CC BY
632
О О.А. КАРТЫШЕВ, 2013 УДК 613.693
О.А. Картышев
НОВЫЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К УСТАНОВЛЕНИЮ РАЗМЕРОВ САНИТАРНР-
ЗАщитной зоны и санитарных разрывов аэропортов гражданской авиации
ФГУП Государственный научно-исследовательский институт гражданской авиации, Москва
В Российской Федерации отсутствует единообразие применяемых методических подходов, методик и программ расчета уровней авиационного шума и концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе от авиадвигателей воздушных судов. Особенно остро это проявляется сегодня при разработке проектов санитарно-защитных зон (СЗЗ) аэропортов гражданской авиации. Данное обстоятельство приводит к значительным ошибкам при построении границ СЗЗ аэропортов, что в ряде случаев затрудняет развитие последних и вызывает объективные трудности при проведении санитарно-гигиенической экспертизы проектов.
В настоящей статье рассматриваются результаты исследований по созданию и апробации двух новых отечественных методик для построения зон воздействия авиационного шума и рассеивания концентраций загрязняющих веществ при оценке негативного воздействия аэропортов. Обе согласованные Министерством транспорта отраслевые методики гармонизированы с требованиями ИКАО. Результаты натурных измерений подтвердили возможности разработанного программного комплекса для их практической реализации при формировании границ единой СЗЗ аэропорта.
Ключевые слова: аэропорт, авиационный шум, загрязняющие вещества, методика расчета, санитарнозащитная зона
O. A. Kartyshev - NEW METHODOLOGICAL APPROACHES TO ESTABLISHMENT THE SIZES OF THE SANITARY PROTECTION ZONE AND ROADSIDE CLEAR ZONES OF CIVIL AIRPORTS
Federal State Unitary Enterprise "State Scientific Research Institute of Civil Aviation", Moscow
In the Russian Federation there is a fragmentation of a methodical approaches, methods and software for calculating aircraft noise and concentrations ofpollutants in the air from aviaengines in aircrafts. Especially sharply it manifests today in the development ofprojects of sanitary protection zones (SPZ) for civil airports
This circumstance leads to considerable mistakes it creation of SPZ borders of the airports, in some cases it impedes development of the latters and causes objective difficulties for hygienic assessment ofprojects. In this article the results of studies on the creation and validation of two new domestic methods for the construction of impact zones of aircraft noise and dispersion of the concentrations of pollutants in assessing the negative impact of airports are considered. Both branch methods agreed upon with the Ministry of Transport have been harmonized with ICAO (International Civil Aviation Organization) requirements. The results of full-scale measurements have confirmed the possibilities of developed software for their implementation in the formation of a common SPZ border of an airport.
Keywords: airport, aircraft noise, pollutants, methods of calculation, the sanitary protection zone
В соответствии c п. 2.9 СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 "Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов" размер санитарно-защитной зоны (СЗЗ) для аэропортов, аэродромов устанавливается в каждом конкретном случае на основании расчетов рассеивания загрязнения атмосферного воздуха и физического воздействия на него [12], что обусловлено наличием разнообразных типов специфичных источников оценки - воздушных судов (ВС), совершающих наземные и взлетно-посадочные операции.
В последние годы было разработано более 20 проектов СЗЗ аэропортов. Анализ качества выполненных проектов и их экспертизы показывает, что в ряде случаев разработчиками некорректно и в неполном объеме используются исходные данные по объектам, являющимся источниками негативного воздействия на окружающую среду, чаще всего шумовые контуры просто "рисуются", не обосновывается совместный учет выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от ВС и от других имеющихся на территории и обеспечивающих функционирование аэропорта промышленных источников [8]. Сложившаяся ситуация усугубляется попытками исполнителей неправильно применять известные и "доморощенные" расчетные методики и программное обеспечение.
Отсутствие единого порядка в разработке проектов и механизмов проверки полученных расчетных границ СЗЗ и санитарных разрывов аэропортов, а также единой современной методической базы учета специфического воздействия ВС на окружающую среду не только сдерживает разработку проектов и оказывает влияние на их качество и сказывается на сроках проведения экспертизы проектов, но и не позволяет в должной мере учитывать функциональное использование зон санитарного разрыва при территориальном планировании приаэродромных территорий.
Действующее сегодня в России двойное нормирование по максимальным и эквивалентным уровням звука при зонировании территории является анахронизмом в первую очередь потому, что не могут быть в полной мере выполнены требования по защите территории по максимальным уровням звука. Существующая мировая практика свидетельствует о том, что для оценки транспортного шума и решения задач зонирования достаточно использовать суточный критерий шума, например в виде L^, который рекомендуется ИКАО, или в виде Ldai, который рекомендуется директивой ЕС 2002 г. В случае аэропорта, интенсивность полетов должна быть разделена на 2 или 3 указанных интервала, что позволит в дальнейшем решить проблему шумового баланса территории через введение квотирования шумовой нагрузки
89
[гиена и санитария 1/2013
Таблица 1
Допустимые значения корректированных эквивалентных уровней звука на приаэродромной территории
Время суток Допустимые уровни звука (БАэкв,), дБА
зона "А" зона "Б" зона "В"
День 56-60 61-65 > 65
Ночь 46-50 51-55 > 55
по различному времени суток [1]. Предлагается ввести следующие допустимые значения уровней звука (L.J с разделением на известные интервалы: день-ночь (табл. 1). Данный подход можно использовать не только для авиационного, но и для автомобильного и железнодорожного транспорта.
Вне границ зоны "А" не требуется специальных мероприятий по защите людей от шума, находящихся на данной территории и в помещениях жилых и других зданий.
Тогда границы единой СЗЗ аэропорта можно будет обоснованно устанавливать по совокупности факторов воздействия с объединением границ (контуров) зоны шумового воздействия "В" при полетах ВС, от наземных источников и при полетах ВС по фактору химического загрязнения и от наземных источников по фактору физического воздействия на основании:
- расчета эквивалентных уровней звука при полетах ВС;
- расчета уровней звука от наземных источников шума;
- расчета рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере от наземных источников с учетом фона, а также вклада наземных операций ВС (руление перед взлетом и после посадки, опробование силовых установок авиадвигателей ВС) и полетов ВС (взлет, набор высоты ВС, снижение и заход на посадку ВС);
- расчета уровней электромагнитных полей от передающих радиотехнических объектов (ПРТО) с учетом существующего положения и перспективного развития.
К наземным источникам шума, подлежащим учету, относятся источники авиационного шума в пределах аэродрома (вертодрома) при запуске, реверсе (снятии винтов с упора), рулении, при висении и перемещении вертолетов, опробовании двигателей ВС, работе тепловых и ветровых машин, оборудованных авиационными двигателями, а также другие источники шума - уличная громкоговорящая связь, подъездной железнодорожный и автомобильный транспорт. Представленные источники шума являются действительно значимыми по сравнению с шумом вентиляторов, которые необходимо учитывать при аттестации рабочих мест, а не при разработке СЗЗ.
Таким образом, на первом этапе
будут учтены требования расчетного зонирования территории и заложен механизм принятия сложнейшего решения о возможности жилищного и другого строительства в установленных границах шумовых зон по эквивалентным уровням звука. По границам контуров равного уровня звука определяются границы зоны воздействия авиационного шума (АШ) для проведения шумозащитных мероприятий и запрета застройки, что частично отображено в рекомендациях [10]. Принято выполнять построение контура АШ расчетными методами с подтверждением измерений в отдельных точках планируемого строительства.
Затем на основании данных о фактическом шумовом режиме каждого объекта защиты, подтвержденных натурными измерениями эквивалентных и максимальных уровней звука, а также октавных значений уровней звукового давления в нормируемом диапазоне звуковых частот для обеспечения допустимых уровней звука внутри помещений согласно требованиям СН 2.2.4/2.1.8.562-96 "Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки" [13], выполняется оценка и прогнозирование эффективности шумозащитной ограждающей способности конструкций существующих, планируемых к постройке и/или реконструкции зданий за счет реализации специальных компенсирующих шумозащитных мероприятий, объективно обоснованных расчетными и инструментальными методами.
Как показывает практика экспертизы выполненных проектов СЗЗ, применяемые в настоящее время разра-
Сравнение расчетных и экспериментальных контуров максимальных уровней звука (75, 80, 85 дБА) для ВС типа А-320, построенных с использованием различных методик (программ).
По оси абсцисс - длина контура АШ, м; по оси ординат - ширина контура АШ, м; пунктирная линия
- контур АШ уровня 85 дБА, сплошная линия - контур АШ уровня 80 дБА, штрихпунктирная линия
- контур АШ уровня 75 дБА.
90
Таблица 2
Сравнение подходов ИКАО и ОНД-86 к расчетам концентраций ЗВ в окрестности аэропорта
Фактор влияния Подходы ИКАО ОНД-86
Осреднение за произвольный период времени + -
Учет экранного эффекта ВПП и реактивного эффекта струи + -
Необходимый доступный для расчета набор входных данных + -
Рассмотрение передвижного источника переменной мощности + -
Детальный учет траектории ВС + -
Расчет как по стандартному, так и по реальному ВПц + -
Расчет стационарных источников + +
П р и м е ч а н и е. ВПЦ - взлетно-посадочный цикл.
ботчиками отечественные и зарубежные расчетные методы построения контуров АШ не только не обеспечивают достаточный уровень точности, но и указывают на неумение разработчиков ими пользоваться.
В целях создания в Российской Федерации современной методической базы с учетом рекомендаций ИКАО [15] для корректного и точного осуществления расчетов контуров АШ был разработан метод расчета контуров авиационного шума [3].
В основе предлагаемого метода лежит использование реальных характеристик АШ конкретного аэропорта, что позволяет достичь точности построения контура, удовлетворяющей точности навигационной аппаратуры ВС (+/- 50 м).
Программное обеспечение AcousticLAB-avia, в базе которого заложены результаты многолетних измерений пролетного шума, позволило реализовать применение расчетно-экспериментального метода [8] в виде шумовых карт аэропортов Внуково, Краснодар, Нижний Новгород, Екатеринбург, Комсомольск-на-Амуре, Минеральные Воды, Омск, Остафьево, Томск, Печора, ухта, и др., где эксплуатируются практически все типы ВС.
Представляет интерес сравнение расчетных контуров для самолета А-320, например по программе INM [14] и SoundPlan [16], размеры которых, как правило, значительно меньше расчетно-экспериментальных AcousticLAB-avia, как представлено на рисунке. Это со-бенно заметно проявляется для значений L^^, превышающих расчетный уровень 80 дБА. Объяснение такого
расхождения в результатах измерений и расчета, в частности по программе INM, можно искать, во-первых, в значительном упрощении (идеализировании) методики расчета траекторий взлета/набора высоты, реализованной по данным сертификационных испытаний, и, во-вторых, в значительных отличиях этих результатов от реальных условий эксплуатации, отмеченных в аэропорту во время измерений шума. Использование отечественных рекомендаций [10] для самолетов типа А-320, В-737 и других типов ВС вообще затруднено из-за отсутствия о них сведений, поэтому результаты графического построения нельзя признать успешными.
Существующий метод расчета контуров АШ [3] и форматы используемых данных полностью соответствуют рекомендациям ИКАО [15]. Расчетные алгоритмы метода и далее будут совершенствоваться по мере накопления опыта измерения шума в окрестности аэропортов гражданской авиации, в том числе с использованием инструментальных систем мониторинга АШ.
для хозяйственной деятельности аэропорта характерно наличие разнообразных источников загрязнения атмосферного воздуха - от типично промышленных (котельные, ремонтно-производственные участки, топливохранилища и системы заправки, участки лакокрасочных работ и др.) и средств наземного пассажирского и технического транспорта до ВС.
Недостаточное знание авиационной специфики привело к тому, что выполненные проекты аэропортов Внуково и Шереметьево нанесли реальный вред, особенно для Шереметьево, когда в СЗЗ попали территории населенных пунктов, хотя фактически деятельность аэропортов по фактору загрязнения атмосферного воздуха не оказывает влияния на эти жилые зоны.
Применяемая некоторыми организациями при построении СЗЗ аэропортов методика ОНД-86 [10] предназначена для расчета приземных концентраций в двухметровом слое над поверхностью земли и вертикального распределения концентраций от промышленных источников загрязнения. Все выражения в работе [6] получены при градиентах параметров потоков, не сопоставимых с таковыми авиационных двигателей в части переменности высоты источника при взлете и посадке ВС, направления движения выхлопных газов авиадвигателей практически параллельно земле и делают некорректными попытки использовать методики ОНд-86 для расчета концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе от ВС [2], так как не учитывают особенности авиационного источника в части соотношения скоростей и плотностей смешиваемых потоков, что оказывает доминирующее влияние на основные характеристики процесса смешения (выравнивания концентраций и других параметров потока).
Таблица 3
Сравнение результатов расчетов по разработанной методике с осредненными результатами измерений концентраций зВ
Тип ВС Тип авиационного двигателя Измеренная мгновенная максимальная концентрация NO2, мкг/м3 Измеренная средняя концентрация NO2 за 1 мин, мкг/м3 Рассчитанная мгновенная максимальная концентрация NO2, мкг/м3 Рассчитанная средняя концентрация NO2 за 1 мин, мкг/м3 Погрешность расчета мгновенной концентрации NO2, % Погрешность расчета средней концентрации NO2 за 1 мин, %
Boeing 737-300 CFM56-3B-1 70 38,6 66,5 37,2 5,00 3,63
Airbus 320 CFM56-3A1 59 31,2 64,1 34,5 8,64 10,58
Ту-134 Д30-11 серии 87 45,6 83,3 43,7 4,25 4,17
Ту-154М Д30КУ-154 84 44,2 89,7 48,4 6,79 9,50
91
[гиена и санитария 1/2013
С целью создания единой методической основы и исключения разночтений в определении концентраций загрязняющих веществ (ЗВ) в атмосферном воздухе от выбросов авиационных двигателей была разработана гармонизированная с международными требованиями и методами расчета методика расчета концентраций загрязняющих веществ от выбросов двигателей воздушных судов в районе аэропорта [7], в которой использовали выкладки методики контроля загрязнения атмосферного воздуха в окрестности аэропорта [4], с учетом устранения перечисленных в ней ошибок и введена взамен нее.
для автоматизации трудоемких расчетов концентраций ЗВ в окрестности аэропорта на основании методики расчета выбросов загрязняющих веществ двигателями воздушных судов гражданской авиации [5] и методики, приведенной в работе [7] полном соответствии с Руководством по качеству воздуха аэропорта ИКАО [11] было разработано реализующее их программное обеспечение (ПО) Pegas , прошедшее соответствующий процесс верификации и принятое к оценке готовности Комитетом по охране окружающей среды от воздействия авиации (CAEP) ИКАО [9].
В табл. 2 показано сравнение подходов ИКАО, реализованных в работе [7] и ПО Pegas, и ОНд-86 к расчетам концентраций ЗВ в окресности аэропорта. Как видно из этой таблицы, подходы ОНд-86 не отражают авиационную специфику и не позволяют осуществлять соответствующие расчеты с необходимой степенью точности.
В целях оценки применимости и точности указанных отечественных методик и ПО были проведены расчеты и натурные замеры концентраций ЗВ в реальных условиях эксплуатации. Измерения выполняли в летнее время в районе аэропорта Внуково вблизи взлетно-посадочной полосы (ВПП).
Из приведенных в табл. 3 результатов расчета концентраций по некоторым типам ВС видно, что имеющееся методическое и программное обеспечение обладает достаточной точностью.
Заключение
В силу различных причин сегодня в нашей стране в системе Роспотребнадзора отсутствуют единый порядок и требования к разработке проектов СЗЗ аэропортов, современная нормативная оценка воздействия АШ, не рассматриваются, а следовательно, рекомендуются к применению современные отечественные методики построения контуров АШ и расчета концентраций ЗВ в атмосферном воздухе от авиадвигателей ВС.
Особенно остро это проявляется при разработке проектов СЗЗ аэропортов гражданской авиации. данное обстоятельство приводит к ошибкам при построении СЗЗ аэропортов и вызывает объективные трудности при проведении санитарно-гигиенической экспертизы проектов.
Обширный опыт по изучению процесса разработки проектов СЗЗ аэропортов и их экспертизы органами Роспотребнадзора показал, что эксперты в отсутствие механизмов проверки правильности расчетов зачастую основываются на слепом доверии к представляемым результатам оценки негативного воздействия, выполненной недобросовестным проектировщиком, что подтверждается на примере проектов СЗЗ аэропортов Внуково, домодедово, Екатеринбург, Пулково Шереметьево и др.
Надежды, что когда-то потом по результатам изме-
рений будет выполнена корректировка границ СЗЗ и санитарного разрыва, не могут служить основанием для утверждения сегодня явно необоснованных границ. Такой подход в ряде случаев затрудняет развитие аэропортов, нуждающихся в реконструкции.
для выхода из сложившейся ситуации предлагается временно до введения в действие нормативных документов приостановить разработку проектов СЗЗ и санитарных разрывов всех аэропортов страны. В первую очередь такими документами могут быть отдельный СанПиН "Санитарно-защитные зоны аэропортов, аэродромов, вертодромов" (проект которого представлен автором в Федеральную службу Роспотребнадзора) либо его основные требования внесены в СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 [1], а также межотраслевые "Методические указания по разработке проектов СЗЗ аэропортов" (проект будет представлен в 2012 г.) с применением новых отечественных методик расчета уровней АШ и концентраций ЗВ в атмосферном воздухе от авиадвигателей ВС.
Одновременно с этим следует рассмотреть предложения по установлению нового подхода к нормированию АШ, утверждение которого позволит снять существующую проблему его двойного нормирования.
литер атура
1. Картышев О.А. // Вестн. Санкт-Петербург, гос. мед. акад. им. И.И. Мечникова. -2007. - №1 (2). - Приложение.
2. Картышев О.А., МедведевВ.В. // Науч. вестн. МГТУГА. Серия: Эксплуатация воздушного транспорта. - 2007. - № 123.
3. Метод расчета контуров авиационного шума. - М.: ФГУП ГосНИИ ГА, ЗАО ЦЭБ ГА, 2008 (в редакции 2011 г).
4. Методика контроля загрязнения атмосферного воздуха в окрестности аэропорта. - М.: ГосНИИ ГА, 1992.
5. Методика расчета выбросов загрязняющих веществ двигателями воздушных судов гражданской авиации. - М.: Минтранс РФ, ФГУП ГосНИИГА, ЗАО ЦЭБ ГА, 2007.
6. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий (ОНд-86).- Л.: Гидрометеоиздат, 1987.
7. Методика расчета концентраций загрязняющих веществ от выбросов двигателей воздушных судов в районе аэропорта. -М.: ФГУП ГосНИИГА, ЗАО ЦЭБ ГА, 2008 (в редакции 2011 г.).
8. Проведение исследований по определению расчетных размеров границ санитарно-защитной зоны и зоны повышенного акустического воздействия для аэродромов ГА. Отчет о НИР. Номер гос. регистрации 01201172000.
9. Рабочий документ CAEP/8-IP/48,2009.
10. Рекомендации по установлению зон ограничения жилой застройки в окрестностях аэропортов ГА из условий шума. - М.: ГосНИИГА, НИИСФ, МНИИ гигиены, 1987.
11. Руководство по качеству воздуха аэропорта ИКАО, Doc ICAO 9889, 2011.
12. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 (новая редакция, утвержденная Постановлением Главного государственного санитарного врача Российской Федерации от 25.09.2007 № 74, с изменениями).
13. СН 2.2.4/2.1.8.562-96. Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки. - М., 1996.
14. Integrated Noise Model (INM) Version 7.0 User’s Guide, FAA-AEE-07-04.
15. Recommended method for computing noise contours around airports. ICAO Doc 9911/1,2008.
16. SoundPlan software, v. 7.1.
Поступила 02.02.12
92
