CC BY
79
m
О
IX
X с
X X
CD С CD U О
X
X
s ^
и
CD U
CD S X
о
m
О ¡^
S X
о
с с
s
о
m
I-
U
CD
IX
О
I-
и о а о
УДК 504.05
НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СНИЖЕНИЮ НЕГАТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ АВТОТРАНСПОРТНЫХ ПОТОКОВ НА СЕЛИТЕБНЫЕ ТЕРРИТОРИИ
М. В. Графкина, д. т. н, профессор,
зав. кафедрой Московского
политехнического университета,
marina.grafkina@rambler.ru,
Б. Н. Нюнин, д. т. н, профессор
Московского политехнического
университета,
borisnyunin@mail.ru,
Е. Ю. Свиридова, к. т. н, доцент
Московского политехнического
университета,
evg_sviridova@mail.ru
Известно, что наиболее сложно реализовать известные и эффективные мероприятия по снижению негативного воздействия автотранспортных потоков на территориях с полностью и исторически сложившейся плотной застройкой Авторами показано, что в настоящее время не в полной мере используются защитные свойства ограждающих строительных конструкций. Заборы, ограждения, фасады зданий, акустические экраны, строительные конструкции транспортных туннелей должны стать объектами исследований и полигонами для реализации мер по повышению экологической безопасности территории существующей городской застройки. В статье приведены полученные авторами результаты исследования инфразвуковых и электромагнитных полей автотранспортных потоков на застроенных территориях. Представленные в статье научно-практические рекомендации позволят уменьшить уровни электромагнитных полей, шума и химического загрязнения на территориях вблизи автодорог.
It is known, that it is most difficult to implement known and effective measures to reduce the negative impact of road traffic in areas with fully and historically developed dense buildings. The authors have shown that at present the protective properties of the enclosing building structures are not fully used. Fences, fences, facades of buildings, acoustic screens, building structures of transport tunnels should become objects of research and testing grounds for implementing measures to improve the environmental safety of the existing urban development. The article presents the results obtained by the authors of the investigation of infrasonic and electromagnetic fields of motor traffic flows in built-up areas. The scientific and practical recommendations presented in the article will allow to reduce the levels of electromagnetic fields, noise and chemical pollution in the territories near the roads.
Ключевые слова: автомобильный транспорт, экологическая безопасность, селитебные территории, шумовое воздействие, инфразвук, электромагнитное поле, химическое загрязнение, строительные конструкции.
Key words: road transport, environmental safety, residential areas, noise impact, infrasound, electromagnetic field, chemical pollution, building structures.
В настоящее время автомобильный транспорт является одним из основных источников негативного воздействия на урбанизированных территориях. Его влияние неблагоприятно сказывается на качестве воздушной городской среды и уровне акустического, вибрационного, электромагнитного комфорта. По существующей статистике в 40 субъектах Российской Федерации более 54 % городского населения находится под воздействием высокого и очень высокого загрязнения атмосферного воздуха [1], а по экспертным оценкам до 70 % территории города Москвы подвержены сверхнормативному шуму. Необходимость решения этих экологи-
ческих проблем отражена в ряде правовых документов, в том числе Транспортной стратегии РФ на период до 2030 г.
Известны и широко используются основные подходы к повышению экологической безопасности территорий вблизи автодорог. На первом месте стоят организационные и технические решения, направленные на совершенствование, прежде всего, конструкции автомобиля как источника факторов неблагоприятного воздействия и переход транспортных средств на более высокие экологические классы, что сопряжено с уменьшением токсичных компонентов в выхлопах и снижением уровня шума, производимого
механизмами, системами и узлами автомобиля. Принимаются меры по снижению шума от качения шин при движении автотранспортных средств путем изменения рисунка протектора автомобильных шин, так за счет конструктивных особенностей авторезины общий уровень шума может быть уменьшен.
Широко реализуются организационные и технические м еры по м одернизации транспортной системы урбанизированных территорий и эффективной организации д орожного д вижения. Модернизация предусматривает оптимизацию логистики хозяйственно-деловых и потребительских перевозок, а также гарантированную защиту селитебных и рекреационных территорий от транспортного шума и отработавших выхлопных газов автомобилей [2].
На второе место можно поставить мероприятия по изменению состояния компонентов городских территорий, от которых также зависит уровень дискомфорта, создаваемый автомобильным транспортом. К таким мероприятиям относятся оптимальное проектирование элементов жилой застройки по отношению к автомагистралям, озеленение территорий, применение современных технологий дорожных покрытий и асфальтобетонных смесей шумопонижающих марок, установка шу-мозащитных экранов. Например, эффект снижения шума транспортных средств за счет использования шумогасящих дорожных покрытий может достигать 8 дБА на постоянных скоростях и 4 дБА в режиме разгона [3]. Масштабные меры принимаются по увеличение численности зеленых насаждений для создания «зеленых легких» города и снижениях содержания вредных примесей в воздухе городской среды и уровня шума.
Однако, несмотря на значительные наработки, внедрение и использование современных технологий и достижений науки и техники проблема экологической безопасности территорий вблизи автомагистралей автодорог различного назначения остается по-прежнему актуальной. Анализ современных исследований воздействия автотранспортных потоков на застроенные территории позволил выделить две, на наш взгляд, значимые проблемы требующие научного внимания. Первая проблема — в настоящее время в ли-
тературных и других научно-практических источниках содержится недостаточно сведений о таких физических факторах негативного воздействия автотранспорта на окружающую среду, как воздействие инф-развукового поля и электромагнитного поля, а также результатов исследований значений инфразвука и электромагнитных полей различной частоты, создаваемых автомобильным транспортом на прилегающих территориях. Вторая проблема заключается в том, что наиболее остро дискомфорт от воздействия автотранспортных потоков наблюдается на территориях уже с полностью и исторически сложившейся плотной застройкой, а многие известные и эффективные мероприятия по снижению негативного воздействия автотранспорта в полном объеме можно реализовать только в рамках новых градостроительных проектов и планах при строительстве новых городских объектов и создании соответствующей инфраструктуры.
Выходом из сложившейся ситуации является:
• проведение дальнейших исследований по уровню воздействия физических негативных факторов автотранспорта (инфразвука и электромагнитных полей различной частоты) на окружающую среду;
• проведение исследований по возможности изменения свойств компонентов (конструкций) городской среды, которые могут повлиять на уровень защищенности и комфортности населения и повышение экологической безопасности застроенных территорий. Авторы на протяжении длительного
времени проводят исследования в области мониторинга негативных физических факторов от различных источников и разработки мероприятий по снижению их воздействия на окружающую среду [4—7]. Полученные результаты позволяют выделить некоторые аспекты возникновения и распространения таких негативных физических факторов, как инфразвук, низкочастотные шумовые и электромагнитные поля, и сформулировать ряд предложений по использованию строительных конструкций для реализации мероприятий по снижению их воздействия и повышению экологической безопасности урбанизированных территорий.
тз а ш
о г>
-I
тз
о
-I
а>
О-
Г> -I 03
о
а л
X
ТЗ
О
03
а л
а>
с
а>
О-
Г> ^
X н
а
г> а>
а> т т
у
-I
о
03
О
IX
X с
X
X
ф
с
ф
и о
X
X ^
и
ф
и ф
X X
о
о
СР X X
о ^
с
о
т
I-
и
ф
IX
о
СР
I-
и о а о
ч
100 95 90 85 80 75 70
А
— <—
1 — 100 км/ч ч2
2 — 120 км/ч
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011121314151617181920 /, Гц
Рис. 1. Спектр внешнего шума автомобиля при движении
Появление на улицах городов гибридных автомобилей и электромобилей, совершенствование шумопонижающих характеристик дорожных покрытий и шин, несомненно, приведет к существенному снижению шума в звуковом диапазоне. Однако авторы считают, что уровень инфразвука и низкочастотный шум останется без изменения в силу природы генерации этих колебаний — срыв воздушных потоков с обдуваемых поверхностей транспортного средств.
Для расчетной оценки уровня внешне -го инфразвука были выбраны несколько различных типов автомобилей (автобус, грузовой автомобиль, малотоннажный грузовой автомобиль, легковой автомобиль, гибридный легковой автомобиль и микролитражный городской автомобиль). Величина инфразвукового давления оценивалась по формуле:
Р = Р С
с
Бк)2
6. /2
(1)
где р — плотность воздуха, р = 1,29 кг/м3; с — скорость звука, с = 340 м/с; Сх — коэффициент лобового сопротивления автомобиля; Бь — число Струхаля; V — скорость автомобиля, м/с; I — длина автомобиля, м.
Результаты показали, что уровни инфразвука находятся в диапазоне от 65 до 135 дБ в зависимости от скорости и типа автомобиля. Максимальные уровни внешнего инфразвука имеют место при движении грузовых автомобилей и автобусов.
На рисунке 1 приведены средние спектры внешнего шума в области частот 2—20 Гц автомобиля при скорости движения 100—120 км/ч. Ширина полосы анализа И = 1 Гц. Максимальный уровень инфразвука имеет место на частоте 2 Гц и
равен 94—97 дБ в зависимости от скорости движения. С повышением частоты он падает от частоты 6 Гц примерно 7 дБ на октаву, а при дальнейшем повышении остается практически без изменения, на частотах 10—12 Гц уровень инфразвука равен ~ 85 дБ.
Проведенные исследования показали превышение допустимого уровня шума в низкочастотном диапазоне для селитебных территорий, установлена теоретическая зависимость уровня этого вида шума от состава (структуры) автотранспортного потока, скорости движения транспортных средств.
В настоящее время принято оценивать экологическую безопасность автомобиля в основном по уровню шума слышимого звукового диапазона, по содержанию вредных веществ в отработавших газах и воздействию этих выбросов на атмосферу и население. Однако по литературным данным доля электромагнитного загрязнения автотранспортом урбанизированных территорий составляет 18—32 %, и проблема электромагнитного загрязнения от автотранспорта урбанизированных территорий также весьма актуальна [8].
Считаем, что рост общего числа автомобилей (особенно электромобилей и гибридных) на транспортных магистралях города приведет к изменению уровня электромагнитного поля в сторону увеличения. Авторы провели исследования характеристик электромагнитного поля вдоль городской автомобильной дороги в зависимости от интенсивности дорожного движения, расстояния от проезжей части
Таблица 1
Результаты исследования электромагнитных полей вдоль автомобильной дороги
№ п/п Интенсивность дорожного движения Характеристики электромагнитного поля в диапазоне частот 5 Гц — 2 кГц Характеристики электромагнитного поля в диапазоне частот 2 кГц — 400 кГц
Е, В/м В, мкТл Е, В/м В, нТл
1 0 авто/мин 2 0,01 0,01 0
2 35 авто/мин 6 0,1 0,3 1
3 58 авто/мин 15 0,2 0,8 1
5
и 4
35
авто/мин
58
Рис. 2. Зависимость напряженности электрического поля промышленной частоты от интенсивности автомобильного потока
3,5 3
2,5
2 1,5 1
0,5 0
35
авто/мин
58
Рис. 3. Зависимость напряженности магнитного поля промышленной частоты от интенсивности автомобильного потока
в различных диапазонах частот. Некоторые результаты измерений представлены в таблице 1 и на рисунках 2 и 3.
Полученные результаты подтверждают, что с ростом интенсивности движения на дороге возрастают показатели напряженности и электрического и магнитного поля в различных частотных диапазонах измерения.
На наш взгляд, в настоящее время не в полной мере используются защитные свойства строительных конструкций. В данной работе под строительной конструкцией мы понимаем часть здания или другого строительного сооружения, которая выполняет определенные несущие, ограждающие и (или) эстетические функции [9]. Заборы, ограждения, фасады зда-
ний, акустические экраны, строительные конструкции транспортных туннелей и др. должны стать объектами исследований и полигонами для реализации дополнительных мероприятий по повышению экологической безопасности территории городской застройки и снижению негативного воздействия автотранспортных средств и других источников негативных факторов.
В силу схожести волновых процессов распространения звуковой волны и электромагнитного поля строительные конструкции, как отражающие поверхности, влияют на формирование ближнего поля низкочастотного звукового и электромагнитного поля. Шумопоглощающие экраны и другие ограждающие строительные конструкции также могут быть использованы для снижения распространения инфразвуковой волны путем установки одиночных поглотителей низкочастотного шума.
Например, резонансный поглотитель акустической энергии, состоящий из воздушной полости и подвижного элемента, собственные частоты которого настраиваются на частоты, которые имеют максимальный уровень в шуме городской среды (рис. 4).
Необходимо при возведении ограждающих конструкций использовать известные закономерности повышения эффективности экранирования электромагнитного поля, например, в области низких частот эффективность электрического экранирования практически определяется качеством заземления, а в области высоких ч астот эффективность экрана, работающего в электромагнитном режиме, наря-
тз а ш
о г>
-I
тз
о
-I
а>
О-
Г> -I 03
о
а л
X
ТЗ
О
03
а л
а>
с
а>
О-
Г> ^
X н
а
г> а>
а> т т
у
-I
о
03
////////Г.
Г
ш
^¡У У //////,'/////,'////,'/<///тл
3
4
3
Рис. 4. Резонансный звукопоглотитель: 1 — корпус с воздушной полостью, 2 — воздушный объем, 3 — зазор, 4 — подвижный элемент
61
6
0
0
0
№1, 2018
О
IX
X с
X
X
ф
^
ф
и о
X
X ^
и
ф
и ф
X X
о
о
СР X X
о ^
с
о
т
I-
и
ф
IX
о
СР
I-
и о а о
7,0
6,0
5,0
« 4,0
N
I
э-
Б з,о Э
о
и
2,0
1,0
0,0
♦ ИТ «от А ПУ • ПР - "ПДКсс--ПДКмр
г ..........^
..................
0,40 -
0,30 -
2
0,20 -
0,10 -
5 10 15
Расчетный период, год а
20
0,00
**
♦ ИТ "ОТ
А ПУ • ПР
" " -ПДКсс — -ПДКмр
**
5 10 15
Расчетный период, год Ъ
20
Рис. 5. Прогноз изменения концентрации загрязняющих веществ в воздухе при использовании
фотокатализаторов:
а — оксид углерода, Ь — оксиды азота
ду с качеством заземления определяется его толщиной, проводимостью и магнитной проницаемостью. Считаем, что необходимо для снижения уровня электромагнитного поля ш ире применять для окрашивания ограждающих поверхностей (фасадов, заборов и др.) токопроводящие краски, которые производятся посредством ввода в их состав токопроводящих материалов: коллоидного серебра, графита, сажи, оксидов металла, порошковой меди и алюминия и др. Наилучшие результаты обеспечивает краска, у которой в качестве токопроводящего пигмента применяется ацетиленовая сажа и графит. Токопрово-дящие краски обеспечивают экранирующую эффективность ограждающих поверхностей не менее чем на 30 дБ в широком диапазоне частот. Это актуально не только для снижения ожидаемого уровня электромагнитного поля от автотранспортных средств, но и для снижения электромагнитного воздействия, прежде всего, воздушных линий электропередачи и других источников
Наработки авторов в области мониторинга физических факторов негативного воздействия выявили закономерности распространения полей в окружающей среде и подтвердили эффективность применения строительных конструкции для снижения уровня загрязнения на городских территориях.
Так как в автомобилях еще долгое время будут использоваться двигатели внутреннего сгорания и неизбежно загрязнение атмосферы городов оксидом углерода, оксидами азота, диоксидом серы, углеводородам и другими загрязняющим веществам выхлопных газов. Ограждающие конструкции в городской среде (фасады зданий, тротуары, акустические экраны) по литературным данным можно также использовать для нанесения фотокаталитических покрытий для снижения концентрации оксида углерода и оксидов азота. Результаты расчета эффективности использования фотокатализаторов при размещении их на ограждающих поверхностях приведены на рисунке 5 [10]. В качестве фотокаталитических покрытий предложены краски на основе диоксида титана.
Строительные конструкции, как компонент городской среды, в настоящее время в недостаточной мере используются для снижения негативного воздействия физических и химических факторов негативного воздействия на окружающую среду, поэтому предлагаемые авторами мероприятия, например, нанесение дополнительных покрытий, интегрирование одиночных и системных поглотителей в конструкции ограждений, фасадов зданий, акустические экраны и др. позволят уменьшить уровни электромагнитных по-
лей, шума и химического загрязнения тер- 2. Показано, что наиболее сложно реа-
риторий вблизи автомагистралей и авто- лизовать известные и эффективные ме- р
дорог различного назначения. роприятия по снижению негативного воз- д
действия автотранспортных потоков на п
Выводы территориях с полностью и исторически о
1. В настоящее время недостаточно ис- сложившейся плотной застройкой. Раз- п
следован уровень загрязнения среды фи- работаны предложения по использова- л
зическими факторами негативного воз- нию существующих на этих территориях п
действия, а именно электромагнитными строительных конструкций (ограждающих о
полями и инфразвуком, создаваемыми конструкций) для реализации мероприя- х
автотранспортным потоком. Приведены тий по снижению физических и химичес- л
расчетные и эмпирические исследования ких факторов негативного воздействия о
и результаты по определению этих видов автотранспортных потоков на окружаю- р
физических факторов негативного воз- щую среду (инфразвука, шума в звуковом о
действия на окружающую среду. Установ- диапазоне, электромагнитных полей и хи- о
лены зависимости факторов от интенсив- мического загрязнения) и повышения эко- е
с
ности дорожного движения и структуры логической безопасности урбанизирован-автотранспортного потока. ных территорий.
у
-I
О
и
Библиографический список х
н
1. Основы государственной политики в области экологического развития Российской Федерации на Q период до 2030 года (утв. Президентом РФ от 30 апреля 2012 года) [Электронный ресурс]. URL: ф http://base.garant.ru/70169264/#text ф
2. МДС 30-2.2008. Рекомендации по модернизации транспортной системы городов [Электронный н ресурс]. URL: http://www.tehlit.ru/1lib_norma_doc/54/54029/ ы
3. Комлик Е. А., Васильев А. В. Математическое описание и расчет шума системы «шины автотранспортного средства — дорожное покрытие» // Известия Самарского научного центра РАН. — 2010. — Т. 12. — № 1 (9). — С. 2246—2249.
4. Графкина М. В., Нюнин Б. Н., Свиридова Е. Ю. Теоретические, натурные исследования и экологическая оценка уровня инфразвука транспортного потока в условиях городской среды // Эко- 5 логия урбанизированных территорий. — 2016. — № 1. — С. 24—28.
5. Графкина М. В., Нюнин Б. Н., Свиридова Е. Ю. Теоретические положения эколого-энергети-ческого мониторинга состояния окружающей среды // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова. — 2015. — № 1. — С. 192—195.
6. Grafkina M. V., Nyunin B. N., Sviridova E. Y. Development of ecological monitoring system of environmental energy pollution // International Journal of Applied Engineering Research. — 2015. — V. 10. — № 18. — P. 38733—38740.
7. Графкина М. В., Нюнин Б. Н., Свиридова Е. Ю. Определение энергетического низкочастотного воздействия на застроенных территориях // Вестник МГСУ. — 2014. — № 4. — С. 116—124.
8. Щорс Ю. Г. Искусственное электромагнитное воздействие на природную геологическую среду // Вестник Российского фонда фундаментальных исследований. — 2012. — № 1. — С. 85—97.
9. Методические указания по составлению московских городских строительных норм проектирования зданий и сооружений (территориальные строительные нормы г. Москвы), утв. Приказом Комитета по архитектуре и строительству города Москвы № 102 от 2 августа 2005 г. [Электронный ресурс]. URL: nordoc.ru/doc/46-46186
10. Ворожин В. С. Разработка методики обеспечения экологической безопасности участников дорожного движения (на примере крупного города): Автореф. дис. канд. техн. наук. — Москва. — 2014. — 20 с.
SCIENTIFIC AND PRACTICAL RECOMMENDATIONS ON REDUCING THE NEGATIVE IMPACT OF ROAD TRAFFIC ON RESIDENTIAL AREAS
M. V. Grafkina, Dr. of Tech. Sc., Professor, Head of the Department
at the Moscow Polytechnic University, marina.grafkina@rambler.ru,
B. N. Nyunin, Dr. of Tech. Sc., Professor at the Moscow Polytechnic University,
borisnyunin@mail.ru,
E. Y. Sviridova, Cand. of Tech. Sc., Associate Professor at the Moscow Polytechnic University, evg_sviridova@mail.ru
References
O
¡2 1. Fundamentals of state policy in the field of environmental development of the Russian Federation for the ^ period until 2030 (approved by the President of the Russian Federation of April 30, 2012) [Electronic reiz source]. URL: http://base.garant.ru/70169264/#text
X 2. The IBC on 30-2.2008. Recommendations on the modernization of the urban transport system [Elec-
x tronic resource]. URL: http://www.tehlit.ru/1lib_norma_doc/54/54029/
0 3. Komlik E. A., Vasiliev A. V. Mathematical description and calculation of the noise of the system "vehicle ^
CD U O
tires — road surface" // Proceeding of the Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. - 2010. — V. 12. — № 1 (9). — P. 2246—2249. i 4. Grafkina M. V., Nyunin B. N., Sviridova E. Y. Theoretical, full-scale studies and environmental assess-
X
jj 2016. — № 1. — P. 24—28.
¡£ 5. Grafkina M. V., Nyunin B. N., Sviridova E. Y. Theoretical provisions of environmental and energy
^ monitoring of the state of the environment // Bulletin of the Belgorod State Technological University
CD
ment of the infrasound level of the traffic flow in urban environments // Ecology of Urban Areas. —
V. G. Shukhov. — 2015. — № 1. — P. 192—195. ^ 6. Grafkina M. V., Nyunin B. N., Sviridova E. Y. Development of ecological monitoring system of environ-
Ö mental energy pollution // International Journal of Applied Engineering Research. — 2015. — V. 10. —
O № 18. — P. 38733—38740.
7. Grafkina M. V., Nyunin B. N., Sviridova E. Y. Determination of the energy low-frequency impact on built-up territories // Herald of MGSU. — 2014. — № 4. — P. 116—124.
8. Shchors Y. G. Artificial electromagnetic effect on natural geological environment // Bulletin of the Russian Foundation for Basic Research. — 2012. — № 1. — P. 85—97.
9. Methodological guidelines for the compilation of Moscow city building standards for the design of buildings and structures (territorial building standards in Moscow), approved Order of the Committee on Architecture and Construction of Moscow № 102 dated August 2, 2005 [Electronic resource]. URL: nordoc.com/doc/46-46186
10. Vorozhin V. S. Development of methods for ensuring environmental safety of road users (on the example of a large city) // Abstract of dissertations. — Moscow. — 2014. — 20 p.
s x
o ^
c s
o
rn i-
U
CD iX
o
I-
u o a o
CP
64
