Оцінка впливу об’єктів автотранспортного комплексу на навколишнє природне середовище в умовах гірського рельєфу (на прикладі м. Сімферополь)

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ ПРИРОДООХОРОННОГО ТА КУРОРТНОГО БУДІВНИЦТВА

УДК 656.13:502.5+551.511(477.75)

Оцінка впливу об'єктів автотранспортного комплексу на навколишнє природне середовище в умовах гірського рельєфу (на прикладі м. Сімферополь)

Спеціальність 21.06.01 - Екологічна безпека

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Муровський Сергій Петрович

Сімферополь 2008

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі Інженерної екології Національної академії природоохоронного і курортного будівництва (НАПКБ).

Захист відбудеться «30» травня 2008 р. о «14.00» годині на засіданні Спеціалізованої вченої ради Д 52.079.03 при Національній академії природоохоронного і курортного будівництва за адресою: 95493, м. Сімферополь, вул. Павленка, 5, корп. 2, ауд. 102 (зал засідань)

З дисертацією можна ознайомитися в науковій бібліотеці Національної академії природоохоронного і курортного будівництва за адресою: 95493, м. Сімферополь, вул. Київська, 181.

Автореферат розісланий «24» квітня 2008 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д52.079.03 кандидат технічних наук, доцент О.І. Пашенцев

АНОТАЦІЯ

Муровський С.П. Оцінка впливу об'єктів автотранспортного комплексу на навколишнє природне середовище в умовах гірського рельєфу (на прикладі м. Сімферополь). - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук зі спеціальності 21.06.01- Екологічна безпека. Національна академія природоохоронного і курортного будівництва МОН України, Сімферополь, 2008.

Дисертація присвячена питанням екологічної безпеки міст та населених пунктів від впливу автотранспорту та об'єктів його інфраструктури. На прикладі м. Сімферополь розглянуті джерела та об'єкти техногенного впливу на НПС (автомагістралі, АЗС, СТО, склади ПММ, автостоянки, гаражі, підприємства автомобілебудування).

Визначений спектр негативних наслідків зміни НПС при експлуатації автотранспортного комплексу, чинники та критерії екологічної оцінки виділення зон екологічного ризику.

В ході аналітичних досліджень проб атмосферного повітря на зміст СО були виділені найбільш забруднені райони міста, розташовані в знижених ділянках рельєфу, та визначена зона «смогу», яка виникає при несприятливих метеоумовах.

Розроблені показники для вдосконалення методики розрахунку розсіювання «невагомої» домішки від автотранспорту в прикордонному шарі атмосфери для умов гірського рельєфу.

Виконані дослідження дозволяють оцінити екологічні наслідки від впливу автотранспорту та об'єктів його інфраструктури на НПС міст та населених пунктів в Україні, а також проводити розрахунки параметрів зон забруднення для міст, розташованих у гірському рельєфі.

Визначені можливі шляхи та напрями зниження екологічного впливу від автотранспорту та об'єктів його інфраструктури на територію м. Сімферополь та інших міст Україні.

Ключові слова: автотранспорт, об'єкти автотранспортного комплексу, зона «смогу», гірський рельєф, поправочні коефіцієнти, методика розрахунку концентрації «невагомої» домішки, м. Сімферополь.

АННОТАЦИЯ

Муровский С.П. Оценка воздействия объектов автотранспортного комплекса на окружающую природную среду в условиях горного рельефа (на примере г. Симферополь). - Рукопись.

Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 21.06.01 - Экологическая безопасность. Национальная академия природоохранного и курортного строительства МОН Украины, Симферополь, 2008.

Диссертация посвящена вопросам экологической безопасности городов и населенных пунктов от воздействия автотранспорта и объектов его инфраструктуры. На примере г. Симферополь рассмотрены источники и объекты техногенного воздействия на ОПС (автомагистрали, АЗС, СТО, склады ГСМ, автостоянки, гаражи, предприятия автомобилестроения).

Определен спектр негативных последствий изменения ОПС при эксплуатации автотранспортного комплекса, факторы и критерии экологической оценки выделения зон экологического риска. Разработаны «запрещающие» факторы и критерии по размещению объектов АТК на территории города с учетом влияния горного рельефа.

В ходе аналитических исследований проб атмосферного воздуха на содержание СО были выделены наиболее загрязненные районы города, расположенные в пониженных участках рельефа, и определена зона «смога», возникающая при неблагоприятных метеоусловиях.

Разработана методика расчета максимальной концентрации «невесомой» примесеи от автотранспорта в пограничном слое атмосферы для условий горного рельефа. Данная методика позволяет определять территории размещения транспортных магистралей, промзон, максимального количества транспорта на дорогах, прогноза максимальной концентрации ЗВ в приземном слое атмосферы от линейных источников в условиях горного рельефа.

Выполненные исследования позволяют оценить экологические последствия от воздействия автотранспорта и объектов его инфраструктуры на ОПС городов и населенных пунктов в Украине, а также производить расчеты параметров зон загрязнения для городов, расположенных в горном рельефе.

Разработаны и внедрены рекомендации и определены возможные пути и направления по снижению экологического воздействия автотранспорта и объектов его инфраструктуры на территорию г. Симферополь и другие города Украины.

Ключевые слова: автотранспорт, объекты автотранспортного комплекса, зона «смога», горный рельеф, поправочные коэффициенты, методика расчета концентрации «невесомой» примеси , г. Симферополь.

SUMMARY

Murovskiy S.P. Estimation of influence of objects of motor transport complex on a natural environment in the conditions of mountain relief (for example t. Simferopol). - Manuscript.

Dissertations on the competition of graduate degree of candidate of engineering's sciences on specialty 21.06.01 - Ecological safety. The National Academy of Nature Protection and Resort Construction of MFS of Ukraine, Simferopol, 2008.

Dissertation is devoted the questions of ecological safety of cities and settlements from influence of motor transport and objects of him infrastructure. On an example c. Simferopol sources and objects of ethnogeny influence are considered on environment (motorways, PFS, TSS, storages of PFS, parking places, garages, and enterprises of motor industry).

The spectrum of negative consequences of change of environment is certain at exploitation of motor transport complex, factors and criterion ecological of estimation of selection of areas of ecological risk.

During analytical researches of tests of atmospheric air on CO with the most muddy boroughs were selected, situation in the lowered areas of relief and the «area of smog» is certain, arise at unfavorable meteorological conditions.

Indexes are developed for the improvement of method of calculation of dispersed «weightless» admixtures from a motor transport in the boundary layer of atmosphere.

The executed researches allow to estimate ecological consequence from influence of motor transport and objects of his infrastructure on ENS of cities and settlements in Ukraine, and similarly to make the calculations of parameter areas of contamination for cities, located in mountain relief.

Possible ways and directions of decline of ecological influence are certain from a motor transport and objects of his infrastructure on the t. Simferopol and other cities of Ukraine.

Keywords: motor transport, objects of motor transport complex, area of «smog», correction coefficients, method of calculation of concentration of weightless» admixture, t. Simferopol.

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми дисертації. Однією з глобальних проблем теперішнього часу є охорона навколишнього природного середовища (НПС) та формування умов для стійкого розвитку життєдіяльності людини.

Інтенсивний розвиток транспорту та супутньої інфраструктури привів до посилення змін навколишнього середовища, забруднення атмосфери, гідросфери і літосфери, особливо в містах та інших населених пунктах.

Серед антропогенних джерел негативного впливу на НПС на території практично всіх міст Криму транспорт займає перше місце, оскільки поставляє в довкілля величезні маси пилу, сажі, відпрацьованих газів, масел, важких металів та десятки інших речовин, значна частина яких відноситься до токсикантів. Інтенсивний вплив на НПС має також обслуговуюча автотранспорт інфраструктура: автозаправні станції (АЗС), станції технічного обслуговування (СТО), склади паливно-мастильних матеріалів (ПММ), автостоянки, гаражі, підприємства автомобілебудування та ін.

Перспективний розвиток Криму - рекреаційний, при цьому сприятлива екологічна ситуація в містах є обов'язковою компонентою курортної сфери. В даний час немає чітких планувальних, проектних вимог, методичних розробок для екологічної оцінки території забудови та реконструкції міських районів, транспортних магістралей різного рангу; не відпрацьовані «заборонні» чинники, які не повинні мати місце в житловій, промисловій або рекреаційній функціональних зонах міста при проектуванні та експлуатації транспортних магістралей по їх пропускній спроможності тих або інших видів автотранспорту та ін.; не враховуються ландшафтні особливості територій, при забудові яких міняються всі компоненти ландшафту та формується новий екологічний стан території, часто несприятливий.

Існуючі методики розрахунку концентрації шкідливих речовин в атмосферному повітрі від викидів промислових підприємств, встановлення допустимих викидів об'єктів Мінтрансу не дозволяють здійснювати прогноз та визначати масштаби забруднення територій.

Необхідність оцінки та прогнозу впливу автотранспорту та його інфраструктури на НПС при проектуванні рекреаційних та міських територій визначила актуальність теми.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Вибраний напрям досліджень був тісно пов'язаний з тематикою наукових розробок кафедри інженерної екології (ІЕ), які виконувалися автором в рамках наступних державних програм: № ДР 0100U006878 «Основи експертно-технологічного комплексу забезпечення проектування та експлуатації споруд в складних інженерно-геологічних умовах на базі ГІС» (2000-2001 рр.); № ДР 0102U005493 «Забезпечення надійності територій, що реконструюються, та споруд в умовах недостатньої початкової інформації» (2002-2003 рр.); а також договірної роботи з Міськадміністрацією м. Сімферополь. «Оцінка впливу автотранспорту на навколишнє природне середовище м. Сімферополь і розробка оптимальної схеми дорожнього руху» (2001 р.).

Цілі та завдання дослідження. Метою роботи є екологічна оцінка впливу автотранспорту і об'єктів автотранспортного комплексу (АТК) на НПС як основи для розміщення цих об'єктів та розробки природоохоронних заходів для безпечного використання в умовах гірського рельєфу (на прикладі м. Сімферополь).

Основні завдання досліджень:

1. Визначення антропогенного навантаження від автотранспорту на території міст та населених пунктів.

2. Аналіз впливу автотранспорту та об'єктів його інфраструктури на НПС.

3. Виявлення зон екологічного ризику (негативної зміни та його масштабів в НПС) в умовах гірського рельєфу.

4. Оптимізація розміщення об'єктів інфраструктури автотранспорту (АЗС, СТО, автостоянок, АТП, транспортних магістралей) в умовах інтенсивно освоєних територій.

5. Розробка методики розсіювання викидів в умовах гірського рельєфу від автотранспорту в різних мікрокліматичних зонах.

Об'єкт дослідження - територія міста Сімферополь, розташованого в гірському рельєфі; розміщення автомагістралей, СТО, АЗС, АТП, складів ПММ, підприємств автотранспортного комплексу та ін., геохімічне забруднення ґрунтів, атмосферного повітря, водоймищ, підземних вод, порушення рельєфу та ін.

Предмет дослідження - екологічна оцінка територій навколо автомагістралей, АЗС, СТО, АТП, складів ПММ, автостоянок, гаражів, підприємств автотранспортного комплексу, визначення забруднюючих речовин в техногенних відкладеннях, ґрунтах, водоймищах, атмосферному повітрі, розробка природоохоронних заходів для зниження впливу автотранспорту на навколишнє середовище.

Методи дослідження. Основні методи досліджень: - картографічний (геоекологічне картографування розміщення автомагістралей різного рангу, АЗС, СТО, складів ПММ, гаражів на геоморфологічній основі міста); експериментальний (маршрутне обстеження, відбір проб ґрунтів, техногенних відкладень, води водоймищ, видів палива, гуми автошин, атмосферного повітря по існуючих методиках); аналітичний (вивчення форм рельєфу, інженерно-геологічних умов територій, інженерної інфраструктури автотранспорту; аналіз відібраних проб об'єктів впливу на НПС різними хімічними та фізико-хімічними методами, санітарно-гігієнічна оцінка досліджуваних середовищ; виявлення чинників та критеріїв, що характеризують зміну ландшафтів); комп'ютерні технології (складання екологічних карт, розрахунки зон забруднення атмосферного повітря міста автотранспортом в умовах гірського рельєфу).

Наукова новизна отриманих результатів:

- визначений повний комплекс негативних наслідків зміни НПС при експлуатації об'єктів АТК: забруднення ґрунтів та техногенних відкладень, атмосферного повітря, водоймищ, підземних вод, безповоротне використання природних ресурсів, утворення газоподібних, рідких та твердих відходів;

- розширений спектр забруднюючих речовин (ЗР) від об'єктів АТК, що поступають в НПС;

- визначені чинники і критерії екологічної оцінки виділення зон екологічного ризику, що створюються автотранспортом та об'єктами його інфраструктури;

- виділені «заборонні» показники на території міста для розміщення АЗС;

- запропонована методика розрахунку розсіювання «невагомої» домішки від наземних лінійних джерел (автотранспорту) в межах прикордонного шару атмосфери для конкретних метеорологічних умов гірських зон;

- розроблені та упроваджені екологічні рекомендації, що є технологічно реалізуємими, по розміщенню об'єктів АТК в міському середовищі на основі розробленої методики.

Практичне значення отриманих результатів визначається можливістю:

- виділяти зони екологічного ризику територій на стадії проектування, розміщення автомобільних доріг, трас та об'єктів АТК;

- враховувати при розміщенні будівельних об'єктів (в т.ч. житлових) в міській мережі масштаби впливу автомагістралей;

- розробляти природоохоронні заходи на стадії проектування та розміщення об'єктів соціальної сфери залежно від основних природних та антропогенних чинників, що визначають екологічну ситуацію в місті в цілому, в функціональній зоні, житловому мікрорайоні та ін.

Початкові матеріали і особистий внесок автора. В основу роботи покладені матеріали досліджень автора при участі в держбюджетних темах та договірних роботах (2000-2002 рр.), складені карти функціонального зонування зон геохімічного забруднення м. Сімферополь. При проведенні геохімічного картування відібрано 340 проб ґрунтів та техногенних відкладень, 48 проб води, 198 проб атмосферного повітря. Для визначення спектру забруднюючих речовин, що поступають в НПС від автотранспорту, проаналізовані продукти спалювання різних видів палива (25 проб), гуми автошин (18 проб), асфальту (7 проб), проведений радіаційний аналіз бензинів та дизельного палива, хімічний аналіз сусідніх з автотрасами водоймищ на наявність нафтопродуктів у воді, в атмосферному повітрі. Аналітичні дослідження відібраних проб проводилися по затверджених Методиках в атестованих лабораторіях КВ КДГРІ, МіськСЕС, Рескомприроди та НАПКБ (м. Сімферополь).

Вивчено ретроспективний матеріал геохімічного забруднення ґрунтів та техногенних відкладень на забудованих територіях, фонові концентрації забруднюючих речовин, матеріали інженерно-геологічних процесів в окремих районах гірського Криму (підтоплення, техногенний карст, активізація зсувів) та ін. Виконано аналіз і узагальнення літературних та фондових матеріалів по впливу антропогенних навантажень автотранспорту та автодоріг на геохімічне забруднення територій промислово-міських агломерацій (ПМА).

Розроблена методика розрахунку концентрації «невагомої» домішки в приземному шарі атмосфери від лінійного джерела (автотранспорту) в умовах гірського рельєфу.

У роботах, написаних в співавторстві, здовувачеві належать результати приведених досліджень, теоретичні й практичні висновки про геохімічне забруднення ґрунтів та техногенних відкладень, атмосферного повітря, по екологічній оцінці впливу автотранспорту і об'єктів АТК на НПС.

Апробація результатів роботи. Основні результати роботи і матеріали досліджень докладалися та обговорювалися на щорічних наукових конференціях НАПКБ «Екологія та техногенна безпека» (2001-2007 рр.), IV Міжнародній науково-практичній конференції «Проблеми і перспективи застосування ГІС технологій в гірській справі» (м. Дніпропетровськ, 2002 р.), II Всеукраїнській конференції аспірантів і молодих вчених Криму «Крим на порозі XXI століття: культура, наука, політика, економіка, екологія» (м. Сімферополь, 2002 р.), II Міжнародній науково-практичній конференції «Освіта і наука без меж» (м. Przemysl, Дніпропетровськ, 2006 р.).

Основні наукові результати по темі дисертації опубліковані в 11 наукових роботах, зокрема 8 статей в спеціалізованих наукових збірніках, затверджених ВАК, 3 тези доповідей на науково-практичних конференціях.

Впровадження результатів роботи. Відповідними актами затверджено впровадження результатів наукової роботи, виконаної в рамках договірної роботи з Міськадміністрацією м. Сімферополь і дисертаційної роботи, для використання наступними організаціями: Корпорацією «ТЕС» (акти від 2000, 2002, 2006 рр.), Відділом Дорожнього нагляду ДАІ м. Сімферополя (акт від 2001 р.), Науково-виробничою фірмою «Сервісгаз» (акт від 2002 р.), Службою автомобільних доріг в АР Крим (акти від 2002, 2006 рр.).

Структура і об'єм роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, 4 розділів, висновків, списку використаних джерел (127 найменувань), додатків. Загальний обсяг - 188 сторінок, з яких 130 сторінок основного тексту, 20 малюнків, 11 таблиць.

Автор виражає глибоку вдячність за консультації в процесі написання роботи: д.г.-м.н. Ю.Г. Юровському, к.т.н. В.А. Давиденкову, А.М. Розенбергу. Особливу вдячність автор виражає своєму науковому керівникові к.г.-м.н., зав. кафедрою ІЕ НАПКБ З.Д. Сапроновій.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У розділі 1 «Аналіз екологічних досліджень по впливу автотранспортного комплексу на навколишнє природне середовище» розглянута методика екологічних досліджень територій міст, нормативні та методичні документи по регламентації вибору місцеположення об'єктів АТК на території міст і населених пунктів. Розглянуті питання впливу автотранспорту на НПС, залежно від виду використовуваного палива та додаткових пристроїв, що знижують викид токсичних речовин в атмосферне повітря. Проведено аналіз існуючих методик за розрахунком маси викидів та розсіювання ЗР від автотранспорту в атмосферному повітрі, на основі якрго виявлена відсутність методик для оцінки та прогнозування екологічної ситуації, яка складається на територіях міст і населених пунктів при інтенсивному впливу об'єктів АТК в умовах гірського рельєфу.

У розділі 2 «Методика досліджень» сформульовані методологічні основи та методики проведення досліджень на різних етапах виконання дисертаційної роботи: складання карт розміщення об'єктів АТК на основі ландшафтного районування території міста (картографічний); обстеження територій об'єктів АТК за визначенням рівня забруднення НПС; проведення аналітичних досліджень відібраних проб з метою визначення спектру ЗР (експериментальний і аналітичний); складання карт геохімічного забруднення територій міста (комп'ютерні технології).

У розділі 3 «Екологічний стан навколишнього природного середовища в м. Сімферополь при впливі автотранспортного комплексу» показано, що екологічна ситуація в ПГА формується залежно від її господарського призначення, розташування функціональних зон міста (жилої, промислової, комунально-складської), мережі транспортних магістралей, рекреацій. Містобудівна схема Сімферополя визначена рельєфом - долини рр. Салгир, Малий Салгир, Біла, Слов'янка, подовжня субширотна долина, круті південні і полого-падаючі північні схили Внутрішньої та Зовнішньої гряд; її можна визначити як комбіновану, з неодноразовим переплануванням промислових зон, транспортних магістралей, житлових мікрорайонів. Враховуючи особливості рельєфу території Сімферополя, він вважається потенційно забрудненим містом, основним джерелом забруднення є транспорт (~70-85%).

Форми рельєфу та їх просторове орієнтування впливає на клімат, створюючи достатньо контрастні мікрокліматичні зони по температурі (добові коливання), напряму і швидкості вітру, вологості. Для гірського рельєфу в Криму характерна зворотна температурна інверсія, коли холодне атмосферне повітря вночі спускається з Головної гряди по долині Салгира та залишається в пониженнях до 9-10 годин ранку. Ранкове сонце швидко прогріває поверхню гряд, тоді як в долині температура іноді буває на 6-15єС нижче. Обмін повітряних мас не відбувається до тих пір, поки не прогріється повітря в долині і температура не зрівняється. Тому всі викиди в атмосферу накопичуються в нічні і ранкові години в поперечних і подовжніх долинах.

Для екологічної оцінки територій та атмосферного повітря вздовж автомобільних доріг був проведений аналіз транспортних потоків по різних типах і функціональному призначенню автомагістралей (рис. 1), інтенсивності автотранспорту і його видів, а також його геохімічного та шумового впливу.



Рис. 1 Схема розміщення об'єктів інфраструктури автотранспорту на території м. Сімферополь та виявлена зона “смогу”

Для об'єктивного вибору місць спостереження і точок випробування з метою визначення дії автотранспорту на НПС були отримані наступні дані:класифікація транспортних магістралей за інтенсивністю руху (категорія доріг: транзитні, міжквартальні, внутрішньоквартальні; їх розміри, інтенсивність руху в години «пік» та інший час, наявність смуги зелених насаджень, тротуарів, кюветів та ін.); інформація про зону забруднення техногенних відкладів (пил), ґрунтів та атмосферного повітря за ретроспективними даними 1979, 1999, 2003-2005 рр.; технічний стан автомобільних доріг, організація зливового стоку, періодичність ремонту або відновлення дорожнього полотна; дані про шумове навантаження вздовж автомобільних трас в межі міста і, зокрема, в районі житлової забудови; відомості про ширину проїжджої частини, тротуарів і відстань до будівель (геохімічні бар'єри).

Інтенсивність руху на міських автомагістралях збільшувалася з кожним роком. Згідно методиці час виміру інтенсивності руху - час пікових навантажень на автотранспортну мережу (9.00, 16.00-17.00). У 1999 р. максимальна кількість автомобілів в годину складала - 2000 авт./год., у 2006 р. - >3600 авт./год. Інтенсивне забруднення атмосферного повітря характерне для житлових районів міста, розташованих в подовжній долині між гірськими грядами, в поперечних долинах річок Салгир, Малий Салгир та їх приток, досягаючи періодично катастрофічного рівня (>12 ГДК по NO2 та >6 ГДК по СО).

У місті організована мережа спостережень (моніторинг) за станом атмосферного повітря по вимірюванню СО, NO2 , SO2 , CnHm в 14 пунктах (рис. 1), спостереження проводяться один раз на місяць. Періодично, по окремих заявках - визначається формальдегід, бенз(а)пирен та ін. При аналізі автором результатів режимних спостережень МіськСЕС, починаючи з 1993 р., вперше зона «смогу» виявлена в 1997-1998 рр., а потім підтверджена в 2000-2001 рр. (рис. 1). Перевищення вмісту ЗР вище за ГДК фіксувалися в годину «пік» практично в усіх точках спостереження, за винятком району водосховища і підвищеної частини міста (вул. Кечкеметська). Найбільш забрудненими за змістом ЗР (СО, NO2, SO2, CnHm) є території річкових долин. Щільна житлова забудова, ширина вулиць 8-10-20-40 м, тротуарів - 1-2-3 м, функціональні об'єкти міста, густа мережа автодоріг, транспортні розв'язки та ін., а також розташування районів у знижених ділянках рельєфу створюють напружену екологічну ситуацію для нормального життєзабезпечення жителів і якості атмосферного повітря. В дні «смогу» відносна вологість повітря досягала 90-95%, температура повітря - +3-0єС, швидкість вітру - 0,5-1,5 м/с. Перевищення ГДК по СО спостерігається щорічно в період осінньо-весняних туманів при безвітряній погоді в знижених територіях міста (до 16 ГДК) на вузлових транспортних магістралях. Для автомобільних доріг, класифікованих за типом функціонування (міжквартальні, внутрішньо квартальні) розраховані питомі викиди СО і NO2 та визначені зони впливу розсіювання ЗР уздовж автомагістралей; теоретично СЗЗ по напряму вітру досягають 450 м від дорожньої смуги, на узбіччі концентрація СО перевищує ГДК в 6-8 разів, по NO2 - 12-16 разів.

Варіації значень концентрації ЗР на узбіччях автомагістралей значні (рис. 2). М.Е. Берлянд (1985) вказував, що для нормування викидів від лінійних джерел необхідно враховувати окрім швидкості вітру, маси викиду в джерелі і коефіцієнта обміну повітря додаткові показники. При скільки завгодно малій потужності джерела у разі штилю і слабкої турбулентності концентрація ЗР може бути більше будь-якого заданого рівня. Концентрація домішки необмежено росте при убуванні швидкості вітру і турбулентної дифузії до нуля. Застосування існуючих математичних моделей без урахування конкретних метеорологічних умов, рельєфу місцевості і параметрів домішки приводить до значної зміни результатів розрахунку і не відповідає вимогам, що пред'являються, до якості прогнозної інформації, зокрема, в умовах гірського рельєфу.



Рис. 2 Графіки залежності виміряних та розрахункових значень n*ГДК СО від інтенсивності транспортного потоку

Вплив об'єктів інфраструктури на НПС. Розвиток процесу урбанізації як наслідок реалізації досягнень науково-технічного прогресу в автомобільній галузі та переході в економіці на ринкові стосунки вимагає додаткових територій для дислокації швидкорослих об'єктів галузевої інфраструктури - АЗС, СТО, гаражів, автостоянок. У міській межі розміщення додаткових об'єктів автотранспорту можливе тільки шляхом ущільнення та перепланування міської забудови в прилеглих до міських магістральних вулиць ділянках, що збільшує екологічне навантаження і погіршує умови мешкання міського населення.

Дія автозаправних станцій. В процесі експлуатації АЗС, що є об'єктами галузевої інфраструктури автотранспорту, забруднюється НПС в результаті змиву та проливу ПММ, в атмосферне повітря випаровується бензин, дизельне пальне, технічне мастило. Міграція нафтопродуктів простежується на поверхні ґрунтів, в геологічні відклади, в водоймища та підземні води. У міській мережі розташовано >70 АЗС, >10-ти з яких розміщені в заплаві річок Салгир, Малий Салгир, Біла, з порушенням нормативних вимог ДБН 360-92* (Зміна №10). Детальне обстеження територій АЗС дозволило розробити рекомендації по запобіганню виникнення екологічно небезпечних ситуацій при їх експлуатації.

У міській мережі не рекомендується розміщувати АЗС: у подовжній долині між куэстами II та III гряди, в долинах річок; у центральній частині міста, де переважає 1-2 поверхові забудови та 5-9 поверхова забудова з мінімальною шириною вулиць (між будівлями з обох боків) <80 м; на підтоплених, періодично підтоплюваних, сезонно підтоплюваних територіях (долини річок та їх приток) в заплавних зонах та терасах; у міській межі в зонах підтоплення на схилах гряд, що виникли в результаті зведення будівель і комунікацій, які порушили природний рівень ґрунтових вод; рівень ґрунтових вод має бути нижче 5 м; у зонах підвищеної фільтрації атмосферних та підземних вод; у районах активізованих зсувів, на південних схилах Внутрішньої і Зовнішньої гряд, де будівництво та експлуатація АЗС викличуть активізацію інженерно-геологічних процесів; у радіусі 50 м від АЗС не можуть бути розташовані житлові будівлі та рекреаційні майданчики.

У міській мережі рекомендовано розміщувати тільки стаціонарні АЗС, кількість яких для м. Сімферополя не повинна перевищувати 50; ці пропозиції внесені до генплану та затверджені рішенням Міськвиконкому м. Сімферополь від 12.01.01 р. Розроблені основні чинники виділення зон екологічного ризику для територій при розміщенні АЗС в м. Сімферополь.

Оцінка дії автотранспортних підприємств. Простежена динаміка зміни забруднення атмосферного повітря після перенесення підприємств АТК в промислову Південно-західну зону (трамвайно-тролейбусне депо, завод «Автокерма», авторемонтний завод, гаражі). Концентрація СО зменшилася на цій теріторії в 6-17 разів.

Запропонована схема оцінки комплексного впливу об'єктів АТК на НПС при їх будівництві і експлуатації. Будівництво автомагістралей вимагає значних витрат природних ресурсів і привносить в НПС негативні зміни та забруднення.

У розділі 4 «Особливості розподілу забруднюючих речовин від автотранспортного комплексу в умовах гірського рельєфу» дана характеристика умов рельєфу, мікрокліматичних зон, що впливають на розсіювання ЗР в приземному шарі атмосфери на територіях міст і населених пунктів. Для міст Криму, розташованих в гірських умовах, характерна зворотна температурна інверсія, що в поєднанні з розташуванням об'єктів АТК в знижених ділянках рельєфу приводить до значного накопичення ЗР в приземному шарі атмосфери. Проведені дослідження інверсії в штильову безхмарну та малохмарну погоду, концентрації СО в долині р. Салгир, лягли в основу проведення розрахунків розсіювання «невагомої» домішки від автотранспорту (рис. 3).

Для оцінки забруднення приземного шару атмосфери ЗР застосовуються математичні моделі різного ступеня складності. Широко використовується математична модель для розрахунку кількості і просторового розміщення викидів від точкових та лінійних (промислових) джерел (ОНД-86). Дана модель характеризується значною кількістю емпіричних формул та поправочних коефіцієнтів; вплив рельєфу місцевості враховується безрозмірним коефіцієнтом (?), значення якого встановлюється на основі аналізу картографічного матеріалу - рельєф розглядається в радіусі 50 м від джерела викиду.

Рис. 3 Розріз долини р. Салгир в місці її поперечного перетину II гряди

Для районів, які характеризуються поєднанням слабких вітрів та температурних інверсій (долини, улоговини, каньйони - райони утворення «смогу»), модель не працює. Параметри стійкості атмосфери в указаних моделях не розглядаються, а саме вони обумовлюють значний вплив на розсіювання домішок в приземному шарі.

Для проведення розрахунків розсіювання «невагомої» домішки в приземному шарі атмосфери автором була використана модифікована
Н.Л. Бизовою (1973) формула Лайхтмана:

(1)

где q(x)- концентрація домішки від лінійного джерела;

Q - кількість випущеної домішки;

R - безрозмірний допоміжний параметр для розрахунку вертикального розсіювання;

с - безрозмірний допоміжний параметр для розрахунку вертикального розсіювання;

U - середня в шарі від 0 до Н швидкість вітру;

H - висота джерела;

х - координата вздовж осі х;

Г (1+) - гамма-функція.

Для проведення розрахунків за визначенням параметрів зони забруднення автором був експериментально визначений якісний і кількісний склад транспортного потоку, що проходить по автомагістралях в досліджуваній долині р. Салгир, з метою визначення маси кількості ЗР, які викидаються. За певними метеопараметрами розраховувався клас стійкості приземного шару атмосфери (n). Кожному класу відповідають певні значення швидкості вітру, ступені інсоляції і часу доби. Розрахований приземний параметр (Б2) відповідає сьомому класу стійкості (n), для якого в «Методиці за розрахунком розсіювання домішок в прикордонному шарі атмосфери» (Бизова, 1973) відсутні дані. У зв'язку з цим, попередній розрахунок за визначенням параметрів зони забруднення проводився для шостого класу стійкості. Отримані результати розрахунку відрізнялися від результатів експериментальних досліджень на 65-130% у бік зменшення, що не відповідає вимогам прогнозної інформації.

Стан прикордонного шару атмосфери визначається класом стійкості (n), основним параметром вертикального розсіювання (В), значенням шорсткості підстилаючої поверхні (z0) при Н 10 м (викиди від автотранспорту).

У зв'язку з тим, що розрахунки розсіювання «невагомої» домішки по методиці Н.Л. Бизової (1973) проводяться тільки для шести класів стійкості, для особливих умов: - штилі, слабкі вітри, наявність інверсій, каньоноподібна форма долин, щільна різноповерхова забудова, необхідним є введення 7 та 8-го класу. Значення параметрів, відповідних 7 та 8-му класу, розраховані автором методом екстраполяції з попередньою апроксимацією даних (Бизова, 1973) і підтверджені експериментальними дослідженнями.

Отриманий лінійний апроксимований вираз:

у = 0,00033x + 0,02333, (2)

где у - значення параметра В,

х - значення шорсткості підстилаючої поверхні z0,

дозволяє екстраполювати значення В(z0) при n=4 та Н=2м для z0 =100, 120 та ін.

Значення шорсткості підстилаючої поверхні z0 значно впливає на розподіл домішок в прикордонному шарі атмосфери. При аналізі наявних емпіричних даних та результатів розрахунку концентрації викидів для міської забудови, розміщеної в розчленованому рельєфі, приймаємо z0=80, 100; для частини міста, що розміщена на схилах гряди і має щільну висотну забудову, - z0=120, 140 та ін.

Значення параметра вертикального розсіювання В* (дані автора) для z0 = 80, 100, 120 і n= 4, 5, 6, 7, 8 при Н=2 м розраховані методом екстраполяції з попередньою степенною апроксимацією (рис. 4), тобто В*=f(z0, n).

Рис. 4 Графіки степенної апроксимаційної залежності В* від n та z0

Отримані степенні вирази апроксимацій:

,,,, ,

где у - значення параметра В*,

х - значення класу стійкості (n),

дозволяють розраховувати параметр вертикального розсіювання В* при різному значенні z0 і переходити від одного класу стійкості (n) до іншого (табл. 1).

Таблиця 1 Залежність параметра В* від n та z0

n	4	5	6	7	8
B*розр.	z0=0,9	0,0149	0,0062	0,0030	0,0016	0,0010
B*розр.	z0=8	0,0260	0,0107	0,0052	0,0028	0,0017
B*розр.	z0=80	0,0497	0,0205	0,0099	0,0054	0,0032
B*розр.	z0=100	0,0563	0,0232	0,0113	0,0061	0,0036
B*розр.	z0=120	0,0629	0,0259	0,0126	0,0068	0,0040

На вертикальне розсіювання домішок впливає форма улоговини (круті або пологі схили), ширина днища, перевищення бортів, азимут протяжності і висота сонця над горизонтом. З урахуванням даних чинників були визначені ряд коефіцієнтів, що враховують параметри вертикального розсіювання (R) домішки в досліджуваній долині р. Салгир (табл. 2).

Таблиця 2 Значення поправочного коефіцієнта б* для розрахунку R, що враховують Дh та вє

Кут нахилу бортів долини, вє	Абсолютне перевищення бортів, Дh, м
	15-30	30-50	50-80
	б *
10-20	0,30	0,28	0,25
20-30	0,27	0,25	0,23
30-50	0,24	0,23	0,22
50-80	0,19	0,18	0,17

Результати розрахунків за визначенням приземної концентрації СО в досліджуваному об'ємі долини від автотранспортного потоку і параметрів забрудненої зони представлені в табл. 3.

Таблиця 3 Зведена таблиця розрахованих параметрів розсіювання «невагомої» домішки

	Параметр
	В (В*)	z0, см	R, м	х0, м	q0, мг/м3
Результати експериментальних досліджень	-	80	20,0	120,0	16,2
Розрахунок по (Бизова, 1973)	0,0030	80	266,7	266,7	9,8
Розрахунок з урахуванням поправочних коефіцієнтів (автора)	0,0054	80	22,0	137,0	19,2

Отримані вирази апроксимацій для визначення залежності В*=f(n,z0) при Н=2м (рис. 4) дозволяють розраховувати параметр вертикального розсіювання В* при різному значенні z0.

Точність проведення розрахунків залежить від точності вимірювання параметрів, які входять у початкові формули.

Неточність у визначенні класу стійкості (n) вносить помилку до визначення параметра вертикальної дифузії (В*). Помилка у визначенні U позначається на визначенні q0; не облік особливостей рельєфу місцевості (z0) приводить до помилки при визначенні параметра R.

Розроблена методика призначена для розрахунку розсіювання «невагомої» домішки від лінійного джерела (автотранспорту) в умовах гірського рельєфу і прогнозування екологічної ситуації на даній території при проектуванні та реконструкції об'єктів АТК в умовах щільної міської забудови. Дана методика дозволяє забезпечити розрахунки параметрів зони забруднення для максимально несприятливих метеорологічних даних, при яких можлива поява «смогу» (t=-30-(+)30C, v= 0,5-1м/с, отн.вл= ~90-100%.) в умовах гірського рельєфу і переходити за заданих умов до прогнозу визначення місцеположення зони забруднення та оцінки її масштабів.

При порівнянні результатів розрахунків концентрації СО по методиках Бизової (1973), автора і експериментальних даних для автомагістралей м. Сімферополя, вибраних в різних геоморфологічних зонах (річкова долина, подовжня долина, вулиці - «каньйони» з різною шириною та поверховістю і транспортним потоком) при максимально несприятливих метеоумовах (штиль) для розсіювання «невагомої» домішки розрахована оцінка погрішності отриманих даних (табл. 4). Результати оцінки погрішності знаходяться в межах допустимих параметрів для прогнозу забруднення приземного шару атмосферного повітря, отриманих за наслідками дослідів Інституту Експериментальної Метеорології.

Таблиця 4 Оцінка погрішності розрахованих параметрів

Група параметрів	Параметр	Допустима погрішність результатів розрахунку по ІЕМ, %	Погрішність результатів розрахунку, %
			методика	автор
Вхідні	U? 1 м/с	30-50	14-20	5-10
Розрахункові	q0, мг/м3	50-60	45-100	5-25

З врахуванням розробленої методики та проведених розрахунків порозсіюванню «невагомої» домішки від автотранспорту в умовах гірського рельєфу були розроблені рекомендації з організації автотранспортного комплексу на території міста, які включають оптимізацію схем руху, раціональне визначення пріоритету руху. За ступенем забруднення атмосферного повітря визначено максимальне навантаження по критичній пропускній спроможності автомагістралей, розташованих в знижених ділянках міста, - не більш 1500-2500 авт./год. Визначені зони екологічного ризику, які вимагають вжити технічних та організаційних заходів по розміщенню об'єктів АТК на території міста. Запропонований перспективний план будівництва кільцевих доріг (внутрішнє та зовнішнє кільце). Дані рекомендації впроваджені актами у відповідних організаціях. Запропонована методика рекомендована для оцінки територій розміщення транспортних магістралей, промислових зон, визначення максимальної кількості автотранспорту на дорогах і прогнозу допустимої концентрації ЗР в приземному шарі атмосфери.

У висновку викладені результати дисертаційної роботи, які мають наукове та практичне значення при проведенні оцінки екологічної ситуації в містах та населених пунктах, що виникли під впливом інтенсивного розвитку автотранспорту та об'єктів його інфраструктури, а також при розміщенні нових та реконструкції діючих об'єктів по обслуговуванню АТК; розроблено: методику розрахунку концентрації «невагомої» домішки від автотранспорту для умов гірського рельєфу; перспективні планувальні рішення по розміщенню об'єктів інфраструктури автотранспорту з урахуванням «заборонних» чинників їх будівництва (реконструкції) на даній території.

1. У наслідок детального обстеження територій 16 АЗС встановлено забруднення ґрунтів, підземних вод, атмосферного повітря за межами СЗЗ в житлових зонах. АЗС розташовані на територіях з рівнем ґрунтових вод 0,6-1 м, при аварійних ситуаціях час транспортування нафтопродуктів на відстань 100 м в ставки р. Слов'янка складе 2-90 діб. Вміст свинцю в дорожньому і придорожньому пилу на території навколо АЗС, перевищує ГДК і змінюється від 15 до 500 мг/кг пилу.

2. У міській межі м. Сімферополь необхідно розміщувати тільки стаціонарні АЗС, кількість яких не повинна перевищувати 50-ти; визначені території їх реконструкції або будівництва; рекомендовано закриття 80-ти контейнерних АЗС.

3. Розроблені основні фактори виділення зон екологічного ризику для територій розміщення АЗС в м. Сімферополь: на заплавних терасах всіх основних річок та їх притоків; у каньоноподібній долині р. Салгир безпосередньо біля берегових обривів, перехідних в круті схили з перепадами висот до 20-80 м; уздовж вулиць житлової забудови, ширина яких 50-120 м (між будівлями з обох боків); рівнем ґрунтових вод <5 м; в зонах зсувів; на закарстованих територіях, зокрема: техногенного карсту; відстань між АЗС впродовж однієї вулиці в житловій забудові повинна складати не менш 2 км.

4. Зони «смогу» в м. Сімферополь вперше зареєстровані в середині 90-х років ХХ століття і зараз спостерігаються щорічно. Вміст СО вище за ГДК в приземному шарі атмосфери зареєстровано при низьких температурах (-30-(+)30С), відносній вологості - 90-100%, швидкості вітру - 0,5-1,0 м/с уздовж автомагістралей в знижених ділянках рельєфу - долинах річок, вузьких вулицях шириною 8-20 м з щільною 1-9-ти поверховою забудовою і наявністю автотранспортного потоку, що перевищує 2600 авт./год.

5. На накопичення викидів в приземному шарі атмосфери впливають: конфігурація вулиць, долин, улоговин; висота будівель, обривів каньйонів, кути нахилу схилів, ширина днищ долин, азимут і протяжність, перевищення відміток рельєфу; метеорологічні умови - штилі, слабкі вітри, аномальні напрями вітру, відносна вологість повітря, зворотна температурна інверсія.

6. Розроблена методика розрахунку концентрації «невагомої» домішки для умов гірського рельєфу; вибрані параметри та їх показники для прогнозу концентрації ЗР в приземному шарі атмосфери. Для м. Сімферополь розраховані числові значення та діапазон параметрів класу стійкості, вертикального розсіювання, шорсткості підстилаючої поверхні для житлової забудови та каньоноподібних субмеридіональних долин, азимути протяжності долин.

7. Запропонована методика розроблена для визначення територій розміщення транспортних магістралей, промислових зон, максимальної кількості автотранспортних засобів на дорогах, прогнозу концентрації ЗР в приземному шарі атмосфери від лінійних джерел (автотранспорту) в умовах гірського рельєфу.

8. Основні результати дисертаційної роботи пройшли апробацію на двох міжнародних наукових конференціях, опубліковані в 11 наукових працях. Практичне значення отриманих результатів визначається можливістю виділяти зони екологічного ризику та розробляти природоохоронні заходи на стадії проектування та реконструкції об'єктів АТК в умовах гірського рельєфу. Розроблена автором методика та рекомендації по розміщенню об'єктів АТК в міській межі були впроваджені у відповідних організаціях м. Сімферополь.

автотранспорт інфраструктура екологічний гірський

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Сапронова З.Д. Экологические проблемы автотранспорта в промышленно-городских и рекреационных агломерациях Крыма / З.Д. Сапронова , С.П. Муровский // Строительство и техногенная безопасность.- 2001.- № 5.- С.119-122.

2. Севриков В.В. Математическое моделирование процессов загрязнения городского воздуха автомобильным транспортом / В.В. Севриков, Д.В. Мех, С.П. Муровский // Строительство и техногенная безопасность.- 2002.- № 7.- С. 254-258.

3. Муровский С.П. Загрязнение геологической среды автомобильным транспортом и объектами его инфраструктуры / С.П. Муровский, Т.А. Сапронова // Строительство и техногенная безопасность.- 2003.- № 8.- С.137-140.

4. Муровский С.П. Оценка воздействия автотранспорта на окружающую среду г. Симферополя / С.П. Муровский // Строительство и техногенная безопасность.- 2005.- № 10.- С.156-160.

5. Муровский С.П. Особенности загрязнения атмосферы выбросами автотранспорта в условиях горного рельефа / С.П. Муровский // Строительство и техногенная безопасность.- 2005.- № 11.- С.149-156.

6. Муровский С.П. Влияние автомобильных магистралей и асфальтового покрытия на окружающую природную среду / С.П. Муровский // Строительство и техногенная безопасность.- 2006.- № 13-14.- С.96-100.

7. Муровский С.П. Влияние объектов инфраструктуры автотранспорта на окружающую природную среду / С.П. Муровский, З.Д. Сапронова // Строительство и техногенная безопасность.- 2006.- № 15-16.- С.122-128.

8. Муровский С.П. Перспективы снижения выбросов автотранспортом при использовании альтернативных видов топлива / С.П. Муровский, Ю.П. Петроградский, Т.А. Сапронова // Культура народов Причерноморья.- 2004.- №47.- С.151-153.

9. Муровский С.П. Использование ГИС - технологий в решении задач по снижению воздействия автотранспортного комплекса на окружающую среду городов / С.П. Муровский, З.Д. Сапронова, Ю.П. Петроградский // Проблемы и перспективы применения геоинформационных технологий в горном деле: междунар. научн.-практ. конф., 7-9 окт. 2007 г.: тезисы докл.- Днепропетровск, РИК НГУ, 2002.- С.92-94.

10. Муровский С.П. Снижение воздействия автотранспортного комплекса на окружающую среду городов / С.П. Муровский, Ю.П. Петроградский // Крым на пороге XXI века: культура, наука, политика, экономика, экология: научн.-практ. конф., 28-29 дек. 2002 г.: тезисы докл.- Симферополь, ТЭИ, 2002.- С.167-169.

11. Муровский С.П. Особенности микроклимата в предгорных условиях при проектировании автомагистралей на территории г. Симферополь / С.П. Муровский // Wyksztalcenie i nauka bez granic: mielzynar. naukowe-prakt. konf., 19-27 grudnia 2005 г.- Przemysl.- Днепропетровск.- 2006.- Т. 18.- С.34-37.

Размещено на Allbest.ru