Геоэкологическая оценка условий движения и выбросов от автотранспортных средств на улично-дорожной сети города: На примере г. Воронежа тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.36, кандидат географических наук Власов, Андрей Борисович

• Власов, Андрей Борисович
• кандидат географических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат географических наук Власов, Андрей Борисович

Введение.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Обзор исследований.

1.2. Методы контроля состояния приземного слоя атмосферы.

1.3. Воздействие на окружающую природную среду выхлопных газов автотранспортных средств.

1.3.1. Образование газообразных вредных веществ в двигателях с искровым зажиганием.

1.3.2. Образование газообразных вредных веществ и сажи в дизельных двигателях.

1.3.3. Воздействие продуктов сгорания топлива автотранспортных средств на человека и окружающую природную среду.

1.4. Показатель условной токсичности отработавших газов.

Выводы по главе.

2. ОСОБЕННОСТИ ИНФРАСТРУКТУРЫ Г.ВОРОНЕЖА И ДИНАМИКА ТРАНСПОРТНЫХ ПОТОКОВ В ГОРОДСКОЙ ЧЕРТЕ.

2.1. Распространение и трансформация автомобильных выбросов в окружающей природной среде.

2.1.1. Особенности физико-географического расположения, метеорологических и микроклиматических условий г. Воронежа.

2.2. Характеристика параметров движения автотранспортного потока.

2.2.1. Влияние режимов работы и конструкции ДВС на состав отработавших газов автотранспортного источника.

2.2.2. Влияние некоторых параметров ездового цикла на изменение выброса.

2.2.3. Влияние состояния улично-дорожной сети городской территории на характер автотранспортных потоков.

Выводы по главе.

ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ ДВИЖЕНИЯ И ВЫБРОСОВ ОТ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ.

3.1. Анализ автотранспортного потока на улично-дорожной сети г. Воронежа.

3.1.1. Характеристика входящего потока автомобилей.

3.1.2. Характеристика обслуживания.

3.1.3. Функционирование обслуживающей системы.

3.2. Определение количества загрязняющих веществ по расходу топлива.

3.2.1. Оценка показателей выброса двигателей автотранспортных средств.

ЗЛ.2. Оценка количества выбросов загрязняющих веществ потоком автотранспортных средств.

Выводы по главе.

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ И ЗОНИРОВАНИЕ УЛИЧНО-ДОРОЖНОЙ СЕТИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТРАНСПОРТНОЙ НАГРУЗКИ И МИКРОКЛИМАТИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ ГОРОДА.

4.1. Оценка интенсивности движения и транспортной нагрузки.

4.2. Определение и оценка выбросов загрязняющих веществ на элементах улично-дорожной сети.

4.2.1. Оценка уровня загрязнения приземного слоя атмосферы выбросами от автотранспортных средств на улично-дорожной сети.

4.3. Концепция создания оперативной информационноаналитической системы.

Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Геоэкологическая оценка условий движения и выбросов от автотранспортных средств на улично-дорожной сети города: На примере г. Воронежа»

Актуальность работы. Устойчивое развитие городов, как центров промышленного производства, невозможно без экологической устойчивости городской среды. Однако, экологически неблагоприятная обстановка наблюдается во всех городах с населением свыше 1 млн. чел., в 60% городов с населением от 500 тыс. до 1 млн. человек и в 25% городов с населением от 250 до 500 тыс. чел. Это связано с усилением прессинга автотранспорта на окружающую среду. В России на его долю в середине 90-х годов XX века приходилось до 80% выбросов свинца, 59% - оксида углерода, 32% - оксидов азота.

Территория г. Воронежа включает весь спектр классов техногенного воздействия, в том числе и от автотранспортных источников; практически вся территория города характеризуется трансформированной природной средой. В связи с этим весьма актуальным является вопрос геоэкологической оценки условий движения и выбросов от автотранспортных средств при решении природоохранных задач и планирования развития города.

Проблема снижения вредного воздействия автомобильного транспорта на окружающую среду в городах является комплексной и предполагает решение ряда научно-исследовательских задач: выявление условий формирования выбросов загрязняющих веществ в городскую атмосферу автотранспортными средствами (АТС); разработка математической модели этого механизма; оптимизация управления автотранспортными потоками в крупных промышленных центрах, в условиях невозможности расширения (перепланировки) транспортных коммуникаций в системе застроенного городского ядра.

Диссертационная работа выполнена в рамках отраслевой научно-исследовательской программы.

Целью работы является геоэкологическая оценка условий движения и выбросов от автотранспортных средств на улично-дорожной сети города, географическое зонирование улично-дорожной сети, повышение экологической безопасности и эффективности движения автотранспортных средств в системе городской застройки.

Задачи исследования:

1. Анализ влияния выбросов автотранспорта на окружающую природную среду и человека.

2. Анализ физико-географических, климатических, метеорологических и синоптических условий формирования уровня загрязнения атмосферы исследуемой территории от автотранспортных средств.

3. Уточнение методики расчета удельных выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от автотранспорта на улично-дорожной сети города.

4. Геоэкологическая оценка и зонирование улично-дорожной сети в зависимости от транспортной нагрузки и микроклиматических особенностей города.

5. Разработка структурно-логической схемы дистанционного мониторинга автотранспортных потоков на улично-дорожной сети города.

6. Разработка практических рекомендаций по снижению экологической нагрузки на окружающую среду и человека от автотранспортных средств.

Объект исследования - выбросы загрязняющих веществ в атмосферу АТС на улично-дорожной сети (УДС) города Воронежа - крупного промышленного центра, характеризующегося сложными микроклиматическими и орографическими условиями.

Предмет исследования - система динамических, энергетических и экологических характеристик автотранспортных средств на улично-дорожной сети города.

MeTOz1 ы исследования. Методологической основой работы является комплекс существующих государственных, научных методик, разработанных специалистами НИИАТ, МАДИ и авторские методики, апробированные на различных участках улично-дорожной сети города (2000-2004 г.г.). Теоретические разработки выполнены с использованием методов математического моделирования. Экспериментальные исследования по определению условий движения АТС на узловых развязках УДС и токсических характеристик автомобилей проведены с помощью сравнительных дорожных испытаний. Статистические расчеты выполнены с применением электронных таблиц EXEL 7.0 и программы статистической обработки данных STATISTICAL WINDOWS (версия 5.0).

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Выявлены особенности пространственно-временного распределения концентраций отдельных примесей в воздушном бассейне г. Воронежа от автотранспорта.

2. Уточнена методика расчета удельных выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от автотранспорта на элементах улично-дорожной сети города.

3. Проведено геоэкологическое зонирование улично-дорожной сети в зависимости от транспортной нагрузки и микроклиматических особенностей города.

4. Разработана структурно-логическая схема дистанционного мониторинга автотранспортных потоков на улично-дорожной сети исследуемой территории.

5. Ра?работаны практические рекомендации по снижению экологической нагрузки на окружающую среду и человека от автотранспортных средств.

Информационная обеспеченность и характеристика исходных материалов исследования. В диссертации использованы данные натурных замеров интенсивности движения автотранспорта, дневники погоды за 20002004 г.г., данные по загрязнению атмосферного воздуха города Воронежа за 2000-2004 г.г. наблюдательных постов № 1, 7, 8, 9, 10, данные замеров о выбросах автотранспорта. Точность исходной информации соответствует требованиям государственных, отраслевых стандартов и СНиП.

Достоверность результатов работы обоснована использованием большого объёма исходных данных (2000-2004 гг.), полученных в комплексной лаборатории Воронежского областного центра по гидрометеорологии и мониторингу природной среды, Управлении по охране окружающей среды при администрации города Воронежа, ГИБДД г. Воронежа и Воронежской области, Центрально-Черноземном филиале ФГУП «Госземкадастрсъемка - ВИСХАГИ»; применением апробированных методов исследований, использованием стандартных критериев оценки успешности прогностических зависимостей и удовлетворительным согласованием полученных результатов с данными, полученными по известным методикам.

Теоретическая значимость исследования.

В работе реализован новый подход к оценке уровня загрязнения городской гоздушной среды выбросами от автотранспортных средств. В отличие от проведённых ранее исследований оценка выбросов от автотранспорта дана не по отдельным категориям и типам автомобилей, а по обобщённым показателям, характеризующим общее состояние загрязнения воздуха в городе в зависимости от условий движения АТС и состава автотранспортного потока.

Практическая ценность работы.

Результаты исследования направлены на повышение качества оценки экологического состояния территорий на основе использования предложенной методики определения уровня загрязнения атмосферы выбросами от автотранспорта, обеспечение оперативного контроля за экологическим состоянием транспортной инфраструктуры города, с целью принятия своевременных мер по повышению эффективности охраны чистоты воздушного бассейна.

Реализация результатов работы.

Материалы и результаты исследований используются в учебном процессе Воронежского высшего военного авиационного инженерного училища (военного института) при преподавании дисциплин «Экология», «Безопасность жизнедеятельности», «Основы выживаемости».

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Уточненная методика расчета удельных выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от автотранспорта на улично-дорожной сети города.

2. Результаты анализа пространственно-временного распределения концентраций выбросов в воздушном бассейне города Воронежа от автотранспортных средств на различных участках улично-дорожной сети.

3. Геоэкологическое зонирование улично-дорожной сети в зависимости от транспортной нагрузки и микроклиматических особенностей города.

4. Структурно-логическая схема дистанционного мониторинга автотранспортных потоков на улично-дорожной сети города.

5. Практические рекомендации по снижению экологической нагрузки на окружающую среду и человека от автотранспортных средств.

Апробация работы. Основные положения, научные и экспериментальные результаты докладывались и обсуждались на следующих конференциях, семинарах и совещаниях: Всероссийской научно-практической конференции «Совершенствование наземного обеспечения авиации» (Воронеж, 2000; 2001; 2002; 2003 г.г.); III Всероссийской научно-практической конференции. «Окружающая природная среда и экологическое образование и воспитание» (Пенза, 2003 г.); Международной научно-практической конференции «Экологические проблемы сельскохозяйственного производства» (Воронеж, 2004 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Оптимизация ландшафтов и рекреационных зон на зональных и нарушенные землях» (Воронеж, 2004 г.), V Межрегиональной научно-производственной конференции «Региональный мониторинг и оценка земель. Опыт. Современные проблемы и пути решения» (Воронеж, 2004 г.).

Личный вклад автора заключается в сборе и статистической обработке исходных данных, проведении исследований по теме диссертационной работы, анализе . результатов, формулировании выводов, отработке дешифровогных таблиц, разработке структурно-логической схемы дистанционного мониторинга автотранспортных потоков на улично-дорожной сети исследуемой территории и практических рекомендаций по снижению экологической нагрузки на окружающую среду и человека от автотранспорта, проведении геоэкологческого зонирования улично-дорожной сети в зависимости от транспортной нагрузки и микроклиматических особенностей города.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 6 научных работах, из них 4 работы без соавторов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и 9 приложений. Объем работы составляет 180 страниц машинописного текста, включает 18 таблиц и 28 рисунков. Список литературы, использованной в работе, состоит из 169 наименований на русском и иностранных языках.

Заключение диссертации по теме «Геоэкология», Власов, Андрей Борисович

Результаты работы сформулированы в следующих выводах:

1. Примером современного состояния крупных городских агломераций является г. Воронеж. Территория города включает широкий спектр техногенной нагрузки от автотранспортных средств и характеризуется ее высокой плотностью, что в значительной мере влияет на формирование свойств экогеосистемы и определяет уровневую нагрузку экологического неблагоприятствования в разных районах города. Максимальная плотность техногенной нагрузки сосредоточена в центральных частях правобережья и левобережья г. Воронежа.

2. Анализ физико-географических, социально-экономических и других факторов позволил выделить в границах застроенной части города четыре зоны, обуславливающие микроклиматические особенности городской погоды: бризовая аквально-долинная (53 км ), включающая акваторию водохранилища и прибрежные зоны; псевдоциклонально-городская «острова тепла» (92 км ), охватывающая центральные части правобережья и левобережье, юго-западные и северозападные окраины города; городская умеренно-влажная (40 км ), сформированная в северной, западной и южной части правобережья; городская умеренная (30 км ), приуроченная к восточной окраине левобережья.

3. Неблагоприятными метеорологическими факторами, влияющими на уровень и продолжительность загрязнений являются приземные инверсии и задерживающие слои в пограничном слое атмосферы при скоростях ветра у поверхности земли менее 5 м/с. Благоприятными факторами являются неустойчивое состояние атмосферы при скорости ветра у поверхности земли более 5 м/с, а также осадки. Осадки являются одним из главных факторов, который приводит к значительному очищению атмосферного воздуха от загрязнений. Время процесса самоочищения зависит от вида осадков, их интенсивности и количества. Максимальное очищение атмосферного воздуха наблюдается в теплый период года при выпадении ливневых осадков.

4. Существует необходимость использования специализированного мониторинга УДС с целью определения и отслеживания направления движения основных автотранспортных потоков, их плотности и изменения в течение суток с помощью дистанционных методов наблюдения в городской черте.

5. Развитие транспортной инфраструктуры городских территорий явно отстаёт от возросших автотранспортных потоков из-за нехватки средств, непонимания важности общей проблемы, только частичного внедрения проектных предложений по развитию транспортной системы по принципам устойчивого развития с учетом социально-экономических и экологических последствий.

6. Перекрестки улично-дорожной сети однозначно определены как критические точки движения с максимальными уровнями выбросов ЗВ от автотранспортных потоков, что определяет, при натурных замерах, использование метода критических точек.

7. Раздельное управление перекрестками УДС независимо друг от друга в настоящее время, при усложнении транспортной сети и возросшем количестве АТС, когда плотность перекрестков начинает превышать определенный уровень, перестает быть эффективным.

8. Максимальная плотность распространения загрязнения СО, N02 от автотранспортных потоков на улично-дорожной сети согласуется с интенсивностью движения и транспортной нагрузкой и сосредоточена в центральной правобережной и левобережной частях, а также в южной и юго-восточной частях левобережья г. Воронежа.

9. В состав загрязняющих веществ входят элементы II, III, IV классов опасности и вредные нормируемые показатели. Наибольшая интенсивность загрязнения высоко опасными элементами и соединениями находится в пределах от 1 до 10 ПДК и установлена на 8 участках; опасными и умеренно опасными с интенсивностью более 5 ПДК - на 5 участках.

10. Учитывая высокую степень воздействия автотранспортных потоков, в черте городской застройки, на уровень экологической нагрузки города контроль приоритетных загрязнителей (СО, СО2, NO2 и уровня транспортного шума) приобретает особо важное значение и должен иметь систематический характер.

11. Дальнейшее продолжение настоящей работы основано на разработке постоянно действующей модели (ПДМ) для оперативной оценки геоэкологического состояния городской территории, подверженной антропогенному воздействию от автотранспорта, в основу функционирования которой положен метод приращения информации. Она станет эффективным инструментом проведения мониторинга всех компонентов природной среды городской территории, подверженных антропогенному воздействию от автотранспортных средств. Такая модель, позволяет выявить динамику загрязнения городской среды автотранспортными потоками. Реализация ПДМ предполагается в управлении по охране окружающей среды г. Воронежа, территориальном центре «Геомониторинг», природоохранных организациях. Оперативная и достоверная информация, систематизированная ПДМ, является основой управления сложной экогеосистемой г. Воронежа.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения данной работы были выявлены закономерности, влияющие на уровень загрязнения атмосферы от автотранспортных средств и разработана структурно-логическая схема локального дистанционного мониторинга автотранспортных потоков в городской черте с использованием АФС и КФС, позволяющая оценить, на примере г. Воронежа, уровень загрязнения от автотранспортных средств в приземном слое атмосферы городской территории.

Список литературы диссертационного исследования кандидат географических наук Власов, Андрей Борисович, 2005 год

1. Автодороги. Российское дорожное агентство. Эксперт, № 6, 14.02.2000г.

2. Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология. Учебник для вузов. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2002. - 566 с.

3. Алексеев В.В., Залесный В.Б. Численная модель крупномасштабной динамики океана. /Вычислительные процессы и системы // Под ред. Г.И. Марчука, вып. 10 М.: Наука, 1984. - с. 232-252.

4. Алексеев В.А., Володин Е.М., Галин В.Я., Дымников В.П., Лыкосов В.Н. Моделирование современного климата с помощью атмосферной модели ИВМ РАН. М.: Препринт ИВМ РАН№ 2086-В98, 1998, 215 с.

5. Анализ измерения уровней загрязнения атмосферы воздуха г. Москвы автотранспортом в зависимости от вариантов природоохранных мероприятий / Отчет НИР, госрегистрация 01870024209. М.: ИКТП, 1988.-41 с.

6. Арамян П.А., Асатрян Д.С., Варшавский И.Л. Совершенствование технико-эксплуатационных показателей в автомобильном транспорте. / Совершенствование технико-эксплуатационных показателей в автомобильном транспорте. Ереван, 1973, с. 134-148.

7. Арутюнов О.С. Организация контроля за технологическими выбросами, загрязняющими атмосферу. М.: Транспорт, 1978, с. 3-11.

8. Астанич И.К. Мониторинг воздушной среды урбанизированных территорий на примере города Воронежа / И.К. Астанин: Автореф. дис. . канд. геогр. наук. Воронеж., 2002, - 24 с.

9. Безуглая Э.Ю. Мониторинг состояния загрязнения атмосферы в городах. -Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 200 с.

10. Безуглая Э.Ю. Связь инверсий температуры со скоростью и направлением ветра / Э.Ю. Безуглая, Л.И. Елекоева // Сб. трудов ГГО. -1977.-№387.- с. 101-109.

11. Безуглая Э.Ю. Климатические условия рассеивания примесей на территории СССР. / Э.Ю. Безуглая, Л.И. Елекоева, Е.А. Разбегаева // Сб. трудов ГГО. 1979. - № 436. - с. 44-52.

12. Безуглая Э.Ю. Метеорологический потенциал и климатические особенности загрязнения воздуха городов / Э.Ю. Безуглая. J1: ГМИ, 1980.- 184 с.

13. Белов П.М., Бурячко В.Р., Акатов Е.И. Двигатели армейских машин. Часть первая. Теория. М.: Воениздат, 1971.-512 стр.

14. Берлянд М.Е. Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы. J1.: Гидрометеоиздат, 1985. -272 с.

15. Берлянд М.Е., Генихович Е.Д., Оникул Р.И. К нормированию выбросов от наземных источников. Труды / ГГО, 1977, вып. 387, с.3-12.

16. Берлянд М.Е. Современные исследования Главной Геофизической Обсерватории / М.Е. Берлянд // СПб: Гидрометеоиздат, 2001. - 344 с.

17. Бернацтсий В.И. Исследование режимов работы автомобильного двигателя в эксплуатационных условиях // Тр. Института двигателей АН СССР. -М.:, 1961.

18. Боровиков В.П. STATISTICA: искусство анализа данных на компьютере / Боровиков В.П. СПб.: «Питер», 2001. - 653 с.

19. Брайловский Н.О., Грановский И.Б. Управление движением транспортных средств. М.: Транспорт, 1975. - 112 с.

20. Бугреева М.Н., Колнет И.В., Мамчик Н.П., Альбекова Т.Ю. Оценка техногенного загрязнения объектов окружающей среды в условияхпромышленного комплекса // Вестник ВГУ. Сер. геология Воронеж.: ВГУ, 2000. № 9. - с. 241-248.

21. Буренин Н.С. К изучению роли выхлопных газов автомобильного транспорта в загрязнении воздушного бассейна городов. Труды / ГГО, 1973, вып. 293, с.231-238.

22. Бухарин Н.А., Прозоров B.C., Щукин М.В. Автомобильный транспорт. Учебное пособие для втузов. Л.: Машиностроение, 1973. - 478 с.

23. Варшавский И.Л. Токсичность двигателей внутреннего сгорания и пути ее снижения. М.: Мысль, 1966. - с. 61-68.

24. Василевский М.И. Исследование возможности оперативной оценки 1 качества ОДД на магистральных улицах городов: Автореф. дис. на соиск.учен, степени канд. техн. наук/ МАДИ. М., 1974, - 21.

25. Великанов Д.П. Вопросы развития автомобильных транспортных средств. М.: Транспорт, 1978. - 208 с.

26. Вернадский В.И. Биосфера. Избранные труды по биогеохимии. М.:1. Мысль, 1967. 286 с.

27. Владимиров A.M., Ляхин Ю.И., Матвеев Л.Т., Орлов В.Г. Охрана окружающей среды. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. - 422 с.

28. Власов А.Б. Комплексное прогнозирование взаимодействия человека и биосферы / А.Б. Власов // Совершенствование наземного обеспечения авиации: межвузовский сборник научно-методических трудов, ч. II

29. Воронеж: ВВАИИ, 2000 стр. 75-79;

30. Власов А.Б. Транспорт и его влияние на окружающую среду / А.Б. Власов, A.M. Колесов, Е.Г. Спиридонов // Совершенствование наземного обеспечения авиации: межвузовский сборник научно-методических трудов. Ч. II Воронеж: ВВАИИ, 2002 - стр. 165-169;

31. Военная экология. Учебник для высших военных учебных заведений / Под общей ред. проф. Н.В.Михайлова. М.: изд-во «Русь-СВ», 2000, -360 стр.

32. Гаврилов А.А. Моделирование дорожного движения. М.: Транспорт, 1980.- 189 с.

33. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика: Учеб. пособие для вузов / В.Е. Гмурман. 9-е изд., стер. - М: Высш. Шк., 2003.-479 с.

34. Гольц ПА. Принципы обоснования и развития дорожного и уличного ^ строительства в условиях взрывной автомобилизации / Экономикастроительства. 2002. №2. - с.33-44.

35. Гольц Г.А. Переходные процессы и пространственная организация в урбанизированной среде / Город в процессах исторических переходов. -М.: Наука, 2001. с.165-249.

36. Гольц Г.А. Инфраструктура и общество: принципы стратегии ^ опережающего развития России / Экономическая наука современной

37. России. 2000. №2. - с.5-21.

38. Горелик Д.О., Конопелько JI.A. Мониторинг загрязнения атмосферы и источников выбросов: Аэроаналитические измерения / Д.О. Горелик, JI.A. Конопелько. М.: изд-во стандартов, 1992, - 432 стр.

39. ГОСТ 17.2.1.04-77. Охрана природы. Атмосфера. Источники и метеорологические факторы загрязнения, промышленные выбросы. Термины и определения. М.: Изд. Стандартов, 1977. - 48 с.

40. ГОСТ 17.2.1.03-84. Охрана природы. Атмосфера. Термины и определения контроля загрязнения. М.: Изд. Стандартов, 1984. - 65 с.