Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние проблемы, цель и задачи исследования 11
1.1. Характеристика автотранспорта как источника загрязнения воздушной среды городов 11
1.2. Современное состояние контроля загрязнения атмосферы вредными (загрязняющими) выбросами автотранспорта 17
1.3. Мероприятия, применяемые для уменьшения загрязнения атмосферы вредными выбросами автотранспорта 22
1.4. Анализ применимости подходов физического и математического моделирования распространения примесей в атмосфере к оценкам загрязнения атмосферы выбросами АТС 27
1.5. Анализ применяемых методик по оценке выбросов вредных веществ АТС, движущихся по автомагистралям 36
1.6. Выводы по обзору. Цель и задачи исследования 45
2. Общая методика диссертационного исследования 49
2.1. Методика теоретического обоснования оценки загрязнения атмосферы выбросами автомобильного транспорта 50
2.2. Методика натурных и лабораторных исследований условий движения и характеристик АТС применительно к городским магистралям, оценка погрешностей 54
3. Обоснование методики расчета загрязнения атмосферы ОГ автотранс порта на автомагистрали при НС 62
3.1. Обоснование физико-математической модели загрязнения атмосферы ОГ автотранспорта на автомагистрали при НС 62
3.2. Обоснование методики и программных средств расчета загрязнения воздушной среды ОГ АТС на автомагистрали при НС 72
4. Постановка и результаты экспериментально-аналитического (численного) исследования загрязнения атмосферы ОГ АТС, на примере КАД Санкт-Петербурга при НС 86
4.1. Обоснование объекта и сценариев развития НС, связанных с экстремальными условиями эксплуатации АТС 86
4.2. Результаты расчетного исследования («численного эксперимента») НС на КАД Санкт-Петербурга. Выводы и рекомендации 90
Общие выводы по диссертации 98
Список использованной литературы 104
- Современное состояние контроля загрязнения атмосферы вредными (загрязняющими) выбросами автотранспорта
- Методика натурных и лабораторных исследований условий движения и характеристик АТС применительно к городским магистралям, оценка погрешностей
- Обоснование методики и программных средств расчета загрязнения воздушной среды ОГ АТС на автомагистрали при НС
- Результаты расчетного исследования («численного эксперимента») НС на КАД Санкт-Петербурга. Выводы и рекомендации
Введение к работе
Актуальность темы работы. Опасность проживания населения в городах сегодня в значительной степени определяется эмиссией в окружающую среду с продуктами горения топлива в цилиндрах ДВС автомобильного транспорта вредных (загрязняющих) веществ: СО, СН, NOх, БП, РМ, опасных для здоровья людей, находящихся длительное время в зоне выброса отработавших газов и топливных испарений. При высокой плотности и интенсивности транспортного потока в «часы пик», неблагоприятных метеорологических условиях и неудачной застройке кварталов, примыкающих к автомагистралям, препятствующих естественной очистке воздуха от вредных автомобильных выбросов, могут сложиться неблагоприятная ситуация (НС) для людей, жизнедеятельность которых проходит в непосредственной близости от автомагистралей. Известны случаи локального загрязнения атмосферы автомобильным «легким смогом» в странах ЕЭС в такой степени, которая требовала эвакуации населения.
Как показывают современные мониторинговые исследования городской воздушной среды, такие НС возникают в связи с неблагоприятным суммированием целого ряда техногенных и природных факторов, обусловленных техническим состоянием автомобильного транспорта, его составом, интенсивностью движения, ландшафтным рельефом местности, этажностью и характером городской застройки, а также метеорологическими параметрами местности, в которой находится автомагистраль.
При решении конкретных задач, связанных с мониторингом НС, физико-математические модели, в виду невозможности постановки натурных экспериментов, становятся единственным инструментом оценки вероятных негативных последствий воздействия автотранспорта на население, проживающего вблизи автомагистралей. При этом научное обоснование выбора методологического подхода является ключевым звеном точности и достоверности численных результатов виртуальных исследований таких НС.
Актуальность решения данной проблемы определила формирование научной идеи, выбор темы, обоснование объекта, предмета, цели и задач диссертационного исследования.
Степень изученности проблемы
Проблема опасного воздействия продуктов сгорания топлива в двигателях ТС на человека достаточно подробно исследовалась в трудах М.Е. Берлянда, С.А. Батурина, И.Л. Варшавского, Р.В. Малова, Ю.Б. Свиридова, В.А. Звонова, В.И. Смайлиса, Е.Л. Гениховича, В.З. Махова, Т.Р. Филлипосянца, В.Ф. Кутенева, Б.С. Стефановского, В.Н. Луканина, Ю.В. Трофименко, В.Н. Ложкина, Н.Я. Говорущенко, А.В. Николаенко, В.А. Лиханова, А.Я. Хесиной, Ю. Якубовского, J. Sachse, M. Torge, A. Peters, M. Heier и многих других исследователей.
На основе ранжирования опасных факторов эксплуатации автомобилей установлено, что не менее 30 % риска приходится на химическое загрязнение воздушной среды отработавшими газами (в том числе NOх – 8,3 %, ПАУ – 7,4 %, твердые частицы - дымность – 5,6 %). При общей доле опасности физического загрязнения (шум, электромагнетизм) – 8,9 %, параметров технического состояния ТС, влияющих на ДТП, – 6,5 %. Данная проблема контролируется Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) и для ее решения в РФ в 2006 году осуществлено прямое введение европейских стандартов безопасности ТС (Постановление Правительства РФ № 609 от 12 октября 2005 года): Правила № 24, № 49 и № 83 ЕЭК ООН.
Объективность расчета концентраций вредных веществ вблизи автомагистралей в значительной степени зависит от правильности оценки мощности выброса ОГ ТС в НС, то есть, - от выбора методики определения выбросов вредных веществ ТС, движущимися по автомагистрали.
Реальные выбросы вредных веществ ТС зависят от большого количества факторов (технического состояния транспортного средства, качества дорожного полотна, характера движения, вида и качества топлива, погодные условия, индивидуальные особенности вождения и т. д. и т. п.), учесть которые в полном объеме невозможно и которые, в той или иной степени, учитываются в современных методиках в зависимости от конкретных задач, решаемых с их помощью. Значения этого важнейшего параметра определяются принятой условной разбивкой ТС на учетные группы и способом определения выброса вредных веществ для каждой из групп.
Детальный анализ американских, европейских и отечественных методик (в РФ в настоящее время основными разработчиками специализированных методик такого рода являются ФГУП «НИИ Атмосфера» - г. С.-Петербург и ГНИИАТ - г. Москва), позволил сделать вывод о необходимости существенного уточнения подхода оценки «пробеговых выбросов» ТС на основе данных испытаний по «ездовым циклам» с учетом современных тенденций изменения структуры ТС в соответствии с действующим законодательством, а также усовершенствования методики организации наблюдений за интенсивностями движения ТС по городским магистралям в течение дня и года.
Научная идея диссертации – на основе критического анализа отечественных и зарубежных физико-аналитических моделей диффузии химических веществ обосновать методику экспериментально-расчетного мониторинга потенциального воздействия отработавших газов (ОГ) транспортных средств вблизи автомагистралей на городское население в условиях неблагоприятных транспортно-метеорологических ситуаций.
Цель диссертационной работы - обоснование методики мониторинга и исследование загрязнения атмосферы вблизи автомагистрали при НС на основании обработки базовой и оперативной информации о: структуре, техническом состоянии, интенсивности движения и выбросах вредных (загрязняющих) веществ автотранспорта, метеорологических условиях. С тем, чтобы прогнозировать, объективно оценивать и адекватно реагировать на опасные ситуации загрязнения воздушной среды ОГ автотранспорта.
Поставленная цель достигалась путем решения следующих задач:
1. Разработка общей методики диссертационного исследования, включающей: определение места разрабатываемой методики в системе контроля воздействия автотранспорта на атмосферу городов; обоснование основополагающих принципов и алгоритма ее реализации; оценку предполагаемой достоверности прогнозов с учетом погрешностей определения выбросов вредных веществ с ОГ двигателей; выбор объекта – автомагистрали для проверки работоспособности методики.
2. Обоснование физико-математической модели мониторинга загрязнения атмосферы вблизи автомагистрали при НС в «часы пик» на основе использования данных о техническом состоянии транспортных средств и качестве применяемого топлива.
3. Разработка программы и проведение натурных экспериментов на характерных участках городской автомагистрали по определению структуры, интенсивности и характера движения ТС в «часы пик».
4. Выполнение расчетного исследования с анализом результатов и выявлением закономерностей распределения концентраций вредных веществ вблизи автомагистрали; определение путей уменьшения последствий опасного воздействия ТС на население, проживающее в окрестности автомагистрали.
5. Разработка рекомендаций по расширению применимости методики мониторинга воздушной среды вблизи автомагистрали при НС: определение задач, решаемых с ее помощью при принятии управленческих решений.
Методы исследования: теоретический анализ закономерностей образования в двигателях автомобилей и распространения в атмосфере вредных веществ; экспериментальное исследование выбросов вредных веществ двигателями в лабораторных стендовых условиях по оригинальным и стандартизованным отечественным и международным методикам; экспериментальное исследование структуры и интенсивности движения ТС по автомагистрали.
Объект исследования – автомобильный транспорт, перемещающийся по городской автомагистрали с высокой интенсивностью движения (КАД Санкт-Петербурга).
Предмет исследования – мониторинг НС сверхнормативного (в отношении санитарно-гигиенических параметров качества воздушной среды) загрязнения атмосферы ОГ автотранспорта вблизи КАД Санкт-Петербурга.
Научная новизна результатов
- обоснованы применение физико-математической модели и инженерная методика численного мониторинга загрязнения атмосферы вблизи автомагистрали при неблагоприятной ситуации (НС) «в часы пик» на основе использования данных о техническом состоянии транспортных средств (ТС) и качестве применяемого топлива;
- уточнены значения удельных пробеговых выбросов загрязняющих веществ по категориям ТС в зависимости от средней скорости движения в автотранспортном потоке и вида используемого топлива, выявленных на основе анализа испытаний двигателей и автомобилей в стендовых и дорожных условиях. Определена перспектива их изменения к 2015 и 2020 годам;
- выполнено экспериментально-расчетное исследование по апробированию методики, показавшее сопоставимость оценок с данными инструментального мониторинга, с анализом результатов и выявлением закономерностей изменения интенсивностей движения автотранспорта на КАД Санкт-Петербурга и распределения концентраций вредных веществ вблизи автомагистрали.
Обоснованность и достоверность результатов исследований. Результаты диссертации обоснованы применением современных широко апробированных теоретических представлений о механизмах образования вредных веществ непосредственно в цилиндрах автомобильных двигателей, их миграции в приземном слое атмосфере в окрестностях автомагистрали. Достоверность результатов проверена сопоставлением расчетных значений концентраций загрязняющих веществ с данными инструментального мониторинга стационарными станциями наблюдения за качеством воздушной атмосферы вблизи автомагистралей, а также с данными исследований других известных отечественных и зарубежных авторов и научных школ; обоснованиями удельных выбросов загрязняющих веществ путем использования результатов стендовых испытаний автомобильных двигателей, в том числе, по ездовым 13-ти ступенчатым циклам. Использованием поверенных газоанализаторов и контрольно-измерительных приборов с оценками погрешностей измерения и расчета соответствующих параметров.
Научная и практическая значимость. Научное значение результатов состоит в обосновании применимости известной физико-математической модели диффузии вредных веществ в приземном слое атмосферы (К-теория) для прогнозирования ситуаций воздействия на городское население загрязнения воздушной среды в окрестности автомагистрали, классифицируемых как опасные. Практическая значимость результатов исследования определяется соответствием уровня предлагаемой методики и решений по мониторингу НС воздействия ТС на городское население, требованиям Постановления Правительства РФ № 609 от 12 октября 2005 года; доступностью разработанной методики к применению, что подтверждается актами внедрения результатов.
Апробация и внедрение результатов исследования. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на второй международной научно-практической конференции «Измерения в современном Мире – 2009» (Санкт-Петербург, ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет», Дом ученых в Лесном, 8-10 декабря 2009 г.); научно-практической конференции «Сервис безопасности в России: опыт, проблемы, перспективы» (Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 23-24 апреля 2008 г.); на третьем международном конгрессе «Безопасность на дорогах ради безопасности жизни» (Санкт-Петербург, Таврический дворец, 29 октября 2010 г.).
Результаты выполненного исследования используются в учебном процессе автомобильно-дорожного факультета СПбГАСУ по курсу «Экология». Были использованы при разработке «Методики расчета годовых выбросов передвижных источников на автомагистралях Санкт-Петербурга на основе обследования структуры автотранспортных потоков», прошедшей государственную экологическую экспертизу в декабре 2011 года.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 статей, две из которых изданы в «Вестнике гражданских инженеров» СПбГАСУ и электронном журнале «Современные проблемы науки и образования», рекомендованные ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованной литературы и приложений. Общий объем работы 146 страниц. Она содержит 17 таблиц и 30 рисунков. Список использованной литературы включает 124 наименования, 32 из которых относятся к зарубежным источникам.
Современное состояние контроля загрязнения атмосферы вредными (загрязняющими) выбросами автотранспорта
Транспорт является неотъемлемым атрибутом общественно-экономической жизни населения Земли [1-4]. Развитие, прежде всего, автомобильного транспорта привело к становлению на нашей планете мощной автомобильно-дорожной индустрии, в значительной мере определяющей развитие передовой науки и техники в современном обществе. Но при этом каждое транспортное средство в отдельности, автомагистрали и, в целом, транспорт-но-дорожные комплексы являются объектами повышенной опасности в отношении чрезвычайных ситуаций непосредственного физического (ДТП) или экологического (шум, выбросы в окружающую среду вредных веществ) воздействия [11, 15, 17, 41, 48, 54, 69, 105].
В работе [60] проводится комплексный анализ опасных факторов эксплуатации автотранспортных средств на основе экспертных оценок. Сравнение (ранжирование) вариантов одновременно по большому числу различающихся по физической природе факторов-измерителей предлагается осуществлять с использованием составного критерия в виде функции ценности Ф \_S(x\j\.
Эта функция ставит в соответствие каждому значению X некое действительное число - параметр ценности S{x). Если функция аддитивна, то для / = 1,..., п (п 3) измерителей параметр ценности представляется в виде:
В данной таблице приведены коэффициенты весомости для АТС следующих типов: 1 - легковые АТС; 2 - грузовые с бензиновыми двигателями; 3 -грузовые с дизелями; 4 - автобусы с бензиновыми двигателями; 5 - автобусы с дизелями.
Как видно из анализа данных таблицы 1.1 из общего количества факторов, число которых равно 23, - от 22 до 30% опасности эксплуатации АТС связана, по мнению экспертов, с химическим загрязнением воздушной среды отработавшими газами.
На опасное совместное воздействие ДТП и шума (в сумме) приходится от 7 до 12%. Стандартизация технических нормативов конструктивной безопасности эксплуатации двигателей АТС в РФ (ГОСТ Р 51709-2001, ГОСТ Р 52033-2003, ГОСТ Р 52160-2003 и ГОСТ Р 17.2.02.06-99 [24-27]) полностью соответствует данному выводу.
Проанализируем чем определяется опасность загрязнения воздушной среды выбросами автотранспорта в городах.
Проблема опасного воздействия токсичных составляющих ОГ ДВС на окружающую среду и человека достаточно подробно исследовалась в трудах И.Л. Варшавского, Ю.Б. Свиридова, С.А. Батурина, Р.В. Малова, В.А. Звонова, В.И. Смайлиса, В.З. Махова, Т.Р. Филлипосянца, Кутенева В.Ф., Ю. Якубовского, Б.С. Стефановского, В.Н. Луканина, Ю.В. Трофименко, В.Н. Ложкина, Н.Я. Говорущенко, А.В. Николаенко, В.А. Лиханова, А.Я. Хесиной, J. Sachse, М. Torge, A. Peters, М. Heier и многих других исследователей [5, 13, 37, 58, 61, 82,83,78,101, 102 и т. д.].
Отработавшие газы АТС - это многокомпонентная гетерофазная смесь различных веществ, основная часть которых газообразна, твердая фаза представлена в ОГ, главным образом, дизельной сажей, а жидкая - несгоревшими и частично окисленными углеводородами топлива и масла. Не менее 99 % объема ОГ составляют продукты полного сгорания топлива, остальные компоненты, суммарное содержание которых не превышает 1%, в большинстве своем являются токсичными, канцерогенными и мутагенными веществами.
В настоящее время различными исследователями в составе ОГ идентифицировано одних лишь органических соединений более 500 наименований [20, 33, 35, 36, 44]. Кроме того, с ОГ выделяются также оксиды азота, серы, углерода и другие неорганические соединения. Совокупность вредных компонентов, не взирая на относительно небольшую концентрацию в ОГ, определяет такие опасные свойства ОГ АТС как токсичность, канцерогенность, аллерген-ность и мутагенность.
К вредным составляющим относятся также частицы (дымность ОГ) -обезвоженный аэрозоль ОГ, задерживаемый фильтром из стеклоткани, покрытой пластиком, при температуре, не превышающей 52С: частички сажи, несгоревших остатков топлива и масла, несгоревших углеводородов (из топлива и масла), серной кислоты, сернокислых экстрактов из воды и органики, металлов, окалины и минералов из присадок масла и омываемых газом металлических поверхностей самого двигателя. Наиболее опасны мелкие частицы сажи размером не более 0,5 мкм с адсорбированными на них молекулами БП. К соединениям, представляющих наибольшую опасность, практически относят несколько соединений ОГ [49] табл. 1.2.
В последние годы, в связи с опасностью загрязнения окружающей среды озоном (03), стали обращать внимание на склонность топлив к образованию Оэ в атмосфере в результате фотохимических реакций под воздействием солнечной радиации, протекающих в тропосфере, - «озонообразующий потенциал» [44, 65].
Методика натурных и лабораторных исследований условий движения и характеристик АТС применительно к городским магистралям, оценка погрешностей
Отмеченные методики предназначены для оценки величин удельных выбросов загрязняющих веществ (г/с) в атмосферу автотранспортными потоками на городских магистралях применительно к перегонам и перекресткам.
Перечень, охватываемых методиками загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу с ОГ автомобилей: моно оксид углерода (СО); оксиды азота NOx (в пересчете на диоксид азота); углеводороды (СН); сажа; диоксид серы (S02); соединения свинца ; формальдегид; бенз/а/пирен (БП).
Моделирование в пределах унифицированных типов АТС осуществляется на основе обработки данных многолетних экспериментальных исследований выбросов конкретных марок легковых автомобилей по «горячим» городским ездовым циклам в стендовых условиях на беговых барабанах, а также анализа материалов стендовых испытаний двигателей большегрузных автомобилей и автобусов в НПО ЦНИТА, НАМИ, КЭТУКИ (Венгрия, автобусы ИКАРУС), АО КамАЗ, АО ЗИЛ и многих других организаций [63].
В данных методиках применяемые значения пробеговых и удельных выбросов вредных (загрязняющих) химических веществ для автомобилей отражают уровень их технического состояния, соответствующий сведениям о наличии и техническом состоянии автомототранспортных средств (АМТС) по линии ГИБДД на начало 1999 года и требуют уточнения.
Методики не предназначены для выполнения прогнозов, обусловленных изменениями на рынке нефтепродуктов, в структуре парка АТС, его техниче расчет выбросов соединений свинца для автомобилей, движущихся по городским автомагистралям, производится в том случае, если в данном городе используется этилированный бензин. Рассчитанные значения выбросов соединений свинца целесообразно уточнить с учетом доли этилированного бензина в суммарном потреблении бензинов всех марок в данном городе. ском состоянии. Использование методики позволяет дать приближенную оценку выбросов загрязняющих веществ в случае реализации пессимистического сценария развития ситуации в автотранспортном комплексе РФ (или субъекте РФ) на примере конкретного участка улично-дорожной сети или автомагистрали. Для прогнозных оценок должны вводиться откорректированные значения коэффициентов выбросов.
В странах ЕЭС применяются методики, основанные на использовании пробеговых выбросов АТС, группируемых в соответствии с Правилами ЕЭК ООН [124].
Например, Датская модель, разработанная фирмой COWI [124], обеспечивает расчет выбросов следующих загрязняющих веществ: ТЧ (твердые частицы), NOx (оксиды азота), СО (моно оксид углерода), С02 (углекислый газ), СН (углеводороды), SO2 (сернистый газ).
Модель базируется на двух видах информации: о средних значениях показателей выбросов; о пробеге, приходящемся на весь парк АТС. Суммарный пробег, приходящийся на весь парк АТС, рассчитывается на основе данных о численности парка и среднегодовом пробеге, приходящемся на одно транспортное средство. Таким образом, суммарная масса выбросов рассчитывается на основе учета перечисленных выше параметров в следующей форме: Суммарная масса выбросов = показатель выбросов х пробег одного ТС х число ТС
Модель обеспечивает расчет изменения выбросов для того или иного «сценария» в сравнении с «базовым сценарием» на протяжении 30-летнего периода времени.
Недостатком модели является то, что реально в процессе эксплуатации характеристики выбросов загрязняющих веществ могут существенно изменяться по мере наработки двигателей АТС. Как показывает практика проверок АТС в РФ при технических осмотрах, - очень существенно (от 20 до 60 и более процентов). Причиной тому, главным образом, являются отклонения в ре гулировках систем двигателей АТС, особенно, топливной аппаратуры и неудовлетворительное качество топлива.
Европейские модели не учитывают данные обстоятельства, поскольку в странах ЕЭС характеристики выбросов гарантируются производителями АТС, а в РФ фактор «отклонений» необходимо учитывать обязательно. 1.6. Выводы по обзору. Цель и задачи исследования
На основании выполненного обзорного анализа литературных и нормативно-технических источников, касающихся проблемы безопасности применения АТС в городах, мероприятий по ослаблению негативного воздействия АТС и создания расчетных методик оценки сверхнормативного (чрезвычайного) загрязнения атмосферного воздуха вредными выбросами АТС, можно сделать следующие выводы.
1. В последние годы в крупных городах России наблюдалось резкое уве личение количества транспортных средств, парк которых, в основном, попол нялся устаревшими в техническом отношении моделями при общем их неудо влетворительном техническом состоянии. Так, например, в городе Санкт Петербурге с 1980 года по настоящее время количество транспортных средств возросло более чем в восемь раз, примерно, с 200 тыс. до 1 млн. 700 тыс. еди ниц.
Такая ситуация незамедлительно сказалась на обострении опасности и повышении техногенного риска, связанных с эксплуатацией АТС. 2. Из более двух десятков общего количества «измерителей опасности» АТС более 30 % их ранговой весомости сегодня определяется эмиссией в окружающую среду с продуктами горения топлива в цилиндрах ДВС вредных (загрязняющих) веществ, опасных для здоровья людей, находящихся длитель ное время в зоне выброса ОГ.
Риск опасного воздействия отработавших и картерных газов, топливных испарений на человека и среду обитания связан, прежде всего, с содержанием в них полидисперсной сажи, на поверхности которой адсорбируются сильнейшие токсичные и канцерогенные вещества, в частности, - бенз/а/пирен и содержащие серу водные кислотные растворы, которые определяют дымность ОГ (РМ); оксиды азота (NOx), газообразные углеводороды (СН), формальдегид и оксид углерода (СО - угарный газ).
Обоснование методики и программных средств расчета загрязнения воздушной среды ОГ АТС на автомагистрали при НС
В то же время, в отношении характера изменения удельных выбросов NOx с изменением скоростного режима движения ТС в транспортном потоке в литературных источниках имели место противоречивые данные, в том числе, -противоположные данным приведенным на рис. 3.1. По-видимому, это связано с тем, что в реальных условиях движения трудно (а практически, невозможно) выдержать не только скоростной режим движения транспортного средства, но и нагрузку на двигатель. То же самое относится и к стандартным ездовым циклам по правилам №№ 83 и 49 Европейской Экономической Комиссии Организации Объединенных Наций (ЕЭК ООН), хотя бы даже и в смысле статистического их соответствия как некоему модельному режиму движения ТС по городским улицам и магистралям, - в осредненных значениях удельных выбросов. В этой связи, в методике [67], аналогично ранним методикам НИИАТ, было предложено считать значение коэффициента приведения выбросов NO2 (к скоростному режиму движения АТС) равным 1.
Обоснование удельных пробеговых выбросов вредных (загрязняющих) веществ Как было ранее отмечено, Российская система сертификации АТС всегда опиралась на Правила Европейской Экономической Комиссии Организации Объединенных Наций (ЕЭК ООН), разрабатываемых в рамках Женевского Соглашения, а с 2006 года, - целиком перешла на принципы европейского нормирования.
Поэтому, при назначении величин базовых показателей удельных выбросов вредных веществ АТС при движении по автомагистралям, ориентация была сделана, в первую очередь, на ранее детально проанализированную в разделе 1 динамику нормирования в рамках ЕС и ЕЭК ООН. Однако, при этом, принималось во внимание то, что, как по срокам введения европейских требований, так и полноте их распространения на эксплуатируемый парк АТС для городов РФ следует ожидать определенное отставание от стран ЕС.
Например, требования «Евро-2» в Европе были введены в 1996 году, а в России на автомобили, выпускаемые в обращение, - в 2006 году. В странах ЕС «Евро-4» и «Евро-5», которые примерно вдвое, трое жестче уровня «Евро-1, 2», стали вводиться, начиная с 2005 года. В России «Евро-4» было введено в 2010 году.
Но, к примеру, появление реальной возможности для их внедрения на дизельных большегрузных ТС, в связи с необходимостью применения восстановительного катализа NO, мало вероятно ожидать и в 2012 году. Полнота распространения «Евро-4» на парк эксплуатируемых легковых ТС в 2011 году, как это следует из ранее представленного анализа их возрастной статистики, не превышает 5-7%, а в подавляющем большинстве (в среднем), - это уровень «Евро-1» и «Евро-2». Принимая во внимание всю совокупность реальных обстоятельств, проанализированных в разделе 1, было принято решение, что «напрямую» использовать в качестве окончательных значений непосредственно технические нормативы выбросов вредных веществ, как это делается в европейских методиках по инвентаризации выбросов от ТС, применительно к условиям движения на автомагистралях, было бы неправильным.
В этой связи, при назначении величин удельных выбросов АТС для автомагистралей использовались значения выбросов, соответствующие экологическим классам ТС (Евро-0, ..., 4 по Постановлению Правительства РФ № 609 от 12 октября 2005 года), но в качестве неких исходных базовых показателей. При этом принимались во внимание, как рекомендации, так и численные значения удельных показателей расчетной инструкции (методики) по инвентаризации выбросов загрязняющих веществ от АТС на территории крупнейших городов ОАО «НИИАТ» [68].
В дальнейшем эти базовые значения трансформировались с учетом качественного анализа и доминирования выше детально рассмотренных в разделе 1 факторов, определяющих, по сути, степень изменчивости реальных условий эксплуатации ТС на автомагистралях от неких «идеальных» условий сертификационных испытаний.
Окончательный вариант значений пробеговых выбросов АТС на автомагистралях устанавливался после обсуждения и согласования результатов исследования со специалистами и учеными организаций двигательного и автомобильного профиля ООО «ЦНИДИ» и ИБДД при Автомобильно-дорожном факультете СПбГАСУ.
Следует напомнить, что такой многоэтапный методологический подход приближения к реальной (достоверной) модели загрязнения атмосферы выбросами АТС оправдал себя при сопоставлении расчетных данных с результатами систематических инструментальных наблюдений за качеством атмосферного воздуха стационарными городскими станциями вблизи автомагистралей Санкт-Петербурга [84].
Результаты расчетного исследования («численного эксперимента») НС на КАД Санкт-Петербурга. Выводы и рекомендации
По результатам исследования интенсивности движения и структуры транспортного потока на КАД Санкт-Петербурга в период марта-июня 2011 года можно сделать следующие выводы.
Средняя интенсивность движения автотранспортного потока на Южных участках КАД в «часы пик» изменялась в диапазоне 3900-4500 авт/час. При этом максимальное значение интенсивности достигало 4500 авт/час на участке КАД от пр. Обуховской обороны до Октябрьской наб. - Большой Обуховский мост. На Восточных участках, - в диапазоне 3300-3700 авт/час. На Северных участках, - 1400-3200 авт/час. При этом минимальное значение интенсивности характерно для участка КАД от Выборгского шоссе до Приморского шоссе, -1375 авт/час.
Основная роль в создании НС на КАД принадлежит легковым АТС, доля которых в общем потоке АТС изменялась в диапазоне 57-65 %. А в среднем составляла, приблизительно, 61%. Максимальная доля легкового автотранспорта была зафиксирована на Южном участке КАД (от Московского шоссе до Софийской ул.) и составляла 65 %, а минимальная доля (57 %) - на Восточном участке КАД (от Мурманское шоссе до пр. Косыгина).
Вклад грузового автотранспорта в общую интенсивность движения автотранспортных потоков в 2011 году составлял в среднем 38%. Максимальная доля грузового автотранспорта была зафиксирована на Северном участке КАД (от Культуры ул. до Энгельса пр.) 42,1 %, а минимальная доля (34,1 %) - на Южном участке КАД (от Московского шоссе до Софийской ул.). Дизельный грузовой автотранспорт составлял по отдельным участкам от 56 до 71,5 % от общего числа грузового автотранспорта.
Доля автобусов в общем потоке АТС в 2011 году не превышала 1,2 %. При этом максимальная доля автобусов (1,83 %) была зафиксирована на Южном участке КАД (от Октябрьской наб. до Мурманского шоссе), а минимальная (0,48%) - на Восточном участке КАД (от Токсовского шоссе до Культуры ул.).
Дизельные автобусы составляли, в среднем, около 45% от общего числа автобусов. Результаты расчета приземных концентраций вредных веществ на характерных участках КАД
Для оценки вероятного уровня неблагоприятного загрязнения атмосферного воздуха вблизи КАД Санкт-Петербурга были проведены расчёты по разработанной методике максимальных приземных концентраций вредных (загрязняющих) веществ на самой КАД и в районах жилых ближайших застроек.
Как было ранее отмечено расчёты приземных максимальных концентраций были проведены на основании расчетной схемы нормативной методики ОНД-86 [72] с помощью лицензионной программы фирмы «Интеграл» -«ЭКОЛОГ- город». При расчётах загрязнения атмосферы каждый участок КАД моделировался как неорганизованный источник выбросов (автомагистраль) с заданным значением высоты выброса и реальными значениями длины и ширины, определенными при проведении натурных «полевых» обследований.
Значения выбросов диоксида азота были получены в соответствии с «Методикой определения выбросов вредных (загрязняющих) веществ...» [68], но в которую были внесены ранее обоснованные изменения структуры автотранспорта, пробеговые выбросы и их изменения в зависимости от скоростного режима движения в транспортном потоке.
Результаты расчетов максимальных приземных концентраций наносились на карту города в форме «изолиний» превышения концентраций над ПДКмр [80]. Они представлены нарис. 1- 9 10.
Признаками нормальной ситуации, в отличие от неблагоприятной, является соблюдение санитарных гигиенических критериев качества атмосферного воздуха в районе ближайшей жилой застройки, то есть, если значения расчет ных максимально-разовых концентраций вредных веществ не превышают значения ПДКмр.
Из анализа карт загрязнения воздушной среды вредными выбросами АТС на КАД Санкт-Петербурга можно сделать следующие выводы. 1. При неблагоприятных метеорологических условиях и интенсивностях движения АТС, характерных для «часов пик» вероятно существенное превы шение концентраций диоксида азота Ж 2 относительно ПДКмр до 2,0 -2,5 раз, в отдельных очагах до 10 и выше раз.
