CC BY
38
ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ СИТУАЦИИ НА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГАХ С УЧЕТОМ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ НОРМ РАСХОДА ТОПЛИВА
В.В. Чернышов
Российский университет дружбы народов Подольское шоссе, 8/5, Москва, Россия, 113095
Показано, что для оценки экологической ситуации в территориях, на которых эксплуатируются автодороги разного типа, правомерно рассматривать комплекс «автомобильные дороги — автомобильный транспорт — окружающая среда» как специфический тип эколого-экономической территории. Полученные данные свидетельствуют о возможности количественной оценки влияния автомобильных дорог на суммарную техногенную нагрузку на территории.
Ключевые слова: оценка экологической ситуации в территориях, экологически, комплекс: «автомобильные дороги — автомобильный транспорт — окружающая среда».
Создание эффективной системы эколого-гигиенической безопасности является одним из важнейших условий достижения устойчивого социально-экономического развития общества. Эта проблема особенно актуальна вначале XXI в., о чем было сказано в принятой еще в 1996 г. Концепции перехода России к устойчивому развитию [1].
Система эколого-гигиенической безопасности является одним из ключевых блоков национальной политики достижения санитарно-эпидемиологического благополучия на пути к устойчивому развитию общества [4; 9].
Под концепцией экологической безопасности понимают совокупность принципов, методов и управленческих механизмов, направленных на защиту жизни и здоровья человека и общества. Дискуссии 1970—1980 гг. («экологическое десятилетие») дали обширный материал для осмысления региональных и глобальных особенностей проблемы оптимизации среды обитания. Осуществляется постепенный переход от призывов и деклараций к выработке конкретных региональных стратегий и моделей устойчивого развития [9].
Вместе с тем именно рубеж XX—XXI вв. для России характеризуется нарастанием социально-экономических трудностей в осуществлении федеральных, отраслевых и региональных программ оздоровления окружающей среды, условий труда и быта.
Многочисленные публикации свидетельствуют о том, что заболеваемость населения, проживающего на территории крупных индустриальных центров и в зонах влияния промышленных предприятий и автотранспортных потоков как в европейской части страны, так и особенно в Уральском, Сибирских регионах (Кузбасс, Приангарье, Норильск) в 1,5—2 раза выше, чем в непромышленных районах [4]. Значительные различия в уровнях заболеваемости населения, проживающего в сходных по степени антропогенной нагрузки, но отличных по природным условиям регионах, свидетельствуют о географической и социально-экологической обусловленности многих заболеваний.
Для каждой технологии или для совокупности родственных и сопряженных технологий в одной отрасли производства может быть указано довольно постоянное соотношение между наработкой вредных продуктов и потреблением энергии. Эти так называемые контаминационные эквиваленты энергии (КЭЭ) позволяют на основании данных о расходе энергии рассчитать математическое ожидание загрязнения среды, обычно хорошо согласующееся с прямыми количественными оценками.
Применительно к крупным промышленным комплексам надежность этого способа повышается совместно с преобладающей долей расхода энергии (топлива). Наибольшая масса вредных выбросов приходится на тепловые станции и на транспорт, для которых связь «топливо — загрязнение» легко определяются. Энергетический подход позволяет существенно уточнять информацию о масштабах загрязнения среды [6].
В табл. 1 приведены данные о вкладе разных отраслей хозяйства в загрязнение воздушного бассейна страны, в общий расход энергии (топлива) и представлены соответствующие отношения.
Таблица 1
Вклад различных отраслей хозяйства в загрязнение среды; отраслевые контаминационные эквиваленты энергии [2]
Отрасли хозяйства М Е М/Е Т КЭЭ
млн т млн тут т/тут усл.т/т усл. т/тут
Топливо-энергетический комплекс 62,5 1 058 0,059 0,46 0,027
Металлургия 34,6 287 0,120 0,55 0,066
Машиностроение 1,6 48 0,033 0,51 0,017
Химический комплекс 13,6 138 0,098 0,59 0,058
Лесобумажная промышленность 3,1 40 0,077 0,39 0,030
Промышленность стройматериалов 11,0 120 0,092 0,51 0,047
Строительство 3,2 46 0,069 0,43 0,030
Транспорт 28,9 281 0,103 0,32 0,033
Сельское хозяйство 9,4 180 0,052 0,39 0,020
Прочие 8,4 111 0,076 0,47 0,036
Итого 176,4 2 309 0,076 0,46 0,035
Примечание: Промышленные отрасли указаны вместе с добывающими производствами. Топливно-энергетический комплекс включает коммунальное хозяйство. Массы выбросов приведены к единой токсичности по диоксиду серы (усл. т.); М — годовая наработка загрязнителей атмосферы; Е — годовое потребление энергии; Т — относительная токсичность выбросов; КЭЭ — контаминационный эквивалент энергии.
В графе табл. 1 М/Е показано, что в разных отраслях хозяйства расход 1 т условного топлива сопровождается «наработкой» от 33 кг (в машиностроении) до 120 кг (в металлургии) вредных продуктов, которые затем могут подвергаться очистке, нейтрализации и т.п., но так или иначе они уже оказались в окружающей среде. Поскольку эмиссии предприятий разных отраслей обладают разной токсичностью, это учитывается путем нормирования по токсичности выбранного эталонного загрязнителя. В данном случае это диоксид серы — SO2. Величины Т отражают результат этого нормирования. Наконец, в последней графе приведены отраслевые КЭЭ с учетом токсичности. Понятно, что за этими усредненными цифрами могут быть заметно отличающиеся эмиссии и расходы отдельных источников, большие токсичности и т.д., но средние значения КЭЭ, относящиеся к самым разным типам объектов, различаются сравнительно мало — в пределах полупорядка.
Наработка загрязнителей в большинстве случаев составляет преобладающую часть природоемкости предприятий энергетики, промышленности и транспорта. Указанный подход позволяет выразить природоемкость того или иного производства с помощью нормированного по потреблению энергии техногенного потока.
По «наработке» вредных веществ (103 кг / т.у.т.) транспорт занимает второе место после металлургии.
Целесообразно оценить экологическую ситуацию, формирующуюся на автомобильных дорогах, с учетом уровня технических параметров, транспортно-экс-плуатационных показателей и эксплуатационных норм расхода топлива.
Автомобильные дороги общего пользования по уровню потребительских свойств и техническим параметрам подразделяются на категории (табл. 2) [7]:
1-А (автомагистраль); 1-Б (скоростная дорога); 1-В (дорога со смешанными потоками) и низкой интенсивности движения (обыкновенная автомобильная дорога).
Классификационными признаками для отнесения автомобильной дороги к конкретной категории являются:
— потребительские свойства и основные технические параметры: уровень загрузки движением; расчетная скорость движения; скорость организации движения транспортного потока; количество полос движения; ширина полосы движения;
— уровень безопасности движения: коэффициент безопасности; итоговый коэффициент аварийности.
Соответствие дороги категории требует наличия показателей, обязательных для данной категории: элементов плана, продольного и поперечного профиля; элементов инженерного оборудования и сооружений дорожного; сервиса; технических средств организации движения; выполнения обязательных требований к пересечениям на этой дороге.
Таблица 2
Взаимосвязь уровней обслуживания, скорости и организации движения на автомобильных дорогах разных категорий обслуживания и удобства [5]
Уровень обслу-служива-ния Скорость и организация движения на дорогах, км/час Характеристика движения транспортного потока на дорогах Допустимая интенсивность движения на 1 полосу, авт/час Удобство движения по дорогам
мно-гопо-лос-ных двухполосных многополосных двухполосных много-полосных двух-полосных многополосным двухполосным
1 2 3 4 5 6 7 8 9
А Предельно высокий 120 90 Свободное движение взаимные помехи отсутствуют Свободное движение Взаимные помехи незначительные, обгоны свободные 650 150 Удобно Удобно
Б Высокий 100 80 То же, полосы движения заполнены равномерно, свободна смена полос Автомобили движутся группами, большое количество 800 240 Удобно Малоудобно
Окончание
Уровень обслу служива-ния Скорость и организация движения на дорогах, км/час Характеристика движения транспортного потока на дорогах Допустимая интенсивность движения на 1 полосу, авт/час Удобство движения по дорогам
мно-гопо-лос-ных двухполосных многополосных двухполосных много-полосных двухполосных многополосным двухполосным
1 2 3 4 5 6 7 8 9
В Средний 100 80—60 Сплошной поток на всех полосах движения, смена полос Транспортный поток разбит на большие пачки,возглав-ляемые тихоходными автомобилями 1 200 600 Малоудобно Неудобно
Г Низкий 80 60 То же, периодически возникают заторы, частое нарушение дисциплины движения, высокая аварийность Сплошной поток автомобилей, малые скорости движения, частые заторы, высокая аварийность 1 400 750 Не удобно Очень неудобно
Д Очень низкий 60 45 Сплошной поток на всех полосах движения, смены полос движения редки и очень опасны, очень высокая аварийность То же, частые заторы, очень высокая аварийность 2 000 1 200 Очень неудобно Очень неудобно
Автомобильная дорога может быть отнесена к конкретной категории, если ее транспортно-эксплуатационные показатели не ниже показателей, приведенных в табл.3.
Таблица 3
Транспортно-эксплуатационные показатели автомобильных дорог [5]
№ Показатель Автомагистраль 1-а Скоростная дорога 1-б Автомобильная дорога
Категория низкой интенсивности движения
I II III IV
1 Возможная интенсивность движения, тыс. авт./сут. Без ограничений Менее 0,1
2 Уровень загрузки дороги движением не более1 0,6 0,6 0,6 0,5 0,5 0,5 0,6 — од-нополос-ная, 0,3 — двухполосная
Окончание
№ Показатель Автомагистраль 1 -а Скоростная дорога 1-б Автомобильная дорога
Категория низкой интенсивности движения
I II III IV
3 Расчетная скорость движения, км/час2 120— 150 120—150 120 120 100 80 60
4 Скорости организации движения транспортного потока км/час 3 110 110 100 80 80 60 60—30
5 Количество полос движения в одном направлении 2 и более 2 и более 2 1 и более 1 1 Менее 0,5
6 Ширина полосы движения 3,75 3,75 3,5 3,5 3,5 Не менее 3,0 Не менее 2,5
7 Показатели, характеризующие безопасность движения: коэффициент безопасности Не менее 0,90 Не менее 0,90 Не менее 0,85 Не менее 0,8 Не менее 0,8 Не менее 0,8 Не менее 0,8
Итоговый коэффициент аварийности
Для нового строительства и реконструкции 10 10 20 20 25 30 40
Для эксплуатируемой дороги 20 20 20 30 30 30 40
1При проектировании ремонта эксплуатируемых дорог допускается расчетный уровень загрузки дороги движением 0,7.
2Допускается в исключительных случаях при технико-экономическом обосновании на дорогах I—IV технической категории снижение расчетной скорости, но не более, чем на 20%; в условиях горной местности допускается снижение расчетной скорости до 50%
3В исключительных условиях скорость организации движения может быть снижена на 20% от указанной в таблице, но должна быть не менее 0,5 от расчетной скорости дороги (участка дороги).
Для оценки применимости энергетического подхода к определению экологической безопасности автомобильных дорог рассмотрим экологическую обстановку, складывающуюся на многополосной (три полосы в каждую сторону) автомобильной дороге (см. табл. 2) с допустимой максимальной скоростью движения 120 км/час, без помех при встречном движении (уровень обслуживания — по типу А). При этом допустимая интенсивность движения на каждой полосе будет равна 650 авт/час.
Допустим, что по дороге указанная выше интенсивность движения наблюдается только в течение 12 час. в сутки (утро, день, вечер). Количество прошедших автомобилей только по первой полосе будет равно: 650 авт/час. х 12 час. х 365 дн. = = 2 847 000 авт/год.
Предположим, что среди участников движения будут автомобили шести разных типов (легковые автомобили, малые грузовые автомобили карбюраторные (до 5 т), грузовые автомобили карбюраторные (6 т и более), например ЗИЛ-130 и др., грузовые автомобили дизельные, автобусы карбюраторные, автобусы дизельные).
Используя данные табл. 4 и 5, вычисляем средний эксплуатационный расход топлива для этих автомобилей: (0,11 + 0,16 + 0,33 + 0,34 + 0,37 + 0,28) л/км / 6 = = 0,265 л/км.
Таблица 4
Средние эксплуатационные нормы расхода топлива на 1 км пути (л) [5]
Тип автомобиля Средний эксплуатационный расход топлива (л/км)
Легковые автомобили 0,11
Малые грузовые автомобили карбюраторные (до 5 т) 0,16
Грузовые автомобили карбюраторные (6 тонн и более), например ЗИЛ-130 и др. 0,33
Грузовые автомобили дизельные 0.34
Автобусы карбюраторные 0,37
Автобусы дизельные 0,28
Таблица 5
Перевод единиц энергии [8]
Единица Энергии Дж кал Кгс х м КВт х ч Т.у.т.1
Дж 1 0,239 0,102 2,78 х 10-7 3,41 х 10-11
Кал 4,187 1 0,427 1,16 х 10-6 1,43 х 10-10
Кгс х м 9,81 2,342 1 2,65 х 10-6 3,34 х 10-10
КВт х ч 3,60 х 106 8,60 х 105 3,67 х 105 1 1,23 х 10-4
Т.у.т. 2,93 х 10° 9 7 х 109 9 2,99 х 109 8,15 х 103 1
1Т.у.т. — тонна условного топлива (угольный эквивалент).
Расход топлива на 1 км одной полосы автомобильной дороги за год составит: 2 847 000 авт./год х 0,265 л/км = 754 455 л/км (= 750 (т/км)/год). Как правило, автомобильные дороги типа А строятся трехполосными с раздельным встречным движением, т.е. — по три полосы в каждую сторону.
Количество израсходованного на дороге топлива в год на участке длиной в 2500 км (условия табл. 6 — типизация эколого-экономических систем): 750 (т/км)/год х 6 полос х 2500 км = 11 250 000 (т/км)/год.
В соответствии с энергетическим подходом к соизмерению природных и производственных потенциалов территории, зональная принадлежность и производственная насыщенность территории мoгyт быть количественно оценены с помощью энергетических показателей. Масштаб технической энергетики и плотность населения, отнесенные к биотическому потенциалу территории, характеризуют эко-лого-экономические системы разных типов.
Рис. 1. Зависимость среднегодового значения суточной суммы радиации на верхней
т
границе атмосферы ) на уровне земной поверхности при безоблачном небе Q0 и фактически зарегистрированных величин Q суммарной (1) и рассеянной (2) радиации от географической широты [9]
В основу типизации может быть взят безразмерный коэффициент — эргоде-мографический индекс (1Эд) [2; 3].
1эд = 1 + 0,01(ре/роВД, (1)
где S — площадь территории (км2); р — средняя плотность населения территории, р0 — средняя плотность населения страны (для РФ — 8,5 человека на км2), RS — суммарная солнечная радиация (т.у.т./км2) вычисляемая на основании эмпирических данных (см. рис. 1), е — общий расход топлива, горючего и топливных эквивалентов электроэнергии в территории (т.у.т./год), рассчитывается по формуле
е = 123Э + 143Т + 0,85У + 1,1Г + 1,55Ж + 0,38Д,
(2)
где Э — потребление в территории электроэнергии, полученной от местных не топливных источников (ГЭС, АЭС) или импортированная из соседних территорий (млн. квт ч/год); Т — импортированная тепловая энергия (тыс. гкал / год); У — сжигание угля в топкая территории (т/год); Г — сжигание газа (тыс. м3/год); Ж — сжигание жидкого топлива (мазут, дизельное топливо, бензин и др.) стационарными и мобильными потребителями (т/год); Д — сжигание растительного топлива и торфа (т/год).
В зависимости от конкретных условий ЭДИ может варьировать в пределах нескольких порядков, что позволяет довольно отчетливо контрастировать различные территориальные комплексы.
Вариабельность природно-производственных комплексов в значительней мере определяется плотностью населения и техногенной насыщенностью территории, хотя принадлежность ее к определенной природно-климатической зоне тоже имеет большое значение. В соответствии с энергетическим подходом к соизмерению природных и производственных потенциалов территории, зональная принад-
лежность и производственная насыщенность территории мoгyт быть количественно оценены с помощью энергетических показателей. Масштаб технической энергетики и плотность населения, отнесенные к биотическому потенциалу территории, характеризуют эколого-экономические системы (ЭЭС) разных типов (табл. 6).
Таблица 6
Типы эколого-экономических систем и эргодемографические индексы территорий с различной степенью хозяйственного освоения [6]
Тип ЭЭС Краткое описание территориального комплекса !эд Кратность превышения ЭТТ
I Заповедники, государственные природные заказники, национальные парки; малонаселенные хозяйственно-неосвоенные территории 0—5 0—0,03
II Районы без крупных населенных пунктов, лесное и сельское хозяйство, имеются значительные площади не преобразованных ландшафтов 5—15 0,03—0,1
III Небольшие города и поселки с перерабатывающей промышленностью местного значения; в окрестностях — сельскохозяйственные территории с преобладанием площади агроценозов 15—50 0,1—0,3
IV Преимущественно аграрные или лесохозяйственные территории с наличием крупных единичных объектов энергетики, добывающей или перерабатывающей промышленности ; вахтовые поселки 50—100 0,3—0,5
V Средний город с крупными промышленными предприятиями не большого числа отраслей и с отчетливым функциональным зонированием территории; в окружении аграрного или аграрно-лесного ландшафта 100—300 0,5—1,0
VI Крупный город с многоотраслевым промышленным узлом, интенсивными транспортными магистралями в окружении лесного или аграрно-лесного ландшафта 300—500 1,0—2,5
VII Очень крупный промышленный центр с большой концентрацией различных отраслей индустрии и транспорта, без отчетливого функционального зонирования территории и с индустриально преобразованным окружающим ландшафтом >500 >2,5
2
Примечание: Классификация относится к территориям с площадью от 500 до 2500 км .
ЭТТ — экологическая техноемкость территории — обобщенная характеристика территории, отражающая самовосстановительный потенциал природной системы и количественно равная максимальной техногенной нагрузке, которую может выдержать и переносить в течение длительного времени совокупность всех реципиентов и экологических систем территории без нарушения их структурных и функциональных свойств [6].
В табл. 6 представлена классификация ЭЭС, основанная на таком подходе.
Разумеется, полная классификация не может ограничиваться только такой обобщенной характеристикой, она должна включать также сведения об отраслевой структуре и о качестве техногенных потоков загрязнения среды. Но в этом случае число градаций намного увеличится.
По формуле (1) и (2), с привлечением данных приведенных в табл. 5 определяем зависимость индекса демографической напряженности (!Эд) от количества расхода топлива на автомобильной дороге за год — «Ж». Эта зависимость представлена в табл. 7 последней строчкой (!эд).
Таблица 7
Зависимость эргодемографического индекса от количества израсходованного
в территориальном комплексе автомобильного топлива (рассчитывается по формулам (1) и (2) по данным табл. 2—5 в программе Excel)
Ж, т/год 2 Rs, т.у.т./км S, км 1Эд, безразмерный коэффициент
1 565 870 0,00002 2500 513 974,80
4 697 610 0,00002 2500 1 541 922,40
3 772 275 0,00002 2500 1 238 194,79
11 250 000 0,00002 2500 3 714 582,38
Согласно данным табл. 7 экологическая техноемкость территории, по которой проложена автомобильная дорога, значительно хуже условий эколого-экономиче-ской системы VII типа (см. табл. 6) («очень крупный промышленный центр с большой концентрацией различных отраслей индустрии и транспорта, без отчетливого функционального зонирования территории и с индустриально преобразованным окружающим ландшафтом»).
Приведенные в работе расчеты не претендуют на количественную оценку экологической ситуации на территориях, по которым проходят автомобильные дороги. Мы считаем, что эти расчеты требуют детализации с учетом особенностей типов эколого-экономических районов, через которые проходят автомобильные дороги и категорий самих дорог.
Однако выполненная нами работа подтверждает правомерность рассмотрения комплекса: «автомобильные дороги — автомобильный транспорт — окружающая среда» как специфического типа эколого-экономической территории и целесообразность применения «энергетического» подхода к оценке экологической ситуации на автомобильных дорог.
Полученные данные свидетельствуют о возможности количественной оценки влияния автомобильных дорог на суммарную техногенную нагрузку на территории.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Указ Президента РФ от 01.04.96 г. № 440 «О концепции перехода Российской Федерации к устойчивому развитию».
[2] Акимова Т.А., Хаскин В.В. Основы экоразвития: Учеб. пособие. — М.: Изд-во Рос. экон. акад., 1994.
[3] Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология: Учебник для вузов. — М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2000.
[4] Беляев Е.П. Роль санэпидслужбы в обеспечении санитарно-эпидемиологического благополучия населения Российской Федерации. — М.: Из дат. Информ центр Госкомитета Санэпиднадзора РФ, 1996.
[5] Моисеенкова Т.А. Эколого-экономическая сбалансированность промышленных узлов. — Саратов: Изд-во Сарат ун-та, 1989.
[6] Методические рекомендации по обеспечению природоохранных требований при проектировании автомобильных дорог в центральной полосе Европейской части России. — М.: Изд-во ВНИИприроды, 1999.
[7] Ревич Б.А., Гуревич Е.Б., Прохоров Б.Б. Региональные и локальные проблемы химического загрязнения окружающей среды и здоровья населения. — М.: Евразия, 1995.
[8] Федоров В.Д., Гильманов Т.Г. Экология. — М.: Изд-во МГУ, 1980.
[9] Чернышов В.И., Сидоренко С.Н., Зыков В.Н., Чернышов В.В. Оценка экологического состояния регионов по санитарно-гигиеническим показателям: Учеб. пособие. — М.: Изд-во РУДН, 2011.
LITERATURA
[1] Ukaz Prezidenta RF ot 01.04.96 g. № 440 «O koncepcii perexoda Rossijskoj Federacii k us-tojchivomu razvitiyu».
[2] Akimova T.A., Xaskin V.V. Osnovy e'korazvitiya: Ucheb. posobie. — M.: Izd-vo Ros. e'kon. akad., 1994.
[3] Akimova T.A., Xaskin V.V. E'kologiya: Uchebnik dlya vuzov. — M.: Izd-vo YuNITI-DANA, 2000.
[4] Belyaev E.P. Rol' sane'pidsluzhby v obespechenii sanitarno-e'pidemiologicheskogo blagopo-luchiya naseleniya Rossijskoj Federacii. — M.: Izdat. Inform centr Goskomiteta Sane'pid-nadzora RF, 1996.
[5] Moiseenkova T.A. E'kologo-e'konomicheskaya sbalansirovannost' promyshlennyx uzlov. — Saratov: Izd-vo Sarat un-ta, 1989.
[6] Metodicheskie rekomendacii po obespecheniyu prirodooxrannyx trebovanij pri proektirovanii avtomobil'nyx dorog v central'noj polose Evropejskoj chasti Rossii. — M.: Izd-vo VNIIprirody, 1999.
[7] Revich B.A., Gurevich E.B., Proxorov B.B. Regional'nye i lokal'nye problemy ximicheskogo zagryazneniya okruzhayushhej sredy i zdorov'ya naseleniya. — M.: Evraziya, 1995.
[8] Fedorov V.D., Gil'manov T.G. E'kologiya. — M.: Izd-vo MGU, 1980.
[9] Chernyshov V.I., Sidorenko S.N., Zykov V.N., Chernyshov V.V. Ocenka e'kologicheskogo sostoyaniya regionov po sanitarno-gigienicheskim pokazatelyam: Ucheb. posobie. — M.: Izd-vo RUDN, 2011.
VALUATION OF ECOLOGICAL SITUATION ON ROADS TAKING INTO ACCOUNT OPERATIONAL NORMS
OF FUEL EXPENCE
V.V. Chernishov
Peoples' Friendship University of Russia
Podolskoye shosse, 8/5, Moscow, Russia, 115093
This article proves that it is reasonable to use energy approach for valuation of ecological situations on the territories, where different kinds of roads are exploited. The work, that has been done, proves legality of consideration of the complex: «roads — motor transport environment» as a specific type of ecological-ecomonic territory. The findings indicate the possibility of quantitative assessment of the road influence on total anthropogenic impact on the territory.
Key word: valuation of ecological situations on the territories, the complex: "roads — motor transport environment".
