CC BY
27
УДК 504.75.05
РАСЧЕТНАЯ ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ГРАДОСТРОИТЕЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ НА ФОРМИРОВАНИЕ УСЛОВИЙ НАКОПЛЕНИЯ И РАССЕИВАНИЯ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ ЖИЛОЙ ЗОНЫ УРБОГЕОСИСТЕМЫ г. ВОЛЖСКОГО
© 2013 г. Д.С. Сухоносенко
Сухоносенко Денис Сергеевич - кандидат географиче- Sukhonosenko Denis Sergeevich - Candidate of Geo-
ских наук, доцент, кафедра природопользования, гео- graphical Science, Associate Professor, Department of
информационных и наноэкономических систем, Волж- Using of Nature, Geoinformation and Nanoeconomic Sys-
ский гуманитарный институт (филиал) Волгоградско- tems, Volzhskiy Humanitarian Institute (Branch) of Volgo-
го государственного университета, ул. 40 лет Победы, grad State University, 40 Let Pobedy St., 11, Volzhskiy,
11, г. Волжский, Волгоградская область, 404133, Volgograd Region, Russia, 404133, e-mail: dsuhono-
e-mail: dsuhonosenko@mail.ru. senko@mail.ru.
Проведена оценка величины загрязнения атмосферного воздуха при пуске автотранспортных средств в пределах дворовых пространств различных районов г. Волжского. Рассмотрены факторы, обусловливающие интенсивность рассеивания загрязняющих веществ в атмосферном воздухе. Показаны основные особенности влияния градостроительной структуры на формирование микроклимата на территории, а также влияние градостроительных объектов на формирование условий накопления и рассеивания загрязняющих веществ в атмосферном воздухе.
Ключевые слова: пуск автотранспортных средств, загрязнение атмосферного воздуха дворовых пространств, микроклимат жилой застройки, рассеивание загрязняющих веществ в воздухе.
In the article the estimation of the air pollution amount under the starting of motor cars in courtyards of Volzhskiy city districts is lead. The factors stipulating the intensity of diffusing of the air pollutions in Volzhskiy city are submitted. The article covers the basic features of the urban planning structure influence upon the microclimate of Volzhskiy city territory. The influence of urban planning objects upon the forming of factors of accumulation and diffusing of the air pollutions in Volzhskiy city is shown.
Keywords: starting ofmotor cars, air pollution in courtyards, microclimate of urban territory, diffusing ofair pollutants.
Ландшафтно-экологический подход к изучению щественным фактором, определяющим формирование городской территории предполагает исследование зон устойчивого загрязнения атмосферного воздуха в взаимодействий градостроительной структуры и при- пределах урбогеосистемы, является характер микрородного ландшафта и их совместного влияния на са- климата в пределах застройки. От степени проветри-нитарно-гигиенические свойства и условия, здоровье ваемости территории жилой застройки, скорости вет-населения и состояние городских экосистем [1]. Су- ра в пределах дворовых пространств зависит интен-
сивность рассеивания загрязняющих веществ. На территории Волгоградско-Волжской агломерации вклад выбросов автотранспортных средств (АТС) в загрязнение воздуха составляет 50-80 % от общего количества вредных веществ, поступающих в атмосферу. При этом одним из основных источников загрязнения атмосферного воздуха на территории жилой застройки являются автотранспортные средства, расположенные в пределах дворовых пространств. Ежедневный пуск и прогрев двигателей автомобилей приводит к загрязнению атмосферного воздуха и ухудшению санитарно-гигиенических условий на территории жилой застройки. В данной работе проведена расчетная оценка объемов выбросов в атмосферу загрязняющих веществ АТС, расположенными в пределах дворовых пространств различных районов г. Волжского. Кроме того, осуществлена количественная расчетная оценка аэрационного режима застройки и определены площади ветрового затенения территории (неблагоприятные условия рассеивания примесей) для различных районов г. Волжского.
Материалы и методы
Общая площадь территории жилой застройки г. Волжского, в пределах которой проведены исследования, составляет 6 км2. Определение числа АТС, расположенных в дворовых пространствах различных районов, осуществлено методом прямого подсчета. Подсчет производился в вечернее время по окончании рабочего дня (после 17 ч). Исследования проведены в 2012 г., равномерно охватывают все сезоны года.
Выброс загрязняющих веществ АТС при пуске и прогреве двигателей рассчитан согласно расчетной инструкции (методике) по инвентаризации выбросов загрязняющих веществ от АТС на территории крупнейших городов [2]. Расчет выбросов проведен отдельно для теплого и холодного периода года, что позволило получить среднегодовые показатели. В расчетах также учтена структура парка АТС России по экологическим классам.
Расчет длин и площадей ветровой тени, создаваемой отдельными зданиями в различных районах г. Волжского, осуществлен согласно руководству по оценке и регулированию ветрового режима жилой застройки [3]. Вначале проведен раздельный расчет площадей ветровой тени (снижение скорости ветра на 70 %), создаваемой группами зданий, фасад которых ориентирован перпендикулярно различным направлениям ветра. Затем для каждого исследуемого района рассчитана суммарная средневзвешенная площадь территории (га), находящаяся в ветровой тени зданий.
N
Использована следующая формула: £ = £ ■ , где
¿=1
- площадь территории, находящаяся в ветровой тени зданий, фасад которых ориентирован перпендикулярно для 1-го направления ветра, га; di - среднегодовая повторяемость 1-го направления ветра, доля единиц.
Данные о длинах и высотах фасадов отдельных зданий, необходимые для расчетов длины ветровой тени и индекса вертикальной рельефоидности, полу-
чены в результате анализа космических снимков различных районов г. Волжского и непосредственных натурных наблюдений.
Исходные данные
При оценке микроклиматических особенностей территории г. Волжского, определяющих формирование условий рассеивания загрязняющих веществ, исходными данными являются особенности природно-ландшафтной основы (в первую очередь рельеф) и специфика градостроительной структуры (характер застройки) урбогеосистемы.
Геоморфологические особенности территории, занимаемой г. Волжским, обусловлены ее принадлежностью к Заволжскому полупустынному ландшафтному району. Характерный тип ландшафта - плоские низменные равнины с развитым микрорельефом [4]. Отметки Хвалынской аккумулятивной равнины (террасы), на которой расположен город, находятся в пределах 23-27 м в его окрестностях. Общий ровный фон низменности слабо осложнен лиманами и падинами -бессточными понижениями глубиной от 0,5-2 до 34 м (Большой лиман).
Под влиянием природно-ландшафтных факторов формируется эколого-климатические параметры, определяющие проветриваемость территории г. Волжского. В пределах Заволжского полупустынного района среднегодовая скорость ветра находится в диапазоне от 5 до 6 м/с [5-7]. В годовом ходе преобладает северовосточное направление ветра. В холодный период скорости ветра увеличиваются, что повышает степень благоприятности условий для очищения атмосферного воздуха от загрязняющих веществ. В течение теплого периода идет уменьшение скоростей и наиболее слабые ветры (2,2-5,2 м/с) наблюдаются в июле-августе. Штили составляют от 8 до 18 % [6, 7]. При штиле и слабом ветре на территории агломерации возникают смоговые и квазисмоговые ситуации. Это приводит к слабой проветриваемости территории городской застройки и накоплению загрязняющих веществ.
Поскольку территория г. Волжского находится в пределах одного ландшафтного района и характеризуется единством природно-ландшафтной (в том числе геолого-геоморфологической) основы, то главным фактором, определяющим микроклиматическое разнообразие в городе, является специфика градостроительной структуры (характер застройки). Элементы градостроительной структуры г. Волжского оказывают существенное влияние на трансформацию факторов образования микроклимата [8]. Наряду с природными факторами параметры движения воздуха в пределах урбанизированного комплекса определяются степенью вертикального расчленения поверхности, которая зависит от особенностей застройки. В пределах г. Волжского по характеру преобладающего типа и размера зданий можно выделить три района: 1) район двух- и трехэтажной застройки; 2) район пятиэтажной застройки; 3) район пяти- и девятиэтажной застройки. Данные районы отличаются характером условий рассеивания загрязняющих веществ, поступающих в атмосферный воздух.
Результаты и обсуждение
При проведении исследований установлено число АТС, расположенных в пределах дворовых пространств различных районов. Для того чтобы иметь возможность сопоставить по данному показателю микрорайоны и кварталы г. Волжского, число АТС приведено к площади района (табл. 1).
Таблица 1
Основные характеристики вариационного ряда числа АТС на единице площади дворовых пространств г. Волжского
Среднее Мини- Макси- Среднее Стан- Коэф-
арифме- мальное мальное геомет- дартное фициент
тическое значение, значение, рическое откло- вариа-
значение, АТС/га АТС/га значение, нение ции,
АТС/га АТС/га %
26,86 13 42 25,58 8,3 30,9
Все микрорайоны и кварталы г. Волжского в зависимости от числа АТС, расположенных на единице площади в пределах дворовых пространств, разбиты на четыре группы: 1) районы с низкой плотностью АТС - до 25 АТС на один гектар; 2) районы со средней плотностью - от 25 до 35 АТС на один гектар; 3) районы с высокой плотностью - более 35 АТС на один гектар.
Для выделенных групп районов города произведен расчет среднегодового выброса загрязняющих веществ АТС, размещенными в пределах дворовых пространств г. Волжского, при пуске и прогреве двигателей. Для того чтобы иметь возможность сопоставить по данному показателю микрорайоны и кварталы, значения объемов выбросов загрязняющих веществ приведены к площади района (табл. 2).
В пределах дворовых пространств жилой зоны АТС размещены, как правило, вдоль зданий компактными группами с плотностью расположения до 20-40 автомобилей на 100 м. Рассматривая каждую такую компактную группу автомобилей внутри дворового пространства как неорганизованный источник загрязнения с высотой выброса 5 м (согласно [9]), в соответствии с методикой ОНД-86 [10] рассчитано максимальное значение приземной концентрации загрязняющих веществ, поступающих в атмосферный воздух при пуске и прогреве двигателей. Установлено, что максимальные расчетные значения концентрации
Таблица 2
Удельный среднегодовой выброс загрязняющих веществ АТС, размещенными в пределах дворовых пространств г. Волжского, при пуске и прогреве двигателей
Число АТС на 1 га Удельный среднегодовой выброс, т/га . год
СО Углеводороды NOx SO2 Pb
<25 <201,3 <22,5 <1,8 <0,75 <6 ■ 10-3
25-35 201,3-284,7 22,5-30,3 1,8-2,2 0,75-0,9 (6-8) 10-3
>35 >284,7 >30,3 >2,2 >0,9 >8 10-3
таких веществ, как оксид углерода, свинец, оксид азота, превысят соответствующие среднесуточные предельно допустимые концентрации в 1,5-8,0 раза.
Полученные значения максимальных приземных концентраций загрязняющих веществ не учитывают влияние объектов градостроительной структуры жилой застройки на процесс рассеивания примесей в атмосферном воздухе. Поэтому для анализа условий рассеивания загрязняющих веществ, поступающих в атмосферный воздух при пуске и прогреве двигателей АТС, размещенных в пределах дворовых пространств г. Волжского, проведена расчетная оценка ветрового режима жилой застройки. Для каждого района получены суммарные средневзвешенные значения площади территории ветрового затенения (снижение скорости ветра на 70 %), т.е. значения площади территории с неблагоприятными условиями рассеивания загрязняющих веществ. Для того чтобы иметь возможность сопоставить по данному показателю микрорайоны и кварталы г. Волжского, суммарные средневзвешенные значения площади территории ветрового затенения приведены к площади района. Таким образом, для каждого района получены значения доли площади территории, в пределах которой формируются застойные зоны (табл. 3).
Расчет, проведенный согласно приложению 2 методики ОНД-86, позволил установить влияние условий ветрового затенения, создаваемого зданиями, на величину максимальных приземных концентраций загрязняющих веществ, формируемых источниками, находящимися в зоне ветровой тени.
При этих подсчетах приняты те же исходные данные, что и при расчете максимальных концентраций веществ. При размещении внутридворовых стоянок автомобилей в зонах образования подветренной тени при перпендикулярном к стене зданий направлении ветра величины максимальных приземных концентраций загрязняющих веществ увеличиваются в 1,51,8 раза в зависимости от линейных параметров зданий (соотношение длины, ширины и высоты).
Все микрорайоны и кварталы г. Волжского в зависимости от того, какая часть их территории приходится на застойные зоны, в пределах которых максимальные расчетные концентрации загрязняющих веществ увеличиваются в 1,5-2 раза, разбиты на четыре группы: 1) районы с благоприятными условиями рассеивания загрязняющих веществ - суммарная площадь территории ветрового затенения составляет не более 30 % общей площади района; 2) районы с удовлетворительными условиями рассеивания - площадь территории ветрового затенения от 30 до 40 %; 3) районы с неблагоприятными условиями рассеивания - площадь территории ветрового затенения более 40 %.
Основные характеристики вариационного ряда значений доли территории ветрового затенения
Таблица 3
Среднее арифметическое значение, % Минимальное значение, % Максимальное значение, % Среднее геометрическое значение, % Стандартное отклонение Коэффициент вариации, %
34,8 17 49 33,9 7,57 21,75
В районах двух- и трехэтажной застройки г. Волжского расчетные значения доли территории, в пределах которой формируются застойные зоны, являются минимальными. Здесь формируются наиболее благоприятные условия для рассеивания загрязняющих веществ. Максимальные расчетные значения доли территории ветрового затенения, в пределах которой концентрации загрязняющих веществ возрастают в 1,5-2 раза, характерны для районов смешанной пяти-и девятиэтажной застройки.
Таким образом, проведенные исследования позволяют сделать вывод о том, что районы, которые характеризуются благоприятными условиями рассеивания и низким уровнем выбросов загрязняющих веществ при пуске и прогреве двигателей автотранспортных средств, занимают 12 % общей площади жилой застройки. Районы, которые характеризуются неблагоприятными условиями рассеивания и высоким уровнем выбросов загрязняющих веществ при пуске и прогреве двигателей автотранспортных средств, занимают 25 % общей площади жилой застройки.
Установлено, что формирование ветрового режима и условий рассеивания загрязняющих веществ в различных районах в значительной степени зависит от степени вертикального расчленения поверхности территории жилой застройки. Степень вертикального расчленения поверхности в пределах урбанизированного комплекса количественно можно охарактеризовать с помощью индекса вертикальной рельефоидно-сти, который представляет собой отношение суммарной площади вертикальных и субвертикальных граней зданий к площади территории в границах городской застройки [11]. Произведен расчет индекса вертикальной рельефоидности различных районов жилой застройки г. Волжского. Для различных районов (кварталы, микрорайоны) индекс вертикальной рель-ефоидности варьирует в диапазоне от 0,2 до 0,7.
Рассчитан коэффициент корреляции, позволяющий оценить характер и степень взаимосвязи между индексом вертикальной рельефоидности территории в различных районах г. Волжского и долей площади жилой застройки, в пределах которой формируются застойные зоны. Значение коэффициента составляет г=0,752 (р<0,05; 1=5,82). Выявленная связь между изучаемыми явлениями является статистической значимой, по степени проявления - тесной.
Таким образом, показательным количественным критерием степени трансформации ветрового режима на территории жилой застройки урбогеосистемы является индекс вертикальной рельефоидности. Зная значение данного индекса, можно отнести анализируемый участок жилой застройки к районам с неблагоприятными или удовлетворительными условиями рассеивания загрязняющих веществ в атмосферном воздухе.
Если индекс вертикальной рельефоидности не превышает 0,4, значит в данном районе жилой за-
Поступила в редакцию_
стройки доля территории, в пределах которой формируются благоприятные условия для увеличения приземных концентраций загрязняющих веществ, не превышает 30 % общей площади района. При значении индекса от 0,4 до 0,55 доля территории с благоприятными условиями для увеличения приземных концентраций загрязняющих веществ составляет 30-40 %. В районах, для которых индекс вертикальной рельефо-идности больше 0,55, увеличение приземных концентраций загрязняющих веществ в 1,5-2 раза возможно на территории, занимающей более 40 % общей территории жилого района.
Выводы
Элементы градостроительной структуры урбогео-системы г. Волжского, трансформируя природные факторы формирования микроклиматического разнообразия территории, создают специфический характер ветрового режима в пределах жилой застройки. Особенности подобной трансформации зависят от характера градостроительной структуры урбогеосистемы и оказывают существенное влияние на формирование условий рассеивания и накопления загрязняющих веществ, поступающих в атмосферный воздух при пуске и прогреве двигателей АТС, размещенных в пределах дворовых пространств.
Литература
1. Макаров В.З., Новаковский Б.А., Чумаченко А.Н. Эко-лого-географическое картографирование городов. М., 2002. 163 с.
2. Расчетная инструкция (методика) по инвентаризации выбросов загрязняющих веществ от автотранспортных средств на территории крупнейших городов. М., 2008.
3. Руководство по оценке и регулированию ветрового режима жилой застройки / под ред. К.И. Семашко. М., 1986. 64 с.
4. Атлас Волгоградской области / под ред. А.Г. Ляховой. М., 1967. 32 с.
5. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Вып. 13, ч. 1-6. Л., 1990. С. 724.
6. Метеорологический ежемесячник. Вып. 13, ч. 2, № 112. 1994-1998.
7. Справочник по климату СССР. Вып. 13, ч. 1-5. Л., 1966.
8. Канищев С.Н., Сухоносенко Д.С. Технолитоморфная трансформация окружающей среды в пределах урбанизированных территорий Волгоградско-Волжской градопромыш-ленной агломерации // Вестн. Воронежского гос. ун-та. 2011. № 2. С. 40 - 45.
9. Методическое пособие по расчету, нормированию и контролю выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух. СПб., 2005.
10. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД-86. Л., 1987.
11. Розанов Л.Л. Технолитоморфная трансформация окружающей среды. М., 2001. 184 с.
25 апреля 2013 г.
