CC BY
45
ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ
УДК 59.002 DOI: 10.24412/1816-1863-2021-4-19-24
о
ИССЛЕДОВАНИЕ Б. И. Гиясов, к. т. н, доцент, л
ФГБОУ ВПО «Московский г
п
г. Москва, Россия, о
^
б
Москва, Россия
п
государственный строительный НА ЭКОЛОГИЮ университет», dandyr@mail.ru,
ВОЗДУШНОГО БАССЕЙНА м , э
М. К. Зуева, инженер,
СОВРЕМЕННЫХ ГОРОДОВ ООО «НПО Стройпрогресс»,
ma.zuewa2015@yandex.ru,
Рассмотрены основные причины изменения экологии воздушного бассейна городов; выявлены факторы, влияющие на загрязнение окружающей среды, характерные только современным городам; обозначена роль городского транспорта в повышении уровня загрязнения городской среды. В статье рассмотрены меры, способствующие сохранению чистоты воздуха в городском прост- О ранстве при сложившейся городской застройке. Проведена оценка загрязняющих веществ, ко- т торые являются основными факторами развития различных заболеваний у горожан. Среди них л твердые частицы, проникающие в дыхательную систему при вдыхании, которые вызывают рес- с пираторные и сердечно-сосудистые заболевания, нарушения репродуктивной и центральной в нервной систем и другие заболевания. Выявлена роль современных городов в формировании экологии воздушного бассейна. Проанализирована активность жилой среды городского пространства при современных условиях, и последствия этой активности, способствующие образованию «острова тепла» и инверсии температуры в городских территориях. Формирование приземной инверсии температуры, меняя местные микроклиматические параметры, влияют на аэра цию территорий, что усугубляет экологическую ситуацию воздушного бассейна современных И городов. В статье также проведен анализ основных энергоресурсов, использование которых приводит к ухудшению качества не только воздуха, но и качества почвы и воды.
г>
-I
ТЗ
О
тз о ш
Г)
о
X
о
ы
The article is devoted to the research of main causes influencing on the ecology of the city air basin. There are factors of environmental pollution of modern cities. The role of urban transport in increasing the level of pollution of the urban environment is outlined. The article considers measures that con- Щ т tribute to the preservation of clean air in the urban space. Also, an assessment of pollutants, which are the main factors in the development of various diseases among citizens, was carried out. Among them are particulate matter that enters the respiratory system, which causes respiratory and cardiovascular diseases, reproductive and central nervous system disorders and other diseases. The role of modern cities in the formation of the ecology of the air basin is revealed. The activity of the living environment of the urban space under modern conditions, and the consequences of this activity, contributing to the formation of a "heat island" and temperature inversion in urban areas, are analyzed. The formation of surface temperature inversion, changing local microclimatic parameters, affects the aeration of territories, which aggravates the ecological situation of the air basin of modern cities. The article also analyzes the main energy resources, the use of which leads to a deterioration in the quality of not only air, but also the quality of soil and water.
Ключевые слова: экология, воздушный бассейн, современный город, факторы загрязнения, жилая среда, воздухообмен.
Keywords: ecology, air pool, modern city, pollution factors, living environment, air exchange.
Введение
Вопрос сохранения экологического баланса в последнее время в связи бурным развитием городов и промышленности, а также ростом численности населения приобретает все большую актуальность. Основной целью решения этого вопроса является не только поддержка текущего состояния экологической ситуации, но и поиск возможностей по его улучшению. Известно, что от состояния окружающей среды на 20 % зависит здоровье челове-
ка. Для городских жителей состояние воздушного бассейна города является главенствующим фактором, определяющим экологию окружающей среды и качество жизни.
Воздушным бассейном принято считать воздушное пространство в пределах города или промышленной зоны, где сосредоточен источник воздуха, необходимый для жизни человека и других живых существ, и организмов. Воздушный бассейн современных городов является наиболее уязвимым компонентом жизненной
о
т
I-
и
со О X
О ^
и а
О ^
О
о
и
Ш
IX
О ^
I-
и
и о
X
и о с
о
со ф
Ю ч;
О ^
и Ф т
О
Рис. 1. Образование «острова тепла»: а — схема распространения промышленных выбросов при образовании «острова тепла» (глубокая приземная инверсия); б — циркуляция в нижнем слое атмосферы над городом
среды и несет на себе большую нагрузку. Жизненная среда города состоит из таких частных сред, как природная среда, высокотехнологичная производственная среда, среда ежедневных интенсивных передвижений, среда отдыха и домашняя среда, а также среда с городской застройкой. Одной из важных составляющих жизненной
среды города является жилая среда [1]. Жилая среда современного города состоит из многоэтажных жилых зданий с активным дворовым пространством, где горожане осуществляют свою непроизводственную деятельность. Рост населения городов и деловая активность горожан способствует интенсивному использованию автомобильного транспорта, что приводит к загрязнению воздуха в низком расположении в пределах жилой территории.
Модели и методы
Территория городской застройки представляет собой вертикальные и горизонтальные поверхности, аккумулирующие тепловой поток, поступающий от солнечной радиации. При таких условиях концентрация загрязняющих веществ способствует образованию «острова тепла» в городской территории (рис. 1) [2].
Кроме того, экологическую ситуацию осложняют застои воздушных масс, вызванные природно-климатическими факторами, такие как штиль, приземная инверсия температуры (рис. 2). Инверсии температуры в некоторых регионах могут наблюдаться круглый год.
Таким образом, можно отметить, что загрязнение воздушной среды может быть вызвано такими факторами, как выхлоп-
-10 °с
Выброс вредных веществ должен уйти в верхние слои и там рассеиться, но ему этого сделать не даст температурная инверсия
+5 °С
При нормальных условиях чем выше, но при температурных инверсиях, на высоте появляется слой теплого воздуха
Рис. 2. Формирование инверсии температуры
ные газы автотранспорта, строительство, выбросы от коммерческих и промышленных предприятий, увеличение населения, разрастание городов, уменьшение зеленых покровов и т. д. Концентрации этих факторов в городском пространстве и плотная застройка способствуют образование «острова тепла».
Известно, что воздух состоит в основном из азота и кислорода — 78 и 21 % соответственно по объему. Оставшийся 1 % представляет собой смесь других газов, в основном аргона (0,9 %), а также следовых (очень небольших) количеств углекис-логогаза, метана, водорода, гелия и многих других. Водяной пар также является нормальным, хотя и весьма изменчивым компонентом атмосферы, обычно составляющим от 0,01 до 4 % по объему; при очень влажных условиях содержание влаги в воздухе может достигать 5 % [3].
Вследствие факторов активной деятельности горожан в условиях современной городской среды возникают загрязнители воздуха, вызывающие наибольшую обеспокоенность. К ним относятся диоксид серы, диоксид азота и монооксид углерода (они выбрасываются непосредственно в воздух из ископаемых видов топлива, таких как мазут, бензин и природный газ, которые сжигаются на электростанциях, автомобилях и других источниках сгорания). Озон, как ключевой компонент смога, также является газообразным загрязнителем. Он образуется в атмосфере в результате сложных химических реакций, происходящих между диоксидом азота и различными летучими органическими соединениями (например, парами бензина).
Автомобильные выхлопные газы с большой концентрацией монооксида углерода зачастую превышают допустимые нормы, что еще больше вредит воздушному бассейну города. Монооксид углерода — это невидимый газ без запаха, образующийся в результате неполного сгорания. Этот газ также выделяют и электростанции, но поскольку они тщательно спроектированы, эксплуатация ведется для обеспечения максимальной эффективности сгорания. Монооксид углерода, влияя на человека, легко вытесняет кислород из кровотока, приводя к удушью при достаточно высоких концентрациях и времени воздействия [4].
Сжигание угля и нефти также подвергает опасности качество воздуха. Выделяемый газ — диоксид серы — приводит к образованию кислотных дождей, входя в реакцию с туманом, что приводит к повреждению не только воздушного бассейна, но и к загрязнению рек и почвы. Кислотный дождь усугубляет проблему глобального потепления из-за содержащегося в его составе диоксида серы и оксида азота, они оказывают большое экологическое воздействие, особенно на водные ресурсы, что может привести к гибели экосистем и разрушению пищевой цепочки.
Кислотный дождь также может вызывать коррозию металлов и износ открытых поверхностей городских зданий и общественных памятников, что в свою очередь влияет на экологию. Таким образом, здания, которые выдержали атмосферные воздействия тысячи лет, за последние 25 лет начали быстро разрушаться.
Из нескольких форм оксидов наибольшее беспокойство вызывает диоксид азота. Диоксид азота вступает в реакцию в атмосфере с образованием азотной кислоты, способствуя возникновению проблемы кислотных дождей. Кроме того, он играет определенную роль в образовании фотохимического смога — красновато-коричневой дымки, которую часто можно увидеть во многих городских районах и которая создается в результате реакций, стимулируемых солнечным светом, в нижних слоях атмосферы. Основными источниками этого загрязняющего вещества являются стационарные источники, такие как электростанции, работающие на угле, хотя бензиновые двигатели и другие мобильные источники также являются значительными [5].
Наиболее распространенные типы химических соединений содержащих в воздушном бассейне городов приведены в таблице.
Тем не менее, за последние несколько лет в Москве выбросы парниковых газов значительно уменьшились (рис. 3).
Вызывают беспокойство не только газы, но и твердые частицы диаметром менее 10 мкм, они образуются из-за выбросов электростанции на ископаемом топливе, из-за производственных процессов и систем отопления, работающих по этой же системе и из-за транспорта, работающего на бензине. Они попадают глубоко в
О) ^
о
О -1
х
а>
Г)
а
¡а
б
а>
ы
О ^
а
г> л
О г>
г>
-I
тз
о
-I
а>
О-
Г> -I 03
а
о ~о о ш
г> ^
о
X
о
ы
Г) -I
оз
а
о
т
I-
и
со О X
О ^
и а О СР
О
а
и
Ф
IX
о
СР
I-
и
и о
X
и о с
о
со ф
Ю ч;
О ^
и Ф т X
О
2018 2017 2016 2015 2014 2013
Рис. 3. Динамик сокращения выбросов парниковых газов в области охвата
легкие, в нижнюю дыхательную систему. Некоторые частицы, такие как асбестовые волокна, и многие углеродсодержащие являются известными канцерогенами, вызывающими опасные болезни.
Результаты
Поскольку многие из частиц, загрязняющих воздух, сохраняются в атмосфере и переносятся ветрами на большие расстояния, они выходит за пределы местных, региональных и континентальных границ, а также могут оказывать влияние на глобальный климат и погоду [6, 7]. Крайне важно понимание возможности городов по преобразованию того, что сегодня оказывает негативное воздействие на окружающую среду. Города представляют собой пограничное пространство для новых видов экологически устойчивых источников энергии, строительных процессов и инфраструктуры [8, 9]. Так помимо общеизвестных систем геотермального отопле-
ния и солнечной энергии, вводятся в широкое строительство дома с так называемой нулевой энергией. Здания с нулевой энергией или здания с нулевой чистой энергией строятся для успешной работы независимо от обычной электрической сети. Другими словами, они обеспечивают свою собственную электроэнергию за счет возобновляемых источников энергии. Здание с нулевой энергией ежегодно потребляет нулевую чистую энергию и не производит выбросов углекислого газа, поскольку оно зависит от возобновляемых источников энергии, таких как солнечная или ветровая энергия [10].
Помимо внедрения практик, таких как переработка отходов, потребуются изменения в самих системах социальных отношений для достижения большей чувствительности и эффективности. Вырубка лесов и строительство крупных плотин, пожалуй, являются одними из наиболее известных проблем. В связи с этим в России д ействует Федеральный закон «Об охране атмосферного воздуха» от 04.05.1999 № 96-ФЗ, устанавливающий правовые основы охраны атмосферного воздуха и направленный на реализацию конституционных прав граждан, на благоприятную окружающую среду и достоверную информацию о ее состоянии.
Также создаются службы по сбору данных о состоянии воздушного бассейна в Москве. По их данным, в 2020 году по сравнению с 2019 годом по городу отмечено снижение концентраций оксида углерода на 10 %, оксида азота — на 12 %,
Таблица
Типы химических соединений воздушного пространства города
Тип загрязнителя и источник их появления в атмосфере Класс опасности ПДК среднесуточная, мг/м3 ПДК минимальная разовая, мг/м3
Аммиак (нитрид водорода)(удобрения, утечка с производственных складов) IV 0,4 0,2
Азота диоксид (электростанции, работающие на угле) II 0,04 0,085
Бензол (нефтеперерабатывающие заводы) II 0,1 1,5
Углерода оксид (выхлопы автомобильных двигателей) IV 3 5
Серы диоксид (сжигание нефти и угля) III 0,05 0,5
Неорганическая пыль (выбросы электростанций) III 0,05 0,15
Свинец (автомобильные выхлопы) I 0,0003 —
22
диоксида азота — на 7 %, взвешенных частиц РМ10 — на 8 %. Такое улучшение было связано с временными ограничениями по передвижению людей (карантин из-за вируса СОУГО-19), как следствие, уменьшение транспорта и частичное прекращение работы некоторых предприятий и строек. Так по данным информационного портала «ПОРАЙОНУ.РУ» на январь 2020 года, с 2012 года в 1,7 раз снизилась концентрация оксида углерода.
Принимаются также такие меры, как раздельный сбор отходов (по состоянию на 01.01.2020 все контейнерные площадки жилого сектора и объектов социальной сферы города Москвы оснащены контейнерами для раздельного накопления). Активными темпами ведется строительство современных мусороперерабатыва-ющих заводов, модернизация промышленных предприятий и очистных сооружений, строительство систем очистки атмосферного воздуха от загрязнения различными установками для сжигания. Ведется контроль над веществами, наносящими вред озоновому слою, и ограничение их использования, развитие больших
Библиографический список
1. Кашинцева В. Л., Леонова Д. А., Гиясов Т. Б. Роль конвективных потоков в экологии воздушного бассейна города // Бюллетень строительной техники. — 2018. — № 12. — С. 27—30.
2. Гиясов Б. И. Влияние развития инфраструктуры городов на жилую среду // Вестник МГСУ. — 2012. — № 4. — С. 17—21.
3. Кочуров Б. И., Ивашкина И. В. Экологические критерии и показатели территориального планирования города // Проблемы региональной экологии. — 2010. — № 4. — С. 23—25.
4. Пряхин В. Н., Большеротов А. Л., Рязанова Н. Е. Экологические проблемы плотно застроенных урбанизированных территорий // Вестник РУДН, серия Экология и безопасность жизнедеятельности. — 2009. — № 3. — С. 72—76.
5. Степанова Н. В., Шлычков А. П. Влияние комплекса метеорологических условий на загрязнение атмосферного воздуха города // Казанский медицинский журнал. — 2004. — Т. 4. — Вып. 5. — С. 38—42.
6. Табунщиков Ю. А., Шилкин Н. В. Аэродинамика высотных зданий // АВОК. — 2004. — № 8. — С. 20—22.
7. Реттер Э. И. Архитектурно-строительная аэродинамика. — М., 1984. — 294 с.
8. Степанова Н. В., Шлычков А. П. Влияние комплекса метеорологических условий на загрязнение атмосферного воздуха города // Казанский медицинский журнал. — 2004. — Т. 4. — Вып. 5. — 380 с.
9. Малявина Е. Г. Расчет воздушного режима многоэтажных зданий с различной температурой воздуха в помещениях // АВОК. — 2008. — № 2. — С. 18—22.
10. Баланчевадзе В. И., Барановский А. И. и др. Энергетика сегодня и завтра. — М.: Энергоатомиз-дат, 1990. — 344 с.
массивов парков и лесопарков в городах, профилактика и борьба с лесными и торфяными пожарами.
Заключение
Улучшение качества воздуха, сокращение уровня парниковых газов и достижение показателей углеродной нейтральности — приоритетные задачи для мировых городов-лидеров. На основе имеющейся научно-технической информации сформулированы и внедрены правила, стандарты и политика по сокращению выбросов загрязняющих веществ, которые в сочетании с надлежащим надзором приведут к постепенному улучшению качества воздуха, что стабилизирует экологию окружающей среды.
Кроме того, на стадии планирования городской территории необходимо учитывать изменение аэродинамических условий городской территории, что при интенсивном загрязнении городского воздуха приводит к образованию инверсии температуры и концентрации загрязняющих веществ в городском пространстве.
О»
О
О -1 X х
CD
Г)
О
б
а>
ы
О ^
0 Г)
1
о
Г)
Г) -I
тз
о
-I
а>
О-
Г> -I 03
О
О ТЗ О Ш
Г)
О
X
о
ы ш
Г) -I оз О
STUDY OF FACTORS AFFECTING ECOLOGY OF THE AIR BASIN IN MODERN CITIES
B. I. Giyasov, Ph. D. (Technical Sciences), assoc. professor, Moscow State University
of Civil Engineering, dandyr@mail.ru, Moscow, Russia,
Zueva M. K. engineer, NPO Stroyprogress LLC, ma.zuewa2015@yandex.ru,
Moscow, Russia 23
References
o
1. Kashinceva V. L., Leonova D. A., Giyasov T. B. The role of convective flows in the ecology of the citys air basin [Rol konvektivnyh potokov v ekologii vozdushnogo basseyna goroda] // Zhurnal Byulleten stroitel-
g noy tehniki. 2018. No. 12. P. 27—30 [in Russian].
X 2. Giyasov B. I. The impact of urban infrastructure development on the living environment [Vliyanie razvitiya
O infrastruktury gorodov na zhiluyu sredu] // Zhurnal Vestnik MGSU. 2012. No. 4. P. 17—21 [in Russian].
O 3. Kochurov B. I., Ivashkina. I. V. Environmental criteria and indicators of territorial planning of the city [Eko-
u logicheskie kriterii i pokazateli territorialnogo planirovaniya goroda] // Problemy regionalnoy ekologii.
¡^ 2010. No. 4. P. 23—25 [in Russian].
CO 4. Pryahin V. N., Bolsherotov A. L., Ryazanova N. E. Environmental problems of densely built-up urbanized
I- territories [Ekologicheskie problemy plotno zastroennyh urbanizirovannyh territoriy] // Vestnik RUDN,
^ seriya Ekologiya ibezopasnost zhiznedeyatelnosti. 2009. No. 3. P. 72—76 [in Russian].
Ö 5. Stepanova N. V., Shlychkov A. P. The influence of a complex of meteorological conditions on the air pol-
lution of the city [Vliyanie kompleksa meteorologicheskih usloviyna zagryaznenie atmosfernogo vozduha goroda] // Kazanskiy medicinskiy zhurnal. 2004. Vol. 4 (5). P. 38—42 [in Russian].
¡^ 6. Tabunschikov Yu. A., Shilkin N. V. Aerodynamics of high-rise buildings [Aerodinamika vysotnyh zdaniy] //
g AVOK. 2004. No. 8. P. 20—22 [in Russian].
^ 7. Retter E. I. Architectural and construction aerodynamics [Arhitekturno-stroitelnaya aerodinamika]. Mos-
u cow, 1984. 294 p.
£ 8. Stepanova N. V., Shlychkov A. P. The influence of a complex of meteorological conditions on the air pol-
q lution of the city [Vliyanie kompleksa meteorologicheskih usloviy na zagryaznenie atmosfernogo vozduha
g goroda] // Kazanskiy medicinskiy zhurnal. 2004. Vol. 4 (5). 380 p. [in Russian].
Ö 9. Malyavina E. G. Calculation of the air regime of multi-storey buildings with different indoor air temperatures
c O m (D
vtra]. M.: Energoatomizdat, 1990. 344 p. [in Russian].
[Raschet vozdushnogo rezhima mnogoetazhnyh zdaniy s razlichnoy temperaturoy vozduha v pomescheni-yah] // AVOK. 2008. No. 2. P. 18—22 [in Russian]. VO 10. Balanchevadze V. I., Baranovskiy A. I. and others Energy today and tomorrow [Energetika segodnya i za-w
O ^
u CD
T S !_
O
o ^
(D
24
