная стоянка (гараж), 7. Внутренний проезд, 8. Дорожная техника на неотапливаемой стоянке, 9. Дорожная техника на закрытой отапливаемой стоянке, 10. Участок техобслуживания и текущего ремонта автомобилей, 159 11. Участок мойки автомобилей, 12. Пост контроля токсичности отходящих газов автомобиля, 13. Участок техобслуживания и текущего ремонта дорожной техники, 14. Ремонтный участок - обкатка и испытание двигателей после ремонта, 15. Автопогрузчики. Расчеты выбросов вредных веществ от этих участков проводятся по соответствующим формулам согласно [114-116]. Нормирование выбросов от участков 1-15 проводится по веществам, указанным в таблице 4.1.1. Выбросы оксидов азота нормируются по оксиду азота и диоксиду азота, так как в атмосферном воздухе происходит трансформация этих веществ. Коэффициенты трансформации в общем случае принимаются на уровне максимальной установленной трансформации, т.е. 0,8 - для NO2 и 0,13 - для NO от NOx [113]. Углеводороды - это широкий класс вредных веществ, в связи с этим выбросы углеводородов, поступающие в атмосферный воздух от дизельных автомобилей, нормируются по керосину, поступающие от карбюраторных автомобилей — по бензину, от газобаллонных автомобилей, работающих на сжатом природном газе - по метану.
