Актуальность работы. Устойчивое развитие городов, как центров промышленного производства, невозможно без экологической устойчивости городской среды. Однако, экологически неблагоприятная обстановка наблюдается во всех городах с населением свыше 1 млн. чел., в 60% городов с населением от 500 тыс. до 1 млн. человек и в 25% городов с населением от 250 до 500 тыс. чел. Это связано с усилением прессинга автотранспорта на окружающую среду. В России на его долю в середине 90-х годов XX века приходилось до 80% выбросов свинца, 59% - оксида углерода, 32% - оксидов азота.
Территория г. Воронежа включает весь спектр классов техногенного воздействия, в том числе и от автотранспортных источниковпрактически вся территория города характеризуется трансформированной природной средой. В связи с этим весьма актуальным является вопрос геоэкологической оценки условий движения и выбросов от автотранспортных средств при решении природоохранных задач и планирования развития города.
Проблема снижения вредного воздействия автомобильного транспорта на окружающую среду в городах является комплексной и предполагает решение ряда научно-исследовательских задач: выявление условий формирования выбросов загрязняющих веществ в городскую атмосферу автотранспортными средствами (АТС) — разработка математической модели этого механизмаоптимизация управления автотранспортными потоками в крупных промышленных центрах, в условиях невозможности расширения (перепланировки) транспортных коммуникаций в системе застроенного городского ядра.
Диссертационная работа выполнена в рамках отраслевой научно-исследовательской программы.
Целью работы является геоэкологическая оценка условий движения и выбросов от автотранспортных средств на улично-дорожной сети города, географическое зонирование улично-дорожной сети, повышение экологической безопасности и эффективности движения автотранспортных средств в системе городской застройки.
Задачи исследования:
1. Анализ влияния выбросов автотранспорта на окружающую природную среду и человека.
2. Анализ физико-географических, климатических, метеорологических и синоптических условий формирования уровня загрязнения атмосферы исследуемой территории от автотранспортных средств.
3. Уточнение методики расчета удельных выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от автотранспорта на улично-дорожной сети города.
4. Геоэкологическая оценка и зонирование улично-дорожной сети в зависимости от транспортной нагрузки и микроклиматических особенностей города.
5. Разработка структурно-логической схемы дистанционного мониторинга автотранспортных потоков на улично-дорожной сети города.
6. Разработка практических рекомендаций по снижению экологической нагрузки на окружающую среду и человека от автотранспортных средств.
Объект исследования — выбросы загрязняющих веществ в атмосферу АТС на улично-дорожной сети (УДС) города Воронежа — крупного промышленного центра, характеризующегося сложными микроклиматическими и орографическими условиями.
Предмет исследования — система динамических, энергетических и экологических характеристик автотранспортных средств на улично-дорожной сети города.
MeTOz1 ы исследования. Методологической основой работы является комплекс существующих государственных, научных методик, разработанных специалистами НИИАТ, МАДИ и авторские методики, апробированные на различных участках улично-дорожной сети города (2000;2004 г. г.). Теоретические разработки выполнены с использованием методов математического моделирования. Экспериментальные исследования по определению условий движения АТС на узловых развязках УДС и токсических характеристик автомобилей проведены с помощью сравнительных дорожных испытаний. Статистические расчеты выполнены с применением электронных таблиц EXEL 7.0 и программы статистической обработки данных STATISTICAL WINDOWS (версия 5.0).
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Выявлены особенности пространственно-временного распределения концентраций отдельных примесей в воздушном бассейне г. Воронежа от автотранспорта.
2. Уточнена методика расчета удельных выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от автотранспорта на элементах улично-дорожной сети города.
3. Проведено геоэкологическое зонирование улично-дорожной сети в зависимости от транспортной нагрузки и микроклиматических особенностей города.
4. Разработана структурно-логическая схема дистанционного мониторинга автотранспортных потоков на улично-дорожной сети исследуемой территории.
5. Ра? работаны практические рекомендации по снижению экологической нагрузки на окружающую среду и человека от автотранспортных средств.
Информационная обеспеченность и характеристика исходных материалов исследования. В диссертации использованы данные натурных замеров интенсивности движения автотранспорта, дневники погоды за 20 002 004 г. г., данные по загрязнению атмосферного воздуха города Воронежа за 2000;2004 г. г. наблюдательных постов № 1, 7, 8, 9, 10, данные замеров о выбросах автотранспорта. Точность исходной информации соответствует требованиям государственных, отраслевых стандартов и СНиП.
Достоверность результатов работы обоснована использованием большого объёма исходных данных (2000;2004 гг.), полученных в комплексной лаборатории Воронежского областного центра по гидрометеорологии и мониторингу природной среды, Управлении по охране окружающей среды при администрации города Воронежа, ГИБДД г. Воронежа и Воронежской области, Центрально-Черноземном филиале ФГУП «Госземкадастрсъемка — ВИСХАГИ" — применением апробированных методов исследований, использованием стандартных критериев оценки успешности прогностических зависимостей и удовлетворительным согласованием полученных результатов с данными, полученными по известным методикам.
Теоретическая значимость исследования.
В работе реализован новый подход к оценке уровня загрязнения городской гоздушной среды выбросами от автотранспортных средств. В отличие от проведённых ранее исследований оценка выбросов от автотранспорта дана не по отдельным категориям и типам автомобилей, а по обобщённым показателям, характеризующим общее состояние загрязнения воздуха в городе в зависимости от условий движения АТС и состава автотранспортного потока.
Практическая ценность работы.
Результаты исследования направлены на повышение качества оценки экологического состояния территорий на основе использования предложенной методики определения уровня загрязнения атмосферы выбросами от автотранспорта, обеспечение оперативного контроля за экологическим состоянием транспортной инфраструктуры города, с целью принятия своевременных мер по повышению эффективности охраны чистоты воздушного бассейна.
Реализация результатов работы.
Материалы и результаты исследований используются в учебном процессе Воронежского высшего военного авиационного инженерного училища (военного института) при преподавании дисциплин «Экология», «Безопасность жизнедеятельности», «Основы выживаемости».
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Уточненная методика расчета удельных выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от автотранспорта на улично-дорожной сети города.
2. Результаты анализа пространственно-временного распределения концентраций выбросов в воздушном бассейне города Воронежа от автотранспортных средств на различных участках улично-дорожной сети.
3. Геоэкологическое зонирование улично-дорожной сети в зависимости от транспортной нагрузки и микроклиматических особенностей города.
4. Структурно-логическая схема дистанционного мониторинга автотранспортных потоков на улично-дорожной сети города.
5. Практические рекомендации по снижению экологической нагрузки на окружающую среду и человека от автотранспортных средств.
Апробация работы. Основные положения, научные и экспериментальные результаты докладывались и обсуждались на следующих конференциях, семинарах и совещаниях: Всероссийской научно-практической конференции «Совершенствование наземного обеспечения авиации» (Воронеж, 2000; 2001; 2002; 2003 г. г.) — III Всероссийской научно-практической конференции. «Окружающая природная среда и экологическое образование и воспитание» (Пенза, 2003 г.) — Международной научно-практической конференции «Экологические проблемы сельскохозяйственного производства» (Воронеж, 2004 г.) — Всероссийской научно-практической конференции «Оптимизация ландшафтов и рекреационных зон на зональных и нарушенные землях» (Воронеж, 2004 г.), V Межрегиональной научно-производственной конференции «Региональный мониторинг и оценка земель. Опыт. Современные проблемы и пути решения» (Воронеж, 2004 г.).
Личный вклад автора заключается в сборе и статистической обработке исходных данных, проведении исследований по теме диссертационной работы, анализе. результатов, формулировании выводов, отработке дешифровогных таблиц, разработке структурно-логической схемы дистанционного мониторинга автотранспортных потоков на улично-дорожной сети исследуемой территории и практических рекомендаций по снижению экологической нагрузки на окружающую среду и человека от автотранспорта, проведении геоэкологческого зонирования улично-дорожной сети в зависимости от транспортной нагрузки и микроклиматических особенностей города.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 6 научных работах, из них 4 работы без соавторов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и 9 приложений. Объем работы составляет 180 страниц машинописного текста, включает 18 таблиц и 28 рисунков.
Список литературы
использованной в работе, состоит из 169 наименований на русском и иностранных языках.
Результаты работы сформулированы в следующих выводах:
1. Примером современного состояния крупных городских агломераций является г. Воронеж. Территория города включает широкий спектр техногенной нагрузки от автотранспортных средств и характеризуется ее высокой плотностью, что в значительной мере влияет на формирование свойств экогеосистемы и определяет уровневую нагрузку экологического неблагоприятствования в разных районах города. Максимальная плотность техногенной нагрузки сосредоточена в центральных частях правобережья и левобережья г. Воронежа.
2. Анализ физико-географических, социально-экономических и других факторов позволил выделить в границах застроенной части города четыре зоны, обуславливающие микроклиматические особенности городской погоды: бризовая аквально-долинная (53 км), включающая акваторию водохранилища и прибрежные зоныпсевдоциклонально-городская «острова тепла» (92 км), охватывающая центральные части правобережья и левобережье, юго-западные и северозападные окраины городагородская умеренно-влажная (40 км), сформированная в северной, западной и южной части правобережьягородская умеренная (30 км), приуроченная к восточной окраине левобережья.
3. Неблагоприятными метеорологическими факторами, влияющими на уровень и продолжительность загрязнений являются приземные инверсии и задерживающие слои в пограничном слое атмосферы при скоростях ветра у поверхности земли менее 5 м/с. Благоприятными факторами являются неустойчивое состояние атмосферы при скорости ветра у поверхности земли более 5 м/с, а также осадки. Осадки являются одним из главных факторов, который приводит к значительному очищению атмосферного воздуха от загрязнений. Время процесса самоочищения зависит от вида осадков, их интенсивности и количества. Максимальное очищение атмосферного воздуха наблюдается в теплый период года при выпадении ливневых осадков.
4. Существует необходимость использования специализированного мониторинга УДС с целью определения и отслеживания направления движения основных автотранспортных потоков, их плотности и изменения в течение суток с помощью дистанционных методов наблюдения в городской черте.
5. Развитие транспортной инфраструктуры городских территорий явно отстаёт от возросших автотранспортных потоков из-за нехватки средств, непонимания важности общей проблемы, только частичного внедрения проектных предложений по развитию транспортной системы по принципам устойчивого развития с учетом социально-экономических и экологических последствий.
6. Перекрестки улично-дорожной сети однозначно определены как критические точки движения с максимальными уровнями выбросов ЗВ от автотранспортных потоков, что определяет, при натурных замерах, использование метода критических точек.
7. Раздельное управление перекрестками УДС независимо друг от друга в настоящее время, при усложнении транспортной сети и возросшем количестве АТС, когда плотность перекрестков начинает превышать определенный уровень, перестает быть эффективным.
8. Максимальная плотность распространения загрязнения СО, N02 от автотранспортных потоков на улично-дорожной сети согласуется с интенсивностью движения и транспортной нагрузкой и сосредоточена в центральной правобережной и левобережной частях, а также в южной и юго-восточной частях левобережья г. Воронежа.
9. В состав загрязняющих веществ входят элементы II, III, IV классов опасности и вредные нормируемые показатели. Наибольшая интенсивность загрязнения высоко опасными элементами и соединениями находится в пределах от 1 до 10 ПДК и установлена на 8 участкахопасными и умеренно опасными с интенсивностью более 5 ПДК — на 5 участках.
10. Учитывая высокую степень воздействия автотранспортных потоков, в черте городской застройки, на уровень экологической нагрузки города контроль приоритетных загрязнителей (СО, СО2, NO2 и уровня транспортного шума) приобретает особо важное значение и должен иметь систематический характер.
11. Дальнейшее продолжение настоящей работы основано на разработке постоянно действующей модели (ПДМ) для оперативной оценки геоэкологического состояния городской территории, подверженной антропогенному воздействию от автотранспорта, в основу функционирования которой положен метод приращения информации. Она станет эффективным инструментом проведения мониторинга всех компонентов природной среды городской территории, подверженных антропогенному воздействию от автотранспортных средств. Такая модель, позволяет выявить динамику загрязнения городской среды автотранспортными потоками. Реализация ПДМ предполагается в управлении по охране окружающей среды г. Воронежа, территориальном центре «Геомониторинг», природоохранных организациях. Оперативная и достоверная информация, систематизированная ПДМ, является основой управления сложной экогеосистемой г. Воронежа.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
В ходе выполнения данной работы были выявлены закономерности, влияющие на уровень загрязнения атмосферы от автотранспортных средств и разработана структурно-логическая схема локального дистанционного мониторинга автотранспортных потоков в городской черте с использованием АФС и КФС, позволяющая оценить, на примере г. Воронежа, уровень загрязнения от автотранспортных средств в приземном слое атмосферы городской территории.