Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор работ по анализу и прогнозу загрязнения воздуха автотранспортом . 8
1.1. Анализ современного состояния загрязнения воздуха автотранспортом и мероприятия по снижению выбросов s
1.2. Краткосрочный прогноз загрязнения воздуха. Общие принципы. Состояние вопроса 22
1.3. Математическое моделирование процессов рассеяния вредных веществ в воздухе 33
Глава 2. Методика исследования 39
2.1. Подход к выполнению исследования. Характеристика использованного материала 39
2.2. Обоснование разработок краткосючного прогноза загрязнения воздуха автотранспортом 44
Глава 3. Краткосрочный прогноз загрязнения воздуха 56
3.1. Условия, способствующие увеличению загрязнения воздуха автотранспортом 56
3.2. Статистические схемы прогноза 64
3.3. Метод прогноза загрязнения воздуха в районе отдельных автомагистралей и составление предупреждений 76
Глава 4. Вопросы прогнозирования загрязнения воздуха выбросами автотранспорта на перспективу 87
4.1. Методика обследования структуры транспортного потока и расчета выбросов в атмосферу на городских автомагистралях 88
4.2. Анализ максимальных уровней загрязнения воздуха выбросами автотранспорта в различных городах России 91
4.3. Прогноз загрязнения воздуха выбросами автотранспорта с учетом мероприятий по снижению выбросов на примере г. Пскова 104
Заключение 112
Список литературы 115
Приложения. 124
- Краткосрочный прогноз загрязнения воздуха. Общие принципы. Состояние вопроса
- Обоснование разработок краткосючного прогноза загрязнения воздуха автотранспортом
- Метод прогноза загрязнения воздуха в районе отдельных автомагистралей и составление предупреждений
- Анализ максимальных уровней загрязнения воздуха выбросами автотранспорта в различных городах России
Введение к работе
Актуальность темы
Одной из острых экологических проблем настоящего времени является загрязнение атмосферного воздуха. 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.
Данная работа посвящена проблемам загрязнения воздуха выбросами автотранспорта и метеорологическим аспектам решения этой проблемы. В работе проанализировано состояние загрязнения воздуха выбросами автотранспорта в различных городах и рассмотрено два пути для снижения загрязнения воздуха: кратковременное снижение выбросов автотранспорта в периоды неблагоприятных метеорологических условий (НМУ) на основе краткосрочного прогноза загрязнения воздуха и реализация долгосрочных программ технических и организационных мероприятий по снижению выбросов автотранспорта.
В ряде случаев невозможно и экономически нерационально предусмотреть столь малый выброс вредных веществ в атмосферу, чтобы ни при каких условиях наземные концентрации примесей в воздухе не превышали бы предельно допустимые значения. Поэтому достижение гигиенических норм предусматривается при сравнительно часто встречающихся неблагоприятных метеорологических условиях, а при редких случаях возникновения аномально опасных ситуаций чистота воздуха обеспечивается за счет прогноза и регулирования выбросов. Этим обуславливается большой экономический эффект прогнозирования загрязнения воздуха.
Под краткосрочным прогнозом в данной работе понимается прогноз уровня загрязнения воздуха с заблаговременностью до суток, который предполагает принятие мер по предотвращению повышения загрязнения воздуха. Под долгосрочным прогнозом загрязнения воздуха понимается прогноз расчетных концентраций примесей на перспективу 10-15 лет с учетом мероприятий по снижению выбросов автотранспорта.
В настоящее время мировой автомобильный парк превысил 600 млн. единиц, из которых 83 - 85% приходится на легковые автомоби-
ли. По прогнозам, к 2010 году он достигнет 1 млрд. единиц / 89,108/.
Мировой ежегодный выброс вредных веществ от автомобилей составляет 50 млн.т. углеводородов, 200 млн.т. оксида углерода и 20 млн.т. оксидов азота.
Во многих городах России выбросы автотранспорта преобладают над выбросами стационарных источников. Такт например, в Москве в 1995 году автотранспортом было выброшено 586 тыс.тонн вредных веществ, что составляет 66% от суммарных выбросов вредных веществ. К крупным городам с определяющим вкладом выбросов автотранспорта относятся в первую очередь: Санкт-Петербург, Тюмень, Екатеринбург, Оренбург. Особо следует сказать о курортных городах, таких как Сочи, Туапсе, Кисловодск, где автотранспорт является основным источником загрязнения воздуха. Выбросы автотранспорта в этих городах составляют от суммарных выбросов 92%, 85%, 77% соответственно /33/.
В нашей стране гигиеническими нормативами допустимого содержания в атмосфере вредных веществ являются предельно допустимые концентрации (ПДК). По определению, данному в / 63 /: «ПДК -это такие концентрации, которые не оказывают на человека и его потомство прямого или косвенного воздействия, не ухудшают его работоспособности, самочувствия, а также санитарно-бытовых условий жизни людей». 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 действуют ПДК для растений.
Во многих городах мира концентрации вредных веществ в в озду-хе, создаваемые выбросами автотранспорта, превышают стандарты качества атмосферного воздуха.
Во многих городах 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 возду-
хе увеличиваются и могут достигать опасных значений.
Кратковременное сокращение выбросов в периоды увеличения загрязнения воздуха может существенно улучшить состояние воздушного бассейна. Вопросы регулирования выбросов и прогноза загрязнения атмосферы тесно связаны между собой.
Существующий уровень техники в нашей стране не позволяет обеспечить нужную очистку выбросов, поэтому, естественно, возникает вопрос о возможности уменьшения выбросов хотя бы в сравнительно короткие периоды времени, когда образуется неблагоприятная метеорологическая обстановка, при которой может создаваться опасное загрязнение воздуха. Разработка краткосрочного прогноза загрязнения воздуха в настоящее время является актуальной задачей.
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 позволяет долгосрочный прогноз загрязнения воздуха с учетом информации о существующих уровнях загрязнения воздуха в городах и мероприятий по снижению выбросов автотранспорта.
Цель и задачи исследования
Целью работы является исследование влияния метеорологических факторов на уровень загрязнения воздуха выбросами автотранспорта; разработка краткосрочного прогноза загрязнения воздуха по городу в целом и вблизи отдельных магистралей, а также оценка возможных изменений уровня загрязнения воздуха с учетом мероприятий по снижению выбросов автотранспорта.
Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:
уточнить на основе теоретических и экспериментальных исследований метеорологические условия, способствующие повышению загрязнения воздуха автотранспортом;
обосновать возможность и выполнить разработки схем статистического прогноза загрязнения воздуха автотранспортом;
разработать способ прогноза загрязнения атмосферы, создаваемого отдельными автомагистралями и группами автомагистралей;
провести анализ полей расчетных концентраций примесей в горо-
дах с различной интенсивностью движения транспорта;
провести анализ эффективности мероприятий по снижению выбросов автотранспорта с целью достижения нормативов качества атмосферного воздуха;
разработать на примере одного из городов долгосрочный прогноз загрязнения воздуха, создаваемого выбросами автотранспорта с учетом мероприятий по снижению выбросов.
Научная новизна работы
В диссертации получены следующие научные результаты:
- разработан метод прогноза загрязнения воздуха автотранспор
том для отдельных автомагистралей городов;
разработаны статистические схемы прогноза диоксида азота за счет выбросов автотранспорта по материалам наблюдений в Красноярске и С.-Петербурге;
разработаны методические подходы прогнозирования загрязнения воздуха автотранспортом на перспективу с учетом планируемых мероприятий по снижению транспортной нагрузки на атмосферный воздух;
разработана методика обследования состава, интенсивности и расчета выбросов автотранспортного потока (с более детальным разделением на 6 категорий автомобилей);
с использованием данных о реальных выбросах автотранспорта проведены расчеты полей концентраций диоксида азота, оксида углерода, углеводородов, сажи и свинца в городах с различной интенсивностью движения;
проведена оценка выбросов индивидуального транспорта (на примере Санкт-Петербурга), которые в настоящее время не учитываются в статистической отчетности. Показано, что при учете выбросов индивидуального транспорта автомобильные выбросы оксида углерода, диоксида азота, углеводородов увеличиваются в 1,5 - 2 раза.
Практическая ценность и реализация результатов работы Результаты работы использовались для оперативного краткосрочного прогноза загрязнения воздуха диоксидом азота в С.Петербурге.
Для г.г. Братск, Псков, Элиста, С.-Петербург, Гатчина были проведены расчеты выбросов и полей концентраций примесей, создаваемых автотранспортом, которые послужили обоснование для разработ-
ки комплекса мер по борьбе с загрязнением воздуха автотранспортом и оценки их эффективности.
Разработанная с участием автора диссертации методология прогноза загрязнения воздуха на период реализации мер по борьбе с загрязнением воздуха автотранспортом использовалась при разработке сводных томов «Охрана атмосферы и нормативы ПДВ» для городов: Воронеж, Астрахань, Элиста, Санкт-Петербург и др.
Данные, полученные диссертантом, использовались С.-Петербургской Государственной автоинспекцией для регулирования транспортных потоков города.
Метод прогноза загрязнения воздуха для отдельных автомагистралей включен в проект "Методических указаний по прогнозу загрязнения воздуха с заблаговременностью до 3-х дней в городе, в районе отдельных источников выбросов вредных веществ в атмосферу и автотрасс ".
Апробация работы
Основные результаты диссертации докладывались на международной конференции "Экомобиль-92" (Сочи 1992 г.), на Всероссийской научно-методической конференции "Актуальные вопросы оценки загрязнения воздушного бассейна городов и регионов выбросами предприятий промышленности и транспорта расчетными методами и по данным измерений" (С.-Петербург, 1994 г.), научно-производственной конференции "Актуальные вопросы оценки загрязнения и обеспечения чистоты воздушного бассейна городов и регионов при авариях на химически опасных объектах и неблагоприятных метеорологических условиях" (С.-Петербург, 1995 г.), на ряде семинаров отдела исследований атмосферной диффузии и загрязнения воздушного бассейна ГГО им.А.И.Воейкова, на конференциях молодых ученых и специалистов ГГО им.А.И.Воейкова.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 5 работ.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, приложения.
Объем диссертации составляет: 157 страниц машинописного текста, включая 34 страницы приложений, 28 рисунков, 30 таблиц.
Краткосрочный прогноз загрязнения воздуха. Общие принципы. Состояние вопроса
Уровень загрязнения воздуха зависит в значительной степени от условий рассеивания примесей в атмосфере. При определенных метеорологических условиях концентрации примесей в воздухе увеличиваются и могут достигать опасных значений. Предотвращение таких случаев на основе их заблаговременного прогноза и кратковременного снижения выбросов является существенным для улучшения состояния воздушного бассейна. В зарубежных странах и в нашей стране уделяется большое внимание вопросам краткосрочного прогнозирования загрязнения воздуха и предотвращения опасного роста концентраций вредных примесей в приземном слое атмосферы в неблагоприятные периоды. Впервые прогнозы уровней загрязнения воздуха начали разрабатываться в США с 1955 г. В нашей стране работы по данному вопросу выполнялись с 1963 г. в Главной геофизической обсерватории (ГГО) им.А.И.Воейкова в отделе исследования атмосферной диффузии и загрязнения воздушного бассейна под руководством М.Е.Берлянда и Л.Р.Сонькина. Автор диссертации использует в дальнейшем методологию, разработанную в ГГО. В этом параграфе кратко изложены основные принципы краткосрочного прогноза загрязнения воздуха, принятые и внедренные в нашей стране, а также некоторые работы, которые ведутся в данном направлении за рубежом.
При решении задачи краткосрочного прогнозирования загрязнения воздуха /2, 3, 60, 65/ оказалось целесообразным рассматривать две его составляющие - локальное загрязнение, создаваемое отдельным источником выбросов, и фоновое загрязнение воздуха по городу в целом. В соответствии с этим разрабатывалось два вида прогноза.
Методика прогноза загрязнения воздуха от отдельных источников разработана с использованием результатов теоретических исследований процесса распространения примесей в атмосфере, выполненных под руководством М.Е.Берлянда /2, 3/. Работы осуществляются для объектов, являющихся в условиях данного города наиболее значительными источниками выбросов. Прогнозирование в данном случае сводится к предсказанию установленных заранее условий погоды, вызывающих высокие концентрации примесей в приземном слое воздуха в районе источника и к расчету создаваемых выбросами данного источника концентраций примесей.
Для решения задачи прогноза уровня загрязнения воздуха по городу в целом изучались метеорологические условия, определяющие уровни загрязнения воздуха в городах, и разрабатывались статистические схемы / 57,60, 64/.
Статистические методы прогноза загрязнения воздуха по городу в целом основаны на анализе фактических материалов наблюдений за концентрациями примесей в воздухе и за сопутствующими метеорологическими и синоптическими условиями.
Для характеристики загрязнения воздуха в целом по городу используются обобщенные показатели. Такие показатели, составленные по многим наблюдениям в ряде пунктов города за несколько сроков, существенно меньше подвержены случайным колебаниям, чем единичные данные о концентрации. Они отражают вклад в загрязнение воздуха преобладающих источников, а также фоновой концентрации в городе, они в меньшей степени зависят от режима выбросов и в основном определяются метеорологическими факторами. Значительный рост концентраций на одном из стационарных постов города мало скажется на значении параметра Р, однако может заметно повысить среднюю по городу концентрацию примеси. В то же время, одновременный рост содержания примесей в разных частях города, который определяется метеорологическими процессами, достаточно хорошо выявляется при рассмотрении ежедневных значений параметра Р.
По своему смыслу величина Р близка к первому коэффициенту разложения поля концентраций на естественные функции он. В работах /34, 65/ было показано наличие тесной связи между Р и си. Коэффициент корреляции между ними достигает 0,85 - 0,95.
Параметр Р используется в качестве интегрального показателя загрязнения воздуха и за рубежом: в Болгарии /24/, Финляндии /81/, Монголии /46/. И.Василев рассмотрел корреляционные связи между параметром Р и метеорологическими условиями в различные сезоны года для Софии. Наиболее неблагоприятный период - это холодное полугодие, когда в Софии часто наблюдаются температурные инверсии. Предложено использовать параметр Р в единой предупредительной системе оценки экологического состояния воздуха в Софии /24/.
В среднем для различных городов Р да 0,2. Загрязнение воздуха по городу в целом можно считать повышенным при Р 0,2. В отдельные дни, когда скопление примесей в городском воздухе наиболее велико, значения Р превышают 0,5.
В качестве прогнозируемой величины обычно использовался параметр Р / 60 /, который является предиктантом. На основе статистических зависимостей между параметром Р и метеоэлементами, которые являются предикторами, строились прогностические схемы.
В качестве предикторов выбирались те характеристики, которые в наибольшей степени определяют изменения концентраций примесей в воздухе. Главным для выбора предикторов является учет характера и тесноты связей между ними и показателями загрязнения атмосферы. При разработке прогностической схемы по материалам наблюдений в каждом конкретном городе из всех возможных предикторов выбирались несколько наиболее значимых.
Обоснование разработок краткосючного прогноза загрязнения воздуха автотранспортом
В данном разделе дается обоснование возможностей использования статистического прогноза для предсказания загрязнения воздуха в городе, создаваемого автотранспортом. Обоснование проводится на основе результатов расчета загрязнения атмосферы, анализа выбросов автотранспорта и измеренных концентраций в городе. Возможности статистического прогноза связаны с тем, что, как правило, автотранспорт вносит основной вклад в создание концентраций диоксида азота, оксида углерода и некоторых других специфических примесей. Положение усугубляется в связи с тем, что такие выбросы попадают в воздух на малой высоте и вносят поэтому наибольший вклад в создание концентраций примесей в приземном слое воздуха.
Это обнаруживается при выполнении расчетов загрязнения атмосферы. Впервые расчеты концентраций, создаваемых совместным влиянием автотранспорта и промышленности, были выполнены М.Е.Берляндом и др. / 3 /для условного модельного города. Главными высотными источниками здесь являлись промышленные предприятия, ТЭЦ и крупные котельные. Кроме того, были рассмотрены только четыре магистрали.
На основе расчетов, естественно, был сделан вывод о том, что в данном городе, за исключением узких зон примыкающих к магистралям, концентрации СО и N02 от промышленных источников существенно больше, чем от автотранспорта.
Автором были проведены расчеты полей концентраций примесей СО и N02 на основе реальных данных о выбросах этих примесей для г. Пскова. В г. Пскове имеется 113 промышленных и производственных объектов с 3389 источниками выбросов загрязняющих веществ, в том числе 829 источников оксида углерода, 411 источников диоксида азота и сеть автотранспортных магистралей. На рис.2.2 - 2.4 представлены изолинии в долях ПДК полей максимальных концентраций диоксида азота и оксида углерода, рассчитанные для г. Пскова (на основании формул ОНД-86). На рис.2.2, 2.4 показаны поля, рассчитанные с учетом выбросов автотранспорта (по 38 участкам городских автомагистралей). Рис.2.3, 2.5 характеризуют суммарное загрязнение г. Пскова выбросами автотранспорта и промышленности.
Учет вклада промышленных выбросов увеличил загрязнение воздуха в локальных частях города, в районах расположения источников выбросов, и расширил площадь загрязнения воздуха. Но, как видно из рисунков, в целом поле концентраций изменилось мало. Конфигурация изолиний для суммарных расчетов совпадает с конфигурацией изолиний расчетов, учитывающих только влияние автотранспорта.
Вклад выбросов автотранспорта в общее загрязнение воздуха городов увеличивается в последнее время, в связи с увеличением автопарка и уменьшением промышленных выбросов, которое связано с сокращением производства в нашей стране.
В связи с изменением структуры хозяйственной деятельности в стране произошло резкое увеличение количества автохозяйств различной принадлежности: кооперативов, малых государственных предприятий, совместных предприятий с иностранными фирмами, акционерных обществ, товариществ с ограниченной ответственностью и т.д. В то же время наблюдается значительное сокращение количества линий и постов диагностики на автопредприятиях, увеличение числа неисправных приборов для экологического контроля. / 22 /. К сожалению, информация о количестве автохозяйств и их оснащенности приборами для экологического контроля часто недоступна для органов охраны природы и общественности. На примере Санкт-Петербурга приведем характеристику автопредприятий, автотранспорта и его экологического состояния (табл.2.5).
Анализ таблицы 2.5 показывает, что если в 1989 году в Санкт-Петербурге было 1118 автохозяйств, то в 1994 году их стало 10851, при этом наиболее резко выросло количество автохозяйств с количеством автомобилей до 50 единиц. За 5 лет количество государственных автомобилей увеличилось всего на 46391 автомобиль, а индивидуальных - на 229507 единиц. Таким образом, в настоящее время индивидуальный транспорт в общем количестве автотранспорта составляет 77,7%. / 22, 73 /.
Данные таблицы 2.5 также свидетельствуют о том, что наряду с резким ростом количества автохозяйств и автотранспорта к концу 1993 года наблюдалось значительное сокращение количества линий и постов диагностики на автопредприятиях, заметное увеличение числа неисправных приборов для экологического контроля.
Весьма плохо оснащены автопредприятия газоаналитической аппаратурой, только около 5% автопредприятий имеют газоаналитическую аппаратуру, из которой большая часть неисправна и метрологически не аттестована. Такое удручающее состояние сложилось из-за того, что с 1992 года в городе практически отсутствует какая-либо деятельность по надзору за экологическим состоянием автопредприятий и автотранспорта.
Плохое экологическое состояние автотранспорта подтверждают результаты экспериментальных исследований и обследований автотранспорта, которые проводились в С.-Петербурге в рамках общегородских мероприятий - рейдов "Атмосфера", операций "Чистый воздух" и исследований с использованием передвижной экологической диагностической лаборатории (ПЭДЛ) ГорГАИ. Результаты данных исследований приведены в табл.2.6 из которой видно, что если в 1990 году автомобилей с превышением норм токсичности было обнаружено только 22%, в 1991 г. - 30,1%, то в 1992 г. таких автомобилей выявлено 42,3%/21,22/.
Следует отметить, что большинство специалистов различных стран, международных и национальных организаций (ЕЭК ООН, Европейское экономическое сообщество, агентства по охране окружающей среды США, Канады, ФРГ и др.) сходятся во мнении, что поддержание автомобильного парка в исправном техническом состоянии, изъятие из эксплуатации техники, не соответствующей требованиям изготовителя, может дать существенный эффект для уменьшения загрязнения атмосферы / 68,70,78,79 /. Для нашей страны такой подход еще более важен, так как срок службы автомобилей в нашей стране в 2 - 3 раза выше, чем в других странах.
Метод прогноза загрязнения воздуха в районе отдельных автомагистралей и составление предупреждений
Разработанные в ГГО и широко применяемые на сети Росгидромета статистические методы прогноза загрязнения воздуха по городу в целом учитывают вклад многочисленных источников, в том числе и автомагистралей. В то же время целесообразно разрабатывать прогнозы для отдельных автомагистралей с повышенной интенсивностью движения автотранспорта, проходящих через кварталы жилой застройки, которые вносят значительный вклад в создание уровня загрязнения воздуха.
Как было показано выше, загрязнение воздуха в районе отдельной автомагистрали характеризуется высокими уровнями концентраций примесей в воздухе в 10 - 50-метровой зоне, прилегающей к проезжей части, и постепенно убывающими концентрациями с удалением от автомагистрали. На расстояниях от 100 до 300 м от автомагистрали вклад выбросов от данной магистрали становится незначительным, концентрации вредных веществ в воздухе приближаются к фоновым значениям. Это указывает на локальный характер загрязнения воздуха выбросами автотранспорта на отдельной автомагистрали и определяет целесообразность использования для его прогноза подхода, применяемого к отдельным источникам / 60 /, и основанного на расчетных формулах ОНД-86 / 52 /.
Разработанный метод прогноза основан на изучении неблагоприятных метеорологических условий (НМУ) для автотрасс. НМУ для автомагистралей включает в себя следующие общие положения : а) штиль и очень слабый ветер, б) устойчивая стратификация нижнего слоя атмосферы, в первую очередь, приземная инверсия, в) направление ветра вдоль трассы или отклоняющееся от нее не более, чем на 30 , г) высокий уровень загрязнения воздуха по городу в целом - боль шие значения параметра Р или других интегральных показателей для примесей , поступающих в воздух от автотранспорта.
Метод прогноза загрязнения воздуха для автотрасс в большом городе основан на расчете загрязнения воздуха, создаваемого автотранспортом, и анализе особенностей процесса распространения выбросов автотранспорта по материалам конкретных городов. Он предусматривает, в первую очередь, разделение трасс на группы в соответствии с близостью условий, на основе которых составляются про гнозы и предупреждения. Разделение трасс на группы основывается на данных о расчетных концентрациях примесей, которые зависят от интенсивности транспортного потока, длины и ширины магистралей. Этот метод в некоторой степени близок к способу прогноза для групп отдельных источников /66/. В настоящее время в ряде городов России ведутся работы по установлению предельно допустимых выбросов в городе. В рамках этих работ определяются распределение автомобильных выбросов по городу, временная изменчивость выбросов на основных магистралях, далее рассчитываются значения выбросов на магистралях и максимальные концентрации на основе формул ОНД-86 / 52 /. Данные расчетов полей максимальных концентраций, создаваемых автотранспортом, используются для разделения трасс на группы, для которых даются предупреждения в случае неблагоприятных метеоусловий.
При отсутствии расчетных данных (в ряде городов работы по установлению ПДВ проводятся не в полном объеме, без расчетов максимальных концентраций вредных веществ, создаваемых выбросами автотранспорта) разделение трасс на группы производится с учетом только интенсивности движения и ширины улиц. Все трассы в городе разделяются на несколько групп, при этом выделяются 2-3 группы, характерные большим загрязнением воздуха в зоне трасс и группы с малым загрязнением воздуха.
Метод прогноза загрязнения воздуха для групп отдельных автотрасс был разработан по материалам Санкт-Петербурга. Были выбраны 65 наиболее напряженных магистралей, на которых была определена интенсивность движения в часы «пик». Используя данные об интенсивности движения различных категорий автомобилей были рассчитаны выбросы вредных веществ. (Более подробно об этом будет сказано в четвертой главе данной работы). По формулам ОНД-86 были выполнены расчеты на ЭВМ максимальных концентраций вредных веществ на каждой магистрали (с учетом фона). Результаты этих расчетов приведены в таблицах 3.7 - 3.8. На основании данных о максимальных концентрациях диоксида азота (в долях ПДК) рассмотренные магистрали были поделены на 2 группы.
Вторая группа состоит из 34 магистралей с максимальными расчетными концентрациями диоксида азота от 2 ПДК до 10 ПДК. При этом концентрации оксида углерода составили до 4 ПДК. Интенсивность движения на этих магистралях - от 500 до 2500 а/ч. Все магистрали с интенсивностью движения более 1500 а/ч имеют ширину 20 -25 м.
Все остальные магистрали города, которые характеризуются малой интенсивностью и соответственно сравнительно небольшими концентрациями примесей в воздухе, отнесены к 3-й группе.
Следует отметить, что на магистралях, расположенных в центральной части города концентрации диоксида азота и оксида углерода выше, чем на магистралях, расположенных на окраинах города, при той же интенсивности движения и ширине (например, Каменноо-стровский пр., пр.Просвещения) (табл.3.7). Это происходит из-за наложения концентраций, создаваемых различными магистралями в центральной части города.
В таблицах 3.7 - 3.8 даны ширина и длина магистралей, направления , вдоль которых ориентированы магистрали. Очевидно, что ветер таких направлений является наиболее неблагоприятным для соответствующей магистрали.
В Санкт-Петербурге из 65 напряженных автотрасс 21 ориентированы с севера на юг, 11 с северо-запада на юго-восток, 15 с запада на восток, 18 с юго-запада на северо-восток. Предупреждения для отдельных улиц, наряду со случаями застоя, составляются только при направлении ветра вдоль трассы.
Далее были определены прогностические положения для каждой из выделенных групп. Ниже приводятся характеристики выделенных групп автотрасс и прогностические положения для них .
Анализ максимальных уровней загрязнения воздуха выбросами автотранспорта в различных городах России
Основная информация о загрязнении атмосферного воздуха городов базируется на данных регулярных наблюдений стационарных постов общегосударственной службы наблюдений за состоянием окружающей среды (ГСН). Результаты наблюдений на стационарных постах характеризуют уровень общегородского (фонового) загрязнения атмосферного воздуха. На основе этих данных строятся прогностические схемы загрязнения воздуха по городу в целом, как это было показано в главе 3.
Однако, как известно, автотранспорт, как источник загрязнения атмосферы имеет ряд специфических особенностей, связанных с поступлением выбросов в атмосферу на малой высоте и рассеиванием в условиях городской застройки. Максимальные значения концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе отмечаются в зонах, непосредственно примыкающих к проезжей части магистрали.
В большинстве случаев стационарные посты ГСН располагаются вне зон прямого воздействия выбросов автотранспорта на достаточно большом удалении от автомагистралей с интенсивным движением, поэтому концентрации примесей, измеренные на постах ГСН, не позволяют оценить реальную картину максимального загрязнения воздуха автотранспортом. Для решения этой задачи необходимы специальные экспериментальные исследования.
Для выявления максимального загрязнения воздуха выбросами автотранспорта информация стационарных постов ГСН недостаточна. Поэтому наиболее реальным способом решения данной задачи является расчетная оценка территориального распределения максимальных концентраций по городу.
В данной работе приводятся результаты расчетов загрязнения воздуха, создаваемого выбросами автотранспорта в ряде городов РФ. Исходные данные о выбросах автотранспорта на городских автомагистралях были определены на основе результатов натурных обследований характеристик автотранспортных потоков по методике, изложенной в разделе 4.1. Расчеты выполнены автором на ПЭВМ по Унифицированной программе расчета загрязнения атмосферы (УПРЗА) "Эколог", реализующей положения общегосударственного нормативного документа по расчету концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе ОНД-86 / 52 /.
Расчеты проводились по пяти основным веществам, присутствующим в выбросах автомобилей: диоксиду азота, оксиду углерода, углеводородам, саже и свинцу. Результаты расчетов характеризуют наиболее неблагоприятные сочетания выбросов автотранспорта и метеорологических условий, определяющих их перенос и рассеивание в атмосфере. Следует отметить, что выбранные города расположены в различных климатических зонах, разными условиями для рассеивания примесей (табл.4.2). Сочетание метеорологических условий, обуславливающих накопление в атмосфере примесей, обычно называют метеорологическим потенциалом загрязнения атмосферы (ПЗА). Санкт-Петербург, Псков, Гатчина находятся в зоне с низким ПЗА, Астрахань -с повышенным ПЗА, Братск - с очень высоким ПЗА. Правильный учет климатической информации о рассеивающей способности атмосферы имеет большое значение при выборе комплекса мероприятий. Одинаковое уменьшение выбросов вредных веществ в районах с высоким и низким ПЗА приводит к различному снижению уровня загрязнения воздуха/7,38/.
Для характеристики загрязнения воздуха автотранспортом были использованы такие величины: площадь города (Sc) с концентрациями вредных веществ более 1 ПДК, 2 ПДК и т.д., выраженная в процентном отношении к общей площади города; максимальные концентрации в долях ПДК в непосредственной близости к магистрали; обобщенные показатели Ms - суммарный выброс вредного вещества на автомагистралях, нормированный на площадь города (г/с км2); ML -суммарный выброс вредного вещества на автомагистралях, нормированный на общую протяженность основных автомагистралей (г/с км). С помощью этих показателей дается анализ загрязнения воздуха выбросами автотранспорта в исследуемых городах (табл.4.3)
Для каждого из городов расчеты проводились по соответствующей площади, охватывающей площадь города с основными магистралями и возможной зоной их влияния, и шагом расчетной сетки 20 м. В каждой расчетной точке определялась максимальная по направлению и скорости ветра концентрация вредного вещества. После проведения расчетов для каждого из веществ (диоксиду азота, оксиду углерода, углеводородам, саже и свинцу) были построены карты территориального распределения расчетных максимальных концентраций.
Как видно из рисунков наибольшее загрязнение воздуха создают выброс диоксида азота и оксида углерода. Площадь города с концентрации диоксида азота более 1 ПДК составляет 107 км2 или 70% от расчетной области, с концентрациями 2 ПДК - 52% расчетной области. В непосредственной близости от магистралей на расстоянии 100 -150 м концентрации диоксида азота достигают 5 - 7 ДК, а на самих магистралях - 5 - 23 ПДК.
Похожие диссертации на Анализ и прогноз загрязнения воздуха выбросами автотранспорта
