Оценка влияния автотранспорта на территорию кампуса Российского университета дружбы народов Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

RUDN Journal of Ecology and Life Safety 2018 Vol. 26 No. 4 419-430

Вестник РУДН. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности http://journals.rudn.ru/ecology

DOI 10.22363/2313-2310-2018-26-4-419-430 УДК 550.42

Оценка влияния автотранспорта на территорию кампуса Российского университета дружбы народов

Д.В. Боева, А.П. Хаустов

Российский университет дружбы народов Российская Федерация, 117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6

В статье отражены результаты исследования, проведенного в рамках проекта «Зеленый кампус», организованного экологическим факультетом Российского университета дружбы народов (РУДН) с целью мониторинга и получения подробной информации о техногенной нагрузке на территорию кампуса РУДН. Приведены данные круглогодичных наблюдений за территорией, которые позволили установить изменчивость техногенной нагрузки от автотранспорта в зависимости от сезонов года. Представлено обоснование инструментального и расчетного методов оценки влияния автотранспорта, а также их сравнение друг с другом. По итогам исследования отстроены диаграммы и карты с определением приоритетных веществ, вносящих наибольший вклад в загрязнение атмосферы.

Ключевые слова: влияние автотранспорта; кампус; экологический мониторинг; расчет выбросов; предельно допустимая концентрация вредных веществ; валовый выброс; отбор проб

Введение

Объектом исследования является территория кампуса Российского университета дружбы народов (РУДН). За счет различной интенсивности потоков транспорта модуль техногенной нагрузки не только меняется во времени и пространстве, но и постоянно возрастает, что приводит к ухудшению экологического состояния объекта. Территория располагается в Обручевском районе Юго-Западного административного округа Москвы. Площадь территории составляет 1,44 км2, или 144 Га.

Территория благоустроена, благополучное состояние растительности поддерживается службой озеленения РУДН. Проблема заключается в том, что городские службы мониторинга не позволяют получить достаточно детальную информацию об объеме техногенных нагрузок, которые испытывает территория университета. В этой связи необходимо изучение территории для решения задач по поддержанию ее благополучного экологическом состояния.

© Боева Д.В., Хаустов А.П., 2018

<S\ © 1

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License

Техногенная нагрузка создается преимущественно транспортными потоками улицы Миклухо-Маклая и Ленинского проспекта. Движение по двум другим магистралям — улицам Саморы Машела и Обручева менее интенсивно.

Установлено, что один легковой автомобиль ежегодно поглощает из атмосферы в среднем более 4 т кислорода, выбрасывая с отработавшими газами примерно 800 кг окиси углерода, около 40 кг окислов азота и почти 200 кг различных углеводородов. В крупных городах на магистральных улицах сосредотачивается до 3/4 всего автомобильного движения, а это означает, что магистрали загружены в 10 раз больше, чем остальные улицы.

При эксплуатации транспорта образуется огромное количество вредных веществ, в том числе продукты трения автошин об асфальт. В некоторых случаях из шин выделяется больше канцерогенных веществ, чем от отработавших газов двигателя [5]. Большей частью это продукты разложения каучуков, за ними следуют полициклические ароматические углеводороды — весьма реакционноспособные и опасные для человека соединения (бензол, ксилол, алифатические амины, формальдегиды и т.д.).

Цель настоящей работы — оценка влияния выбросов автотранспорта на территорию кампуса РУДН.

Материалы и методы

Оценка проводилась на основе построения моделей рассеивания примесей газов, содержащихся в выхлопах, и многократных замеров концентраций углеводородов и других соединений в воздухе на территории кампуса [2; 3].

Результаты и обсуждение

Приоритетными веществами, загрязняющими атмосферу от подвижных источников, являются оксиды азота, углеводороды, сажа, углерода оксиды, диоксид серы [3].

Наибольшее количество загрязняющих веществ выбрасывается при разгоне автомобиля, особенно при быстром, а также при движении с малой скоростью. Относительная доля углеводородов и оксида углерода наиболее высока в момент торможения и на холостом ходу, доля оксидов азота — при разгоне. Следовательно, наибольшее загрязнение происходит при торможении, частых остановках и езде на малых скоростях. Именно такая ситуация типична для рассматриваемой территории, находящейся в зоне действия светофоров и остановок общественного транспорта.

Данные об интенсивности, количестве автомобилей, их типах были предоставлены Центром организации дорожного движения Правительства Москвы с 3-х камер наблюдения. Суммарная оценка загруженности улицы автотранспортом определяется согласно ГОСТ 17.2.2.03—77. Учитываются следующие параметры. Оценка интенсивности движения: низшая — 2,7—3,6 тыс. автомобилей в сутки, средняя — 8—17 тыс., высокая — 18—27 тыс. (магистральная улица и дорога с близлежащей многоэтажной застройкой с двух сторон); скорость ветра 4 м/с; от-

носительная влажность воздуха 65 %; расчетная интенсивность движения автомобилей в обоих направлениях — 820 автомобилей в час и 19 320 за сутки. Состав движения по камерам наблюдений за двух месячный период приведен в табл. 1.

Таблица 1

Исходные данные на рассматриваемом участке за двухмесячный период

Тип автотранспортного средства Количество автомобилей Одновременность

среднее в течение суток максимальное за 1 час

Легковой автомобиль, объем 1,8—3,5 л, инж., бензин 12 728 447 +

Грузовой автомобиль, г/п от 8 до 16 т, дизель 5056 169 +

Автобус, большой, дизель 1080 45 +

Автобус, малый, инж., бензин 456 19 +

Table 1

Traffic on the analyzed area for a two-month period

Type of vehicle Number of cars Simultaneity

average during the day maximum for 1 hour

Passenger car, engine capacity 1,8—3,5 l, injector engine, petrol 12 728 447 +

Truck, from 8 to 16 tons, diesel 5056 169 +

Big bus, diesel 1080 45 +

Small bus, injector engine, petrol 456 19 +

Автобусы [Buses] 8%

Рис. 1. Интенсивность транспортного потока на ул. Миклухо-Маклая [Figure 1. The intensity of the traffic on the Miklukho-Maklaya Street]

Всего за сутки по анализируемому участку дороги (ул. Миклухо-Маклая) проходит 19 320 автомобилей. Согласно ГОСТ 17.2.3.01—86 (Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества воздуха населенных пунктов) данный отрезок улицы является участком с высокой интенсивностью движения. Около 65 % в этом потоке занимают легковые автомобили; 26 % — грузовые; 7,8 % — автобусы (рис. 1).

Метеорологические характеристики задавались с учетом неблагоприятных метеорологических условий по среднемноголетним данным близлежащей метеостанции Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова и другой справочной информации (табл. 2).

Таблица 2

Метеорологические характеристики и коэффициенты, определяющие условия рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере Москвы

Метеорологические характеристики Коэффициенты

Коэффициент А, зависящий от температурной стратификации атмосферы 140

Коэффициент рельефа местности 1

Средняя максимальная температура наружного воздуха наиболее жаркого месяца года, °С 25,3

Средняя температура воздуха наиболее холодного месяца года -10,7

Среднегодовая роза ветров, %: С СВ В ЮВ Ю ЮЗ З СЗ 8 8 9 10 15 24 15 11

Скорость ветра и*(м/с), повторяемость превышения которой (по средним многолетним данным) не больше 5 % 6

Table 2

Meteorological characteristics and coefficients determining the conditions of dispersion of pollutants in the atmosphere of Moscow

Meteorological characteristics Coefficients

Coefficient A, depending on the temperature stratification of the atmosphere 140

The coefficient of the terrain 1

The average maximum outdoor temperature of the hottest month of the year, °C 25.3

The average temperature of the coldest month of the year -10.7

Average annual wind rose, %: N NE E SE S SW W NW 8 8 9 10 15 24 15 11

Wind speed U*(m/s), the frequency of exceeding which (according to the average long-term data) is not more than 5 % 6

Оценка проводилась для теплого периода с помощью унифицированной программы для ЭВМ — УПРЗА «Эколог» 4.75. Для всех рассматриваемых веществ и групп их суммации расчеты производились в прямоугольной области, охватывающей территорию кампуса РУДН. Расчетные точки располагались в разных условно поделенных зонах кампуса: учебной, жилой, фоновой (лес) и т.д.

В каждой расчетной точке рассчитывалась максимальная по величине скорости и направлению ветра концентрация примеси. При расчетах производился перебор направлений и скоростей ветра в соответствии с требованиями методики по алгоритму уточненного перебора скоростей ветра, заложенному в программу «Эколог». Шаг по углу перебора направлений ветра принимался равным 1°. Было выбрано 7 контрольных точек, расположение которых отражено на картах.

Расчет выбросов автотранспорта проводился в модуле «Автотранспортное предприятие» программы «ЭКОцентр». Источниками выделений загрязняющих веществ являлись двигатели автомобилей, перемещающихся по улице Миклухо-Маклая.

Таблица 3

Объемы загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу автотранспортом на ул. Миклухо-Маклая

Загрязняющее вещество Используемый критерий Значение критерия, мг/м3 Класс опасности Суммарный выброс вещества

код наименование г/с т/год

0301 Азота диоксид (Азот (IV) оксид) ПДК м/р 0,20000 3 0,9494364 4,712628

0304 Азот (II) оксид (Азота оксид) ПДК м/р 0,40000 3 0,0242834 0,765802

0328 Углерод (Сажа) ПДК м/р 0,15000 3 0,0095111 0,299942

0330 Сера диоксид (Ангидрид сернистый) ПДК м/р 0,50000 3 0,0291847 0,920368

0337 Углерод оксид ПДК м/р 5,00000 4 1,6109333 50,802394

2704 Бензин (нефтяной, малосернистый) (в пересчете на углерод) ПДК м/р 5,00000 4 0,1773111 5,591683

2732 Керосин ОБУВ 1,20000 0,0332889 1,049798

Всего веществ: 7 2,8339489 64,142615

в том числе твердых: 1 0,0095111 0,299942

жидких/газообразных: 6 2,8244378 63,842673

Группы веществ, обладающих эффектом комбинированного вредного действия:

6204 (2) 301 330

Table 3

Volumes of pollutants emitted into the atmosphere by vehicles on Miklukho-Maklaya Street

Pollutant Criterion used Value of the criterion, mg/m3 Hazard class The total emissions of the substance

code name g/s t/year

0301 Nitrogen dioxide (Nitrogen (IV) oxide) MPC м/р 0.20000 3 0.9494364 4.712628

0304 Nitrogen (II) oxide (Nitrogen oxide) MPC м/р 0.40000 3 0.0242834 0.765802

0328 Carbon (Soot) MPC м/р 0.15000 3 0.0095111 0.299942

0330 Sulfur dioxide MPC м/р 0.50000 3 0.0291847 0.920368

0337 Carbon monoxide MPC м/р 5.00000 4 1.6109333 50.802394

2704 Gasoline (oil, low-sulfur) (in terms of carbon) MPC м/р 5.00000 4 0.1773111 5.591683

2732 Kerosene ASLOE 1.20000 0.0332889 1.049798

All substances: 7 2.8339489 64.142615

including solid: 1 0.0095111 0.299942

liquid/gaseous: 6 2.8244378 63.842673

Groups of substances having the effect of combined harmful effect:

6204 (2) 301 330

Выбросы /-го вещества при движении автомобилей по расчетному внутреннему проезду МПР к рассчитывались по общеизвестной формуле

Мпр / = к • Ь • Кк • Бр • 10-6, т/год,

к=1

где шш — пробеговый выброс /-го вещества (г/км) автомобилем к-й группы при движении со скоростью 10—20 км/ч; Ь — протяженность расчетного внутреннего проезда, км; Ик — среднее количество автомобилей к-й группы, проезжающих по расчетному проезду в течение суток; БР — количество расчетных дней.

Максимальный разовый выброс /-го вещества О1 рассчитывался по формуле

О = ^ к • Ь • Щ / 3600, г/с,

к=1

где Щк — количество автомобилей к-й группы, проезжающих по расчетному проезду за 1 час, характеризующийся максимальной интенсивностью проезда автомобилей.

Из результатов расчетов максимального разового выброса для каждого типа автотранспортных средств в итоговые результаты по источнику занесены наибольшие значения, полученные с учетом нестационарности во времени движения автотранспортных средств [1].

Керосин [Kerosene]

Бензин (нефтяной, малосернистый) [Gasoline]

Углерод оксид [Carbon oxide]

I

s«1

Ш 4-*

s jS Сера диоксид (Ангидрид сернистый) 3 [Sulphur dioxide]

К CL I ■

S Углерод (Сажа)

В- [Carbon]

л

Азот (II) оксид (Азота оксид) [Nitrogen oxide]

Азота диоксид (Азот (IV) оксид) [Nitrogen dioxide]

1 1,00497 1 5,5 98 Э1683

1 0,92036 1 0,29994 1 0,76580 ■ 4,7 3 2 2 2628

50,802!

94

10

20

30

40

50

60

Количество, т/год [Emission amount, t/year]

Рис. 2. Доля выбросов загрязняющих веществ на ул. Миклухо-Маклая, т/год [Figure 2. Share of pollutant emissions on Miklukho-Maklaya Street, t/year]

Динамика показана в долях предельно-допустимой концентрации вредных веществ (ПДК) с помощью изолиний. Изолинии отстраивались по программе УПРЗА «Эколог» 4.75 для каждого приоритетного вещества. В качестве примера приведем данные по диоксиду азота (рис. 3). По остальным веществам превышений норматива в 0,8 ПДК не наблюдается.

Для детализации оценки влияния выбросов автомобильного транспорта на прилегающие территории использовался метод профилирования, указывающий на возможности рассеивания выбросов в придорожной зоне. Выбор профилей производился с учетом интенсивности движения, расположения светофоров, остановок, а также структуры прилегающей территории. Было намечено 6 профилей, которые репрезентативно отражают существующую обстановку (рис. 4).

Первый профиль проложен вдоль Ленинского проспекта, от пересечения с ул. Миклухо-Маклая по направлению в центр. Цель его построения — определить автомобильные выбросы в зависимости от накопления транспорта у светофора.

Второй профиль расположен перпендикулярно первому и призван оценить распространение выбросов в условиях прилегающей лесопарковой зоны.

Третий профиль выбран также по направлению к лесной зоне с противоположной стороны с целью сопоставления отсутствия влияния автомобильного движения.

Четвертый профиль направлен перпендикулярно ул. Миклухо-Маклая в сторону студенческого городка и характеризует распределение загрязнений в условиях плотной застройки.

Пятый профиль, направленный по центру административной зоны, характеризует изменения выбросов с учетом защитной зеленой зоны.

Шестой профиль расположен вдоль корпуса гуманитарных и социальных наук, характеризует периферийную зону с относительно слабым движением автотранспорта.

Рис. 3. Карта рассеивания концентрации диоксида азота (301) с расположением расчетных точек (РТ): РТ 1 (4,25 ПДК), РТ 4 (1,03 ПДК) — у дороги; РТ 2 (0,6 ПДК) — в фоновой зоне; РТ 3 (2,12 ПДК) -в жилой зоне; РТ 5 (1,03 ПДК), РТ 6 (0,84 ПДК) — в учебной зоне, РТ 7 (0, 83 ПДК) — в учебной зоне. Пунктирной линией обозначена граница изолинии в 0,8 ПДК, за пределами которой превышение норматива от заданного площадного источника — ул. Миклухо-Маклая не наблюдается. [Figure 3. Map of dispersion of nitrogen dioxide concentration (301) with location of calculated points (RT): РТ 1 (4,25 MPC), РТ 4 (1,03 MPC) — hear the road; РТ 2 (0,6 MPC) — in the background area; РТ 3 (2,12 MPC) — in the residential area; РТ 5 (1,03 MPC), РТ 6 (0,84 MPC), РТ 7 (0, 83 MPC) — in the study area]

Рис. 4. Изолинии концентраций монооксида углерода по замеренным в 33 точках данным (стрелками указаны направления генеральных профилей) [Figure 4. Contours of concentration of carbon monoxide data measured at 33 points (the arrows indicate the direction of the general profiles)]

Построение профилей проводилось по оцифрованным картам в программе Surfare по фиксированным точкам через 50 метров. Конфигурация профилей не совпадет между собой, что свидетельствует о крайне разнообразных условиях распространения выбросов. Это обусловлено различными типами прилегающей территории, а также местными климатическими изменениями (локальными направлениями ветра, ориентацией застройки, наличием растительности и, конечно, интенсивностью движения автотранспорта).

В качестве примера приводятся данные по направлению от Ленинского проспекта к лесопарку. Данный метод позволяет проследить путь распространения вещества и оценить зоны влияния автотранспорта. На профиле ярко выражена буферная функция лесопарка, прилегающего к жилой зоне РУДН.

Примером отсутствия растительности служит профиль от ул. Миклухо-Маклая через деловую и социально-активную зону главного корпуса РУДН. В данной зоне защитные свойства растительности выражены слабее по сравнению с другими направлениями.

Конфигурация данного профиля обусловлена одновременным влиянием двух источников автотранспорта: ул. Миклухо-Маклая (100—200 м) и с противоположной стороны ул. Саморы Машела (300 м).

Профиль № 2. По направлению от Ленинского проспекта к лесу

n 1

о

к s 0,8

о о. 0,6

н

CD J 0,4

S 0,2

0

О 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Расстояние, м

Рис. 5. Изменение концентрации монооксида углерода на расстоянии от Ленинского проспекта до Юго-Западного лесопарка

Profile No. 2. Distance from Leninsky Prospekt to the forest

Distance, meters

Figure 5. The change in the concentration of carbon monoxide from Leninsky Prospekt to the South-West Forest Park

Профиль № 5. От дороги на ул. Миклухо-Маклая и вдоль территории главного корпуса РУДН

Расстояние, м

Рис. 6. Изменение концентрации монооксида углерода от ул. Миклухо-Маклая через деловую и социально-активную зону главного корпуса университета

Profile No. 5. From the road (Miklukho-Maklaya St.) and along the territory of the main building of RUDN

Расстояние, м

Figure 6. Change of carbon monoxide concentration from Miklukho-Maklaya Street through the business and social-active zone of the main building of the University

Ниже приводится таблица оценки влияния движения автотранспорта на прилегающую территорию.

Таблица 4

Оценка влияния автотранспорта на прилегающую территорию

Граница зон влияния, м

СО no2 H2S Cажа Шум

Профиль № 1 300 500 300—500 350 500

Профиль № 2 150 100 150 50 300

Профиль № 3 100 450 600 500 150

Профиль № 4 150 200 50 200 200

Профиль № 5 250 400 0—200; 400—600 0—200; 300—400 350

Профиль № 6 500 500 200—600 0—300; 400—600 600

Table 4 Assessment of the impact of vehicles on the surrounding area

Border zones of influence, meters

СО no2 H2S Carbon Noise

Profile No. 1 300 500 300—500 350 500

Profile No. 2 150 100 150 50 300

Profile No. 3 100 450 600 500 150

Profile No. 4 150 200 50 200 200

Profile No. 5 250 400 0—200; 400—600 0—200; 300—400 350

Profile No. 6 500 500 200—600 0—300; 400—600 600

Заключение

По итогам исследования определена расчетная интенсивность движения автомобилей в обоих направлениях по ул. Миклухо-Маклая: 820 автомобилей в час и 19 320 за сутки.

Произведен расчет максимального разового и валового выброса с целью определения превышений норматива в 0,8 ПДК в зоне кампуса. Его величина по ул. Миклухо-Маклая в районе кампуса РУДН составила 64,1 т/г. Из них максимальное значение приходится на оксид углерода — 50 т/г. Приоритетными загрязнителями также выступают диоксиды азота, сажа.

Непосредственными замерами определены уровни загрязнения воздуха, шумовых нагрузок, электромагнитных полей. Превышение среднесуточных ПДК в воздухе кампуса выявлено по концентрации диоксида азота (превышение — 15 ПДК). Также превышен уровень шума — до 80 дБ (норматив — 45 дБ).

Результаты замеров визуализированы: созданы схемы техногенных нагрузок (карты загрязнений, шумовых нагрузок и др.).

В результате анализа графических построений выявлено, что наиболее сильное аэральное загрязнение территории кампуса происходит со стороны Ленинского проспекта и сравнительно меньше — с ул. Миклухо-Маклая, хотя Ленинский проспект находится дальше. Это объясняется более интенсивным потоком автомобильного транспорта и длительностью стоянки на регулируемом светофором перекрестке. Кроме того, определенный вклад вносят автобусные остановки, расположенные непосредственно вблизи кампуса.

Список литературы

[1] Алексеев С.В. Справочная таблица 6П2В. М., 1987.

[2] Методическое пособие по расчету, нормированию и контролю выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух. СПб.: НИИ Атмосфера, 2005.

[3] Методика проведения инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу автотранспортных предприятий (расчетным методом). М., 1998.

[4] Дополнения и изменения к Методике проведения инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу автотранспортных предприятий (расчетным методом). М., 1999.

[5] Третьяков О.Б., Корнев В.А., Кривошеева Л.В. Воздействие шин на окружающую среду и человека. М.: Нефтехимпром, 2006. 154 с.

История статьи:

Дата поступления в редакцию: 01.01.2019 Дата принятия к печати: 10.01.2019

Для цитирования:

Боева Д.В., Хаустов А.П. Оценка влияния автотранспорта на территорию кампуса Российского университета дружбы народов // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности. 2018. Т. 26. № 4. С. 419—430. DOI 10.22363/2313-2310-2018-26-4-419-430

Сведения об авторах:

Боева Дарья Викторовна — магистрант экологического факультета Российского университета дружбы народов. Контактная информация: e-mail: bodasha97@yandex.ru

Хаустов Александр Петрович — доктор геолого-минералогических наук, профессор, профессор кафедры прикладной экологии Российского университета дружбы народов, заслуженный работник высшей школы Российской Федерации. Контактная информация: e-mail: khaustov_ap@rudn.university

Assessment of the vehicles impact on the RUDN University campus

D.V. Boeva, A.P. Khaustov

Peoples' Friendship University of Russia (RUDN University) 6 Miklukho-Maklaya St., Moscow, 117198, Russian Federation

The article reflects the research carried out within the framework of the "Green campus" project. The project was organized by the Ecological Faculty of RUDN University, the purpose of which was the monitoring of the RUDN University campus and obtaining detailed information about the technogenic load on the territory. This paper presents the results of year-round studies of the territory, which allowed to establish the variability of anthropogenic load from vehicles depending on the seasons. The article presents the explanation of the vehicles impact assessment methods: instrumental and calculated methods, as well as their comparison with each other. The results are given in charts and maps. Identification of priority substances was done that contribute mostly to the atmosphere pollution.

Keywords: impact of vehicles; campus; environmental monitoring; emissions estimation; MPC; gross output; sampling

References

[1] Alekseev SV. Reference table 6P2B. Moscow; 1987.

[2] Guidelines for the calculation, regulation and control of emissions of pollutants into the air. Saint Petersburg: Atmosphere Research Institute; 2005.

[3] Methodology of inventory of pollutants emissions into the atmosphere from road transport enterprises (calculation method). Moscow; 1998.

[4] Additions and changes to the Methodology of inventory of pollutants emissions into the atmosphere from road transport enterprises (calculation method). Moscow; 1999.

[5] Tretyakov OB, Kornev VA, Krivosheeva LV. Impact of tires on the environment and human. Moscow: Neftekhimprom Publ.; 2006.

Article history:

Received: 01.01.2019 Revised: 10.01.2019

For citation:

Boeva DV, Khaustov AP. Assessment of the vehicles impact on the RUDN University campus. RUDN Journal ofEcology and Life Safety. 2018;26(4): 419-430. DOI 10.22363/2313-2310-201826-4-419-430

Bio Note:

Daria V. Boeva — second year master student, Peoples' Friendship University of Russia (RUDN University). Contact information: e-mail: bodasha97@yandex.ru

Alexander P. Khaustov — Doctor of Geological and Mineralogical Sciences, Professor, Professor of the Department of Applied Ecology of Peoples' Friendship University of Russia (RUDN University), Honored Worker of the Higher School of the Russian Federation. Contact information: e-mail: khaustov_ap@rudn.university