CC BY
142
УДК 504.05: 504.064
Щербатюк Андрей Петрович Andrey Sherbatuk
ЗАЩИТА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА ГОРОДОВ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОТРАБОТАВШИМИ ГАЗАМИ АВТОМОБИЛЕЙ В ЛЕТНЕЕ ВРЕМЯ В УСЛОВИЯХ СЛОЖНОГО РЕЛЬЕФА
PROTECTION OF CITIES’ ATMOSPHERIC AIR AGAINST POLLUTION BY THE FULFILLED GASES OF CARS IN SUMMERTIME IN THE CONDITIONS OF THE DIFFICULT RELIEF
Рассматривается проблема загрязнения атмосферного воздуха городов, расположенных в восточносибирских регионах, отработавшими газами автомобилей, влияние сложного рельефа на ход годовых концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе по отношению к Европейской части России. Автор предлагает технологический способ решения этой проблемы
Ключевые слова: регион, атмосфера, выброс, загрязнение, антропогенный, экология
The paper considers the problem of air pollution by exhaust gases of cars in cities located in the East Siberian regions, as well as the impact of complex terrain on the annual change concentration of pollutants in the air compared to the European part of Russia. The author offers a technological solution to this problem
Key words: region, atmosphere, emission, pollution, anthropogenous, ecology
Приоритетный список городов с на- ИЗА равен или больше 14, ежегодно обнов-ибольшим уровнем загрязнения ат- ляется (рис. 1) [2]. мосферного воздуха, в которых показатель
Рис. 1. Города, в которых отмечены концентрации примесей более 10 ПДК и города Приоритетного списка, в которых ИЗА больше 14
За последние пять лет в Приоритетный кутск, Комсомольск-на-Амуре, Магадан, список постоянно включались Братск, Ир- Селенгинск, Улан-Удэ, Чита (рис. 2) [3].
1 — низкий (ПЗА менее 2,4)
2 — умеренный (2,4-2,7)
3 — повышенный (2,7-2,85)
4 — высокий (2,85-3,0)
5 — высокий (3,0-3,3)
• 6 — очень высокий (3,3-3,6)
НвЯВ 7 — очень высокий (3,6-3,7)
Рис. 2. Карта потенциала загрязнения атмосферы
В этих городах, в отличие от городов, расположенных в равнинной части Российской Федерации, отмечается более жесткий резко континентальный климат с большим перепадом среднесуточных температур, а также пересеченный рельеф месторасположения городов с большим перепадом высот относительно уровня моря [4].
В связи с этими двумя особенностями антропогенная нагрузка на данные территории увеличивается многократно. Особенно это сказывается на загрязнении атмосферного воздуха [3].
Рис. 3. Годовой ход изменений средних концентраций бенз(а)пирена (мкг/м3*10-3) в
городах различных регионов России
Рис. 4. Годовой ход концентрации формальдегида в городах России
На примере г. Чита проведены исследования и построена линейная зависимость индекса загрязнения атмосферы от высоты над уровнем моря за период с 2001 по 2007 гг. по различным постам наблюдения, ко-
торая показала, что концентрация токсичных и вредных веществ в г. Чита, имеющей горно-котловинное расположение, имеет явную корреляционную зависимость от высоты над уровнем моря [4].
Высота над уровнем моря, м, БС
♦ Посты наблюдения ■ Чита-центр
Рис. 5. Зависимость осредненной величины индекса загрязнения атмосферы (У) г. Чита за период с 2001 по 2007 гг. от высоты над уровнем моря (Х, м БС)
Способность атмосферы к рассеиванию выбросов промышленных, коммунальных предприятий и автотранспорта на территории этих регионов минимальна и при прочих равных условиях меньше на 25...55 %, чем в других регионах России. Она усугубляется преобладанием горно-котловинных
рельефов данных территорий, усиливающих эффект застоя и загрязнения воздушных масс ещё примерно на 50.75 %. Таким образом, можно сделать вывод, что особенно неблагоприятные условия ( очень высокий потенциал) создаются в Восточной Сибири. Следует отметить территории,
где особенно неблагоприятны условия для рассеивания примесей. Наибольший ПЗА характерен для Магаданской области и Якутии, а также Забайкальского края [5].
Под влиянием условий рассеивания при одинаковых выбросах создается различный уровень загрязнения воздуха. Это легко обнаружить при анализе информации о загрязнении атмосферы. Как видно из карты, Азиатская часть России, включающая районы Сибири и Дальнего Востока, характеризуется высоким и очень высоким ПЗА. Именно по этой причине загрязнение атмосферного воздуха здесь всегда выше, чем на Европейской части. [5]
Для решения проблемы загрязнения атмосферного воздуха городов отработавшими газами автомобилей в условиях сложного рельефа предлагается способ и ряд технологических решений, при практической реализации которых возможно существенно улучшить качественные показатели атмосферного воздуха на этих территориях в летнее время:
1. Способ защиты атмосферного воздуха городов, имеющих горно-котловинное расположение, от загрязнения отработавшими газами автомобилей в летнее время
Предлагаемый способ относится к технологии создания зеленых городских лесозащитных зон.
В настоящее время известны города, имеющие горно-котловинное месторасположение и одновременно самые высокие показатели ИЗА (индекс загрязнения атмосферы), который имеет максимальные показатели в нижних точках котловин [4]. В пределах территории этих городов, как и везде, имеются открытые автомобильные стоянки и подземные гаражи-стоянки. Имеются зеленые городские насаждения вдоль дорог, зданий, во дворах домов и т.п.
Недостатком таких городов, имеющих горно-котловинное расположение, является отсутствие специальной системы зеленых лесозащитных зон, привязанных к рельефу. Недостатком открытых автомобильных стоянок и подземных гаражей-
стоянок является отсутствие или недостаточность систем очистки атмосферного воздуха от загрязнения токсичными и вредными веществами (ТВ и ВВ), входящими в состав отработавших газов (ОГ) двигателей внутреннего сгорания (ДВС) автомобилей, и выбрасываемых в наибольшем количестве именно на автомобильных стоянках при неустойчивых режимах работы ДВС во время запуска и прогрева.
Технологическим результатом предлагаемого способа является возможность естественной очистки атмосферного воздуха от загрязнения ТВ и ВВ, поступающими с ОГ автомобильных ДВС в теплое время года.
Сущность решения проблемы заключается в том, что в местах скопления ТВ и ВВ, т.е пределах нижних точек котловин создаются технологические парки, а также рядом с открытыми автомобильными стоянками и над закрытыми подземными гаражами-стоянками создаются технологические скверы, расположенные таким образом, что сами скверы размещаются с подветренной стороны и вытянуты в сторону основного направления ветра по розе ветров. Деревьями для засадки технологических парков и скверов, обладающими наилучшими показателями по очистке атмосферного воздуха от ТВ и ВВ, являются тополь и сирень (акация), представляющие собой двухуровневую систему, наиболее эффективную в данном случае.
На рис. 6 изображен город с горно-котловинным месторасположением (1); технологический парк (2); система технологических скверов (3); основное направление ветра по розе ветров (4).
Технологический парк (2), являющийся естественным фильтром для очистки атмосферного воздуха от ТВ и ВВ, скапливающихся в нижних точках котловин (1). ТВ и ВВ в составе ОГ ДВС автомобилей вместе с воздушными массами с автомобильных стоянок попадают в технологические скверы (3), рассеиваясь в сторону основного направления ветра по розе ветров (4) по всей площади технологических скверов.
В результате чего в таких городах, имеющих горно-котловинное месторасположение, в летнее время года происходит естес-
твенная очистка атмосферного воздуха от загрязнения ТВ и ВВ, входящими в состав ОГ ДВС автомобилей.
Рис. 6. Горно-котловинное расположение города с системой технологических парков и скверов
Над парками и скверами возникают нисходящие потоки воздуха, потому что поверхность листьев значительно прохладнее асфальта и железа. Пыль, увлекаемая нисходящими токами воздуха, оседает на листьях: 1 га деревьев хвойных пород задерживает за один год до 40 т пыли, а лиственных — около 100 т. Парки и скверы, привязанные при строительстве к рельефу, могут быть активными проводниками чистого воздуха в центральные районы города. Качество воздушных масс значительно улучшается, если они проходят над парками и скверами. При этом количество взвешенных примесей снижается на 10. 40 %. Практика показала, что это является достаточно эффективным средством борьбы с вредными выбросами автомобильного транспорта, эффективность которых может варьироваться в довольно широких пределах — 7.35 % [1].
2. Технологическое решение: открытая автомобильная стоянка с технологическим сквером
Решение относится к технологиям улучшения санитарно-гигиенических показателей атмосферного воздуха на открытых автомобильных стоянках, дополнительной очистки атмосферного воздуха от токсичных и вредных веществ, содержащихся в отработавших газах двигателей внутреннего сгорания автомобилей.
В настоящее время известны открытые автомобильные стоянки, включающие огороженную площадку и автомобили, находящиеся на ней, въездные ворота, помещение охраны.
Недостатком этих открытых автомобильных стоянок является отсутствие любой системы очистки атмосферного воздуха от загрязнения токсичными и вредными веществами (ТВ и ВВ), входящими в состав
отработавших газов (ОГ) двигателей внутреннего сгорания (ДВС) автомобилей, и выбрасываемых в наибольшем количестве именно на автомобильных стоянках при неустойчивых режимах работы ДВС во время запуска и прогрева.
Технологическим результатом предлагаемого решения является возможность естественной очистки атмосферного воздуха от загрязнения ТВ и ВВ, поступающими с ОГ автомобильных ДВС в теплое время года.
Сущность решения заключается в том, что в местах выброса ТВ и ВВ, поступающих с ОГ ДВС автомобилей, рядом с открытыми автомобильными стоянками создаются технологические скверы, расположенные таким образом, что сам сквер размещается с подветренной стороны и вытянут в сторону основного направления ветра по розе ветров. Деревьями для засадки технологических скверов, обладающи-
С 3 с ■
ми наилучшими показателями по очистке атмосферного воздуха от ТВ и ВВ, являются тополь и сирень (акация), представляющие собой двухуровневую систему, наиболее эффективную в данном случае.
На рис. 7, а; б изображена открытая стоянка и автомобили 1; въездные ворота 2; помещение охраны 3; технологический сквер 4; основное направление ветра по розе ветров 5; след оседания ТВ и ВВ 6.
Токсичные и вредные вещества в составе О Г ДВС автомобилей вместе с воздушными массами с автомобильной стоянки (1 ) попадают в технологический сквер (4), рассеиваясь в сторону основного направления ветра по розе ветров (5) по всей площади технологического сквера (6).
В результате чего происходит естественная очистка атмосферного воздуха от загрязнения ТВ и ВВ входящими в состав ОГ ДВС автомобилей.
Рис. 7. Открытая автомобильная стоянка с технологическим сквером
3. Технологическое решение: подземный гараж-стоянка с технологическим сквером
Решение относится к технологиям улучшения санитарно-гигиенических по-
казателей атмосферного воздуха возле подземных гаражей-стоянок, дополнительной очистки атмосферного воздуха от токсичных и вредных веществ, содержащихся в отработавших газах двигателей внутренне-
го сгорания автомобилей. В практике известны подземные гаражи-стоянки, включающее: жилое или административное
строение, подземный гараж-стоянку, вход в подземный гараж-стоянку, фильтровентиляционную систему, автомобили.
Недостатком подземных гаражей-сто -янок является недостаточная очистка выбросов от автомобилей из фильтровентиляционной системы в теплое время года, так как фильтры со временем засоряются и выходят из строя или вообще при проектировании не предусмотрены.
Технологическим результатом предлагаемого решения является возможность дополнительной естественной очистки атмосферного воздуха от загрязнения токсичными и вредными (ТВ и ВВ) веществами, поступающими с отработавшими газами (ОГ) автомобильных двигателей внутреннего сгорания (ДВС), выбрасываемых в наибольшем количестве именно на автомобильных стоянках при неустойчивых режимах работы ДВС во время запуска и прогрева.
Сущность решения заключается в том, что в местах выброса воздушных масс, в со-
став которых входят и ТВ и ВВ, поступающие с ОГ ДВС автомобилей из подземных гаражей-стоянок, создаются технологические скверы, расположенные таким образом, что выход их фильтровентиляционной системы находится в углу сквера. Сам же сквер вытянут в сторону основного направления ветра по розе ветров. Деревьями для засадки технологических скверов, обладающими наилучшими показателями по очистке атмосферного воздуха от ТВ и ВВ, являются тополь и сирень (акация), представляющие собой двухуровневую систему, наиболее эффективную в данном случае.
На рис. 8, а; б изображен подземный гараж-стоянка:
— жилые или административные строения;
— технологический сквер;
— вход в подземный гараж-стоянку и автомобили;
— фильтровентиляционная система;
— основное направление ветра по розе ветров;
— след оседания ТВ и ВВ.
Технологический сквер, являющийся дополнительным естественным фильтром, в теплое время года работает следующим образом. ТВ и ВВ в составе ОГ ДВС автомобилей вместе с воздушными массами из подземного гаража-стоянки 3, находящегося под жилым или административным зданием 1, попадают в фильтровентиляционную систему 4, где, частично пройдя очистку, выбрасываются в технологический сквер 2, рассеиваясь в сторону основного направления ветра по розе ветров 5 по всей площади технологического сквера 6.
В результате происходит дополнительная естественная очистка атмосферного воздуха от загрязнения ТВ и ВВ, входящими в состав ОГ ДВС автомобилей.
Вывод: при практической реализации предлагаемого способа и технологических решений создается реальная возможность улучшить качественные показатели атмосферного воздуха городов, имеющих горно-котловинное расположение, в летнее время, что непосредственно скажется на улучшении здоровья людей.
Литература
1. Воробьев А.Е. и др. Основы природопользования: экологические, экономические и правовые аспекты: учеб. пособие // Под ред. проф. В.В. Дьяченко. — Ростов н/Д.: Феникс, 2006.
2. Ежегодник состояния загрязнения атмосферы в городах на территории России в 2005. — М.: Метеоагенство, 2007.
3. Ежегодник состояния загрязнения атмосферы в городах на территории России в 2006. — Нижний Новгород, 2007.
4. Щербатюк А.П. Зависимость индекса загрязнения атмосферного воздуха городов от высоты над уровнем моря в регионах с резко континентальным климатом и горно-котловинным расположением (на примере г. Чита) // Междунар. конф. «Кулагинские чтения». — Чита: ЧитГУ, 2009. - Ч. III. - С. 136-139.
5. Щербатюк А.П. Анализ влияния рельефа местности и температурных инверсий на загрязнение атмосферного воздуха в городах, расположенных в регионах с резкоконтинентальным климатом // Всерос. конф. «Приоритетные направления развития науки и технологий». — Тула: ТулГУ, 2010. — С. 5-9.
Коротко об авторе____________________________________________________Briefly about the author
Щербатюк А.П., канд. техн. наук, доцент кафед- A. Sherbatuk, candidate of technical sciences, assis-ры техносферной безопасности, Забайкальский го- tant professor, Techno-spherical Safety department, сударственный университет (ЗабГУ) Zabaikalsky State University
Служ. тел.: (3022) 36-40-92
Научные интересы: проблемы загрязнения ат- Scientific interests: problems of atmospheric air pol-мосферного воздуха lution
