Снижение воздействия физического и химического загрязнения от эксплуатации автотранспорта на окружающую среду крупных городов: На примере г. Москвы

Актуальность темы

исследования. Длительное время в сознании людей (и, к сожалению большинства исследователей) негативные последствия от эксплуатации автотранспортных средств (АТС) ассоциировались с их химическим загрязнением. Физические же загрязнения (шум, вибрация, электромагнитные поля, инфразвук) хотя и не игнорировались наукой, но недооценивались в должной мере. Они как бы признавались в качестве побочного и нежелательного результата материализации научно-технических достижений, не столь опасных для здоровья человека, как выбросы в атмосферу отработавших газов (ОГ). Такой подход, скорее всего, можно объяснить отсутствием визуального восприятия и непосредственного осязания физического загрязнения атмосферы, которое носит скрытый и несиеминутный характер.

Между тем, не все ученые (особенно зарубежные) разделяют это традиционно сложившиеся мнение. Так, австрийские ученые утверждают, что шум становится причиной преждевременного старения в 30 случаях из 100 и сокращает продолжительность жизни людей в современных крупных городах на 8−12 лет.

Сегодня уже большинство экологов признает, что обусловленные эксплуатацией автотранспортных средств физические загрязнения в той же степени опасны для здоровья людей, что и химические.

Более того, поскольку чрезмерное физическое загрязнение окружающей среды (ОС) является активным возбудителем стрессовых явлений, то оно, наряду с другими негативными последствиями техногенной деятельности человека, должно быть признано обществом и правительственными органами одной из форм проявлений чрезвычайных ситуаций.

Хотя источник образования рассмотренных выше видов загрязнения один и тот же — автомобильный транспорт, но их природа, формы проявления и механизмы воздействия — различны. Специфичность природы упомянутых загрязнителей ОС и разнохарактерность их негативных последствии, естественно, обуславливали их выделение в качестве объекта самостоятельных областей исследования при решении инженерно-экологических задач. Это и правомерно, поскольку факторы, формирующие химическое и физическое загрязнение ОС в большинстве своем различны. Однако если работы по предотвращению загрязнения ОС могут вестись изолированно, то на стадии ее защиты и нейтрализации техногенного воздействия принимаемые меры могут и должны быть совмещены. Ведь не только последние, но и известные средства могут быть одновременно применены для борьбы как с физическим, так и химическим загрязнением.

Поэтому, как нам представляется, необходимо отказаться от придания приоритетности и традиционных методов ведения изолированной борьбы в деле нейтрализации того или иного рода загрязнения ОС от эксплуатации АТС и решать назревшую проблему в комплексе. Такой подход диктуется не только целесообразностью организации комплексных работ, но и ограниченностью ресурсов для их реализации, что сегодня более чем актуально.

Решение данной проблемы является велением времени особенно для примагистральных зон крупных городов с уже сложившейся транспортной сетью, что может значительно оградить их население как от физического, так и химического загрязнения среды их обитания.

Степень разработанности проблемы. Автомобильный транспорт (АТ), будучи основным источником загрязнения атмосферного воздуха, почвы и водных объектов и особенно территорий, расположенных вдоль автотранспортных дорог и магистралей, давно стал объектом исследования многих областей науки и техники. Востребованность в научных и инженерных разработках диктовалась прогрессивно возрастающим объемом вредных выбросов в атмосферу от эксплуатации интенсивно пополняемого парка АТС. Дож этих выбросов особенно в мегаполисах* стала значительно превалировать в общих вредных выбросах от техногенной деятельности.

В этой связи борьба с химическим загрязнением ОС, вызванной эксплуатацией АТ, относительно давно стала на повестке дня и волновала научно-техническую общественность, чем и обусловлены небезуспешно проводимые повсеместно и длительное время широкомасштабные научно-исследовательские и проектно-конструкторские разработки в этой области. Они в основном сводились к уменьшению токсичности ОГ путем: конструктивных усовершенствований двигателей, нейтрализации в выпускной системе, совершенствования систем зажигания и процессов подачи топлива, применения перспективных горючих материалов. Также давно ведутся работы по применению альтернативных двигателей. Каждая из перечисленных направлений сформировалась в самостоятельную область исследований, степень разработанности которых достаточно высока и нашла широкое освещение в работах Э. Ю. Безуглой, М. Е. Берлянд, С. М. Горлина,.

A.А.Горчиева, А. А. Зайцева, Ю. С. Козлова, В. В. Амбарцумяна, В. Н. Луканина, И. И. Зражевского, О. И. Куребина, Е. А. Разбегаевой, В. А. Звонова, И. Я. Сигал,.

B.В.Горбунова и др.

В этой связи находим целесообразным опустить комментарии преимуществ и недостатков результатов этих исследований и акцентировать внимание на степени разработанности проблемы физического загрязнения атмосферы и, в частности, транспортным шумом (ТШ).

Первый капитальный труд, посвященный проблеме воздействия ТШ на организм человека, был опубликован в нашей стране лишь в 1959 году профессором С. П. Алексеевым. В его монографии «Исследование шумов Москвы» дан подробный анализ причин образования шума от движущегося транспорта и меры борьбы с ним.

В Санкт-Петербурге она достигла 71%, а в Москве — 88%.

В последующем изучению вопросов формирования ТШ и борьбы с ним посвятили свои труды и другие отечественные исследователи: Е. Я. Юдин, Г. Б. Осипов, Б. Г. Прутков, Е. П. Самойлюк, Вл.П.Подольский, И. А. Шишкин, П. И. Поспелов, В. Н. Луканин, И. Л. Карагодина, М. М. Болховитина, В. И. Денисенко, Н. К. Кирюшина, Г. И. Постников и др. Среди зарубежных ученых — М. Реттингер, С. Редферн, З. Маскаву, Г. Вулкан, Д. Джонсон, Е. Сандерс и др.

В настоящее время наукой и практикой в достаточно определенной мере выработаны причины, механизм действия и последствия воздействия шумового загрязнения среды на организм человека. Определены на основе проведенных исследований пороговые величины (не оставляющие последствия) звукового давления и максимально допустимое время (ввиду его постоянного и длительного характера действия) его воздействия на человека, а также отрицательные последствия от его закритического воздействия.

На основе физиолого-гигиенических и поликлинических исследований определены санитарно-допустимые уровни шума в жилых помещениях, а также приняты соответствующие нормативы, регламентируемые отечественным ГОСТом. Следует указать, что они достаточно жесткие, но их соблюдение может быть обеспечено лишь после принятия федерального закона о борьбе с шумом (таковые приняты почти во всех развитых странах мира), с регламентацией его интенсивности, спектрального состава и времени воздействия.

Разработаны показатели для оценки акустического качества селитебной территории города, а также классифицированы факторы, формирующие акустической дискомфорт (АД) в примагистральных зонах. Следует с удовлетворением констатировать, что последние не только в достаточной мере дифференцированы, но и подвержены формализации, так необходимой для формирования расчетной базы.

Наукой и практикой структурированы меры по борьбе с внешним шумом от множества параметров, его обусловливающих. Разработаны также методы оценки функциональной зависимости изменения звукового давления от конструкции и других параметров известных шумозапдатных средств.

Не детализируя далее достигнутую теорией и практикой степень разработанности причин возникновения химического и физического загрязнения от эксплуатации АТ, мер, средств и путей снижения его уровня, следует подчеркнуть, что они, несмотря на свою обоснованность, представляют собой лишь научно-техническую базу для проведения соответствующих защитных мероприятий. Однако, наличие экологической базы является необходимым, но не достаточным условием устранения загазованности и АД в помещениях. Нужна также технолого-экологическая составляющая, позволяющая материализовать результаты научно-технических достижений~в реальные решения. Иными словами, для придания результатам экологических исследований практической направленности следует вооружиться «инструментарием оценки целесообразности их реализации для каждого случая решения пространственной задачи, не преминуя при этом временной фактор.

То есть требуется комплексный эколого-экономический подход, который позволит выбрать не только приемлемый, но и целесообразный вариант решения поставленной задачи. Этим и был обусловлен выбор темы, цели и задачи настоящего исследования.

Целью диссертационной работы являлось исследование возможностей локализации воздействия на человека шумового давления и загазованности среды его обитания, обусловленных эксплуатацией автотранспортных средств, и разработка предложений по их реализации в условиях крупного города. Поставленная цель предопределила решение следующих задач:

• обобщение и систематизация технических мер и средств по локализации химического и физического загрязнения ОС, обусловленного автотранспортом;

• выбор инструментария, включающего в себя физические (<дБА химические (.мг/м3) и финансовые (руб.) измерители для оценки состояния ОС;

• конструирование модельного участка автодороги с примагистральными застройками, репрезентативного для действующей транспортной сети крупного города;

• выбор защитных мероприятий, являющихся наиболее экономичными для сложившихся городских дорожных условий;

• разработка модели минимизации затрат для проведения шумои газозащитных мероприятий, обеспечивающей достижение санитарно-допустимых уровней шума и загазованности;

• расчет минимальных финансовых затрат, необходимых для доведения комплексного показателя ОС по шуму и загазованности до оптимального значения на всей протяженности модельной дороги. Предметом исследования являются обусловленное эксплуатацией АТ физическое и химическое загрязнения городских примагистральных территорий, а также эколого-экономическая модель снижения их негативного воздействия на население примагистральной зоны крупных городов.

Объектом исследования являются доминирующие источники образования городского шума и загазованности, а также субъекты, испытывающие их негативное воздействие.

Теоретическая и информационная база, методы и логика исследования.

В процессе работы над диссертацией изучены, проанализированы и систематизированы: разработки специалистов различных областей наукифизики, биологии, химии, здравоохранения, экологииматериалы профильных НИИ и организаций.

Логика исследования включала следующие этапы: обособление образующихся шумов и загазованности от эксплуатации АТ из всего комплекса физического и химического загрязнения ОС в условиях крупного городахарактеристике их отрицательных воздействий на организм человека в примагистральных зонахвыбор наиболее эффективных путей устранения и локализации шумового дискомфорта снижения загазованности в жилых помещенияхопределение взаимосвязи экологических и экономических параметров решения проблемы.

В ходе исследования использованы методы пофакторного, качественного и количественного сравнительного анализа, экспертных оценок, вариантных решений с использованием системных, пространственных, эколого-экономических подходов моделирования и методов линейного программирования и оптимизации.

Научная новизна результатов исследования заключается в обобщении и систематизации технических мер и средств по локализации химического и физического загрязнения ОС, обусловленных АТ, и в эколого-экономическом моделировании снижения их негативного воздействия на население примагистральной зоны крупных городов.

Практическая значимость исследования. Результаты работы позволяют определять материальные и финансовые ресурсы для выполнения работ по отдельным селитебным территориям и могут быть использованы при эколого-экономической экспертизе градостроительных проектов в черте действующих транспортных сетей города.

Материалы диссертации могут быть переданы следующим органами: Москомприрода, Управление транспорта и связи, префектуры столицы и других крупных городов, Фонд экологизации транспорта, научным и проектным организациями, а также службами санэпидемнадзора и экологической полиции.

Личный вклад автора диссертации в разработку положений, вынесенных на защиту и обладающих новизной, заключается в следующем: — разработана информационная и нормативная база, для реализации мероприятий по снижению уровня транспортного шума и загазованности среды обитания и проведения экологоэкономических расчетов;

— сконструирован модельный участок автомобильной дороги с примагистралышми застройками, репрезентативный для действующей транспортной сети крупного города;

— выработана постановка задачи и сформулирована целевая установка со взаимоувязкой экологических и экономических параметров по достижению оптимального значения комплексного показателя качества ОС по шуму и загазованности;

— разработаны методические рекомендации по применению методов линейного программирования с целью оптимизации финансовых затрат, обеспечивающих санитарно-допустимый уровень шума и загазованности в селитебных зонах.

Основные защищаемые положения.

1. Сконструированный модельный участок автодороги с примагистралышми застройками является репрезентативным для действующей транспортной сети крупного города.

2. Комплексный подход, включающий в себя применение защитных экранов, окон-стеклопакетов и защитного озеленения, для локализации физического и химического загрязнения ОС и снижение их негативного влияния в сложившихся дорожных условях города. т п? /. .

3. Разработанная модель оптимизации ^ ^ ^ ^Г] —.

Ы ^=1 1=1 которая позволяет определить виды и объемы защитных мероприятий, а также рассчитать необходимые минимальные затраты для обеспечения нормативно-допустимых уровней шума и загазованности в селитебной зоне модельного участка автомагистрали.

Практическая значимость исследования. Результаты оценки вариантов защитных мероприятий позволят представительным и исполнительным городским (муниципальным) органам, ответственным за охрану окружающей среды, надежно определить перспективные и текущие.

11 объемы материальных и финансовых ресурсов для выполнения работ по отдельным селитебным территориям. Данные работы могут быть использованы при эколого-экономической экспертизе намечаемых градостроительных проектов в черте действующих транспортных сетей города.

Проведенные в работе оценки финансовых затрат могут служить основанием для их учета при составлении бюджетов того или иного административного деления крупного города.

Результаты диссертационного исследования могут быть использованы органами Москомприроды, Управлением транспорта и связи правительства Москвы, префектурами столицы и других крупных городов России, Фондом экологизации транспорта, научными и проектными организациями, занятыми проблемами экологической безопасности, специализированными кафедрами вузов, службами санэпидемнадзора и экологической полиции.

Публикации по теме диссертации. Основные положения работы отражены в отдельной главе монографии, двух опубликованных статьях и двух тезисах докладов научно-практических конференций.

Структура диссертации. Работа состоит из введения, трех глав, выводов и предложений, списка использованной литературы и приложений с общим объемом 147 стр., включая 27 рисунка и схем, 24 таблицы и 117 библиографических источников.

ВЫВОДЫ.

1. В работе обобщены и систематизированы технические меры и средства по локализации химического и физического загрязнения ОС, обусловленные автотранспортом.

2. Для оценки состояния ОС предложен инструментарий, включающий в себя физические (дБА), химические (мг/м3) и финансовые (руб.) измерители. В качестве интегрального параметра для определения размера необходимых затрат выбрана протяженность автомагистрали а, в качестве удельного показателя — размер затрат на один погонный километр магистрального пути.

3. Сконструирован модельный участок автодороги с примагистральными застройками, репрезентативный для действующей транспортной сети крупного города. Дано обоснование применения защитных экранов, окон-стеклопакетов и защитного озеленения, являющихся наиболее экономичными для сложившихся городских дорожных условий.

4. Предложена модель минимизации затрат для проведения шумои газозащитных мероприятий, которая имеет следующий вид: т п 3 Ь.

2 2 X X, х—>тт. Каждое защитное мероприятие в.

1=1 .5=1 /=1 выделенной зоне дороги обеспечивает достижение санитарно-допустимых уровней шума и загазованности при соблюдении условия:? 7 7.

Г ^ к^ и > К1. При этом объем защитных мероприятий ограничен м /=1 снизу и сверху: т1м < -, (]=1 + п, г=1+т, 1=1 +Ь), при з = для всех и 5.

5. Разработанная модель оптимизации позволила определить виды и объемы защитных мероприятий, а также рассчитать необходимые затраты для обеспечения нормативно-допустимых уровней шума и загазованности в селитебной зоне модельного участка автомагистрали.

6. Показано, что защитные мероприятия в каждой выделенной зоне.

136 дороги обеспечивают достижение нормативного уровня шума (при '¿-Факт. = 82 дБА и 2норж = 60 дБА) и предельно-допустимого уровня загазованности по СО (при (Уфакт. = 8,4 мг/м3 и <2трм. — 3 мг/м3). Объем защитных мероприятий ограничен снизу и сверху: т1^ < ^у^'&trade- < - при 5 = 1+2 для всех /, ] и я.

1. Установлено расчетным путем, что для осуществления мероприятий по улучшению качества ОС по шуму и загазованности, обеспечивающих доведение комплексного показателя ОС на всей протяженности модельной дороги до оптимального значения,.

3 3 2 2 минимальные затраты составят X 2 ДД^"^ 1310,0 тыс. руб.

1 у=1 Ы.

Из возможных 36 вариантов сочетания мероприятий выбрана комбинация, обеспечивающая оптимизацию по экологической эффективности и минимизацию по финансовым затратам.