CC BY
53
УДК 504.3.054: 625.7
ПРОГНОЗУВАННЯ ЗМІНИ ЗАБРУДНЕННЯ НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА НА МІСЬКИХ ДОРОГАХ З УРАХУВАННЯМ ОРГАНІЗАЦІЇ ДОРОЖНЬОГО РУХУ
Є.Б. Решетніков, професор, А.Л. Шаповалов, доцент, к.т.н., О.О. Касліна, асистент, В.А. Шаповалов, магістр, ХНАДУ
Анотація. Приводиться методика та розрахунок прогнозування зміни концентрації окису вуглерода на міській дорозі з урахуванням організації дорожнього руху.
Ключові слова: транспортні потоки, фактори впливу, концентрація, інтенсивність, окис вуглерода, швидкість потока, щільність озеленення.
Вступ
У багатьох містах України автотранспортні потоки обумовлюють 30-70% маси загальних забруднень навколишнього середовища та 50-90% рівня забруднення території. Безумовно, великий вклад в забруднення приземного шару атмосфери вносять транспортні засоби з карбюраторними та дизельними двигунами внутрішнього згорання.
Треба відмітити, що дизельні двигуни автомобільних транспортних засобів (АТЗ) більш економічні, вони викидають менше окису вуглецю, зовсім немає сполучень свинцю, але більше викидають дим з сажею з дуже неприємним запахом. З урахуванням підвищеного шуму дизелі не тільки сильно забруднюють навколишнє середовище, але і негативно впливають на стан людини.
Темпи розвитку вулично-дорожньої мережі (ВДМ) суттєво відстають від темпів автомобілізації. Багато міських вулиць, особливо в центрі, не відповідають сучасним технічним нормативам, так як ця територія історично забудовувалась без урахування транспортних потоків великої щільності. Безумовно, чим вище щільність ВДМ, тим частіше перетинаються транспортні та пішохідні потоки. Необхідність їх регулювання призводить до затримок транспортних засобів, утворювання значних черг та зниження швидкості сполучення. А автомобілі, як відомо, забруднюють повітря найбільш сильно саме при русі з невеликою швидкістю. Все це обумовлює високу екологічну небезпеку дорожнього руху.
До основних забруднюючих атмосферу речовин у відпрацьованих газах автомобілів (ВГА) відносяться окис вуглецю (в масі складає 70%), канцерогенні і не канцерогенні вуглероди (біля 19%), окис азоту (приблизно 9%). Окрім того, у ВГА
знаходяться нетоксичні речовини - азот, вуглекислий газ, кисень та пари води.
Відповідно можна визначити та змінити рівень забруднення повітря на міській дорозі по концентрації окису вуглецю - основного токсиканта ВГА з урахуванням організації дорожнього руху. Згідно запропонованої методики розрахунку рівня забруднення атмосферного повітря ВГА (Шаповалов А.Л., 2002) є можливість визначення концентрації окису вуглецю (СО) в мг/м3:
кСО = (Сф + 0,01 N ■ кТ ) • кА • ку • кс • кв Х
ХкП • кз • кш • ко ,
де Сф - фонове забруднення атмосферного повітря нетранспортного походження за даними гідрометеорологічної служби, мг/м3; N - сумарна інтенсивність руху автомобілів на дорозі, авт./год.; кТ - коефіцієнт токсичності потока автомобілів за викидами в атмосферне повітря окису вуглецю, який знаходиться як середньозважений:
кт =Х кт, • Р , (2)
де кт. - частний коефіцієнт токсичності окремих типів автомобілів; Рі - доля цих типів у транспортному потоці, яка визначалась та розраховувалась за проведеними натурними обстеженнями; кА - коефіцієнт, який враховує аерацію місцевості; ку - коефіцієнт, який враховує змінення забруднення атмосферного повітря в залежності від величини продольного ухилу; кс, кв - коефіцієнти змінення концентрацій СО відповідно в залежності від швидкості повітря та відносної вологи повітря; кП - коефіцієнт змінення забруднення
атмосферного повітря СО за прогнозом екологів при здійсненні атмосферозахисних заходів; кз -коефіцієнт, який враховує змінення забруднення атмосферного повітря в залежності від типу перетинання доріг; кш - коефіцієнт швидкості транспортного потоку (V) та умов руху. Для міських доріг та вулиць
кш = 1,27 - 0,015 V, (3)
ко - коефіцієнт щільності озеленення або забудови. За вдосконаленою методикою запропоновано враховувати зниження концентрації СО через перешкоди повітряному потоку від щільності озеленення чи забудови (Пз) за наступною залежністю:
ко = 1 + 0,44 • Пз. (4)
Приклад розрахунку забруднення навколишнього середовища на міській дорозі
Для прикладу бралась ділянка центральної вулиці м. Харкова по вул. Сумській - від ХАТОБ до пл. Конституції. Загальна довжина ділянки 550 м. В першу чергу ділянка розбивалась на п’ять зон в залежності від типу організації руху на ній (рис.1).
Для кожної зони окремо визначалась концентрація окису вуглецю (СО) в мг/м3. Фонове забруднення атмосферного повітря нетранспортного походження за даними гідрометеорологічної служби приймаємо на усій ділянці рівним 1,0 мг/м3.
Сумарна інтенсивність руху автомобілів по дорозі визначалася за результатами натурних обстежень, проведених в ранкові часи “пік”. Разом з цим був визначений склад транспортного потоку (табл.1). Слід зауважити, що на цій ділянці рух від ХАТОБ в напрямку пл. Конституції дозволений тільки міському пасажирському транспорту (МПТ), тоді як в зворотньому напрямку - усім транспортним засобам.
Таким чином, коефіцієнт токсичності на ділянці дорівнює
кТ = 1- 0,004 +1-0,35 + 2,9- 0,008 + 0,2 • 0,012 + +1,5 • 0,146 + 3,7 • 0,48 = 0,004 + 0,35 + 0,0232 + +0,0024 + 0,219 +1,776 = 2,38.
Інтенсивність транспортного потоку за годину складає 125 автомобілів.
Коефіцієнт, який враховує аерацію місцевості кА, приймаємо рівним 1,0, так як тип місцевості за ступенем аерації є забудова з обох сторін.
Повздовжній ухил на даній ділянці дорівнює 2,5%, тоді коефіцієнт, який враховує змінення забруднення атмосферного повітря в залежності від величини повздовжнього ухилу, дорівнює 1,0475.
Таблиця 1 Склад транспортного потоку
Тип АТЗ Кількість автомобілів у напрямку, од. кт Р
ХАТОБ--пл. Конституції пл. Конституції--ХАТОБ
Мотоцикли - 1 1 0,004
Легкові - 87 1 0,35
Середні вантажні - 2 2,9 0,008
Тяжкі вантажні - 3 0,2 0,012
Мікро- автобуси 18 18 1,5 0,146
Автобуси 60 60 3,7 0,48
Разом 78 171 - 1,0
Коефіцієнт змінення концентрацій СО відповідно в залежності від швидкості вітру та відносної вологості повітря (СНиП 2.01.01-82, 1983) для м. Харкова взимку при V -4,71 м/с кшв =1,09, при Wп -81% квв =1,18 та влітку приУв -3,96 м/с кшв =1,22, при Wп -47% квв =0,7.
Коефіцієнт змінення забруднення атмосферного повітря СО за прогнозом екологів кП приймаємо
рівним 1,54. Коефіцієнт, що враховує зміну забруднення атмосферного повітря в залежності від типу організації дорожнього руху на перетинанні в зоні 1 приймаємо рівним 1,4, так як регулюється зі світлофором.
Швидкість руху транспортного потоку також знаходилась на основі експериментальних спостережень (кафедра транспортних систем, ХНАДУ) та встановлює без затримок та зупинок 33 км/год. Коефіцієнт швидкості транспортного потоку та умов руху на ділянці дорівнює
кш = 1,27 - 0,015 • 33 = 0,78.
Коефіцієнт щільності озеленення чи забудови дорівнює
ко = 1+ 0,44 • 0,4 = 1,18.
Таким чином, концентрація окису вуглероду для зони І відповідно у зимовий та літній період складає
ксо1з = (1,0 + 0,01125 • 2,38) • 1,0 • 1,06 • 1,09 • 1,18 х х1, 4 1,54 • 0,78 1,18 = 10,6 мг/м3.
Пл .Конституції
1 II III IV V
•1 >« •*[ X •< 1 ором я Вул.Сумська БТОР Обои'язкова зупинка Р огульован» зі світл<
50 м _ 250м 1 ООм 10Ом 5( м
1 1
>фором
Рис. 1. Зони ділянки з типом організації дорожнього руху
Рис. 2. Рівень забруднення ділянки за зонами Таблиця 2 Концентрації окису вуглерода на кожній зоні ділянки, мг/м3
Зона сф N кТ кА ку кс кв кп кз кш ко ксо
зима літо зима літо зима літо
I 1,0 125 2,38 1,0 1,0475 1,09 1,22 1,18 0,7 1,4 1,54 0,78 1,18 10,6 7,1
II 1,0 125 2,38 1,0 1,0475 1,09 1,22 1,18 0,7 - 1,54 0,78 1,18 7,6 5,04
III 1,0 125 2,38 1,0 1,0475 1,09 1,22 1,18 0,7 2,0 1,54 0,78 1,18 15,2 10,08
VI 1,0 125 2,38 1,0 1,0475 1,09 1,22 1,18 0,7 - 1,54 0,78 1,18 7,6 5,04
V 1,0 125 2,38 1,0 1,0475 1,09 1,22 1,18 0,7 1,4 1,54 0,78 1,18 10,6 7,1
Таблиця 3 Концентрації окису вуглерода на кожній зоні ділянки після проведення заходів, мг/м3
Зона сф N кТ кА ку кс кв кп кз кш ко ксо
зима літо зима літо зима літо
I 1,0 125 2,38 1,0 1,0475 1,09 1,22 1,18 0,7 1,2 1,54 0,78 1,18 9,1 6,0
II 1,0 125 2,38 1,0 1,0475 1,09 1,22 1,18 0,7 - 1,54 0,78 1,18 7,6 5,04
III 1,0 125 2,38 1,0 1,0475 1,09 1,22 1,18 0,7 1,2 1,54 0,78 1,18 9,1 6,04
VI 1,0 125 2,38 1,0 1,0475 1,09 1,22 1,18 0,7 - 1,54 0,78 1,18 7,6 5,04
V 1,0 125 2,38 1,0 1,0475 1,09 1,22 1,18 0,7 1,2 1,54 0,78 1,18 9,1 6,0
ксо1л = (1,0 + 0,01125 • 2,38)-1,0-1,06-1,22 х х0,7-1,4-1,54 • 0,78-1,18 = 7,1 мг/м3.
Аналогічно розраховуємо ксо, мг/м3 для інших зон (табл. 2).
Аналіз результатів
Критерієм екологічної безпеки доріг є наступна градація: при концентрації СО до 3 мг/м3, рівній гранично допустимій концентрації (ГДК), середньо-добовій позначає “відмінно” або “екологічно безпечно”, при СО від 3 до 5 мг/м3, рівній ГДК максимально-разовій - “добре” або “екологічно слабо небезпечно”, при СО від 5 до 20 мг/м3, рівній ГДК робочої зони - “задовільно” або “екологічно помірно небезпечно” та при СО від 20 мг/м3 та вище - “незадовільно” або “екологічно небезпечно”.
В результаті розрахунків виявлено, що на ділянці концентрація СО найбільша в зоні III (рис. 2) -район з обов’язковою зупинкою (пішохідні переходи). Ситуація в цій зоні відповідає рівню “екологічно помірно небезпечно”. Схожа ситуація склалася в зонах I та V з регульованими перехрестями, але з меншим рівнем концентрації. Зони II та VI зі звичайними перегонами мають рівень концентрації майже рівний мінімальному значенню концентрації, при такій самій ситуації.
В зонах I та V замість локального світлофорного регулювання пропонується координоване керування рухом. Тобто змінити тип організації дорожнього руху на перетинанні від зі світлофором до з керуванням (АСУ), тоді Кз =1,2.
Зменшити концентрацію СО в зоні III можливо за рахунок введення пішохідного світлофора, зкоординованого з світлофорами на перехрестях зон I та V.
Таким чином, в зонах I та V відбувається незначне зменшення рівня забруднення, а в зоні III -майже в 2 рази (табл. 3).
Також пропонується зменшувати концентрації окису вуглецю за рахунок утворення паралельних маршрутів, заборони паркування вздовж ділянки та відтворення стояночних площадок біля нежилої будівлі та центрів транспортного тяжіння.
Висновок
Результати дослідження підтвердили гіпотезу, що існуюча методика дозволяє прогнозувати зміну забруднення навколишнього середовища за концентрацією найбільшого полютанта ВГА - окису вуглецю ( СО ) на міських дорогах з урахуванням організації дорожнього руху.
Література
1. Шаповалов А.Л. Прогнозирование загрязнения
атмосферного воздуха в придорожном пространстве // Вестник ХНАДУ. - Харьков: ХНАДУ / Сб. научн. тр., 2002. - Вып. 19. -С. 82-84.
2. СНиП 2.01.01 - 82. Строительная климатология
и геофизика. - М.: Стройиздат, 1983.
3. ГСТУ 218-02071168-096-2003. Охорона навко-
лишнього середовища. Автомобільні дороги загального користування. Оцінка та прогнозування екологічного стану доріг та виробничих баз. - К.: Укравтодор. Мінтрансу України, 2003.
Рецензент: В.М. Ряпухін, професор, к.т.н.,
ХНАДУ.
Стаття надійшла до редакції 20 січня 2005 р.
