Разработка программного обеспечения моделирования экологической ситуации населенного пункта

Размещено на http://allbest.ru

Размещено на http://allbest.ru

Разработка программного обеспечения моделирования экологической ситуации населенного пункта

Среди разделов современной экологии все более актуальным становится одно из прикладных направлений - урбоэкология. Крупные промышленные города превращаются в центры острейших экологических проблем. Прогрессирующая урбанизация ведет к очевидным негативным последствиям: загрязнению городской среды, неконтролируемому росту отходов производства и потребления, деградации растительности и как следствие - ухудшению здоровья населения, проживающего в урбанизированных районах. Заболеваемость населения, как в фокусе, отражает весь спектр неблагоприятных экологических последствий, происходящих в среде обитания.

Восточный Казахстан является одним из высокоразвитых промышленных регионов республики с чрезмерной концентрации крупных предприятий цветной и черной металлургии, энергетического комплекса, горнодобывающей и машиностроительной промышленности. Ввиду значительного загрязнения окружающей среды вредными выбросами, в области образовалась своеобразная антропогенная биогеохимическая провинция с повышенным содержанием тяжелых металлов в окружающей среде, такими как цинк, свинец и другими вредными веществами. В соответствии с нормативно правовым документом по охране окружающей среды (НПДООС), Восточно-Казахстанская область включена в число шести экологически неблагополучных областей Казахстана и отнесена к зоне «В» по характеру существующих экологических проблем.

Основное влияние на индекс загрязнения атмосферного воздуха областного центра оказывают выбросы от автомобильного транспорта и дни с так называемыми неблагоприятными условиями - штилевая погода. Но и здесь необходимо отметить, что в последние годы по этому показателю г. Усть-Каменогорск занимает 8 место по республике.

Сейчас на первое место в доле загрязнения атмосферного воздуха выходит автотранспорт. Автомобильные выбросы - смесь около 200 химических элементов и соединений. От автотранспорта выделяется примерно половина общего количества углеводородов, 60% всей окиси углерода, около 40% всех окислов азота. Дополнительно в атмосферный воздух поступает более полутора килограмм твердых частиц - пыль от износа резины тормозных колодок и дисков сцепления автомобилей, продукты истирания поверхности дорог. В настоящее время для решения данной проблемы необходимо использовать информационные технологии. Так как оценка загрязненности атмосферного воздуха достаточно трудоемкая задача, разрабатываются программные комплексы для решения экологических задач. Разрабатываемые и используемые в настоящее время программные комплексы, учитывают недостатки своих предшественников. Многие из них обладают удобным интерфейсом и мощной графической поддержкой, позволяющей представлять результаты работы программы. Различия заключаются в основном в используемых моделях расчета.

Например, в работе Шилина Андрея Викторовича, разработана модель интенсивности транспортных потоков, учитывающей интенсивность движения автотранспорта по улицам города в заданное время суток в заданный день недели заданного месяца, а также учитывающей основные характеристики автотранспорта, особенности транспортных линий.[1]

В работе, Микрюкова Алексея Викторовича, проведены исследования рассеяния примеси от источников различных типов(точечные, линейные, площадные). Разработан проблемно-ориентированный программный комплекс, позволяющий проводить расчет распространения примесей с учетом рельефа и типа подстилающей поверхности при различных метеорологический условий.[2]

В результате анализа существующих работ, направленных на моделирование экологической ситуации населенного пункта, было определено, что выбранная мною тема работы является достаточно актуальной в настоящее время.

По мере проведения исследований в любой области науки происходит

Обзор существующего программного обеспечения

По мере проведения исследований в любой области науки происходит переход от качественного описания объекта исследования к описанию его количественных характеристик[124]. Обнаруживаемые при этом свойства и связи объекта отражаются при разработке математической модели. Постепенно накапливаются знания об объекте, обнаруживаются новые закономерности, и модель приобретает все более полный вид. Тем самым повышается достоверность и адекватность модели реальным объектам.

При моделировании состояния воздушного бассейна населенных мест и анализе содержания в нем загрязняющих веществ возникает необходимость рассмотрения явлений, происходящих в приземном слое атмосферы. Атмосферный воздух представляет собой достаточно сложный объект моделирования, который характеризуется многокомпонентностью, непрерывным изменением физических параметров[106]. При проведении мониторинга загрязнения атмосферного воздуха необходимо учитывать такие параметры, как скорость и температура воздуха, так как они влияют на распространение примеси от источника загрязнения. При анализе состояния воздушного бассейна необходимо учитывать также высокую степень разбавления анализируемых веществ. Поэтому для получения достоверных результатов необходим отбор проб воздуха большого объема за достаточно короткий период времени. Также для определения состояния и анализа загрязнения атмосферного воздуха является работа в реальном масштабе времени, что позволяет не только моделировать ситуацию в любой момент времени в условиях постоянно меняющихся параметров, но и своевременно принимать решения и тем самым влиять на величину концентраций загрязняющих веществ[125]. Поэтому для решения поставленных задач появилась необходимость моделирования с использованием современных средств ЭВТ.

Очевидно, что при составлении математической модели для проведения моделирования сложного объекта с помощью ЭВМ невозможно учесть все оказывающие на него влияние факторы. Некоторые из них являются наиболее важными, а какими-то можно пренебречь[126]. Но если реализованная на ЭВМ модель с большой степенью достоверности отражает поведение объекта , то это позволяет проанализировать его поведение при различных, даже самых неблагоприятных условиях. Компьютерная реализация в виде программных комплексов позволяет также обеспечивать оперативность в обработке данных и возможность дополнения и совершенствования модели, что позволяет расширить возможности программного комплекса и тем самым отразить новые грани объекта исследования.

Существует взаимосвязь между развитием моделей, алгоритмов, программ и вычислительных машин. Развитие одного из этих компонентов заставляет двигаться вперед другие. Поэтому поэтапный процесс совершенствования программных средств в любой области, в том числе и в области моделирования экологической обстановки промышленных зон, является закономерным. Проследим историю развития программных средств, направленных на моделирование распространения и анализа загрязняющих веществ в атмосфере над населенными территориями.

Сложившаяся несколько десятилетий назад система нормирования выбросов загрязняющих веществ в атмосферу сегодня определяет основные принципы управления качеством атмосферного воздуха[127]. В 1980-е годы вместе с развитием вычислительных средств значительно выросли объемы работ по установлению нормативов ПДВ, и появилась необходимость в использовании специализированных программных средств. Наиболее трудоемкой частью работы по выпуску проекта нормативов ПДВ было проведение расчетов величин приземных концентраций вредных веществ согласно «Методике расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий»[108] Поэтому в первую очередь появился спрос на программы, реализующие алгоритм названной методики, - унифицированные программы расчета загрязнения атмосферы (УПРЗА).

Разработка первых таких программ велась централизованно и не имел коммерческого характера. Наиболее известной УПРЗА того времени являлась программа «Эфир». При использовании машин не было речи о полной автоматизации деятельности сотрудников, некоторые разработчики автоматизировали процесс выпуска таблиц проекта нормативов ПДВ и некоторых других документов.

В начале 1990-х годов ситуация поменялась.

Во первых, началось бурное развитие персональной техники, сопровождавшееся массовым списанием больших машин.

Во-вторых, разработка программных средств стала преследовать коммерческие цели. Возникли условия для возникновения рынка программных средств, в том числе и в области охраны атмосферного воздуха. Был разработан программный продукт “RISK ASSISTANT”[128.].Он позволял решать следующие задачи: ввод информации об источниках выбросов загрязняющих веществ, расчет параметров загрязнения по различным методикам. Программный продукт обладал простым и понятным интерфейсом для вода и расчета информации. Выбор методик для расчета выполнялся автоматически и обладал низкими требованиями к техническому обеспечению компьютера.

Следующим этапом развития программных средств, связанным прежде всего с развитием ЭВТ и появлением персональных компьютеров, стало формирование систем, называемых «рабочее место эколога». Одним из первых программных комплексов, реализующим концепцию экологического мониторинга, стал комплекс программных средств GeoEcoBASE. Комплекс GeoEcoBASE предназначен для создания локальных информационно-диагностических систем хранения, обработки и анализа результатов моделирования при решении задач экологического мониторинга, прогноза и анализа результатов моделирования при решении задач геоэкологического мониторинга, прогноза изменения ситуации, обоснования схем инженерной защиты для конкретных территорий и объектов.

Географические информационные системы (Геоинформационные системы ГИС)

В настоящее время появилась необходимость проведения исследований окружающей среды на новом системном и техническом уровнях с использованием ГИС. При этом обеспечивается компьютерное представление данных и их географическое распределение, что дает большой объем информации и мощный инструмент для анализа. ГИС позволяет отвечать на вопросы, ответить на которые с случае использования традиционных методов нельзя или слишком сложно. К современным программным средствам, связанным с экологической тематикой, предъявляются все существующие требования, предлагаемые при разработке и проектировании современного программного обеспечения[124;125]

Задачи, связанные с распространением загрязнений в атмосфере, развиваются в двух направлениях[129].Первое связано с расчетом поля концентраций по известным характеристикам источника выбросов. Второе направление - это решение обратных задач. По имеющимся данным о концентрациях загрязняющих веществ в некоторых контрольных точках определяются параметры источников. Решение этого класса задач является необходимым для проектирования расположения источников выбросов загрязняющих веществ с учетом необходимых экологических требований.

Разрабатываемые и используемые в настоящее время программные продукты, относящиеся к первому классу задач, учитывают недостатки своих предшественников. В современных программных комплексах, определяющих распространение загрязнений от различных источников, применяется несколько видов методик расчета.

К первой группе программных средств относятся комплексы, использующие инженерные методики расчета концентраций загрязняющих веществ[108]. Программный комплекс «Эра» предназначен для расчета приземных концентраций и выпуска томов ПДВ[130]. Программа реализована на основе методики ОНД-86 и прошла согласование в ГГО им. А.И. Воейкова. Комплекс позволяет произвести расчет приземной концентрации, снабжен возможностью проведения инвентаризации выбросов на предприятии. В составе комплекса имеется графический редактор, обладающий некоторыми возможностями ГИС-системы.

Ко второй группе относятся программные средства расчета распространения примесей, в основе которых лежат математические модели процесса, описанные с помощью дифференциальных уравнений. Сюда можно отнести как модели, в которых процесс распространения примеси полностью описывается дифференциальными уравнениями, решаемые численными методами, так и модели, имеющие различные вариации описания процесса с помощью дифференциальных уравнений и аналитических зависимостей.

Программный комплекс «ХимРиск» реализует моделирование последствий химических аварий. Комплекс состоит из нескольких подсистем. В частности подсистема «Атмосфера» предназначена для расчета распространения примеси в атмосфере. Моделирование рассеивания примеси осуществляется на основе модели атмосферной диффузии. Параметры атмосферы, то есть поле скоростей и коэффициенты турбулентного обмена, определяются с помощью аналитических зависимостей. Моделирование осуществляется с учетом шероховатости поверхности. Имеет возможность распараллеливания расчетов.

В связи с развитием новых компьютерных технологий у разработчиков программных продуктов появляются новые технические возможности для реализации своих разработок.

Требования к программному комплексу (обеспечению)

С развитием вычислительной техники повышаются требования и к разрабатываемому программному обеспечению. Для проблемно-ориентированных программных обеспечений и информационных систем эти требования можно разделить на две группы:

В первую группу входят общие требования, предъявляемые в большинству программ. Такие системы отличаются модульным принципом. Каждое программное средство, входящее в систему, является самостоятельным, не требующим для своей работы других компонентов системы. Модульный принцип построения системы обеспечивает возможность ее гибкой реконфигурации, включения дополнительных программных и информационных блоков.

Ко второй группе можно отнести требования, обусловленные спецификой объекта исследования. Программное обеспечение должно обладать гибким механизмом для обеспечения возможности использования различных входных данных и физических параметров. Другим принципом построения информационных систем в области экологии является открытость архитектуры. Этот принцип позволяет включать в программное обеспечение программные модули, реализующие различные направления природоохранной деятельности, что позволяет моделировать как общую экологическую ситуацию, так и ситуацию для различных объектов, и их взаимодействие.

В настоящее время явным образом прослеживается необходимость проведения исследований окружающей среды с использованием технологии ГИС. Возникает необходимость во включении в программное обеспечение блока, реализующего функции геоинформационной системы. При этом не является обязательным наличие всех функций, присущих сложным ГИС. Достаточным является наличие функций, позволяющих провести качественный анализ расчетных данных и наглядного их представления.

В соответствии с этими требованиями разработано программное обеспечение, для создания которого были использованы следующие методы:

- объектно-ориентированное проектирование и программирование программного средства в среде Borland Delphi

Архитектура программного комплекса (обеспечения)

При разработке программного обеспечения используются методы модульного и объектно-ориентированного проектирования и программирования.

Этапы моделирования

Основная общая цель моделирования заключается в наблюдении за системой, подверженной воздействию внешних или внутренних факторов при достижении системой определенного состоянии, которое может быть как задано, так и неизвестно, из-за отсутствия информации или по каким либо иным причинам. Моделирование позволяет определить сможет ли система функционировать при таких условиях или нет, во время этого перехода. В зависимости от реальной модели и цели расширяются и конкретизируются.[8]

Определение качества функционирования большой системы, выбор оптимальной структуры и алгоритма поведения, построение системы в соответствие с поставленной перед ней целью - главная проблема при проектировании современных больших систем.

Поэтому, моделирование - один из методов, которые используются при проектировании и исследовании больших систем. Моделирование осуществляется через эксперимент - процедуру организации и наблюдения каких-нибудь явлений, которые осуществляются в условиях, близким к действительным, или имитируют их.

При создании рассматривают следующие основные этапы:

v определение цели моделирования;

v идентификация реальных объектов;

v выбор вида моделей;

v построение моделей и их машинная реализация

v взаимодействие исследователя с моделью в ходе машинного эксперимента

v проверка правильности полученных в ходе моделирования результатов

v определение главных закономерностей, исследуемых при моделировании.

Физические параметры, характеризующие выброс вредного вещества из источника

Вещества, загрязняющие атмосферу населенных мест, по агрегатному состоянию можно разделить на две группы[106]: газы и пары, твердые и жидкие частицы. Многие из этих веществ при попадании в атмосферу вступают в реакции. Причем взаимодействие происходит не только с другими выбрасываемыми в атмосферу веществами, но и с веществами, входящими в состав самого атмосферного воздуха[107]. В результате такого взаимодействия может существенно измениться химический состав выброса. Большинство расчетов в настоящее время проводятся на основании документа ОНД-86[108], описывающий распространение загрязняющих атмосферу веществ, источниками которых являются различные производства или загрязнения, возникающие при проведении тех или иных видов работ. Согласно этому документу, основной характеристикой выброса вредного вещества из источника, с точки зрения воздействия на загрязнение атмосферы, является мощность выброса М (г/с), измеряемая массой вредного вещества, выбрасываемой за 1 сек. Из одного источника выброса могут поступать в атмосферу несколько вредных веществ. Каждое вещество обладает кодом [115], в соответствии с которым ему присваивается ПДК и степень сложности. При наличии веществ, обладающих суммацией вредного действия, для каждой группы веществ рассчитывается безразмерная суммарная концентрация[108]:

,

где С_i - расчетные концентрации вредных веществ в атмосфере в одной и той же точке местности.

Перечень физических параметров, используемых для характеристики условий выхода пылегазовоздушной смеси из источника выброса вредного вещества, зависит от модели описания каждого источника. Возможно задание характеристик источников в соответствии с 4 типами: точечный источник выброса, линейные источник выброса, площадной источник, описывающий выброс от большого числа неорганизованных источников или сплошной поверхности (например, от поверхности отвалов пород и.т.д.), площадной источник, сравнительно равномерно распределенных на некоторой территории (например, печные трубы в поселке, выходы вентиляционных систем на крыше зданий и.т.п). Первый, второй и четвертый типы используются для описания так называемых организованных источников выброса примесей, то есть таких источников, в которых газовоздушная смесь выбрасывается в атмосферу с помощью специальных устройств: труб, вентиляционных шахт, аэрационных фонарей и.т.п Условия выхода газовоздушной струи из этих устройств могут быть описаны набором поддающихся измерению или расчету параметров:

- высота устья источника: Н, м;

- диаметр устья, D,м;

- скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника: v_s, м/с;

- расход газовоздушной смеси: V₁, м³/сек;

- температура: Т, ⁰С.

Необходимо отметить, что из трех параметров для линейных источников обязательны только два по выбору пользователя(остальные могут пересчитываться по введенным): v_s, V₁.

Моделирование распространения примесей от линейных источников

Все линейные источники можно разделить на два типа: неподвижные (аэрационные фонари, ряд расположенных в линию точечных источников) и подвижные (автомагистрали). Одним из основных источников загрязнения атмосферного воздуха является автомобильный транспорт. Это особенно актуально для промышленных центров. Поэтому моделирование распространения примеси в атмосфере рассмотрим на примере расчетов для линейного источника - автомобильных дорог.

Оценка влияния источников загрязнения на экологическую ситуацию региона

В настоящее время одним из мощных источников загрязнения городской воздушной среды является автомобильный транспорт, увеличение численности которого привело в резкому ухудшению санитарных условий проживания в городах. Автотранспорт загрязняет воздушную среду токсичными компонентами отработавших газов, парами топлива, продуктами износа шин, тормозных накладок, создает шум и вибрацию. Выбросы от автотранспортных средств отрицательно воздействуют на физиологическое состояние человека и животных, загрязняют воды, разрушают почвы, растительный покров, строительные материалы, архитектурные и скульптурные памятники, вызывают коррозию металлов и.т.д.

Необходимо учитывать а актуальность шумового фактора. Уровни шума, вблизи домов, обращенных к крупным городским магистралям, составляют 70-79 дБ, внутри зданий уровни шума составляет 60-68 дБ, при норме 40дБ.

Причем зоны акустического дискомфорта в зонах малоэтажной городской застройки распространяются на расстояние 150-300 метров от крупных автомагистралей.

Существующие же зеленые насаждения не могут служить надежным шумозащитным барьером, так как одно - и двухядерные посадки кустарника и деревьев являются акустически прозрачными. В этих условиях экологические исследования в данной области являются кардинальной задачей современности, немаловажную роль в решении которой играет разработка программного обеспечения, которая поможет оценить загрязнения окружающей среды выбросами автотранспорта.

К особенностям автомобильного транспорта, влияющим на ухудшения санитарных условий проживания в г. Усть-Каменогорск, относятся следующие:

1) высокие темпы роста численности автомобилей: в середине 90 годов устькаменогорцы приобретали примерно 300-400 машин в год, сейчас же эта цифра возросла до 4-5 тысяч[1].

2) непосредственная близость к жилым районам (автомобили заполняют все местные проезды, дворы жилой застройки, детские площадки, газоны);

3) более высокая токсичность выбросов автотранспорта по сравнению с выбросами стационарных источников;

4) сложности технической реализации на автомобилях средств защиты от загрязнения окружающей среды;

5) низкое расположение источника загрязнения от земной поверхности и малой высотой выброса, составляющей в среднем 0,5-0,7 м от поверхности земли, в результате чего отработавшие газы автомобилей скапливаются в зоне дыхания людей и слабее рассеиваются ветром по сравнению с промышленными выбросами, которые, как правило, имеют дымовые и вентиляционные трубы значительной высоты;

6) значительные акустические параметры воздействия на проживающее население;

7) загрязнение городских почв продуктами эксплуатации автотранспорта.

Перечисленные особенности автотранспорта влияют на создание в городе обширных зон с устойчивым превышением санитарно-гигиенических нормативов загрязнения воздуха.

В отдельных зонах концентрация диоксида азота на магистралях превышает предельно-допустимые концентрации (ПДК) в 2-10 раз, взвешенных веществ - в 12 раз.

Свинец, бенз(а)пирен относятся к канцерогенным веществам первого класса опасности (50% дневного поступления свинца происходит через органы дыхания).

Выхлопные газы автотранспорта относятся к низким холодным источникам (НХИ), хотя их начальная температура значительна, но объем выбросов от отдельного автомобиля сравнительно мал, и они почти у источника приобретают температуру окружающего воздуха[99].

Известно, что с понижением высоты источника и уменьшением различия в температурах выброса и окружающего воздуха значительно возрастает концентрация примесей[103].

Мощность выбросов от отдельных НХИ обычно меньше, чем от высоких источников. Однако вследствие их многочисленности суммарный вклад в общее загрязнение атмосферы оказывается весьма большим не только вблизи источников, но и на достаточном удалении.

Можно выделить три уровня воздействия автотранспорта на окружающую среду и население:

1) региональный уровень - влияние автотранспортных потоков на уровне регионов, областей и агломераций;

2) территориальный уровень - негативное влияние от загрязнения, формируемого автотранспортом, в конкретном городе или населенном пункте;

3) локальный уровень - непосредственное влияние автотранспортных потоков в зоне проживания населения. Этот уровень включает в себя как улицы, проходящие вдоль жилых зданий, так и внутриквартальные проезды, и дворовые территории.

В соответствии с вышеуказанными факторами, основной упор при анализе экологической ситуации был сделан на моделирование распространения примесей в атмосфере от автотранспорта на городских автомагистралях.

Оценка влияния выбросов автотранспорта на экологическую ситуацию региона

Одним из основных загрязнителей воздуха в городе Усть-Каменогорск является транспортный комплекс, выбросы от автотранспорта составляют 50 процентов от выбросов стационарных источников.

Предприятия Усть-Каменогорска на время НМУ снижают выбросы в соответствии с установленными требованиями на 10-20 процентов, что подтверждается инспекторскими проверками. Регулирование выбросов вредных веществ от передвижных источников в периоды НМУ не обеспечивается.

В результате чего в безветренную погоду можно наблюдать фотохимический смог, причиной которому служит вторичное загрязнение в результате фотохимических реакций от выбросов автотранспорта, в состав которых входит оксид углерода, углеводороды, диоксид азота, бенз(а)пирен. Реакционно-способные углеводороды в атмосфере города окисляются и образуют более токсичные вещества, чем выбрасываемые от стационарных источников.

Положение усугубляется тем, что выбросы автотранспорта осуществляются в приземном слое атмосферы на уровне дыхания. Выбросы автомобильного транспорта представляют собой смесь примерно из 200 химических элементов и соединений, основными из которых в настоящее время принято считать окись углерода, углеводороды и окислы азота, которые по воздействию на организм человека подразделяются на:

-токсичные (оксид углерода, оксиды азота, оксиды серы, углеводороды, альдегиды, свинцовые соединения);

-канцерогенные (бенз(а)пирен);

-раздражающего действия (оксиды седы, углеводороды). Негативное влияние перечисленных компонентов на организм человека зависит от их концентрации в атмосфере, продолжительности воздействия и может проявляться в виде сердечно-сосудистых заболеваний, раздражения слизистых оболочек, кислородного голодания, отека легких, онкологических заболеваний и многого другого.

Экологическая безопасность транспорта, качество перевозок грузов и пассажиров во многом зависят от технического состояния подвижного состава, вида применяемого топлива, режима работы двигателей транспортных средств, организации движения автомобилей, интенсивности движения и др. факторов.

В разрезе возрастных категорий доля легковых автомобилей более 20 лет составляет 13%, до 10 лет - 49,6%, из них автомобили производства стран СНГ - 28,5%, иномарки - 21,1%.

По мере изношенности автотранспорта (например, средний срок службы автобусов в Усть-Каменогорске составляет 16,5 лет) возрастает степень его воздействия на окружающую среду. В настоящее время сеть общественного транспорта представлена автобусными маршрутами и маршрутами, обслуживаемыми микроавтобусами.

Экологические проблемы города Усть-Каменогорска, связанные с автомобильным транспортом, становятся все более значимыми в условиях стабильного роста парка как индивидуального, так и общественного автотранспорта.

Сведения об автотранспорте г. Усть-Каменогорска

	1998	1999	2000	2001	2002	2003	2004	2005
Всего по городу	36485	40744	42030	43027	45927	48584	60434	77145
в том числе:
грузовые	5059	4982	4925	4579	5076	5288	-	-
автобусы	1264	1242	1335	1305	1473	1619	-	-
легковые	28839	33199	34572	35927	38317	40306	-	-

Существующий в городе автомобильный парк работает в основном на бензине и дизельном топливе.

Наибольшей токсичностью обладает выхлоп карбюраторных ДВС за счет большого объема выбросов оксида углерода СО, углеводородов СН, оксилов азота NOx. Дизельные ДВС выбрасывают в больших количествах сажу, которая в чистом виде не токсична, но ее частицы несут на себе сорбированные токсичные вещества, в том числе канцерогены, особенно опасные для человека.

Степень токсичности выхлопных газов, и соответственно, воздействие на организм, зависит от многих факторов: качества топлива, технического состояния автомобиля и т.д. Качество бензина, поставляемого в Восточно-Казахстанскую область и Усть-Каменогорск, контролирует Управление по техническому регулированию и Метрологии по ВКО.

Таблица … Состав автомобильных выхлопных газов

	Бензиновые двигатели	Дизельные двигатели
N2, об%	74-77	76-78
О2, об%	0,3-8,0	2,0-18,0
H2O(пары), об%	3,0-5,5	0,5-4,0
CO2, об%	0,0-16,0	1,0-10,0
CO, об%	0,1-5,0	0,01-0,5
Оксиды азота*, об%	0,0-0,8	0,0002-0,5000
Углеводороды*, об%	0,2-3,0	0,09-0,5000
Альдегиды*, об%	0,0-0,2	0,001-0,009
Сажа**, г/м3	0,0-0,004	0,01-1,10
Бензопирен -3,4**, г/м3	10-20*10-5	10*10-6

*-Токсичные компоненты

**- Канцерогены

В настоящее время наиболее перспективными альтернативными видами топлива с точки зрения минимизации токсичности выбросов отработанных газов признаны сжатый и сжиженный природный газ -- метан, сжиженный нефтяной газ -- пропан-бутан и водородные топливные элементы. Масса выбросов отработанных компонентов газа почти в 3 раза меньше, чем бензина.

Город Усть-Каменогорск имеет недостаточно развитую уличную сеть, приводящую к большой перегрузке 7 магистральных улиц:

пр.Ленина, пр.Абая,

ул.Бажова, ул.Пролетарская,

пр. Ауэзова, ул. Ушанова,

ул.Орджоникидзе, на которые приходится более 50% всех автотранспортных потоков

Загруженность проезжей части г. Усть-Каменогорска

Наименование улиц	Количество	Пропускная способность в одном направлении	Интенсивность движения (2005 г.)	Загруженность проезжей части
		(прив.ед./час)	(прив.ед./час)	(%)
Наб. Славского	2	1826	3215	176
Наб. Красных Орлов	3	840	1126	134
ул. Ушанова	4 ;трамв. полоса	4922	6564	133
пр. Абая	4; трамв. полоса	8014	9216	115
М.Горького	3	1840	1932	105
пр. Ленина	6	12014	12855	107
ул. Бажова	3	1776	1776	100
ул. Ворошилова	2;трам в. полоса	4776	3540	74
пр. Ауэзова	6	7053	12413	176
ул. Крылова	2	1832	1240	68
ул. Солнечная	3	2840	1760	62
ул. Мызы	4; трамв. полоса	4776	6304	132
ул. Кирова	2	1840	2281	124
ул. Виноградова	4	8014	9296	116
ул. Карбышева	2	1922	1999	104
ул. Дзержинского	2	1840	1140	62
ул. Потанина	4	5000	4100	82
ул. Орджоникидзе	4; трамв.полоса	4776	5158	108
ул. Гоголя	4	4776	2197	46
ул. Пролетарская	4	4776	4776	100
пр. Текстильщиков	4	4992	3644	73
ул. Утепова	4	4992	1800	36
ул. Грузинская	2	1200	1300	108
ул. Согринская	2	1622	1622	100
ул. Белинского	2	1840	1970	107
Б. Гагарина	4	6000	4300	72

Все они расположены в селитебных и деловых районах города, где сосредоточено большое число пешеходов и пассажиров. В то же время ул.Солнечная, Виноградова, Потанина, Набережная Красных Орлов, Набережная им. Славского, Мызы характеризуются низкой интенсивностью движения и могут составить резерв для перераспределения и корректировки транспортных потоков. Расстояния между магистралями в основной застроенной части города вместо рекомендуемых 600 м составляют: 250-375-500 м в центральной части города, 800-1000 в периферийной части. Расстояния между остановочными пунктами можно считать «условно выдержанными», но несоответствующими с точки зрения размещения в плане по отношению к транспортным узлам и перегонам.

Наиболее высокие концентрации определяемых примесей наблюдаются в районе автомагистралей с интенсивным движением автотранспорта, в том числе - на проспекте Ленина и особенно на перекрестке у Дворца Спорта. Из 40 проанализированных проб 68 % превышали максимально разовую ПДК по содержанию оксида углерода, 20 % - по содержанию взвешенных частиц, 5 % - по содержанию диоксида азота. загрязнение выброс геоинформационный экология

Максимальная концентрация формальдегида не превышала ПДК. Средняя концентрация взвешенных частиц на перекрестках составляет 0,4 мг/куб.м., что в 4 раза выше, чем средняя концентрация в целом по городу по данным наблюдений на стационарных постах (0,1 мг/куб.м).

На перегонах среднее содержание взвешенных частиц ниже, чем в местах торможения и составляет 0,2 - 0,3 мг/куб. м (1,8- 2,0 среднесуточных ПДК). Максимальная концентрация взвешенных частиц - 0,9 мг/куб. м (1,8 максимально-разовых ПДК) зарегистрирована на перекрестке улиц Виноградова и Грузинская в 10 час. 17 мая в сухую, жаркую и безветренную погоду (НМУ 2 ст.). В этом же пункте отбора проб наблюдается наиболее высокое среднее содержание свинца (1,4 ПДК_сс) в пробах, отобранных в дни, когда НМУ не прогнозировались.

В периоды с НМУ (с 13 по 18 и 26 -27 августа 2004г.) в этом пункте наблюдалось максимальное содержание свинца (7,4 ПДК_сс), что в 3,5 раза выше, чем в этот же период в районе ПНЗ-1 (ул. Рабочая,6). Возможно, это является следствием вторичного загрязнения, т.к. среднесуточное содержание пыли в этом пункте наблюдений составляло 2,6 - 3,3 ПДК_сс. В остальных пунктах отбора проб на автомагистралях содержание свинца не превышало санитарных норм (0,6 - 0,9 ПДК_сс). Содержание свинца на автомагистралях по полученным данным прямо пропорционально содержанию пыли.

Средняя концентрация оксида углерода на автомагистралях города колеблется от 2 до 6 мг/куб.м при средней по городу на стационарных постах 2 мг/куб.м (0,7 ПДК_сс). Наибольшее содержание оксида углерода - 6 мг/куб. м (2,0 ПДК_сс) наблюдается на перекрестке в районе Дворца Спорта.

В этом районе 68 % проанализированных проб превышают ПДК_мр по содержанию оксида углерода.

Максимальная концентрация оксида углерода - 9 мг/куб.м (1,8 ПДК_мр) зарегистрирована и на перегоне у 45-ой Аптеки, где 9% отобранных проб превышают санитарную норму по содержанию оксида углерода. На перегоне по ул.Виноградова содержание оксида углерода находится в пределах санитарных норм и соответствуют среднему по городу уровню.

Среднее содержание диоксида азота на автомагистралях колеблется от 1,0 до 1,5 ПДК_сс при среднем по городу 1,3 ПДК_сс.

Наиболее высокое содержание диоксида азота наблюдалось на пр. Ленина и, особенно, на перекрестке у Дворца Спорта. Наиболее высокое содержание формальдегида отмечается на перекрестке у Дворца Спорта (1,7 ПДКс.с.). Здесь же зарегистрирована и максимальная концентрация - 0,018 мг/куб. м (0,5 ПДК_мр).

Содержание формальдегида в остальных пунктах отбора проб, в том числе и среднее по стационарным постам города соответствует уровню 1,3 ПДК_сс.

Характеристики загрязнения воздуха на автомагистралях г. Усть-Каменогорска по данным наблюдений на передвижной лаборатории ВК ЦГМ 2004 год

№ п/п	Пункт отбора проб	Характ.	Наименование примеси
			пыль	формальдегид	диоксид азота	оксид углерода	свинец (декадная проба)
1	Перекресток Дворец Спорта	n	40	40	40	40	3
		m	8	0	2	27
		qср	0,4	0,005	0,06	6	0,8 ПДКс.с.
		qм	0,7	0,018	0,09	9	3,7 ПДКс.с. (ПДК)
		g	20	0	5	68
2	Перегон 45 Аптека	n	40	40	40	40	3
		m	2	0	0	4
		qср	0,3	0,004	0,05	3	0,5 ПДКс.с.
		qм	0,7	0,013	0,08	9	1,4 ПДКс.с. (ПДК)
		g	5	0	0	10
3	Перекресток ул. Виноградова- ул. Грузинская	n	40	40	40	40	3
		m	5	0	1	3
		qср	0,4	0,004	0,04	4	1,4 ПДКс.с.
		qм	0,9	0,013	0,09	7	7,4 ПДКс.с. (ПДК)
		g	13	0	3	8
4	Перегон ул. Виноградова	n	40	40	40	40	3
		m	1	0	0	0
		qср	0,2	0,004	0,04	2	0,3 ПДКс.с.
		qм	0,7	0,012	0,08	4	3,0 ПДКс.с. (ПДК)
		g	3	0	0	0
	Примечание	n	количество наблюдений
		m	количество проб, превышающих максимально-разовую ПДК
		qср	средняя концентрация, мг/куб.м
		qм	максимальная концентрация, мг/куб.м
		g	повторяемость проб, превышающих ПДК м.р. в %

Концентрации загрязняющих веществ в воздухе на автомагистралях г. Усть-Каменогорска по данным наблюдений, проведенных в 2004 году

Пункт отбора проб	Концентрации определяемых веществ (в ПДК)
	пыль	формальдегид	диоксид азота	оксид углерода	свинец
	ср	макс	ср	макс	ср	макс	ср	макс	ср	макс
Перекресток «Дворец Спорта»	2,7	4,7	1,7	6,0	1,5	2,25	2,0	3,0	0,8	3,7
Перегон на пр. Ленина район 45-ой аптеки	2,0	4,7	1,3	4,3	1,25	2,0	1,0	3,0	0,5	1,4
Перекресток Виноградова и Грузинской	2,7	6,0	1,3	4,3	1,0	2,25	1,3	2,3	1,4	7,4
Перегон на ул. Виноградова в р-не дома № 9	1,3	4,7	1,3	4,0	1,0	2,0	0,7	1,3	0,3	3,0

Таким образом, автомагистрали города, особенно в местах торможения автотранспорта, вносят значительный вклад в загрязнение воздушного бассейна города оксидом углерода, пылью и свинцом. Содержание диоксида азота и формальдегида в районе автомагистралей не превышает среднего по городу уровня по анализу данных стационарных постов наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха в жилых районах.



Источники

1. Сайт Регионального информационного центра экологического мониторинга. http://www.prirodavko.ukg.kz

2. Реттер Э.И., Стриженев С.И. Аэродинамика зданий. - М.: Стройиздат, 1968г.

3. Ламли Дж.Л., Пановский Г.А. Структура атмосферной турбулентности. М.: Мир, 1966г.

4. Липаев В.В. Качество программного обеспечения. - М.: Финанасы и статистика, 1983 -263с.

5. Манита М.Д., Салихджанова Р.М., Яворовская С.Ф. Современные методы определения атмосферных загрязнений населенных мест. - М.: Медицина, 1980,-254с.

6. Липаев В.В. Проектирование программных средств. - М.: Высшая школа, 1990. - 301с.

7. Компьютеры, модели, вычислительный эксперимент. Введение в информатику с позиций математического моделирования. - М.: Наука, 1988.- 176с.

8. Касьяненко А.А. Контроль качества окружающей среды. - М.: Российский университет дружбы народов, 1192.- 133с.

9. Методика расчета выделений (выбросов) загрязняющих веществ в атмосферу при производстве металлопокрытий гальваническим способом. - СПб.: НИИ Атмосфера, 1999. - 75с.

10. Risk Assistant для Windows's: Руководство пользователя.

11. Развитие методов прогноза и статистического описания процесса распространения аэрозольных и газовых загрязнений, возникающих в результате техногенных катастроф и других чрезвычайных ситуаций. http://www/extech/ru/src/src_rus/catalog/26/innov/9.htm

12. Программный комплекс «Эра». http://www.logos-plus.ru

13. Кароль И.Л., Розанов В.В., Тимофеев Ю.М. Газовые примеси в атмосфере. - Л.: Гидрометеоиздат, 1983. - 192с.

14. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. Нормативный документ. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. - 94с.

15. Перечень и коды веществ, загрязняющих атмосферный воздух. - СПб.: НИИ «Атмосфера», 2000. - 320с.