Достигнутый уровень развития автомобилизации отражает технико-экономический потенциал государства, удовлетворяющий требованиям социальных потребностей населения. При этом развитие автомобильного транспорта определённым образом влияет на состояние городской окружающей среды. По данным [3] выброс токсичных компонентов в атмосферу крупных населённых пунктов составляет от 40 до 70 % от общего количества вредных для биосферы выбросов. В качестве загрязняющих атмосферу компонентов можно рассматривать как лёгкие вещества, образующиеся от сгорания топлива в цилиндрах двигателей, так и тяжёлые пылевидные отложения, появляющиеся в результате взаимодействия компонентов отработавших газов с органическими веществами, находящимися в воздухе с последующим осаждением их на поверхность почвы.
По данным многих авторов, основная причина загрязнения воздушной среды заключается в неполном и неравномерном сгорании топлива. В этой связи камеры сгорания автомобильного двигателя можно рассматривать как своеобразный химический реактор, синтезирующий при сгорании топливовоздушной смеси ядовитые вещества с последующим выбросом их в атмосферу [4].
По данным [6], на открытой дороге вне населённых пунктов при интенсивности движения 500 транспортных единиц с рабочим объёмом двигателя порядка 2 л в течение часа концентрация окиси углерода на расстоянии 30…40 м от проезжей части снижается в 3 раза и достигает нормы. В условиях плотной городской застройки рассеивание выбросов автомобилей затруднено. В условиях часто возникающих заторов загрязнение городской воздушной среды достигает внушительных размеров.
Целью данной работы являлось изучение экологического состояния окружающей среды на участках в наиболее нагруженных участках дорожной сети города с населением более одного миллиона человек на примере г. Воронежа. При этом использовался метод наблюдений с аналитическим расчётом загрязнения воздушной среды токсичными веществами выхлопных газов автотранспорта.
В задачи данного исследования входило:
- выявление основных компонентов загрязняющих веществ;
- расчёт годового выброса загрязняющих веществ от автомобильного транспорта;
- определение загруженности автотранспортом исследуемых участков дорожной сети.
В качестве предмета исследования рассматривалась концентрация примесей в атмосферном воздухе. Объектами исследования являлись выбросы токсичных веществ от различных категорий автотранспорта. Основные методы исследования – хронометражные наблюдения и аналитический расчет.
Наиболее распространен метод определения весового выброса токсичных веществ исходя из транспортной работы, выраженной в тонно-километрах. Зная количество топлива, затраченного на производство транспортной работы, и количество вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу при сгорании одного литра топлива, можно подсчитать общее количество токсичных компонентов, выбрасываемых при производстве транспортной работы.
Данная методика объективно оценивает фактический выброс загрязняющих веществ, так как в ней учитываются структура транспортных потоков, режимы движения автомобилей и степень их загрузки, конструктивные особенности, а также и техническое состояние транспорта и автомобильных дорог.
Массовый выброс загрязняющих веществ легковыми автомобилями с определённым рабочим объёмом двигателя при движении по территории населённых пунктов можно определить по формуле
,
где – пробеговый выброс i-го загрязняющего вещества легковым автомобилем при движении по территории населённых пунктов;
– суммарный пробег легковых автомобилей по территории населённых пунктов;
– коэффициент, учитывающий изменение выбросов загрязняющих веществ легковыми автомобилями при движении по территории населенных пунктов;
– коэффициент, учитывающий влияние технического состояния легковых автомобилей на массовый выброс i-го загрязняющего вещества:
().
Массовый выброс загрязняющих веществ грузовыми автомобилями с определённой грузоподъёмностью и типом двигателя при движении по территории населённых пунктов определяется по формуле
,
где – пробеговый выброс i-го загрязняющего вещества грузовыми автомобилями при движении по территории населённых пунктов в зависимости от грузоподъёмности и типа двигателя;
– суммарный пробег грузовых автомобилей по территории населённых пунктов;
– коэффициент, учитывающий изменение выброса загрязняющих веществ грузовыми автомобилями при движении по территории населённых пунктов;
– коэффициент, учитывающий изменение пробегового выброса грузовых автомобилей от уровня использования грузоподъёмности и пробега;
– коэффициент, учитывающий влияние технического состояния грузовых автомобилей на массовый выброс i-го загрязняющего вещества в зависимости от типа двигателя, для грузовых автомобилей с бензиновыми и газовыми двигателями: ; для грузовых автомобилей с дизельными двигателями – .
Массовый выброс загрязняющих веществ междугородными, пригородными и туристскими автобусами определенного класса с определенным типом двигателя при движении по территории населенных пунктов определяется по выражению
,
где – пробеговый выброс i-го загрязняющего вещества автобусами при движении по территории населенных пунктов в зависимости от класса и типа двигателя;
– суммарный пробег автобусов по территории населенных пунктов;
– коэффициент, учитывающий изменение выбросов загрязняющих веществ автобусами при движении по территории населенных пунктов;
– коэффициент, учитывающий изменение выбросов загрязняющих веществ автобусами в зависимости от вида перевозок и типа двигателя;
– коэффициент, учитывающий влияние технического состояния автобусов на массовый выброс i-го загрязняющего вещества в зависимости от типа двигателя: для автобусов с бензиновыми двигателями ; для автобусов с дизельными двигателями – .
Обобщенные результаты расчетов выброса вредных веществ различными транспортными средствами с использованием данной методики представлены в табл. 1.
Таблица 1
Характеристики выбросов с учётом видов транспортных средств
Тип транспортного средства |
Загрязняющие вещества |
Пробеговый выброс, г/км |
Коэффициенты |
Приведенный пробеговый выброс, г/км |
||
Kri |
Kti |
Kni |
||||
Легковые автомобили |
CO |
13,0 |
0,87 |
1,75 |
|
19,8 |
NOx |
1,5 |
0,94 |
1,0 |
|
1,4 |
|
CxHy |
2,6 |
0,92 |
1,48 |
|
3,5 |
|
SO2 |
0,076 |
1,15 |
1,15 |
|
0,1 |
|
Pb |
0,025 |
1,15 |
1,15 |
|
0,03 |
|
Грузовые автомобили с бензиновыми двигателями |
CO |
52,6 |
0,89 |
2,0 |
0,68 |
63,7 |
NOx |
5,1 |
0,79 |
1,0 |
0,67 |
2,7 |
|
CxHy |
4,7 |
0,85 |
1,83 |
0,87 |
6,4 |
|
SO2 |
0,16 |
1,15 |
1,15 |
1,19 |
0,3 |
|
Pb |
0,023 |
1,15 |
1,15 |
1,19 |
0,04 |
|
Грузовые автомобили с дизельными двигателями |
CO |
2,8 |
0,95 |
1,6 |
0,68 |
2,9 |
NOx |
8,2 |
0,92 |
1,0 |
0,82 |
6,2 |
|
CxHy |
1,1 |
0,93 |
2,1 |
0,76 |
1,6 |
|
So2 |
0,96 |
1,15 |
1,15 |
1,2 |
1,5 |
|
Pb |
0,5 |
0,8 |
1,9 |
0,54 |
0,4 |
В ходе проведенного исследования было выявлено, что наибольший выброс токсичного вещества в атмосферу приходится на оксид углерода CO. При этом на наиболее загруженных участках городской дорожной сети суммарный годовой пробеговый выброс достигает 190 т/км. На всех исследуемых участках максимальным показателем годовых выбросов загрязняющих веществ является масса оксидов углерода (450 тыс.т.), минимальным – твердые частицы – (9,814 тыс.т.). По исследуемым участкам наблюдается незначительное расхождение данных о годовых массовых выбросах компонентов отработавших газов.
Рис. 1. Общий выброс токсичных веществ в атмосферу за 1 год
В ходе хронометражного исследования интенсивности движения на данных пересечениях была определена средняя интенсивность движения на исследуемых участках с учётом времени суток, показанная на рис. 2.
Рис. 2. Интенсивность движения транспорта с учётом времени суток на десяти подконтрольных участках городской улично-дорожной сети
При этом суммарная суточная интенсивность движения транспорта на подконтрольных участках находится в диапазоне от 2 до 8 тысяч автомобилей в сутки.
Рис. 3. Суммарная суточная интенсивность движения транспорта на десяти подконтрольных участках
В результате проведенной работы были установлены количественные показатели негативного влияния транспорта на состояние городской окружающей среды. На основании данного анализа в качестве мероприятий, локализующих такое влияние транспорта на воздушную среду города, может быть предложено:
- разработка ресурсосберегающих технологий защиты окружающей среды от транспортных загрязнений;
- разработка алгоритмов и технических средств мониторинга окружающей среды на транспортных объектах и прилегающих к ним территориях, методов управления транспортными потоками для увеличения пропускной способности дорожной и улично-дорожной сети в крупных городах;
- совершенствование системы управления природоохранной деятельностью на транспорте;
- рациональная организация перевозок и движения (совершенствование дорог, выбора парка подвижного состава и его структуры, оптимальная маршрутизация автомобильных перевозок, организация и регулирование дорожного движения и рациональное управление автомобилем);
- ограничение распространения загрязнения от источника к человеку;
- совершенствование автомобиля и его техническое состояние (совершенствование конструкций автомобиля, создание новых типов силовых установок, применение новых типов топлива и поддержание технического состояния автомобилей);
- увеличение темпов и объемов работ по озеленению и благоустройству города.
При этом необходимо признание того факта, что организация мероприятий по защите окружающей среды от влияния выбросов транспортных средств зависит от общей экономической ситуации в городе, так как любые рассматриваемые действия требуют значительных материальных затрат.
Рецензенты:
Афоничев Д.Н., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой электротехники и автоматики ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра 1», г. Воронеж.
Сушков С.И., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой промышленного транспорта, строительства и геодезии ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия», г. Воронеж.