CC BY
21Использование результатов мониторинга атмосферного воздуха в целях безопасного размещения строительных объектов
Сидорнеко Владимир Федорович,
доктор технических наук, профессор, профессор кафедры "Урбанистика и теория архитектуры", Волгоградский государственный технический университет, [email protected]
Игнатьев Александр Владимирович,
кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры "Программное обеспечение автоматизированных систем", Волгоградский государственный технический университет, [email protected]
Аброськин Алексей Андреевич,
кандидат технических наук, инженер, страховое акционерное общество „ВСК", [email protected]
В статье изложены методические подходы к разработке информативной системы экологического мониторинга атмосферного воздуха, учитывающей комплексное влияние источников загрязнения (промышленных предприятий, автомобильного транспорта, неблагоустроенных (пылящих) территорий), а также временную и пространственную динамику условий городской среды, влияние метеорологических факторов, типов застройки. Авторами предложена система категорирова-ния территории города по результатам мониторинга, которая позволит определять зоны с высоким уровнем загрязнения атмосферного воздуха (экологической опасности), зоны усиленного мониторинга и зоны экологического благополучия. В соответствии с оценкой категории определен алгоритм действия для экологически безопасного размещения объектов строительства, в том числе жилой и социальной инфраструктуры, а также примерный перечень мероприятий по снижению возможного негативного воздействия загрязнения атмосферного воздуха.
Ключевые слова: система экологического мониторинга атмосферного воздуха, загрязнение окружающей среды, моделирование рассеивания загрязнителей в атмосфере
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ и Администрации Волгоградской области. Проект № 19-47340001.
Важным фактором городской среды, влияющим на здоровье населения в современных условиях, является загрязнение атмосферного воздуха. Несмотря на изменение социально-экономических условий, в том числе сокращение ряда промышленных предприятий, загрязнение окружающей среды в крупных городах РФ остается высоким [1-3].
Одним из направлений деятельности по обеспечению надлежащего качества атмосферного воздуха является мониторинг. Задачами мониторинга является контроль за соблюдением государственных и международных стандартов качества атмосферного воздуха, оценка воздействия поллютантов на здоровье населения и информирование органов власти и общественности о результатах наблюдения за качеством атмосферного воздуха.
Вместе с тем, система экологического мониторинга должна решать еще одну важную задачу: своевременное получение точных и актуальных данных для разработки природоохранных мероприятий, градостроительного планирования и планирования транспортных систем [4-6].
Существующие системы мониторинга атмосферного воздуха не всегда учитывают изменения условий и факторов городской среды. При длительном функционировании сети постов наблюдений, необходимо учитывать изменения пространственных и количественных характеристик источников загрязнения. Так, в современных условиях происходят достаточно быстрые изменения автотранспортных потоков (увеличение количества транспортных средств, строительство новых автомагистралей и др.). Использование новых технологий в промышленных производствах приводит к изменению состава выбросов в атмосферу, появляются новые или останавливаются имеющиеся промышленные предприятия, что изменяет объемы загрязнений. Кроме того, необходимо учитывать наличие временных площадных источников загрязнения (в т.ч. неблагоустроенных территорий). Они могут возникать и длительно существовать после сноса старых зданий, промышленных предприятий, а также во время возведения новых строительных объектов, что особенно актуально в условиях «точечной застройки». Важным фактором, влияющим на формирование сети наблюдений, является сезонное изменение «розы ветров» и особенности рассеивания загрязняющих веществ внутри различных видов застройки [7-9].
Все это делает актуальным разработку гибких систем мониторинга атмосферного воздуха, репрезентативные данные которых должны стать обоснованием объема и времени проведения мероприятий по улуч-
X X
о
го А с.
X
го т
о
2 О
м о
о см
0 см
со
01
о ш т
X
<
т о х
X
шению качества городской среды, в том числе с использованием градостроительных решений.
Итак, для безопасного размещения строительных объектов, необходима система мониторинга атмосферного воздуха, которая используя сочетание методов натурных исследований и моделирования, позволяет формировать сеть постов наблюдения с учетом оценки комплексного влияния всех источников загрязнения и изменения их параметров (стационарных и подвижных источников, неблагоустроенных территорий, а также временных- объектов строительства или сноса зданий и сооружений), преобладающего направления ветра в течение года, а также типа застройки [1].
Оценка всех имеющихся источников загрязнения и изменяющихся в течение года метеорологических факторов (направление ветра) и построение полей рассеивания загрязняющих веществ, позволяют определять на территории города зоны с наиболее высокими уровнями загрязнения атмосферного воздуха, так называемые «точки схождения». Это районы, наиболее продолжительно подверженные загрязнению от всех имеющихся на территории района источников при «розах ветров», характерных для разного периода времени года. Размещение стационарных и маршрутных постов наблюдения в «точках схождения» и изменение их размещения в течение года в зависимости от преобладающего направления ветра, позволят получить достоверные данные о состоянии атмосферного воздуха, в том числе и максимальных уровнях загрязнения [1, 10].
Это в свою очередь обеспечит более точное определение экспозиции вредных веществ на население, а также планирование дифференцированного размещения строительные объектов, в том числе жилой застройки и социальных объектов, требующих повышенной степени защиты (детские сады, школы, лечебно-оздоровительные учреждения, спортивные объекты и др.) или проведения неотложных и долгосрочных мероприятий по снижению загрязнения атмосферного [1, 2].
Для реализации этой цели предлагается категори-рование территорий города с учетом следующих критериев: наличие или отсутствие загрязнения атмосферного воздуха на исследуемо территории, кратность превышений ПДК по отдельным загрязнителям окружающей среды и по результатам комплексной оценки, уровень благоустройства территории, длительность воздействия наиболее неблагоприятных условий на территории.
На основании оценки по вышеперечисленным критериям предлагается определение трех категорий жилых территорий [1]:
1-я категория. Зона экологического благополучия (ЗЭБ) - наблюдается отсутствие загрязнения или концентрации загрязняющих веществ не превышают ПДК.
2-я категория. Зона усиленного мониторинга (ЗУМ)
- наблюдается невысокий уровень загрязнения воздуха (превышение уровней ПДК в 1,1-1,2 раза), незначительное время воздействии при неблагоприятных метеорологических условиях, влияние одного либо двух источников.
3-я категория. Зона экологической опасности (ЗЭО)
- наблюдаются значительные превышения ПДК загрязняющих веществ (выше 1,3 ПДК), одновременное воздействие двух либо трех источников, длительное по времени наличие неблагоприятных метеорологических условий.
Для практического применения результатов мониторинга, необходимо учитывать также время и силу воздействия вредных факторов в данный период года [1]. Для скрининговой оценки экологической ситуации на категорированной территории города дополнительно предлагается оценивать суммарное воздействие источников:
с = Ус. ■ ,
сум / ; 1 1 1=1
где:
С1 - воздействие стационарных источников (промышленные предприятия, объекты энергетики);
С2 - воздействие передвижных источников (автомобильного транспорта);
Сз - воздействие пылящих, неблагоустроенных территорий;
С4 - воздействие от временных источников (объекты нового строительства, сноса зданий и сооружений);
t¡ - коэффициент временного воздействия по каждому фактору.
Коэффициент временного воздействия определяется в зависимости от времени существования опасного направления ветра (ОНВ), способствующего высоким уровня загрязнения, в течение года. Так, при воздействии ОНВ на исследуемо территории в течение 23% времени года, коэффициент временного воздействия будет равен 0,23.
Для скрининговой оценки суммарного воздействия источников загрязнения атмосферного воздуха предлагается использовать балльную система оценки с учетом возможной силы влияния и сезонности (таблица 1).
Таблица 1
Система балльной оценки воздействия источников загряз-
№ Источник загряз- Теплое время Холодное время
п/п нения года года
1 Автомобильный транспорт 5 5
2 Объект энергетики (котельная) 1 5
3 Промышленное предприятие 5 5
4 Неблагоустроенные территории 5 2
5 Объекты нового 5 - во время функ- 4 - во время
строительства, ционирования, функционирова-
снос жилых зданий 0 - при отсутствии ния
и сооружений объекта 0 - при отсутствии объекта
6 Суммарная максимально возможная нагрузка (от всех источников) 21 21
Градация оценочных баллов предлагает следующие условия:
0 баллов - отсутствие источника или загрязнения от него;
1 балл - определяются минимальные концентрации загрязняющих веществ, выбрасываемых данным источником;
5 баллов - определяются максимальные концентрации загрязняющих веществ, выбрасываемых данным источником.
Предлагаемая система скрининговой оценки воздействия источников загрязнения дополнительно позволит оценить максимально возможную суммарную антропогенную нагрузку на исследуемую территорию (от всех источников), а также выделить приоритетный
источник загрязнения с учетом времени воздействия в течение года.
Оценка и сопоставление всех полученных данных (о рассеивании загрязняющих веществ, результатов кате-горирования по уровню экологического благополучия, балльной оценки воздействия источников загрязнения) может быть положена в основу обоснования мероприятий по снижению загрязнения атмосферного воздуха и дифференцированного подхода к экологически безопасному размещению строительных объектов.
Так, возможно использовать следующие меры по снижению негативного влияния загрязнения атмосферного воздуха на городской территории, в зависимости от выявленных приоритетных источников воздействия:
1. По снижению влияния передвижных источников (автомобильного транспорта): снижение интенсивности движения автотранспорта, сокращение грузового потока в центре города, правильное регулирование перекрестков, объездные дороги и многоуровневые развязки, озеленение и др.
2. По снижению выбросов стационарных источников (промышленных, энергетических предприятий): совершенствование технологии производства, безотходное производство, использование эффективного пыле-газоочистного оборудования и др.
3. По снижению воздействия неблагоустроенных (пылящих) территорий: мероприятия по озеленению, мощение тротуаров и др.
4. По снижению воздействия временных источников загрязнения (объектов нового строительства и сноса): максимально сокращение сроков строительства, благоустройство и озеленение территорий после сноса зданий и сооружение и др.
Результаты категорирования территорий по степени экологического благополучия предлагается использовать для обоснования возможности дифференцированного размещения различных объектов строительства следующим образом:
1. Зона экологического благополучия (ЗЭБ) - предпочтительно размещение объектов, где возможно присутствие групп населения, наиболее чувствительных к неблагоприятному воздействию загрязняющих веществ: детские образовательные учреждения (детские сады и школы), больницы (ЛПУ), зоны отдыха, спортивные объекты.
2. Зона усиленного мониторинга (ЗУМ) - возможно размещение жилой застройки (при проведении детального мониторинга атмосферного воздуха, моделировании и прогнозировании дальнейшей ситуации и недопущении ухудшения экологической обстановки);
3. Зоны экологической опасности (ЗЭО) - разрешается размещение только административно-хозяйственных, складских и торговых зданий. На данной территории необходимо неотложное проведение мероприятий по снижению загрязнения атмосферного воздуха.
Таким образом, полученные репрезентативные данные мониторинга атмосферного воздуха целесообразно использовать в целях обоснования экологически безопасного размещения различных строительных объектов, а также целенаправленного планирования мероприятий по улучшению условий городской среды, что позволит обеспечить населению безопасные условия проживания и сохранение здоровья.
Литература
1. Аброськин А.А. Динамическая система экологического мониторинга атмосферного воздуха для обеспече-
ния экологический безопасности строительных объектов: дис. ... канд. техн. наук наук: Волгоград, 2017. 142 с.
2. Kholod N., Evans M., Gusev E., Yu S., Malyshev V., Tretyakova S., Barinov A. A Methodology for Calculating Transport Emissions in Cities with Limited Traffic Data: Case Study of Diesel Particulates and Black Carbon Emissions in Murmansk // Science of the Total Environment. 2016. Volume 547. pp 305-313.
3. Ottosen T.B., Ketzel M., Skov H., Hertel O., Brandt J., Kakosimos K.E. A parameter estimation and identifiability analysis methodology applied to a street canyon air pollution model // Environmental Modelling & Software. 2016. Volume 86. pp 165-176.
4. Абрамова А.Г., Плуготаренко Н.К., Петров В.В., Маркина А.В. Системный подход к разработке концепции экологического мониторинга промышленных городов // Инженерный вестник Дона, 2012, №4-2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4p2y2012/1342/.
5. Сазонов Э.В., Смольянинов В.В. Зонирование территорий при градостроительном проектировании с позиции обеспечения экологической безопасности // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Строительство и архитектура. 2010. №3. С. 120-130.
6. Слесарев М. Ю. Научные основы и инновационные методы формирования систем экологической безопасности строительства: автореф. дис. ... д-р техн. наук: 03.00.16. М., 2007. 44 с.
7. Сидоренко В.Ф. Теоретические и методологические основы экологического строительства. Волгоград: ВолгГАСА, 2000. 200 с.
8. Иванова Ю.П., Надер Б.Ю., Мишаков В.А., Шаповалова Ю.А., Иванова О.О., Азаров В.Н. Влияние метеорологических условий на рассеивание вредных выбросов в городской среде // Инженерный вестник Дона, 2020, №1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2020/6263
9. Антюфеев А.В., Птичникова Г.А. Линейный город. Градостроительная система Большой Волгоград, Волгоград: Волгоградский государственный технический университет, 2018, - 197 с.
10. Мониторинг качества атмосферного воздуха для оценки воздействия на здоровье человека / Копенгаген: Региональные публикации ВОЗ, Европейская серия, № 85, 2001. 293 с.
11. Левин Ю.А. Рынок малоэтажного жилищного строительства: факторы развития и перспективы // Экономика строительства. 2005. № 12. С. 20-27.
Using the results of atmospheric air monitoring for the safe
location of construction sites Sidorenko V.F., Ignatyev A.V., Abroskin A.A.
Volgograd State Technical University professor, VSK This paper describes methodological approaches to the development of an air quality monitoring system that takes into account combined impact of pollution sources (heavy industry, vehicles and undeveloped areas) as well as temporal and spatial urban development dynamics, meteorology and development types. The authors propose the city areas grading system based on the monitoring results. It allows identifying and categorizing city areas by the level of pollution. According to the city areas environmental assessment an algorithm to determine ecologically safe construction sites locations as well as an illustrative list of measures to reduce the possible negative effects of air pollution have been developed. Keywords: environmental monitoring system for atmospheric air, environmental pollution, modeling of dispersion of pollutants in the atmosphere
X X О го А С.
X
го m
о
2 О
м о
References
1. Abros'kin A.A. Dinamicheskaya sistema ekologicheskogo monitoringa atmosfernogo vozdukha dlya obespecheniya ekologicheskiy bezopasnosti stroitel'nykh ob"ektov [A dynamic system of environmental monitoring of atmospheric air to ensure environmental safety of construction sites]: dis. ... cand. tech. of sciences: 05.23.19. Volgograd, 2017.142 p.
2. Kholod N., Evans M., Gusev E., Yu S., Malyshev V., Tretyakova S., Barinov A. Science of the Total Environment. 2016. Volume 547. pp 305-313.
3. Ottosen T.B., Ketzel M., Skov H., Hertel O., Brandt J., Kakosimos K.E. Environmental Modelling & Software. 2016. Volume 86. pp 165-176.
4. Abramova A.G., Plugotarenko N.K., Petrov V.V., Markina A.V. Inzhenernyj vestnik Dona (Rus), 2012, №.4-2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4p2y2012/1342/.
5. Sazonov Je.V., Smol'janinov V.V. Nauchnyj vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo arhitekturno-stroitel'nogo universiteta. Stroitel'stvo i arhitektura (Rus), 2010. №3. S. 120130.
6. Slesarev M.Ju. Nauchnye osnovy i innovacionnye metody formirovanija sistem jekologicheskoj bezopasnosti stroitel'stva[Scientific foundations and innovative methods for the formation of environmental safety systems in construction: abstract. dis. ... Dr. tech. of sciences]: abstract. dis. ... Dr. tech. of sciences: 03.00.16. M., 2007. 44 p.
7. Sidorenko V.F. Teoreticheskie i metodologicheskie osnovy ekologicheskogo stroitel'stva [Theoretical and methodological foundations of ecological construction]. Volgograd: VolgGASA, 2000. 200 p.
8. Ivanova Ju.P., Nader B.Ju., Mishakov V.A., Shapovalova Ju.A., Ivanova O.O., Azarov V.N. Inzhenernyj vestnik Dona (Rus), 2020, №1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2020/6263
9. Antyufeev A.V., Ptichnikova G.A. Linejnyj gorod. Gradostroitel'naya sistema Bol'shoj Volgograd, Volgograd [Linear city. Town-planning system Big Volgograd, Volgograd]: Volgogradskij gosudarstvennyj tekhnicheskij universitet, 2018. 197 p.
10. Monitoring kachestva atmosfernogo vozduha dlja ocenki vozdejstvija na zdorov'e cheloveka [Monitoring air quality to assess effects on human health]: Kopengagen: Regional'nye publikacii VOZ, Evropejskaja serija, № 85, 2001. 293 p.
11. Levin Yu.A. Low-rise housing market: development factors and prospects // Construction Economics. 2005. No. 12. P. 2027.
o
CS
o
CS CO
o
HI
m
X
<
m o x
X
