CC BY
71
УДК 504.064.36
1А.Р. Шагидуллин, 1А.Н. Сизов, 2Р.А. Шагидуллина
'Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, Artur.Shagidullin@tatar.ru Министерство экологии и природных ресурсов РТ, Raisa.Shagidullina@tatar.ru
актуализация методики расчета мощности эмиссии вредных веществ автотранспортом при его движении по городским улицам
В работе приводятся данные исследования состава транспортных потоков г. Казани, а также характеристик автотранспортных средств, состоящих на учете в Республике Татарстан. Определяются пробеговые выбросы для различных групп транспорта. Предлагается методика расчета выбросов вредных веществ от автомобилей на городских автомагистралях, использующая значения пробего-вых выбросов.
Ключевые слова: загрязнение воздуха; экологические характеристики; автотранспорт; удельные выбросы.
Введение
Наиболее распространенный способ моделирования загрязнения атмосферного воздуха выбросами автомобилей включает этапы сбора информации о составе и интенсивности транспортных потоков на территории города, определения массы выбросов вредных веществ на основе полученных данных о транспортных потоках и значениях удельных выбросов для тех или иных групп транспорта, последующего расчета рассеивания выбрасываемых в зоне автодорог вредных веществ и определения их концентраций в прилегающих зонах.
В качестве методики расчета рассеивания вредных примесей в Российской Федерации (РФ) в настоящее время в большинстве случаев применяется методика, описанная в нормативном документе ОНД-86 (Методика расчета..., 1987). Данный документ устанавливает формулы для расчета приземных концентраций на основе данных о параметрах источников выбросов вредных веществ и климатических условий (направление, скорость ветра, период года - летний или зимний).
Расчеты рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе на практике всегда несут в себе некоторую погрешность вследствие сложности реальных процессов перемещения воздушных масс, зависящих от многих параметров. Точность результатов таких расчетов в первую очередь зависит от корректности исходных данных, то есть от возможности максимально объективно определить количество вредных веществ, поступающих в воздух вместе с отработавшими газами автомобилей.
Определение количества выбрасываемых транспортными потоками вредных примесей, в свою очередь, зависит от точности используемых удельных значений - средних величин выбросов вредных веществ, образующихся при движении
автомобилей определенной группы. Удельные значения могут отличаться для тех или иных территорий или городов вследствие отличий в составе автопарка.
Данная работа посвящена исследованию экологических характеристик автопарка Республики Татарстан (РТ) и определению адаптированных значений удельных выбросов вредных веществ с выхлопными газами автомобилей для использования их при расчетах загрязнения атмосферного воздуха транспортными потоками.
Материалы и методы исследования
Количество выбрасываемых в атмосферный воздух загрязняющих веществ в результате работы двигателей автомобилей зависит от многих факторов: объема двигателя, эффективности работы систем автомобиля, обеспечивающих снижение выбросов, технического состояния автомобиля, типа используемого топлива и его качества, соблюдения правил эксплуатации и технического обслуживания автомобиля, стиля вождения водителя транспортного средства, дорожной обстановки и ряда других факторов.
Важнейшей характеристикой автомобиля с точки зрения количества образующихся загрязняющих веществ является его экологический класс. Экологический класс - классификационный код, характеризующий автомобильную технику и двигатель внутреннего сгорания в зависимости от уровня выбросов.
В апреле 2006 года в РФ вступил в силу Технический регламент «О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, вредных (загрязняющих) веществ» (утв. постановлением Правительства РФ от 12 октября 2005 г.
58
российский журнал прикладной экологии
№ 609). В соответствии с данным регламентом (с учетом последующих корректировок) поэтапно вводились в действие технические нормативы выбросов в отношении автомобильной техники, выпускаемой в обращение на территории РФ. Указанные в регламенте требования относятся как к автомобилям, произведенным на территории страны, так и к импортируемым (в том числе в частном порядке).
Как отмечалось выше, уровень выбросов существенно зависит от качества используемого топлива. Бензины и дизельные топлива, в свою очередь, делятся на экологические классы 2, 3, 4 и 5 в соответствии с Техническим регламентом «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту» (утв. постановлением Правительства РФ от 27 февраля 2008 г. № 118).
С учетом большого количества влияющих факторов при расчетах мощности эмиссии вредных веществ автомобилями, участвующими в городском движении, должны использоваться усредненные показатели выбросов для автомобилей в разбивке на группы. Это необходимо для учета различий экологических характеристик разных видов автомобилей. Например, выбросы легкового автомобиля будут существенно отличаться от выбросов грузового, двигающегося по той же дороге с той же скоростью.
Существует два основных подхода к определению выбросов загрязняющих веществ от автомобильного транспорта.
Первый подход основан на использовании статистических данных об объемах потребляемого топлива, состава автопарка города или иного субъекта (по данным регистрирующего органа), средних значениях пробега для различных типов транспорта и т.д. В этом отношении следует отметить компьютерную программу для расчета выбросов дорожного транспорта COPERT4 (http:// www.emisia.com/copert/ru/General.html), разработанную в Греции. Подходы, основанные на использовании статистических данных об объемах потребляемого топлива, также описаны (Расчетная..., 2006; Расчетная..., 2008). Ограничением такого подхода является возможность определения лишь валовых выбросов (за длительный период времени).
Второй подход заключается в определении массы вредных веществ, выбрасываемых в атмосферный воздух потоками автомобилей, на основе использования данных о составе, интенсивности и скоростных параметрах транспортного дви-
жения на исследуемых автодорогах совместно с усредненными значениями пробеговых выбросов автомобилей различных групп (средние значения выброса вредных веществ при движении автомобиля той или иной группы по городской дороге, г/км). Преимуществом данного подхода является возможность определения разовых выбросов (мощность выброса, г/с) и, соответственно, возможность расчета приземных концентраций на прилегающих к автодорогам территориях.
Такой подход реализован в нескольких методиках проведения инвентаризации выбросов загрязняющих веществ от автотранспортных средств в городских масштабах (Расчетная..., 2006; Расчетная..., 2008; Методика., 1993; Методика., 1996; Методика., 1999; Методика., 2010). В настоящее время готовится к выходу в виде национального стандарта модернизированный вариант методики (Расчетная., 2008). В основе всех перечисленных методик для определения количества образующихся вредных примесей лежит один и тот же принцип - использование средних удельных показателей выбросов автомобилей различных групп, таких как легковые, микроавтобусы, грузовые в зависимости от массы и т.д. Исходными данными для расчета являются данные об интенсивности движения и составе транспортного потока на том или ином участке дороги.
Методики более поздних лет во многом являются результатом доработки более ранних. Среди вышеупомянутых следует выделить две методики: «Расчетная инструкция по инвентаризации выбросов загрязняющих веществ от автотранспортных средств на территории крупнейших городов» и «Методика определения выбросов автотранспорта для проведения сводных расчетов загрязнения атмосферы городов (дополненная и переработанная)» (Расчетная., 2008; Методика., 2010). Данные методики отличаются количеством категорий транспортных средств, для которых определены величины удельных выбросов, а также количеством учитываемых загрязняющих веществ. Кроме того, необходимо отметить, что первая методика предназначена для определения валовых выбросов. Максимальные разовые выбросы с ее помощью могут быть рассчитаны только после некоторого преобразования формул.
С точки зрения удобства применения, преимуществом обладает методика «Методика определения выбросов автотранспорта для проведения сводных расчетов загрязнения атмосферы городов (дополненная и переработанная)» (Методика., 2010). Она оперирует меньшим количеством групп транспорта, легко различимых при
проведении натурных обследований транспортных потоков, и содержит более простые таблицы удельных значений выбросов.
«Расчетная инструкция по инвентаризации выбросов загрязняющих веществ от автотранспортных средств на территории крупнейших городов» (Расчетная..., 2008), напротив, содержит более подробные данные о значениях удельных выбросов в зависимости от характеристик автомобиля. Однако разделение наблюдаемого транспортного потока на соответствующие группы требует проведения дополнительных исследований и привлечения данных о составе транспорта, состоящего на учете в данном субъекте.
В силу высоких темпов развития автомобильной промышленности, а также возможных территориальных различий точность определения выбросов вредных веществ автомобилями, участвующими в дорожном движении, существенным образом зависит от наличия объективных данных о характеристиках транспортных потоков на исследуемой территории, которые, в свою очередь, позволяют определить корректные значения удельных выбросов вредных веществ при движении автомобилей.
Таким образом, становится необходимым проведение исследований с целью определения подробных характеристик автомобилей, участвующих в дорожном движении в данном регионе. Полученные характеристики могут быть использованы для определения средних значений выбросов автомобилей той или иной группы, таких как легковые, грузовые в зависимости от массы и т.д. Для получения максимально объективных результатов такие исследования должны опираться как на результаты натурных наблюдений за составом транспортных потоков, так и на данные соответствующего регистрирующего органа по субъекту РФ.
Натурные наблюдения проводятся с целью определения марочного состава транспортного потока на исследуемой территории. Для часто встречающихся в потоке марок и моделей автомобилей, состоящих на учете в данном регионе на основе данных регистрирующего органа об автотранспорте, определяется количество автомобилей разных лет выпуска, а также такие данные, как соотношение автомобилей с разными объемами двигателей, разной полной массы и т.д. Далее привлекается информация об экологических классах автомобилей различных марок и моделей, выпускавшихся в обращение на территории
РФ в тот или другой год. В результате может быть установлен состав транспортных потоков на исследуемой территории в разбивке на экологические классы.
Результаты и их обсуждение
Натурные исследования марочного состава транспортного потока были проведены в г. Казани для проспекта Победы с интенсивным движением как легкового, так и грузового транспорта. Исследования были проведены для трех участков проспекта (в районе пересечения с ул. Братьев Ка-симовых, с ул. Ломжинская и с ул. Мамадышский Тракт). Наблюдения проводили в часы пиковой транспортной нагрузки в течение 20 минут на каждом участке. В течение этого времени проводилась видеосъемка потока автомобилей. Затем по видеофайлам в камеральных условиях проводили подсчет автомобилей различных марок и моде-
Таблица 1. Распределение автомобилей, движущихся в транспортном потоке,
по экологическим классам
Группы автотранспортных средств Доля автомобилей по экологическим классам
0 1 2 3 4 5
Легковые отечественные 0.156 0.039 0.258 0.229 0.237 0.082
Легковые зарубежные 0.006 0.011 0.074 0.380 0.393 0.136
Микроавтобусы отечественные* 0.501 0.037 0.245 0.152 0.043 0.022
Микроавтобусы зарубежные* 0.118 0.006 0.039 0.586 0.167 0.084
Автобусы малые отечественные** 0.405 0.041 0.230 0.241 0.019 0.065
Автобусы малые зарубежные** 0.000 0.015 0.395 0.376 0.161 0.054
Автобусы большие отечественные** 0.006 0.136 0.263 0.379 0.162 0.054
Автобусы большие зарубежные** 0.000 0.000 0.647 0.224 0.096 0.032
Грузовые < 3.5 т, отечественные*** 0.216 0.063 0.268 0.317 0.091 0.045
Грузовые < 3.5 т, зарубежные*** 0.000 0.000 0.707 0.205 0.059 0.029
Грузовые < 7.5 т, отечественные*** 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
Грузовые < 16 т, отечественные*** 0.883 0.095 0.017 0.003 0.001 0.001
Грузовые < 7,5 т, зарубежные*** 0.118 0.000 0.188 0.432 0.185 0.077
Грузовые < 16 т, зарубежные*** 0.015 0.000 0.138 0.527 0.226 0.094
Грузовые >16 (>32) т, отечественные*** 0.588 0.120 0.109 0.114 0.049 0.020
Грузовые >16 (>32) т, зарубежные*** 0.015 0.015 0.102 0.540 0.231 0.096
Примечание. *Микроавтобусы - автобусы с полной массой менее 3.5 т и длиной менее 5.5 м; **малые, большие - классы автобусов по длине (малые - с длиной менее 8 м, большие - с длиной менее 12 м); ***указанное условие касается полной массы автомобиля.
60
российский журнал прикладной экологии
лей. В процессе наблюдений было зарегистрировано 65 марок и 306 моделей автомобилей. При этом около половины из них немногочисленны, т.е. на их долю приходится менее 0.2-0.3% потока автомобилей.
С использованием данных Управления ГИБДД МВД по РТ для моделей машин, доля которых в общем транспортном потоке составляет более 0.2-0.3%, было определено количество автомобилей, зарегистрированных в РТ, в разбивке на группы, в зависимости от года выпуска: до 1997, 1997-2000, 2001-2002, 2003-2004, 2005, 2006-2007, 2008-2009, 2010, 2011-2012, 2013.
Опираясь на сроки введения в действие технических нормативов выбросов в отношении автомобильной техники, выпускаемой в обращение на территории РФ, на данные производителей о сроках производств автомобилей того или иного экологического класса, на базу данных «Одобрений типа транспортного средства» на зарубежные автомобили официального сайта Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии (http://www.gost.ru/ wps/portal/pages.OTTS), а также с учетом справочной таблицы с ориентировочной информацией о соответствии автомобилей экологическим классам выбросов, в зависимости от их года выпуска и страны происхождения, были определены экологические классы моделей автомобилей, участвовавших в транспортном потоке исследуемой трассы г. Казани на момент проведения исследований, в зависимости от года выпуска.
При разделении автомобилей на группы для обеспечения сопоставимости результатов был применен подход, использованный в «Расчетной инструкции по инвентаризации выбросов загрязняющих веществ от автотранспортных средств на территории крупнейших городов» (Расчетная., 2008) с дополнительным разделением на автомобили отечественного и зарубежного производства. Такое разделение было использовано в связи с довольно значительными отличиями средних экологических характеристик автомобилей. Здесь и далее под отечественными автомобилями понимаются автомобили марок стран СНГ, под зарубежными - всех прочих. Произведенные на территории РФ автомобили зарубежных марок отнесены к зарубежным. Полученные данные о распределении автомобилей в транспортном потоке по экологическим классам представлены в табл. 1.
На основе данных Управления ГИБДД МВД по РТ также было получено распределение автомобилей по типам используемого топлива в зависимости от объема двигателя (для легковых) и полной массы (для грузовых и автобусов). Полученные данные приведены в табл. 2, 3.
Таблица 2. Распределение легковых автомобилей, движущихся в транспортном потоке, по типам используемого топлива
Тип топлива Объем двигателя,л Доля в общем количестве (отеч.) Доля в общем количестве (заруб.)
Бензин <1.4 0.104 0.237
1.4-2.0 0.781 0.600
>2.0 0.112 0.123
СНГ* <1.4 0.000 0.000
1.4-2.0 0.000 0.000
>2.0 0.000 0.000
ДТ* <1.4 0.000 0.001
1.4-2.0 0.000 0.010
>2.0 0.002 0.030
Примечание. *СНГ - сжиженный нефтяной газ; ДТ - дизельное топливо.
Таблица 3. Распределение грузовых автомобилей и автобусов, движущихся в транспортном потоке, по типам используемого топлива
Полная масса Тип топлива Доля в весовой категории
Грузовые (отеч.) Грузовые (заруб.) Автобусы (отеч.) Автобусы (заруб.)
<3.5 т Бензин 0.557 0.689 0.333 0.933
СНГ 0.000 0.000 0.000 0.003
ДТ 0.443 0.311 0.667 0.065
3.5-7.5 т Бензин 0.659 0.143 0.939 0.379
СНГ 0.002 0.005 0.015 0.011
ДТ 0.339 0.852 0.046 0.610
7.5-16 т Бензин 0.318 0.310 0.730 0.139
СНГ 0.004 0.006 0.004 0.005
ДТ 0.678 0.684 0.266 0.856
16-32 т Бензин 0.050 0.057 0.056 0.082
СНГ 0.007 0.008 0.012 0.004
ДТ 0.943 0.934 0.932 0.914
>32 т Бензин 0.040 0.070 1.000 0.200
СНГ 0.004 0.009 0.000 0.000
ДТ 0.956 0.920 0.000 0.800
Полученные усредненные характеристики автотранспортных средств (АТС), участвующих в дорожном движении по городским улицам г. Казани (табл. 1-3), с учетом удельных значений выбросов автомобилей согласно «Расчетной инструкции по инвентаризации выбросов загрязняющих веществ от автотранспортных средств на территории крупнейших городов» (Расчетная., 2008), были использованы для вывода значений средних про-
Заключение
Производство автомобильного транспорта является быстро развивающейся отраслью народного хозяйства. Рост конкуренции, рост экологических требований, государственные меры по стимулированию перехода на экологически менее вредные технологии приводят к быстрому изменению характеристик как служебного автопарка, так и личного транспорта населения. Для возможности проводить точные оценки уровня негативного воздействия транспорта необходимо наличие актуальной методики, отражающей современные особенности автопарка в целом.
Опробованный в работе актуализированный вариант методики, основанной на средних про-беговых выбросах автотранспорта различных групп, предложенных в данной работе, на практике предполагает следующее. Для оценки существующих уровней загрязнения атмосферного воздуха проводятся наблюдения транспортных потоков на исследуемых участках и определяется интенсивность движения транспорта в разбивке на обозначенные в методике группы. Расчеты проводятся с учетом значений пробеговых выбросов, длины исследуемых участков и коэффициента, обеспечивающего соответствие размерностей. Результатом является мощность (г/с) выбросов по основным загрязняющим веществам, таким как оксид углерода, оксиды азота, углеводороды и т.д.
Предлагаемый подход позволяет осуществлять прогнозные оценки с учетом данных о планируемой в будущем интенсивности движения транспорта. Результаты могут быть распространены на другие города РТ.
Список литературы
1. Методика определения массы выбросов загрязняющих веществ автотранспортными средствами в атмосферный воздух. М., 1993.
2. Методика определения выбросов автотранспорта для проведения сводных расчетов загрязнения атмосферы городов. М., 1999.
3. Методика определения выбросов автотранспорта для проведения сводных расчетов загрязнения атмосферы городов (дополненная и переработанная). СПб., 2010.
4. Расчетная инструкция по инвентаризации выбросов загрязняющих веществ автотранспортными средствами в атмосферный воздух. М., 2006.
5. Методика расчетов выбросов в атмосферу загрязняющих веществ автотранспортом на городских магистралях. М., 1996.
6. Методика расчета концентрации в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД-86. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 94 с.
7. Расчетная инструкция по инвентаризации выбросов загрязняющих веществ от автотранспортных средств на территории крупнейших городов. М., 2008.
8. [Электронный ресурс] http://www.emisia.com/copert/ru/ General.html, режим доступа: свободный.
9. [Электронный ресурс] http://www.gost.ru/wps/portal/ pages.OTTS, режим доступа: свободный.
A.R. Shagidullin, A.N. Sizov, P.A. Shagidullina. Actualization of motor transport air pollutant emission calculating method
Kazan motor transport streams structure combined with Republic of Tatarstan STSI data were jointly investigated. The different motor transport groups running exhaust emission was defined. The method of motor transport air pollutant emission calculating was supposed.
Keywords: air pollution; environmental attributes; motor transport; specific motor vehicle emissions.
