Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Аналитический обзор,систематизация и синтез научно-технической и инженерной информации о существующих методах исследования и регулирования шумового режима урбанизированных территорий 12
1.1 Оценка влияния шума на человека и окружающую среду 14
1.2.Источники городского шума 19
1.2.1. Классификация источников городского шума 19
1.2.2.Шум стационарных источников 20
1.2.3.шум мобильных источников 21
1.2.4-Оценка шума городских источников 23
1.2.5.Методы оценки шума 25
1.2.6.Представление шумовых характеристик источников 26
1.3.Оценка шума городских территорий 29
1.3.1.Обзор и анализ методов натурного исследования шума территорий 30
1.3.2.Расчетные методы определения шумового режима территорий 36
І.З.З.Критерии оценки шума на территории 39
1.3.4.Нормирование городского шума 41
1.3.5.Графическое представление результатов оценки шума на городских территориях 43
1.4.Выбор мероприятий по защите от шума на территории 44
Выводы по главе 1 46
ГЛАВА 2. Обоснование метода оценки шумового режима для крупных урбанизированных территорий 49
2.1. Обоснование определения территориально - пространственной единицы 51
2.2. Теоретические предпосылки выбора показателей шумовой нагрузки и методологическое обеспечение расчетного метода оценки шумового режима при помощи этих показателей 54
2.3. Определение критерии оценки шумовой нагрузки 58
2.4. Метод определения шумовой нагрузки 65
Выводы по главе 2 70
ГЛАВА 3. Экспериментальная реализация метода оценки пространственного распределения шумовой нагрузки 72
3.1.Оценка шумового режима традиционными методами 73
3.1.1. Натурные измерения шума на территориях Санкт-Петербурга 73
3.1.2.Оценка шумового режима расчетным методом 84
3.2.Оценка шумового режима по новому методу Оценки шумовой нагрузки территории 86
Выводы по главе 3 89
ГЛАВА 4. Метод регулирования шумового режима при обеспечении экологической безопасности урбанизированных территории 94
4.1. Критерии экологической безопасности территории 96
4.2.Формирование банка данных по основным источникам шума, природно- климатическим и градостроительным характеристикам среды в приземном слое ...101
4.3.Оценка шумового режима модулей городской территории по уровням шумовой нагрузки 102
4.4. Оценка степени шумовой угрозы для формирования системы экологической безопасности 102
4.5.Формирование систематизированного свода мероприятий, обеспечивающих экологическую безопасность 107
4.5.1. Анализ и систематизация отечественного и зарубежного опыта регулирования шумового фона 108
4.5.2.Систематизация принимаемых градостроительных решений с учетом шумозащитного эффекта 115
Выводы по главе 4 118
Заключение 120
Литература
- Классификация источников городского шума
- Теоретические предпосылки выбора показателей шумовой нагрузки и методологическое обеспечение расчетного метода оценки шумового режима при помощи этих показателей
- Натурные измерения шума на территориях Санкт-Петербурга
- Оценка степени шумовой угрозы для формирования системы экологической безопасности
Введение к работе
В современной урбанизированной среде наблюдается тенденция увеличения экологического напряжения вследствие роста технического оснащения, интенсификации использования городских территорий и развития сети транспортного комплекса. Особенно ярко эта проблема высвечивается в условиях больших городов, для которых тенденция роста техногенных нагрузок приобретает, подчас, угрожающий характер
Устойчивая динамика интенсивного роста техногенных нагрузок диктует необходимость поиска методов, направленных на их снижение и устранение. При этом наибольшего эффекта можно достичь при разработке специальной системы поддержки принятия решений по управлению развитием территорий с учетом оптимизации экологических параметров - системы экологической безопасности, учитывающей интегральный характер техногенных воздействий и реализующей концепцию компромиссного решения между необходимостью развития техногенной сферы и обеспечением благоприятных условий существования в измененной среде. Рассматривая же обеспечение благоприятного шумового режима как элемент общей системы экологической безопасности урбанизированных территорий, можно говорить о достижении экологической безопасности по шумовому фактору.
В условиях территориально-пространственной изменчивости состояния окружающей среды, формирование стратегии управления ее качественными характеристиками, тактики ее поэтапной реализации и обоснование направлений гибкого инвестирования капиталовложений на реконструкцию, планирование, рациональное использование тех или иных урбанизированных территорий во многом зависит от комплексной экологической оценки техногенных нагрузок, одной из которых является шумовое воздействие-Известно, что шум, будучи постоянным компонентом урбанизированной среды, относят к наиболее агрессивным техногенным факторам [4,6,37], так как он обладает обширной эмиссионной сферой, длительным временем воздействия, трудно экранируется. Острота этого вопроса год от года растет, поэтому изучение условий шумообразования и поиск путей борьбы с шумом становятся все более актуальными.
Обеспечение экологической безопасности по шумовому фактору для отдельных шумовых явлений связано с поиском методов снижения шумообразования в источниках и различных приемов локальной защиты.
Для урбанизированных территорий приемы обеспечения экологической безопасности значительно расширяются за счет масштабности рассмотрения и требуют специальной комплексной стратегии.
Направления деятельности по регулированию шумового режима города в значительной степени зависят от того, заложены ли они в процессе проектирования и реализованы при застройке или применяются как дополнительные мероприятия для исправления исторически сложившейся диспропорции или допущенных ранее ошибок Используемые в настоящее время методы нормализации шумового режима урбанизированных территорий[8,13-27,38] направлены на снижение шумообразования в источниках и выбор различных приемов локальной защиты конструктивными и планировочными методами, возможными к реализации при решении частных задач шумозащиты на детальных стадиях проектирования застройки квартала или микрорайона. Они определяют защиту от шума и носят пассивный характер.
При работе с крупными урбанизированными территориями на региональном или муниципальном уровне принимаются концептуальные решения по организации территории, размещению функциональных зон и шумоопасных техногенных сооружений, поэтому известные современные методы неприемлемы, прежде всего, из-за масштабности рассмотрения объекта, необходимости получения качественной характеристики отдельных территориальных единиц и функциональных зон, а также потребности проведения сравнительного анализа этих характеристик для установления уровня экологической угрозы с учетом комплексности шумового воздействия разных техногенных источников. Поэтому необходимы новые подходы для оценки и принятия решений по организации территории, позволяющие формировать среду с учетом оптимизации шумового режима.
Разработка стратегии обеспечения экологической безопасности урбанизированных территорий по шумовому фактору во многом зависит от оперативного установления уровня нагрузки и получения характеристик распределения шума на различные функциональные территории с учетом многочисленности, разнообразия и комплексности воздействия источников, для чего необходимо разработать сквозной стратегический план мероприятий, который должен охватывать все стадии формирования урбанизированных территорий с учетом прохода от крупномасштабной оценки (начиная от региона, города, отдельных крупных городских образований) с дальнейшей детализацией по мере увеличения масштаба рассмотрения вплоть до отдельного дома, жилой квартиры или любого другого помещения.
Несмотря на постоянное развитие методов защиты от шума, внедрение рациональных инженерно-технологических разработок по совершенствованию конструктивных особенностей транспортных средств и специальных архитектурно-строительных приемов, современное проектирование не обеспечено такой системой поддержки принятия решений. Нынешнее состояние вопроса таково, что интегральные параметры, характеризующие шумовую обстановку в городе в целом, не определены а отсутствие общей концепции обеспечения экологической безопасности по шумовому фактору зачастую приводит к выбору случайных решений, направленных на поиск локальных дорогостоящих конструктивных методов защиты от шума.
Отс тствие как системы количественных критериев, так и связи между документально ненормируемыми показателями ставит ответственное за принятие решения лицо . (администратора, проектировщика) перед необходимостью руководствоваться опытом и интуицией.
Таким образом, проблема комплексной инженерно-экологической оценки шумовых нагрузок на функциональные зоны урбанизированных территорий, планируемых под различные виды хозяйственного освоения, ещё далеко не решена и имеет в настоящее время немалое значение.
Требуется переход от пассивных к активным методам регулирования шумового режима, так как формируется среда с заранее заданными свойствами, обеспечивающими необходимый уровень экологической безопасности. При этом от степени экологической обоснованности применяемых решений зависит не только качественное состояние среды, но и величина будущих общественно необходимых затрат и средств на ликвидацию негативных воздействий.
Актуальность темы диссертационной работы определяется необходимостью развития и совершенствования современных методов оценки и регулирования шумового режима в области решения программных задач обеспечения экологической безопасности урбанизированных территорий. Разработка стратегии регулирования шумового режима урбанизированных территорий должна иметь механизм оперативного принятия решений на основе определения уровня шумовой нагрузки и получения характеристик распределения шума на различные функциональные территории с учетом многочисленности, разнообразия и комплексности воздействия источников.
Идея работы заключается в разработке новой системы инженерно-экологического анализа территориальных единиц, обеспечивающей оперативную оценку шумовой нагрузки для формирования системы экологической безопасности по шумовому фактору.
Цель - разработка метода оценки и регулирования шумового режима при обеспечении экологической безопасности крупных урбанизированных территорий в процессе формирования и реконструкции городской среды.
Для реализации поставленной цели были сформулированы основные задачи, это:
1. Сформулировать метод оценки шумовой нагрузки, позволяющий дать численную характеристику шумового режима отдельно выбранных городских территорий в виде функциональных зон, межмагистральных территорий, микрорайонов, составляющих единую городскую систему.
2.Разработать критерии оценки шумовой нагрузки, обусловленные требованиями системы принятия решений при работе с крупными урбанизированными территориями: масштаб (определяющий степень детализации), необходимость проведения сравнительного анализа отдельных территориальных единиц, комплексность и продолжительность воздействия источников шума, возможность адаптации в общую систему обеспечения экологической безопасности.
3.Разработать метода регулирования шумового режима при обеспечении экологической безопасности крупных урбанизированный территорий на базе оценочного метода шумовой нагрузки.
4.Осуществить обзор и систематизировать известные шумозащитные приемы в виде комплекса мер экологической безопасности городских территорий, обеспечивающих экологически сбалансированную среду.
Объекты исследования - шумовой режим города и составляющих его территорий как наиболее показательного вида урбанизированной среды, методы определения шума на территории, шумозащитные планировочные приемы и методы.
Для решения поставленных задач был выполнен аналитический обзор по материалам отечественных и зарубежных авторов, проведены натурные обследования с аналитической обработкой их результатов, в результате чего были сформулированы основные положения диссертации.
Методы исследования, применяемые при решении поставленных задач базируются на статистической теории, теории экометрического анализа оценки и прогнозирования потенциальной опасности и регулирования уровня техногенных воздействий, используют алгоритмы оценки шума и его прогнозирования
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов, рекомендаций, сформулированных в диссертационной работе, подтверждается использованием апробированных методик натурных обследований, методов статистической проверки гипотез функциональных зависимостей параметров и многомерного анализа, известных математических моделей; сравнимостью результатов с ранее проведёнными исследованиями.
Апробация работы осуществлялась при внедрении разработанных методов в конкретную проектную практику при разработке этапов крупномасштабного проектирования - ТерКСООС Нижнего Тагила, Череповца, Комсомольска на Амуре, Владивостока, Находки, Уфы, а также научно-исследовательских работах: "Исследование состояния шумового загрязнения автотранспортом городских территорий Санкт-Петербурга", СПб.НЦ РАН - Л.Л996,"Оценка параметров атмосферных шумов на территории Санкт-Петербурга", НПО ЦКТИ им. Ползунова- JL, і994,"Разработка критериев оценки состояния окружающей среды в экологически напряженных районах Санкт-Петербурга с учетом комплексных критериев Минприроды" СПб.НЦ РАН-Л.,1997.
Материалы, вошедшие в диссертацию были доложены и обсуждались на научных семинарах и конференциях.
Международная конференция по борьбе с шумом и вибрацией "Noise - 93" (Санкт-Петербург, июнь, 1993), доклад "Инженерно-экологическая оценка состояния внешней Среды городских территорий Дальнего Востока России".
Научно-технический симпозиум международной выставки "Экология большого города", (Санкт-Петербург, 1994), доклад "Акустическая экология большого города".
Научно-практическая конференция с международным участием "Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности", (Санкт-Петербург, 1997), доклад "Определение шумовых нагрузок в системе экологической безопасности городов на примере Санкт-Петербурга."
Международная конференция "Воздух-9&", секция "Проблемы рационального потребления воздуха" (Санкт-Петербург, 1998 г), доклад "Исследование закономерностей формирования уровня атмосферного и шумового загрязнений как показателя аэротехногенного воздействия автотранспорта с позиций экологической безопасности городов "
Конференция Государственной инженерно-экономической академии "Экономические измерения и моделирование хозяйственных процессов" (Санкт-Петербург, 1999)., доклад "Обеспечение экологической безопасности по шумовому фактору при управлении муниципальной собственностью".
По результатам исследований опубликовано более 17 печатных работ, помещенных в разные издания.
На защиту выносятся:
1.Обоснование метода оценки шумовой нагрузки на функциональные зоны урбанизированных территорий.
2.Выбор и обоснование критериев оценки шумового режима городских территорий в виде параметров шумовой нагрузки.
3.Критерии экологической безопасности (по шумовому фактору) и метод оценки шумового режима по уровню шумовой угрозы.
4.Система приемов обеспечения экологической безопасности урбанизированных территорий в соответствии с ранжированием по нагрузке.
5.Алгоритм формирования системы регулирования шумового режима при обеспечении экологической безопасности урбанизированных территорий.
Выводы
Таким образом, в результате исследования разработан метод оценки и регулирования шумового режима крупных урбанизированных территорий на примере городской среды, который обеспечивает:
•оперативную численную оценку шумового режима каждого градостроительного модуля (в виде административных районов, функциональных зон, межмагистральных территорий, жилых районов и микрорайонов) как элемента обшей городской системы;
•осуществление оценки в короткие сроки для реализации оперативной обратной связи при выборе решений по размещению функциональных зон, вариантного выбора системы организации транспортного комплекса и улично-дорожной сети;
•выполнение в укрупненных показателях, соответствующих уровню пр о ектмрования;
•возможность выполнения на уровне крупных территорий при минимальной информации об источниках;
•учет комплексное влияния источников;
•возможность опережающего планирования для активного формирования городской среды;
•Критерии оценки свободно интегрируются в комплексную экологическую оценку территории для обеспечения экологической безопасности.
•Дифференцирование территории по уровню шумовой нагрузки позволяет установить уровень шумовой угрозы, что является основой для принятия решений по размещению функциональных зон, организации транспортного движения или принятия решений по первоочередным мероприятиям по реконструкции.
•Численный анализ в виде критериев экологической безопасности, предложенных в работе позволяет на оценочном уровне установить стоимостные показатели экологического (по шумовому фактору) качества среды отдельных городских территорий для составления кадастра или уровня инвестирования.
•На основании полученной градации и набора шумозащитных мероприятий формулируется стратегический план развития территории и ее реконструкции.
Практическая ценность
Новый расчетный метод, обеспечивает возможность оперативной оценки и регулирования шумового режима при работе с крупными урбанизированными территориями.
При проектировании разработанный метод даёт возможность на первых этапах освоения территории (ТЭО, Районная планировка, Генеральный план) учесть характер потенциальных изменений в компонентах природно-технических систем вследствие техногенного воздействия, оценить последствия и, исходя из комплекса социально-экологических, природно-климатических и экономических требований, предотвратить или уменьшить это негативное воздействие.
При реконструкции уже освоенных урбанизированных территорий а также при текущем управлении городским хозяйством, транспортным движением, предлагаемый метод открывает перспективы оперативного регулирования шумового режима при сопоставительном анализе и ранжировании территориальных модулей, поиске" экологически обусловленных направлений развития и специализации использования городских пространств, выявлению приоритетных проблемных ситуаций, оценке их остроты, разработке рекомендаций по развитию хозяйственного освоения территории в целом.
Дополнительно практическая ценность исследований заключается в возможности применения основных положений и результатов диссертационной работы для решения научно-практических задач, связанных с учебным процессом при профессиональной подготовке студентов вузов в области инженерных методов охраны окружающей среды.
Научная новизна результатов исследования:
•Разработан метод оперативной оценки шумового режима городских территорий по уровню шумовой нагрузки, предназначенный для работы с крупными урбанизированными территориями.
ые критерии для оперативной оценки уровня шумовой нагрузки на территориальную единицу,
•Обоснован метод численного анализа распределения шумовых нагрузок на крупные урбанизированные территории.
•Предложен показатель экологической безопасности, в основе получения которого лежат: агрегированная оценка нагрузочных характеристик среды, интегральная оценка градостроительной освоенности территории и комплексная оценка конфликтности ситуации.
•Разработана система ранжирования планировочных приемов, обеспечивающих снижение шумовой нагрузки.
Объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (124 наименования), и приложений.
Диссертация изложена на 138 страницах текста, 20 рисунков и 30 таблиц.
Работа выполнена в научно-исследовательском центре экологической безопасности НИЦЭБ РАН. Некоторые теоретико-практические обобщения и выводы были сделаны автором во время научных исследований при выполнении работ по Комплексным схемам охраны окружающей среды Комсомольска-на-Амуре, Владивостока, Находки, Сахалина совместно с СанктПетербургским НИИП градостроительства, Санкт-Петербургским институтом Урбанистики, Московским ЦНИИП градостроительства, НИИСФ РААСН, СП6.НЦРАН.
Автор считает своим долгом выразить глубокую и искреннюю благодарность своим научным руководителям: зав. лаб. Акустики ЦНИИП Градостроительства, к.т.н. Б. Г.Пруткову и зав. лаб. экологической криминалистики НИЦЭБ РАН д.т.н., Воронцову AM. за постоянное внимание, помощь и поддержку, оказанные автору при написании данной диссертации. Кроме того, автор признателен и от души благодарит, директора НИЦЭБ РАН, проф., д.э.н. В.К.Донченко, директора НИИПградостроительства, проф., докт. архитектуры. Митягина С.Д., сотрудников НИИСФ РААСН директора, д.т.н., профессора. Г.Л. Осипова и к.т.н. Климухина А.А.за ценные советы и замечания.
Классификация источников городского шума
Обзор современных материалов по исследованию шума в городской среде [1,6,8,9,29,31,32,48,53,59] позволяет систематизировать основные источники городского шума по следующим принципам:
По принципам функционирования - источники шума в городе могут быть стационарными (неподвижными) или мобильными, перемещающимися в пространстве.
По видам источников - на транспортный (автомобильный, рельсовый, авиационный, водный), промышленный и коммунально-бытовой.
По относительным (в масштабе города) размерам - точечные (отдельные автотранспортные средства - автомобиль, локомотив, самолет, отдельные коммунальные и промышленные агрегаты, технические средства и механизмы и др.), линейные (плотные транспортные потоки, железнодорожное движение) и пространственные (промышленные территории, автовокзалы, автопредприятия, транспортные развязки т.д.).
По физическим свойствам шумообразования в источнике Акустическая характеристика каждого из источников зависит от составляющих его тонов с учетом интенсивности и частоты звука и представляется в виде спектра, который может быть дискретным, непрерывным (сплошным) и смешанным. Так дискретным спектром с выделяющимися несколькими частотами характеризуются шумы, создаваемые некоторыми электромеханизмами - генераторами, сиренами.
Шум городских источников включает звуки почти всех полос частот слухового диапазона, но отличается разным распределением уровней звукового давления по частотам и не одинаковым распределением их во времени, поэтому классификация этого шума производится по спектральным (низкочастотным - ниже 300 Гц, среднечастотным -300-800 Гц, высокочастотным более 1000Гц) и временным характеристикам (постоянные и непостоянные).
Источники постоянного шума - инженерное и технологическое оборудование промышленных и коммунальных предприятий (постоянно действующих вентиляционных агрегатов, насосных и градирен, компрессорных установок, вентсистем, испытательных стендов, воздуходувок, трансформаторных подстанций и т.д.).
Источники непостоянного шума - движение авомобильного транспорта, железнодорожный транспорт, авиационный транспорт, а. также разнообразные стационарные технические системы, периодически действующие в городской среде. Промышленный шум Наиболее крупными стационарными источниками шума в городской среде являются промышленные предприятия.
Источниками шума на промышленных предприятиях являются механические, аэро -, газо - и гидродинамические, а также электромагнитные нестационарные процессы, характеризуемые пульсацией скорости и вибраций. Дополняется шумовой фон промышленных предприятий шумом, возникающим при осуществлении погрузочно-транспортных процессов в пределах промплощадок и на подъездных путях.
В настоящее время детально разработаны методы расчета акустических характеристик основного технологического оборудования и коммуникаций промышленных объектов, созданы специализированные кадастры на отдельные виды оборудования, а также регламентирующие документы по ограничению их шумности [45,48,51,55].
По отношению к городской территории промышленное предприятие рассматривается как пространственный источник и оценивается его внешнее влияние. Натурные исследования акустического режима промышленных предприятий дают представление об уровнях шума на границе многих из них, позволяют составить классификацию по отраслям и установить ориентировочные размеры зон акустического дискомфорта для свободных территорий.
Спецификой промышленного шума является то, что он характеризуется постоянным или импульсным звучанием не только днем, но и ночью. Транспортные предприятия и сооружения.
Рост автомобилизации современных городов, увеличение объемов грузоперевозок, развитие общественного транспорта и масштабов паркирования и обслуживания транспортных средств обусловили процесс концентрации различных видов транспорта в крупных узлах городской структуры, в зоне которых резко возросли уровни акустического дискомфорта. Эти источники шума также рассматриваются как пространственные [1,8,,11,53] и структура информационной модели для этих объемов повторяет принципы промышленных объектов. Она включает характеристики по видам транспорта с учетом времени функционирования и количества транспортных средств и характеристики стационарных установок и механизмов по обслуживанию транспорта
Коммунально - бытовой шум.
Источниками акустического дискомфорта в жилой зоне определены технические и транспортные сооружения для хранения и обслуживания коммунальной техники, учреждения культурно- бытового обслуживания, площадки для отдыха и спорта, а также операции по обслуживанию городского хозяйства и торговых учереждений на селитебных территориях [ 8,38,53 ]. Шум, создаваемый коммунальными объектами, характеризуется периодичностью звучания (прерывистый шум), обусловленной особенностями функционирования.
При оценке акустического режима города в целом коммунально-бытовой шум может учитываться как фоновый. Автотранспорт Среди основных нарушителей экологического благополучия прочное первенство сохраняет шум автотранспорта [1,11,33,36,54].
Большая маневренность, мобильность, высокие скорости доставки грузов и сообщения пассажиров на различные расстояния, высокая скорость перевозок грузов, комфорт поездки, общедоступность и другие положительные качества обеспечили ему на протяжении прошлых лет и на ближайшее время большие преимущества в сравнении с другими видами транспорта. Они предопределили высокие темпы роста количества автомобилей в городах [11,33].
Шум, создаваемый городским автотранспортом, низко и среднечастотный, с максимумом звукового давления в диапазоне частот 400-800 Гц, снижаясь в среднем на 4-5 дБ на октаву. Он имеет широкий спектральный диапазон и время звучания. Это является причиной глубины и мощности его негативного воздействия.
Рост шума на городской территории, создаваемого автомобильными потоками, в значительной степени зависит от принципов организации движения и технических характеристик транспортных средств - мощности и конструкции двигателей, грузоподъемности, скорости, интенсивности движения потока в целом, конструкции и состояния дорожного полотна, уклонов улиц и дорог, количества и уровневости пересечений.
Теоретические предпосылки выбора показателей шумовой нагрузки и методологическое обеспечение расчетного метода оценки шумового режима при помощи этих показателей
Так что характеристический функционал обращается в характеристическую функцию N - мерного распределения вероятностей для величин U(xl),U(x2),...,U (xN).
При этом соответствующая плотность распределения может быть найдена с помощью формулы обращения интегралов Фурье.
Применительно к шумовому полю на городской территории представляют интерес две вероятностные модели (40,117): Первая модель - Гауссово поле.
Можно ожидать, что в соответствии с центральной предельной теоремой эта модель адекватна действительности на территории, где шум определяется суперпозицией многочисленных некоррелированных относительно слабых воздействий (акустический фон), что характерно для внугриквартальных территорий и зон отдыха.
Ожидается, что эта модель пригодна и для описания шумовой обстановки на при магистральных территориях, поскольку здесь также суммарный шум есть результат наложения воздействий многочисленных единичных транспортных средств.
Характеристический функционал гауссова поля случайного параметра U (х) представляется выражением (2.4): Or[Q(x)] = exp{iJQ(x) а(х) dx- Ml] JQ (X 1)Q(X2)R(X l, 2)dx ldx2}, (2.4) где: a(x) = U(x) - математическое ожидание параметра U в точке , R(x 1,х2) = (U(x 1)-а(х 1))(и(х2)-а(х2)) центрированная корреляционная функция поля. В частном случае Q(x) = 1 A(x-xm), где xm - любая точка поля, соотношение (2.4.) вырождается в обычную формулу характеристической функции нормального распределения в точке X щ. Ф.(1) = exp(i al - IV), (2.5) в котором a = U(x) - среднее значение; s2 = (U-a) 2 - дисперсия U(x). Нетрудно убедиться, что все многоточечные вероятностные распределения в данном случае также гауссовы.
Тем не менее, даже для такого поля, эмпирические оценки, описывающей результаты обобщения групп многочисленных точек на территории (например, измеренных) могут, вообще говоря, давать различные результаты.
Необходимо также отметить, что сложение звуковых сигналов, формирующих звуковое поле, происходит энергетическим образом, так что представления соотношения гауссова поля можно отнести к среднеквадратичным значениям звуковых давлений р2
Что касается уровней шума, выраженных в логарифмической шкале, то их распределение, будучи однозначно связано с распределением для звуковых давлений, должно в отмеченных случаях несколько отличаться от гауссова.
А именно, в шумовом гауссовом поле вероятность превышения среднеквадратичным звуковым давлением заданного значения А Р. (р А) определяется выражением А Р (р А) = s J ехр[- (х - a)2 1Ъ2 ]Л =Fr(A-a/s), (2.6) —со где: Fr(u)- интеграл ошибок. Соответственно, вероятность превышения уровнем шума L = 101g р2 значения В: F(B)=P(L B) = Р(р 10 1В) = Fr((10 олв - a)/s), (2.7) а плотность распределения уровней шума f(B) = Р(В) = lnl0/10s 10 1В= fr((10 0В - a)/s). (2.8)
Таким образом, в настоящее время нет достаточно обоснованных теоретических предпосылок о возможности представления эмпирических пространственных распределений уровней шума гауссовыми зависимостями.
Вторая модель, которая способна в ряде случаев описывать вероятностные свойства пространственного распределения шумовых полей на городской территории, это модель пуассонова поля. Модель основывается на представлении, что шумовое загрязнение определяется совокупностью статистически независимых случайно расположенных в точках х к источников G(x к) с характерной функцией влияния: g(x -xk),g(0) = l (2.9) Можно ожидать применимости данной модели к промышленным и торговым зонам города, а также к территориям, содержащим транспортные потоки, т.е. к наиболее зашумленным участкам города, включающим в себя основные источники шума.
Характеристический функционал пуассонова поля при равномерном вероятностном распределении источников по территории представляется выражением Ф[0( )]= exp{nl [Xfg(x -у) Q(x) dx) - 1] dy}( (2.10) где: n - среднее количество источников на единицу площади территории; X - характеристическая функция распределения шума G в ядре источника. Для одноточечного распределения вероятностная формула приводит к выражению для характеристической функции 0[Q(x)] = exp{n{X(lg(r)-l]dr} (2.11)
Анализ теоретических предпосылок к обоснованию возможного распределения акустических нагрузок на городские территории говорит о высокой сложности получения реального распределения шума в приземном слое. Представляется, что дальнейшее развитие вероятностного описания шумового поля на городской территории должно производится в тесной взаимосвязи с систематическими полномасштабными измерениями статистических параметров шумового загрязнения, на сегодняшний же день рассмотренные выше теоретические подходы позволяют утверждать правомерность применения усредненной по площади оценки и предложить упрощенный расчетный экспресс-метод получения усредненного показателя шумовой нагрузки для решения описанных выше задач.
Так наиболее характерными можно выбрать величины усредненного эквивалентного уровня шумовой нагрузки и среднеквадратическое отклонение значений, определяющих состояние окружающей среды. Средние величины, рассчитанные для показателей агрегированного загрязнения и уровня конфликтности, дают в целом оценку каждой составляющей одним числом. Средние значения являются важными характеристиками совокупности. Однако за ними скрываются индивидуальные значения признака, которые отличаются от средних и различаются между собой.
Анализ ситуации, проводимый по этой величине, отображает территориальное распределение акустических нагрузок на среду, и объекты восприятия загрязнений, а именно, их изменчивости и рассеянности в пределах города. Чем менее рассеян исследуемый вариационный ряд, тем лучше характеризует данную совокупность средняя величина, и наоборот, чем больше отдельные значения отклоняются от средней, тем ее величина менее типична, и следовательно, меньше характеризует ряд в целом.
Натурные измерения шума на территориях Санкт-Петербурга
В процессе работы на основании предварительного обзора принципов измерения атмосферных шумов на различных городских территориях крупных городов в нашей стране и за рубежом [5,43-47, 123-151], разработана схема проведения измерений шумовой обстановки возможная к применению в настоящих условиях в Санкт-Петербурге, которая предполагает получение эквивалентных уровней шума в отдельных выборочных точках различных внутригородских территорий по типологии и дальнейший анализ ситуации и обобщение измеренных данных.
Для определения мест измерения шума на уровне города была использована магистральная улично-дорожная сеть.
Из образовавшихся узлов сетки отобраны типологические зоны, которые и определили расположение точек измерения городского шума. Процесс отбора учитывал весовые факторы территории - количества людей на единицу площади и предварительно оцененную вероятность зашумленности промышленностью и транспортом.
В качестве оцениваемых территориальных единиц рассматривались административные районы города, дополнительно разделенные на 45 участков в соответствии с границами избирательных участков в городское собрание. (При этом на территории каждого участка насчитывается примерно одинаковое количество жителей. Таким образом, при разбивке территории города на зоны измерений была учтена плотность заселенности территории с тем, чтобы получаемые результаты можно было интерпретировать сточки зрения шумовой нагрузки на население).
Так как цель работы - оценка характерных параметров шума, соответствующего отдельным городским территориям, было принято решение о выделении наиболее типичных по функциональному использованию территориальных зон с дальнейшим обобщением результатов в рамках оцениваемых территорий.
Рассматриваемые зоны были сгруппированы: по принципу использования территории: - районы плотной застройки "старого" города ; - районы новостроек ; - районы малоэтажной застройки усадебного типа; - производственные зоны ; - общественные центры (торговые зоны); - зоны отдыха ; - примагистральные территории ;
Для реализации представительной выборки измеряемых параметров шума по городской территории использовался подход при котором в каждой из зон было случайным образом выбрано две измерительные точки, одна из которых, как правило, находилась в области непосредственного влияния главных источников шума на исследуемой территории, а другая - в глубине жилой застройки: во дворах, зонах отдыха и т.д. Измерения в контрольных точках проводились в течении с пгок и были равномерно распределены по дневному времени суток с 7ч до 23ч, так что на каждый часовой интервал приходилось 4-6 измерений. Одновременно проводились выборочные измерения в получасовом интервале времени с определением эквивалентных уровней звука L АЭКВ.
Все точки измерений на территории были разбиты на четыре группы в соответствии с типом обследуемой территории:
К первой группе относились данные по районам городской жилой застройки (центральных и периферийных районов), второй группе соответствовали промышленным зонам города, третьей - общественные зоны, четвертой - зоны отдыха и районы малоэтажной застройки. Всего было измерено ПО точек. по типу застройки: плотная застройка "старого города" - 25 точек открытые микрорайоны периферийных районов - 72 точки застройка усадебного типа - 23 точки примагистральные территории - 97 точек промышленные зоны -17 точек парковые зоны и зоны отдыха - 11 точек "фоновый" шум многих источников - 39 точек Аппаратурная реализация выборочных измерений уровней звука осуществлялась стандартными шумомерами "Брюль Кьер" 2203, обработка измерений по ГОСТ 23337 [17]. Суточные измерения производились теми же шумомерами, выходной сигнал которых регистрировался самописцем уровня "Брюль и Кьер" 2307. Обработка данных суточных измерений велась по записям на ленте с использованием контрольного ручного считывания показаний шумомера непосредственно со стрелочного индикатора.
Одновременно с этим проводились измерения транспортного шума по основным магистралям города с целью получения шумовой характеристики наиболее активного источника шумового загрязнения - транспортной улично-дорожной сети.
Обследованию подлежали 13 административных районов города, на которых были выбраны наиболее характерные транспортные магистрали, отличающиеся градостроительной ситуацией, состоянием и типом покрытия, видами и средневзвешенной скоростью транспортных средств, интенсивностью потоков. Общее число магистралей общегородского и районного значения составило 52 единицы. На каждой магистрали выбирались от 1 до 3 точек измерений в зависимости от ее протяженности и однородности потока.
Интенсивность шума изучалась вблизи шумящих объектов в строгом соответствии с режимом их работы, организацией схем движения транспорта, планировочными и градостроительными решениями прилегающей территории. При этом особое внимание уделялось реконструируемым районам города с учетом развития перспективных схем движения транспорта.
Выбор и количество точек измерений на той или иной автомагистрали определялись ее длиной, количеством перекрестков и их типом, профилем улиц, видом проходящего транспорта. Так, при отсутствии уклона местности пост измерений уровней шума выбирался на середине свободного прогона магистрали. При наличии уклона измерения производилось со стороны подъема транспорта. В случае пересечения двух и более городских улиц интенсивным движением транспорта уровень шума измерялся в 100м от перекрестка.
При изучении уровней шума на улицах районного значения, пересекаемых городскими магистралями, измерения осуществлялось в месте их пересечения, на наиболее напряженном участке движения.
Оценка степени шумовой угрозы для формирования системы экологической безопасности
Оценка шумовой нагрузки характеризует шумовой режим на отдельно взятых городских территориях в виде экоинформационных модулей, выделенных на первом этапе в зависимости от масштаба и цели работы. Она выполняется в соответствии с ранее описанным методом оценки шумового режима (см. Глава 2) при помощи специальных критериев шумовой нагрузки, описанных выше.
Выходным материалом по этому этапу является мулььтипликативная карта городской территории, разделенной сеткой экоинформационных модулей с различными численными характеристиками шумовой нагрузки. (Рис.3.56.)
Следующим этапом можно считать ранжирование территорий, так как градация по уровню шумовой угрозы от максимальной до минимальной дает возможность выявления зон риска территорий и системного подхода к определению мер экологической безопасности.
Этот раздел представляет собой аналитический блок по оценке шумовой нагрузки в виде системы ранжирования городских территорий для определения уровней шумового напряжения или шумовой угрозы (экологической опасности) с позиций восприятия нагрузки территорией.
Она включает:
1.Общее дифференцирование территории по шумовым нагрузкам (оценка может выполняться при помощи общего показателя шумовой нагрузки Н, удельного Ly или относительно уровня шумовой нагрузки Lo).
2.Ранжирование в виде дифференцированных показателей шумовой нагрузки в каждом классе уровней шума от максимальной до нормативной(оценка может выполняться при помощи относительно уровня шумовой нагрузки Lo при сравнении с нормативной величиной).
3.Классификация зон по степени опасности направлена на выявление зон с высокими уровнями шумовой нагрузки, несущей угрозу и установления степени риска для жизнедеятельности (оценка может выполняться при помощи относительно уровня шумовой нагрузки Но при сравнении с установленными градациями риска шумового воздействия).
4.Выявление экстремальных зон использования городской территории.
5.Получение качественных характеристик шумового режима планировочных образований ( межмагистральных территорий) для выполнение вариантного анализа планируемых решений по организации и реконструкции городской Среды
В зависимости от масштаба (степени детализации), величина, характеризующая шумовой режим меняется: от конкретного уровня шума в каждом из помещений зданий, уровня шума по периметру зданий, уровня шума в точках территории (локальный уровень) до интегральной характеристики распределения уровней шума в пределах отдельных городских зон ( мезоуровень) и города в целом ( макроуровень).
Используя вышеописанные критерии можно представить городскую территорию в виде мозаики экоинформационных модулей с различными уровнями шумовой нагрузки и, в зависимости от цели работы получить;
Подоснову шумовых нагрузок для размещения функциональных зон и оценки стоимости территории.
Кластерный анализ шумовых нагрузок для трассирования магистральных путей и разработки комплексной транспортной схемы (КТС).
Зонирование городской территории по мере увеличения или снижения нагрузки,
Зонирование городской территории в превышениях над нормативными величинами для определения уровня шумовой угрозы и выявления опасных территорий.
Зонирование городской территории по степени конфликтности ситуации с учетом качества подверженной территории для определения уровня шумовой угрозы и выявления опасных территорий.
Варианты зонирования отвечают поставленным задачам и могут варьироваться в широком диапазоне, однако за основу принимается уровень шумовой нагрузки единичной городской территории, что делает оценку универсальной Принципы ранжирования городских территорий. Ранжирование по шумовым нагрузкам.
С позиций санитарно-гигиенического нормирования можно произвести ранжирование в соотвегствии с шумовой угрозой для человека, для чего медико-гигиеническими исследованиями [ 12,50, 105,112 ] выявлены некоторые градации уровня шума (раздражение разных уровней, нарушение слуха, глухота, шумовая болезнь).
При этом учитывается как кумулятивный эффект восприятия шума ( способность накопления звукового раздражения), так и адаптационные механизмы человеческого организма (привыкание без ущерба ).
Исследования на многочисленных примерах взаимосвязей акустических величин с воздействиями шума показали невозможность установления однозначных акустических параметров, но если принять скорректированный по А уровень или уровень шумовой нагрузки в качестве такого параметра при определенных допущениях, он будет вполне пригоден в первом приближении для большинства случаев ожидаемой реакции. Это описание будет тем правильнее, чем точнее выбирается временной промежуток и используются корректирующие поправки[105].
Уровень угрозы негативного влияния шума на человека в сочетании с акустическими характеристиками шумовой нагрузки дает возможность градации шкалы нагрузок по степени экологической опасности.
Всемирный Совет здоровья ( WHO) определяет здоровье не только как отсутствие болезней, но и как полное психическое физическое и сЬциальное здоровье. Если принять за основу это определение, то шум с уровнями, лежащими ниже опасной для слуха границы, расценивается как опасный для здоровья.
