Обоснование и выбор параметров дорожной полосы в транспортно-производственных системах лесного комплекса

Эффективность работы лесозаготовительной отрасли определяется степенью % развитости сети лесовозных дорог, их техническим уровнем и эксплуатационным состоянием. Поэтому распоряжением Правительства РФ от 1 ноября 2002 г. № 1540-р предусматривается ежегодный рост строительства лесовозных дорог круглогодового действия. Кроме того, лесовозные дороги, имеющие выход на магистрали общего пользования, будут в перспективе включены в общегосударственную сеть автомобильных дорог РФ. Следовательно, доставка лесных грузов потребителю будет осуществляться не только по лесовозным, но и по дорогам общего пользования. При та-^ кой схеме вывозки лесных грузов качество вновь строящихся и существующих лесовозных дорог должно соответствовать требованиям государственных стандартов, установленных для дорог общего пользования.

При проектировании, строительстве и эксплуатации лесовозных автомобильных дорог стоимость инфраструктуры функция многих факторов, среди которых значимыми являются: рельеф, инженерно-геологические условия, ценность занимаемых земель. Эти параметры должны учитываться еще при выборе направления трассы линейного объекта, а значит и транспортных коридоров.

При резервировании земель в соответствии с существующими и перспективными нуждами лесовозной автомобильной дороги необходимо согласовать две противоположные тенденции:

— расширение дорожной полосы для резервирования земель под возможное развитие транспортных сооружений и устройств;

— сокращение размеров дорожной полосы для минимизации затрат на содержание.

Актуальность темы

Многообразие факторов, влияющих на ширину дорожной полосы в транспортно-производственных системах лесного комплекса, отсутствие научно-обоснованных рекомендаций, равно как и нормированных параметров в количественном выражении определяют актуальность исследуемой проблемы.

В настоящее время в практике проектирования ширина дорожной полосы в транспортно-производственных системах лесного комплекса рассматривается как производная проектных решений по размещению лесовозной автомобильной дороги и др. транспортных сооружений, их «геометрии», без учета факторов, влияющих на % величину резервирования земель, состояния геологической среды, особенностей местности, состава движения, других природных и техногенных условий. При таком подходе к обоснованию ширины дорожной полосы не представляется возможным установить приоритетное влияние, какого либо из перечисленных факторов. Методика обоснования размеров дорожной полосы в зависимости от формы собственности на землю так же не разработана, поскольку до 90-х годов прошлого столетия вся земля находилась либо в государственной, либо колхозной собственности. Эта про-^ блема усугубляется в связи с реформированием транспортной сети и возможностью появления частных автомобильных дорог.

Все возрастающая автомобилизация практически всех регионов РФ определяет необходимость развития исследования оптимальности ширины дорожной полосы в транспортно-производственных системах лесного комплекса с позиции ее роли в защите окружающей среды от неблагоприятных воздействий лесовозной автомобильной дороги и транспортных средств.

В настоящее время участки земли, прилегающие с обеих сторон к дорожной полосе (придорожная полоса), могут находиться в частной собственности, изменение границ дорожной полосы, в случае необходимости, например при реконструкции дороги, может быть связано со значительными трудностями, поскольку земельные участки в пределах придорожных полос у собственников не изымаются. Владелец земель придорожной полосы имеет право потребовать с лесовозной автомобильной дороги плату за ограничения в их хозяйственной деятельности на этих землях предусмотренные статусом «охранной зоны».

Существующие законодательные акты и юридические документы, определяющие статус дорожной полосы в транспортно-производственных системах лесного комплекса, к сожалению, не учитывают все ее функциональные стороны.

Следует подчеркнуть, что установление оптимальной ширины дорожной полосы в транспортно-производственных системах лесного комплекса обеспечивающей наиболее эффективное (рациональное) управление при строительстве и в период эксплуатации лесовозной дороги, возможно, только с использованием новых информационных технологий, которые до настоящего времени в рассмотренной области не % применялись. Внедрение вычислительной техники, позволит создать единое информационное пространство для анализа управления инфраструктурой лесовозных автомобильных дорог. Поэтому идея формирования геоинформационной системы лесовозной автомобильной дороги, принципиально новым способом обработки информации об инфраструктуре, позволяющим «проигрывать» разнообразные варианты ее «облика» является актуальной, имеет элемент новизны и практическую значимость для управления дорожной полосой в транспортно-производственных системах лесного комплекса.

Применение компьютерных технологий при корректировке и документальном сопровождении дорожной полосы дает возможность в известной степени создать своеобразный электронный паспорт дорожной полосы в транспортно-производственных системах лесного комплекса.

Цель работы. Формирование научно-обоснованных предпосылок к обоснованию параметров дорожной полосы с целью повышения эффективности эксплуатации лесовозных автомобильных дорог.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

— выявить степень влияния различных факторов на размеры дорожной полосы * и ее значение для обеспечения надлежащего уровня эксплуатационного состояния лесовозных автомобильных дорог и выполнить ранжирование факторов по степени их влияния;

— разработать методику определения ширины дорожной полосы в транспортно-производственных системах лесного комплекса в зависимости от геометрических параметров земляного полотна с учетом специфических особенностей природных, техногенных и других условий и ее экономической целесообразности;

— определить значения ширины дорожной полосы в транспортно-производственных системах лесного комплекса и разработать регрессионную математическую модель ее в зависимости от геометрических параметров земляного полотна, интенсивности и скорости движения транспортного потока с учетом его отрицательного воздействия на экологическую безопасность;

— разработать рекомендации по созданию защитных лесополос вдоль лесовоз-% ных автомобильных дорог, позволяющих снизить негативное влияние на экосистемы придорожной полосы.

Объектом исследования является дорожная полоса в транспортно-производственных системах лесного комплекса, под которой следует понимать полосу земли, предназначенную для устройства земляного полотна и дорожных сооружений лесовозной дороги.

Дорожная полоса — это буферная зона между окружающей средой и загряз-^ няющими ее проходящими автомобилями. С дорожной полосой связаны проблемы резервирования земель при развитии лесовозной автомобильной дороги.

Предметом исследования являются математические модели и методы определения рациональной ширины дорожной полосы в транспортно-производственных системах лесного комплекса.

Методы исследования. Теоретической и методологической основой исследования являются методы математического моделирования, теории вероятностей и математической статистики, оптимизации и системного анализа, эксперимент.

Научная новизна результатов заключается в формировании научно-обоснованных предпосылок к обоснованию параметров дорожной полосы с целью * повышения эффективности эксплуатации лесовозных автомобильных дорог.

К числу важнейших результатов, обладающих научной новизной и выносимых на защиту, относятся следующие:

— методика определения ширины дорожной полосы в транспортно-производственных системах лесного комплекса, отличающаяся учетом факторов, влияющих на величину резервирования земель, состояния геологической среды, особенностей местности, состава и скорости движения, других природных и техногенных условий и ее экономической целесообразности;

— уравнение регрессии определения размеров дорожной полосы в транспортно-производственных системах лесного комплекса, отличающееся учетом геометрических параметров земляного полотна, интенсивности и скорости движения транспортного потока с учетом его отрицательного воздействия на экологическую безопасностьф — экономико-математические модели рациональной дорожной полосы, отличающиеся возможностью получить доход от сдачи земли в аренду;

— рекомендации по созданию защитных лесополос вдоль лесовозных автомобильных дорог, отличающиеся возможностью снизить негативное влияние на экосистемы придорожной полосы.

Практическая значимость и реализация результатов работы. Полученные в диссертации результаты использовались в рамках проведения госбюджетных науч-^ но-исследовательских работ, выполненных под руководством д. т. н., профессора Курьянова В. К. и при личном участии автора на кафедре транспорта леса и инженерной геодезии Воронежской государственной лесотехнической академии с 2003 г.

Разработано программное обеспечение, которое позволит создать единое информационное пространство для анализа управления инфраструктурой лесовозных автомобильных дорог.

Полученные результаты применяются в учебном процессе при выполнении курсовых и дипломных работ студентов, исследованиях аспирантов, а также отражены в отчетах НИР кафедры.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доклады* вались и обсуждались на ежегодных научных конференциях с 2003 г. в Воронежской государственной лесотехнической академии, в Ухтинском государственном техническом университете, в Сыктывкарском лесном институте.

Личное участие автора в получении результатов. Работа выполнена по программе научно-исследовательских работ ВГЛТА на 2000 — 2010 гг.

Диссертация является результатом многолетних исследований, выполненных при участии автора, который обосновал тему, определил цели и задачи исследований, выполнил научно-технические исследования и проанализировал их результаты, разработал основные рекомендации по обоснованию ширины дорожной полосы в транспортно-производственных системах лесного комплекса.

Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 8 печатных работах, 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, основ-щ ных выводов и заключения, списка использованных источников и приложения. Материалы диссертации изложены на 162 страницах, включая 20 иллюстраций и 13 таблиц.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. Действующие государственные и отраслевые стандарты (СНиП, СН, СП, ОДН, ОДМД и др.) не содержат рекомендаций для строгого обоснования ширины дорожной полосы в транспортно-производственных системах лесного комплекса, равно как и не устанавливают ее размеры в зависимости от конкретных природных, техногенных и других условий. Однако наши исследования показали, что ширина дорожной полосы изменяется в широком интервале расстояний от (10 до 200 м), поэтому для расширения нормативной базы, способствующей более рациональному использованию земель рекомендуется использовать теоретические положения данной диссертационной работы и методику определения ширины дорожной полосы в транспортно-производственных системах лесного комплекса.

2. При обосновании полосы отчуждения в постоянное пользование заказчик, как правило, оперирует только геометрическими параметрами лесовозной дороги, зависящими от ее категории. Однако по результатам наших исследований установлено, что ширина дорожной полосы в транспортно-производственных системах лесного комплекса более всего зависит от высоты насыпи (глубины выемки). При высоте насыпи более 12 м ширина полосы должны быть не менее 70 м, а при высоте до 6 м не более 45 м. Следовательно, дорожная полоса должна назначаться в зависимости от топографических, гидрогеологических и других условий в полосе варьирования трассы. На участках развития опасных геологических процессов и индивидуального проектирования нормативная ширина дорожной полосы, должна составлять не менее 500 м, не зависимо от категории и назначения дороги.

3. Загрязнения придорожной полосы окисью углерода, углеводородами не превышает предельно-допустимой суточной концентрации, окислы азота превышают предельно-допустимую концентрацию для дорог II категории на расстоянии до 18 м.

Предельно-допускаемая концентрация пыли достигается на расстоянии:.

— для грунтовоулучшенных дорог -100 м;

— для щебеночных дорог устроенных по методу плотных смесей — 80 м;

— для гравийных дорог — 70 м;

— для щебеночных из прочных пород, построенных по методу заклинки — 60 м;

— для щебеночных и гравийных дорог обработанных вяжущим — 25 м.

4. Дорожная полоса в случае аварий на транспорте играет роль защитной зоны. Аварийно-опасные места лесовозной дороги могут быть описаны матрицей возможных состояний. Вероятность появления абсолютного предельного состояния, связанного с гибелью людей, по расчетам Ротк<0,5−104. При вероятности стабильности границ дорожной полосы в транспортно-производственных системах лесного комплекса 0,90 — 0,95 корректировка ее границ должна проводиться через каждые 10−20 лет.

5. Анализ дорожной полосы в транспортно-производственных системах лесного комплекса республики Коми показал, что:

— фактические расстояния от оси дороги до границ дорожной полосы колеблется в довольно широких пределах: от 6 до 435 м;

— вероятность размера дорожной полосы от 8 до 34 м в одну сторону от оси лесовозной дороги равняется 0,95;

— вероятность ширины дорожной полосы 30 м и более в одну сторону от оси лесовозной дороги не превышает 0,08.

6. Разработана регрессионная математическая модель влияния высоты насыпи, интенсивности и скорости движения транспортного потока на ширину дорожной полосы в транспортно-производственных системах лесного комплекса. Полученное уравнение регрессии, позволяет оценить влияние данных факторов на ширину дорожной полосы. Наибольшее влияние на экономически рациональную величину дорожной полосы в транспортно-производственных системах лесного комплекса оказывает значение вероятности сдачи в аренду, желательно, чтобы вероятность была больше 0,2. При вероятности 0,5, при самом неблагоприятном сочетании других исследуемых величин, наибольшая экономически рациональная ширина равна 18 м. Дальнейшее увеличение вероятности аренды незначительно влияет на экономически рациональную ширину дорожной полосы. Учет резерва земли для будущего развития лесовозной дороги при проектировании дорожной полосы в транспортно-производственных системах лесного комплекса уменьшает экономически рациональную ширину на 10 -15% или даже делает дорожную полосу доходной для дороги при вероятности сдачи в аренду менее 0,2.

7. Единовременные затраты на создание защитной лесополосы шириной 12,5 м составляют 370 тыс. руб., ущерб от загрязнения воздуха выбросами автомобильного транспорта составит ежегодно порядка 8000 рублей. С учетом оздоровительной, почвозащитной, противоэрозийной, снегозащитной и ряда других функций создание полосы леса вдоль лесовозной автомобильной дороги следует признать социально значимым и экономически эффективным.