Оценка влияния выбросов автотранспорта на качество атмосферного воздуха города Тирасполь

Журнал: Экология Урбанизированных территорий,2014 №3, стр. 23-29
УДК: 504.3.054 +504.054
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ВЫБРОСОВ АВТОТРАНСПОРТА НА
КАЧЕСТВО АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА В ГОРОДЕ ТИРАСПОЛЬ
Ивашкина И.В., к.г.н., зав. сектором
ГУП «НИ и ПИ Генплана Москвы»,
ivashkinagenplan@mail.ru,
Сокольская Е.В., соискатель,
Приднестровский государственный
университет им. Т.Г.Шевченко
В статье приведена оценка влияния автотранспорта на качество атмосферного
воздуха г. Тирасполь. На основе результатов мониторинга интенсивностей
автотранспортных потоков в городе выполнена модельная оценка загрязнения
атмосферного воздуха вредными веществами. Разработаны карты экологического
зонирования, отражающие неблагоприятные ареалы с превышениями предельнодопустимых концентраций по диоксиду азота, оксиду углерода, свинцу. Геоэкологическая
оценка территории на основе математических моделей необходима для эффективной
организации сети мониторинга окружающей среды и оптимизации экологической
ситуации в городе.
ASSESSMENT OF VEHICLE EMISSIONS ON AIR QUALITY IN TIRASPOL
I.V. Ivashkina , E.V. Sokolskaya
The article deals with the assessment of the influence of vehicle emissions on air quality
in Tiraspol town. The simulation model of air pollution by harmful substance made on the basis
of the traffic intensity monitoring. The air pollution maps of Tiraspol have revealed the
negative zones with exceeding permissible level of concentration of the nitrogen dioxide, carbon
oxide and lead. Geoecological assessment of urban area on the basis of simulation models is
necessary for the efficient organization of the network of environmental monitoring and
optimization of the ecological situation in the town.
Ключевые слова: загрязнение воздуха, транспортное средство, загрязняющее вещество,
модельная оценка, карты загрязнения воздуха, ПДК, диоксид азота, оксид углерода,
свинец.
Key words: air pollution, vehicle, harmful substance, simulation model, air pollution maps,
permissible level of concentration, nitrogen dioxide, carbon oxide, lead.
Важнейшим направлением экологических исследований города
является анализ степени антропогенной нагрузки на экосистему и оценка
воздействия
основного
техногенного
источника
загрязнения
–
автотранспорта. В настоящее время в большинстве городов мира доля
выбросов загрязняющих веществ от передвижных источников увеличивается
по сравнению со стационарными объектами. Данная ситуация обусловлена
не только стремительным увеличением численности автотранспортных
средств, но и недостаточной пропускной способностью улично-дорожной
сети, архитектурно–планировочными просчетами городского развития,
несоответствием автомобилей нормам государственных стандартов по
токсичности,
низкокачественным
топливом,
неудовлетворительным
состоянием дорожного покрытия и др.
Ежегодно с выхлопными газами в атмосферу города поступает
огромное количество вредных веществ. В составе отработанных газов
автомобилей содержится большое количество оксидов азота, углеводородов,
альдегидов, сажи, а также оксида углерода. Под влиянием вредного
воздействия выбросов автомобильного транспорта отравляются почвы и
водоёмы, страдает растительный и животный мир. Кроме этого, автомобиль
– один из главных факторов шумового загрязнения городской среды [2].
Компетентные
природоохранные
организации
г.
Тирасполь
располагают информацией об общем объеме выбросов вредных веществ от
автотранспорта, однако до недавнего времени отсутствовали достоверные
данные об уровнях загрязнения вдоль магистралей города и степени влияния
транспорта на прилегающую жилую застройку. В связи с этим целью данной
работы является проведение модельной оценки территориальных различий в
пространственном распределении вредных веществ от автотранспортных
выбросов в г. Тирасполь. Геоэкологическая оценка территории на основе
математических моделей необходима для эффективной организации сети
мониторинга окружающей среды и оптимизации экологической ситуации в
городе.
Объект и методы исследования
Тирасполь является крупным промышленным и финансовым центром
Приднестровья. Экономический потенциал города формируют более 40
крупных промышленных предприятий, также зарегистрировано большое
количество организаций среднего и малого бизнеса, специализирующихся в
сфере производства, торговли и оказания услуг населению. Интенсификация
производственной деятельности и развитие сферы услуг обуславливает рост
числа легковых автомобилей индивидуального пользования и увеличение
объема грузовых перевозок, что влечет за собой усиление техногенной
нагрузки на экосистему.
Транспортная система г. Тирасполь включает различные виды
транспорта:
автомобильный,
троллейбусный,
железнодорожный,
планируется
создание
пассажирского
гражданского
аэропорта.
Протяженность автомобильных дорог в городе составляет 187,1 км. Удельная
плотность автомобилей на 1 километр дорожной сети – 241,9 тр.ср/км.
Уровень автомобилизации в Тирасполе составляет примерно 325
автомобилей на одну тысячу жителей, что соизмеримо с Россией. Для
сравнения: в Северной Америке, Западной Европе и Японии этот показатель
составляет 600–750 автомобилей, а, скажем, в Нью–Йорке и все 910 [8].
В автопарке города Тирасполь преобладают легковые автомобили,
увеличивается доля автомобилей иностранного производства, с более
высокими экологическими показателями (рис.1). Наблюдается тенденция
сокращения доли грузовых автомобилей в транспортном потоке города, при
этом происходит их постепенное обновление [9].
а)
б)
38000
37000
36000
35000
34000
33000
32000
31000
30000
29000
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
Легковые автомобили
2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
Автобусы и микроавтобусы
в)
2700
2600
2500
2400
2300
2200
2100
2000
2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
Грузовые автомобили
рис. 1. Динамика изменения количества транспортных средств: а) легковых автомобилей
б) автобусов и микроавтобусов
в) грузовых автомобилей в 2006 - 2013 гг.
Для оценки вклада автотранспортных средств в загрязнение
городской среды использовались данные об интенсивности транспорта, и
была составлена схема транспортных потоков г. Тирасполь. Все
автотранспортные магистрали
были разделены на более мелкие
прямолинейные расчетные участки с фиксированной протяженностью, на
которых структура и интенсивность автотранспортных потоков достаточно
однородны, а изменения варьируются в пределах 20-25%. Далее были
выбраны узловые наблюдательные точки. Мониторинг интенсивностей
транспортных средств на каждом участке улично-дорожной сети проводился
в течение 20 минут в часы пик.
По результатам мониторинговых исследований выполняется расчет
максимально-разовых выбросов движущегося автотранспорта для каждого
участка по следующей формуле [4]:
L k
МL 
M kП,i * Gk * rV , г/с, где:

1200 l
i
k ,i
М kП,i – удельный выброс i-го вредного вещества автомобилями
k-й группы при пробеге, для городских условий, г/км;
k –количество групп автомобилей;
Gk– фактическая наибольшая интенсивность движения на выбранном
участке в единицу времени (20 мин.);
rVk,i – поправочный коэффициент, учитывающий среднюю скорость
движения транспортного потока на участке;
L –протяженность участка автомагистрали, км.
Для обработки данных мониторинга разработана компьютерная
программа,
позволившая
реализовать
автоматизированный
расчет
максимально-разовых выбросов загрязняющих веществ для каждого из
участков дороги. Пространственная оценка уровней загрязнения приземного
слоя атмосферного воздуха вредными веществами от автотранспорта
выполнялась в программе УПРЗА "Эколог 3.0", разработанной фирмой
"Интеграл". Следует отметить, что в расчете учитывалась информация о
метеорологических условиях местности: скорость ветра, направление ветра
и т.д.
Результаты и их обсуждение
Основным источником загрязнения атмосферного воздуха города
Тирасполь, как отмечалось выше, являются выбросы автотранспорта. По
нашим оценкам выбросы вредных веществ от автотранспорта в 2013 г.
составляли 84% от валового выброса загрязняющих веществ в атмосферный
воздух г. Тирасполь (для сравнения в Москве этот показатель превышает
90%). Объем выбросов вредных веществ от автотранспорта в 2013 году
составил 9081,7 тонн.
Известно, что загрязнение атмосферного воздуха автомобильным
транспортом связано с количеством и видом израсходованного топлива.
Анализ потребления различных видов топлива показал, что наибольшим
спросом пользуется бензин (45%) и дизельное топливо (37%). Использование
сжатого газа в качестве топлива для транспортных средств г. Тирасполь
значительно возрастает с каждым годом. Исходя из объемов различных
видов горючего, потребленного в 2013 году, рассчитано соотношение
основных вредных компонентов в выбросах автотранспорта. В составе
выхлопных газов транспортных средств содержатся, в основном,
газообразные вещества, многие из которых по химическим свойствам,
характеру воздействия на организм человека являются токсичными: оксид
углерода, оксиды азота, диоксид серы, углеводороды и другие, а также
твердые вещества - сажа, свинец, бенз(а)пирен (рис. 2).
окислы азота
7%
углеводороды
17%
остальные
ингредиенты
4%
окись
углерода
72%
рис. 2. Соотношение основных загрязняющих веществ в автомобильных выхлопах г. Тирасполь
На основе мониторинга интенсивностей автотранспортных потоков
г. Тирасполь рассчитаны максимально-разовые выбросы загрязняющих
веществ на 146 участках дорожной сети, согласно методике [3]. Полученные
расчетные значения выбросов по каждому участку дорожной сети позволили
провести расчет рассеивания для 10 загрязняющих веществ в приземном
слое атмосферы и выявить ареалы с различным уровнем загрязнения
воздушной среды на территории города. Максимальные значения
концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе от
автотранспорта представлены в таблице 1.
Таблица 1
Максимальные значения выбросов загрязняющих веществ автотранспортом
на обследованных участках улично-дорожной сети (УДС)
Загрязняющее вещество
Код
Наименование
184 соединения свинца
301 азота диоксид
304 азота оксид
328 сажа
330 серы диоксид
337 углерода оксид
703 бензапирен
1325 формальдегид
2704 бензин
2732 керосин
Концентрация ЗВ (в долях ПДК)
2,70
8,03
0,65
0,08
0,15
3,16
0,67
0,18
0,46
0,10
Результаты модельного расчета показали превышение нормативных
концентраций диоксида азота, углерода оксида и соединений свинца в
атмосферном воздухе г. Тирасполь. Следует отметить,
что выбросы
автотранспорта в г. Тирасполь формируют более значительные концентрации
загрязняющих веществ в воздухе по сравнению с расчетными уровнями
загрязнения для г. Бендеры. Выбросы диоксида азота создают в приземном
слое атмосферы г. Бендеры концентрации от 1,0 до 2,0 ПДК, по остальным 9
ингредиентам превышений не было установлено [7].
Распределение уровней загрязнения атмосферного воздуха в городе
характеризуется пространственной неоднородностью.
Максимальные
уровни загрязнения фиксируются в местах пересечения автотранспортных
магистралей. Спад уровня загрязнения в значительной степени зависит от
расстояния от источника и метеорологических условий.
На картах-схемах территории Тирасполя обозначены
зоны,
соответствующие различному уровню загрязнения воздуха передвижными
источниками (рис. 3-5). В качестве критерия пространственного
ранжирования
города на зоны загрязнения применена
величина
максимально-разовых концентраций вредных веществ (в долях ПДК) в
воздухе, полученная по результатам модельных расчетов рассеивания
выбросов автотранспорта. На территории города в зависимости от уровней
концентрации загрязняющих веществ в воздушном бассейне Тирасполя
выявлены следующие зоны: I зона (2,0 ПДК и выше) - загрязненная, II зона
(от 1,0 до 2,0 ПДК) – слабозагрязненная, III зона ( менее 1,0 ПДК) –
незагрязненная.
рис. 3. Карта-схема загрязнения атмосферного воздуха диоксидом азота от автотранспорта
в г. Тирасполь.
рис. 4. Карта-схема загрязнения
автотранспорта в г. Тирасполь.
атмосферного
воздуха
оксидом
углерода
от
рис. 5. Карта-схема загрязнения атмосферного воздуха соединениями свинца от
автотранспорта в г. Тирасполь.
Анализ карт-схем показал, что высокая интенсивность движения
автотранспорта обуславливает значительное ухудшение качества атмосферы
вблизи автомагистралей и примыкающих к ним жилым массивам. В жилой
застройке формируются
три
зоны загрязнения: зона максимального
загрязнения (находящаяся между источником выброса и зданиями), зона
умеренного загрязнения (располагающаяся за зданиями), зона пониженного
загрязнения (имеющая размытую структуру изолиний концентрации
загрязнителя).
Узкие улицы с высокой плотностью застройки, прилегающие
вплотную к источнику загрязнения, создают при слабых ветрах условия для
концентрации загрязнителей. Указанные особенности наблюдаются в
«Центральном» и «Октябрьском» районах города, где уровень концентрации
диоксида азота превышает предельно допустимые нормы на значительных по
площади территориях. Наихудшая картина складывается на следующих
участках дорожной сети: ул. Одесская (от ул. Чапаева до ул. Юности),
площадь Суворова, ул. Карла Либкнехта (от пер. Западный до ул. Правды) и
обусловлена высокой интенсивностью движения легкового и маршрутного
транспорта.
Сравнительный анализ ожидаемого содержания различных
химических веществ в приземном слое воздуха выявил, что расчетные
изолинии
диоксида азота (2 класс опасности) формируют самые
значительные по площади ареалы загрязненности, чем другие поллютанты.
Наибольшие уровни содержания в воздухе диоксида азота выявлены по ул.
Одесской (до 8 ПДК), ул. Мира (до 4,5 ПДК), ул. 25 Октября (до 4,4 ПДК),
ул. К. Либкнехта (до 5,7 ПДК), ул. Шевченко (до 5,4 ПДК), ул. Сакриера (до
4,3 ПДК). Распределение концентраций оксида углерода (4 класс опасности)
и соединений свинца (1 класс опасности) имеют сходную пространственную
картину. Модельные расчеты выявили превышения предельно-допустимых
концентраций оксида углерода на участках автодорог города: по ул. Одесской
(до 3,2 ПДК), по ул. К. Либкнехта (до 2,3 ПДК) и на площади Суворова (до
1,6 ПДК), по ул. Шевченко (до 1,3 ПДК). Аналогичная картина отмечается
для распределения соединений свинца: по ул. Одесской (до 2,7 ПДК), по ул.
К. Либкнехта (до 2,3 ПДК) и на площади Суворова (до 1,6 ПДК), по ул.
Шевченко (до 1,2 ПДК). Экологическая нагрузка на указанных участках
дорожной сети обусловлена значительным количеством маршрутного
транспорта в городском транспортном потоке и особенно проявляется на
перекрестках автодорог.
По результатам расчетов загрязнения атмосферы выбросами
автотранспорта определены экологически неблагоприятные зоны с
превышениями ПДК по диоксиду азота, оксиду углерода, свинцу. Для
верификации результатов, полученных при проведении сводного расчета по
используемой методике, были выбраны 5 расчетных точек на территории
города Тирасполя. В контрольных точках проведены инструментальные
замеры приземных концентраций загрязняющих веществ по 5 показателям:
пыль, оксид углерода, диоксид азота, формальдегид, диоксид серы, свинец
(таблица 2).
Таблица 2
Средние значения инструментальных замеров в контрольных точках
Контрольная
точка
Вещество
К.т. 1
ул. Одесскаяул.Чапаева,
К.т. 2
кинотеатр
ул. Юности,
К.т. 3
ул. Мираул. Одесская,
К.т. 4
площадь
Суворова,
К.т. 5
ул. Правдыул. К. Либкнехта,
мг/м3
мг/м3
мг/м3
мг/м3
мг/м3
Пыль
Оксид угл-да
Диоксид азота
Свинец
0,281
10,776
1,18
0,00051
0,246
8,23
0,78
0,00037
0,28
12,71
0,87
0,00055
0,22
8,18
0,66
0,00045
0,26
11,48
0,96
0,00066
Диоксид серы
0,0052
0,0346
0,0513
0,0419
0,0578
Сравнивая уровни содержания вредных веществ в приземном слое
атмосферы, полученные инструментальным путем, и значения, полученные
путем расчета в контрольных точках, можно отметить, что расчетные
значения концентрации загрязняющих веществ практически не отличаются
от натурных замеров (рис. 6). Погрешность результатов, полученных путем
математического
моделирования,
относительно
результатов
инструментальных замеров составляет не более 10 %.
б)
а)
мг/м 3
мг/м 3
1,4
14
1,2
12
1
10
0,8
8
0,6
6
0,4
4
0,2
2
0
0
№1
№2
№3
№4
№1
№5
№2
№3
№4
№5
инструментальный метод
расчетный метод
инструментальный метод
расчетный метод
в)
мг/м 3
0,35
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0
№1
№2
№3
№4
№5
инструментальный метод
расчетный метод
Рис. 6. Сопоставление максимально-разовых концентраций загрязняющих веществ в
атмосферном воздухе г. Тирасполь, полученных расчетным и инструментальным
методами а) диоксида азота, б) оксида углерода в) соединений свинца.
Четко выражены различия в фиксируемых уровнях загрязнения в
контрольных точках, расположенных в различных функциональных зонах
города. По данным, представленным в таблице, видно, что по всем
веществам нижнюю границу коридора колебания образуют данные
в точке №4 − "Площадь Суворова", а верхнюю – данные по точкам №1 и №3
− "ул. Одесская". По результатам проведенных натурных исследований
высокие концентрации загрязняющих веществ наблюдаются в районах:
"Центральный" и "Октябрьский", средние концентрации – регистрируются в
районах: "Кировский", "Закрепостная Слободка" и "Кирпичная Слободка".
Средние значения по данным замеров ниже расчетных, максимальные
значения в отдельных случаях превышают расчетные, в полном соответствии
с применяемой методикой.
Выводы:
1. Основной причиной высоких уровней загрязнения атмосферного
воздуха г. Тирасполь являются выбросы автотранспорта, вследствие
неполного сгорания топлива, использования автомобилей
с
двигателями низких экологических классов, недостаточной плотностью
УДС и неэффективной организацией движения транспорта.
2. Анализ результатов исследования указывает на существенную
территориальную дифференциацию в уровнях загрязнения приземного
воздуха диоксидом азота, оксидом углерода, углеводородами и
соединениями свинца и другими токсичными ингредиентами.
3. Выступая в качестве доминирующего источника загрязнения
атмосферного воздуха автотранспорт формирует экологически
неблагополучные зоны на территории жилых районов, снижая качество
проживания населения в г.Тирасполе.
4. Задача оптимизации экологической ситуации в городе требует
реализации комплекса мероприятий:

оптимизация планировочной структуры города, рациональная
организация транспортного движения и повышение пропускной
способности улично-дорожной сети;

перераспределение транспортных маршрутов и строительство
новых магистралей-дублеров для организации перевозок из
периферийных районов в центральные части г. Тирасполь;

осуществление контроля за качеством потребляемого топлива,
техническим состоянием транспортных средств и дорожного
покрытия;

ограничение большегрузного транспорта в дневное время суток,
замена маршрутного городского транспорта на электрический
экологически безопасный транспорт;

внедрение
современных фитотехнологий в озеленении
примагистральных
территорий,
что
обеспечит
комфортное
проживание населения вблизи транспортных магистралей.
Библиографический список
1. Голубев Г.Н. Геоэкология. Учебник для студентов высших учебных
заведений. – М.: Изд-во ГЕОС, 1999 – С. 324-326.
2. Хватов В.Ф. Научные основы методов и средств контроля
экологического состояния автотранспорта и его воздействия на
окружающую среду. Санкт-Петербург, 2007– С. 10-106.
3. Отчет «Оценка влияния источников антропогенного воздействия на
экологическое состояние г. Тирасполя». – Бендеры, 2012. – С. 28-37.
4. Методика определения выбросов автотранспорта для проведения
сводных расчетов загрязнения атмосферы городов. С.-Пб., 1999. – C.
19.
5. Методическое пособие по выполнению сводных расчетов загрязнения
атмосферного воздуха выбросами промышленных предприятий и
автотранспорта города (региона) и их применению при нормировании
выбросов. С.-Пб., 1999. – C. 31.
6. ГН 2.1.6.1338-03. Гигиенические нормативы. Предельно-допустимые
концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе
населенных мест. Утв. Главным государственным санитарным врачом
РФ от 21.05.2003 г. №4679.
7. Капитальчук И.П., Вишневская И.В., Баля М.А., Зброжек М.А.,
Сокольская Е.В., Финохина О.Н. Модельная оценка уровня загрязнения
атмосферного воздуха автотранспортом в г. Бендеры.−Тирасполь:
Вестник Приднестровского Университета, 2009. – C. 242.
8. http://old.transportrussia.ru/2009-11-19/auto/guliver.html
9. http://www.ugai-pmr.org/
References
1. Golubev G.N. Geoecology. Textbook for university students. - Moscow:
Publishing House of GEOS, 1999. – P. 324-326.
2. Hvatov V.F. Scientific bases of methods for monitoring the ecological state
of vehicles and its impact on the environment, St. Petersburg, 2007 – P. 10106.
3. Report "Assessment of man-made sources’ impacts on the environmental
status of Tiraspol." - Bendery, 2012. – P. 28-37.
4. Methodology for determining emission vehicles for summary calculations of
air pollution of cities. St. Petersburg, 1999. – P.19.
5. Guidelines on the implementation summary calculations of air pollution
emissions from industrial enterprises and transport city (region) and their use
in the regulation of emissions. St. Petersburg, 1999. – P. 31.
6. GN 2.1.6.1338-03. Hygienic standards. Maximum permissible concentration
(MPC) of pollutants in the ambient air of residential areas. Approved. Chief
state sanitary doctor of the Russian Federation dated 21.05.2003 № 4679.
7. Kapitalchuk I.P, Vishnevskaya I.V, Bala M.A, Zbrozhek M.A., Sokolskaya
E.V., Finohina O.N. Model assessment of motor transport air pollution
levels in Bendery.Tiraspol, Bulletin of Dnestr University, 2009– P.242.
8. http://old.transportrussia.ru/2009-11-19/auto/guliver.html
9. http://www.ugai-pmr.org/