CC BY
26
УДК 504.3.054:625.7
РОЗРОБКА ТА УПРОВАДЖЕННЯ СИСТЕМИ ЕКОЛОГ1ЧНОГО МОН1ТОРИНГУ ЕКСПЛУАТАЦ1Т ТРАНСПОРТНИХ МАШИН В КРУПНИХ М1СТАХ УКРАТНИ
1.К. Шаша
Доктор технiчних наук, професор, полковник Хармвський нацiональний унiверситет внутршшх справ м. Харкiв, пр-т 50^ччяя СРСР 27 Контактний телефон +38(057) 704-24-66, +38097-943-65-64
E-mail: igor_shasha@mail.ru
Г.М. Маренко
Полковник
Академiя внутршых втськ МВС УкраТни площа Повстання, 3, м.Хармв, УкраТна Контактний телефон +38(057) 739-26-87, +38-050-301-32-82
Наведено aHaMi3 забруднення повтря в м. XapKoei та обгрунто-вано величину потрiбноi кiлькостi 3aMipie шкдливих викид^в, необхд-них для забезпечення достатньоi точностi результатiв оцтки рiвня забруднення
1. Вступ
1нтенсивне зростання юлькост транспортних машин (ТМ) за останш десять роюв призвело до сутте-вого перевантаження вулично-дорожньо! мережi мшт Украши, особливо в 1х центральних частинах. При такому швидкому зростанш автомобiльного парку та змж його структури в Укра1ш виникае необхiднiсть вирiшення серйозних проблем, яю пов'язанi iз на-несенням автотранспортом шкоди для суспiльства i навколишнього середовища через викид шюдливих речовин в атмосферу.
Лiквiдувати проблему можна комплексно вплива-ючи на рiвень забруднення повiтря за трьома напрям-ками:
- по-перше, зменшенням токсичностi викидiв вiд кожного окремого автомобшя шляхом удосконалення певних агрегапв та використання бiльш безпечних видiв палива (технiчнi заходи);
- по-друге, зниженням концентрацп шкiдливих речовин в атмосферному повiтрi за рахунок ращо-нального планування та забудови при мапстральних територiй, а також газозахисних споруд та озеленення (мiстобудiвнi заходи);
- по-трете, зменшенням обсяпв ТМ на мапстралях шляхом удосконалення транспортно-планувальних характеристик ВДМ та покращенням органiзацii до-рожнього руху (ОДР).
До останнього напрямку вщносяться введення свилофорного регулювання, обмеження загальноi iнтенсивностi транспортних потокiв, корегування iх складу, видiлення без транспортних зон, утворення тшохщних зон, будування паркинпв, у тому числi пiдземних для вщстою ТМ та iншi заходи. Особливоi актуальностi рацiональна органiзацiя дорожнього руху набувае у центральних частинах мшт, де озеленення, застосування шженерних споруд, або шших мiстобудiвних заходiв у бiльшостi випадках немож-
ливо або недощльно iз-за вiдсутностi необхщно! те-риторii чи естетичних мiркувань.
Першим кроком на шляху рацiоналiзацii оргашза-цii дорожнього руху з точки зору екологiчноi безпеки повинне стати встановлення закономiрностей впливу транспортних потоюв на рiвень викидiв шюдливих речовин у повiтря.
2. Аналiз попереднiх дослiджень
1снуе багато варiантiв розрахунку розмiрiв ви-кидiв шюдливих речовин. Ощнка стану повiтряного басейну в населених пунктах проводиться шляхом порiвняння реальних концентрацiй з гранично-припу-стимими концентращями (ГПК) [1]. Але все зводиться пльки до оцiнки рiвня забруднення навколишнього середовища, механiзм зменшення екологiчного наван-таження шляхом впровадження необхщних заходiв вiдсутнiй.
Необхiдно вщмиити, що критерieм екологiчноi безпеки дор^ е така градацiя: при концентрацп СО до
3 мг/м3 позначае «вщмшно», при СО вiд 3 до 5 мг/м3 - «добре», або «еколопчно слабо небезпечно», при СО вщ 5 до 20 мг/м3 - «задов^ьно», або «еколопчно по-мiрно небезпечно» та при СО вщ 20 мг/м3 та вище «не-задовiльно» або «еколопчно небезпечно» [2].
Методи прогнозування i моделювання процесу забруднення повггря мiста поки вiдстають вiд розрахун-кових методiв визначення концентрацii шюдливих речовин стащонарних джерел.
Тому основна увага спещалшпв направлена на створення i удосконалення моделей для розрахунку приземних концентрацiй шкiдливих речовин, яю враховують вплив рiзних факторiв на характер дис-персii цих речовин в умовах при магiстральноi за-будови.
Осюльки кожний метод розрахунку включае рiзнi параметри, слiд придiляти увагу розробщ бiльш точ-ноi унiверсальноi методики розрахунку [3 - 5].
У сферi розробки бiльш ефективних методiв спо-стереження i належного контролю за викидами вщ-працьованих газiв i величинами iнтенсивностi дорожнього руху, особливо у крупних мштах Украши, ведуться дослiдження в напрямку розроблення вщ-повiдноi мережi спостереження, яка забезпечить от-римання необхщних результатiв i допоможе швидко провести належнi заходи по ОДР на небезпечних, з точки зору екологп, д^янках ВДМ.
Але iснуючi системи спостереження не дослщ-жують екологiчнi та технiчнi характеристики схем ОДР безпосередньо у вщповщних мшцях на рiзно-манiтних дiлянках, з врахуванням забудови навколо дорк [6].
Велика увага прид^яеться i комплексним схемам ОДР та встановленню функщональних залежностей рiвня екологiчних характеристик ввд технiчних схем ОДР.
Але усi дослщження рiвня екологiчних характеристик зводяться лише до того, що в iмiтацiйних моделях враховуеться циклiчний характер руху автомобШв в мiстах, який пов'язаний з зупинками перед перехре-стями та наступним розгоном, без достатньоi ощнки параметрiв всього транспортного потоку [7].
3. Мета та постановка завдання
З метою встановлення закономiрностей впливу параметрiв транспортних потоюв на еколопчний стан мiст, необхвдна розробка методики проведення дослщ-ження транспортних потоюв та еколопчного наванта-ження в крупних мiстах.
Для детальноi розробки такоi методики необхщ-но вирiшення ряду задач, яю можна об'еднати в три етапи. На першому етапi провадиться обгрунтування набору екологiчних характеристик транспортного потоку (характеристика шюдливих речовин, характеристики параметрiв транспортних потоюв, яю впли-вають на збiльшення забруднення навколишнього середовища, характеристики ВДМ).
Другий етап присвячений оргашзацп проведення замiрiв з фiксацii характеристик транспортних потоюв (обгрунтування мкця, часу проведення замiрiв, кiлькостi спостережень на основi класифiкацii елемен-пв мережi автомобiльних дорiг).
На третьому етат розробляеться спосiб фiксацii шюдливих речовин паралельно з фжсащею характеристик руху транспортних потоюв (вибiр техшчних засобiв фiксування викидiв шюдливих речовин, мшць пунктiв спостереження, часу проведення замiрiв та кiлькостi спостережень).
У стати визначаеться необхвдна юльюсть замiрiв викидiв забруднюючих повiтря речовин в рамках другого етапу дослвджень. Це питання можливо виршити на основi аналiзу iснуючих результаив спостережень за рiвнем забруднення повиря в мiстах.
В табл. 1 наведено даш про концентрацiю в повiтрi м. Харкова окису вуглецю за останнi шiсть рокiв, який е основним токсикантом вщпрацьованих газiв автомо-бiлiв та складае 70 % в загальнш масi вах шкiдливих речовин. Цi данi отримаш за допомогою натурних за-мiрiв мiською епiдемiологiчною станцiею. Такi замiри систематично проводяться в мiстах за нормативною методикою, наведеною в [8].
Таблиця 1
Концентрацп окису вуглецю на автошляхах м. Харкова за даними мюькоТ саштарноТ ешдемюлопчноТ станцп
Мюце проведення зам1ру Максимальна концентращя СО, мг/м3
2002 2003 2004 2005 2006 2007
Вул. Юрова- вул. Плехашвська 3,46 3,37 3,3 - - -
Вул. К.Маркса - вул. Ярославська - 4,0 1,7 - - -
Вул. Пушюнська 16,0 9,7 7,5 9,5 11,3 7,2
Пр. Московський - 3,0 5,7 12,0 12,0 8,2
Пр. Гагарша - - 6,2 - - -
Пр. 50-р1ччя СРСР - 2,6 5,0 - - -
Вул. Полтавський шлях - 2,9 2,1 - - -
Вул. Шевченко - 4,0 4,8 2,0 3,3 2,9
З наведених даних можна зробити висновок, що еколопчний стан повиря в деяких мшцях покращив-ся, а в деяких попршився. З одного боку, це ще раз нагадуе про актуальшсть питань зниження еколопч-ного навантаження в м. Харковь З iншого, коливання рiвня забруднення повггря в районi, отриманi шляхом проведення замiрiв за сталою методикою, диктують необхiднiсть статистичноi перевiрки можливосп ви-користання цих даних для планування.
Перш за все необхщно оцiнити вiдтворюванiсть спостережень, що проводяться мкькою етдемюло-гiчною станцiею, як результапв експерименту. Така оцiнка проводиться шляхом перевiрки гiпотези про рiвнiсть дисперсiй результатiв кожноi серii дослвдв. Оскiльки кiлькiсть спостережень кожного року рiзна, перевiрка цiеi гiпотези виконуеться за критерiем Бат-лера, який використовуеться при нерiвностi чисель-них вибiрок, що спостерiгаються [9]:
M = 2,3026 (lgof nn ■ lgof):
(1)
— 2 де ^
- зважена середня арифметична з дисперсш;^ -дисперс1я i-oi вибiрки; n. - чисельшсть i-oi вибiрки.
Для формування висновк1в за критерieм Бартлета неoбхiднo розрахувати константу С: 1
C = 1 +
У1 -у
n, УП.
3(m -1)
(2)
де m - кшьюсть пoрiвняльних дисперсiй.
В результатi розрахунк1в одержуемо, що при 1-а=0,95 та п'яти ступенях вiльнoстi в1дношення М/С, яке рoзпoдiлене як %2, дoрiвнюе 0,8 що значно менше табличного %Т2=11,07, а це св1дчить про незначне роз-рiзнення дисперсш.
Але критерiй Бартлета поступаеться потужшстю критерiю Кохрана, за яким також можлива перевiрка гiпoтези про рiвнiсть дисперсiй результатiв спосте-режень.
Тому було прийнято р1шення про проведення до-даткoвoi перевiрки гiпoтези про рiвнiсть дисперсiй за допомогою критерiю Кохрана [9], який являе собою вщношення максимальнoi з пoрiвняльних дисперсiй
до суми ус1х дисперсiй:
= oL
(3)
Але необхщною умовою використання цього кри-терiю е рiвна чисельнiсть уах вибiрок. Тому додаткова перевiрка проводилась лише за замiрами за 2003 та 2004 роки, без врахування пр. Гагарша.
Рiзниця дисперсiй виявилась не суттевою також i за критерiем Кохрана, фактичне значення якого qф =0,59, виявилось менше табличного qT =0,8534.
Пiдтвердження вiдтворюваностi експерименту за двома критерiями дае надшну основу для використання його результапв з метою оцiнки необхiдноi кiлькостi дослiдiв при проведеннi експерименту щодо визначення залежностi рiвня забруднення повиря вiд параметрiв транспортних потоюв в м. Харкiв.
Розрахунок юлькост дослiдiв слiд проводити за окремими елементами транспортноi мережi, умови руху на яких суттево вiдрiзняються мiж собою. В яко-стi таких видшет три елементи:
- перехрестя та два типи вулиць, за ознакою ix за-вантаженoстi транспортними потоками, з умовними назвами;
- центральш (з штенсившстю руху близькою до прoпускнoi спрoмoжнoстi);
- периферiйнi (з1 значним запасом прoпускнoi здат-ност1).
Кiлькiсть кожного типу елементiв приймалась з двох моделей транспoртнoi системи м. Харкова, роз-роблених в програмному середовишд PTV VISION® VISUM: мoделi маршрутного транспорту та мoделi транспoртнoi мережi центральнoi частини м1ста. Ви-xiднi данi для розрахунку пoтрiбнoi кiлькoстi дoслiдiв наведено в табл. 2.
Проведення експерименту плануеться оргашзува-ти за допомогою власно-випадкового методу вщбору на тш частинi ВДМ м. Харкова, на якш вiдбуваеться рух не м1льки мiсцевoгo транспорту, який мае на цих вулицях м1сце вiдправлення або прибуття, але й транзитного, в межах м1ста чи поза ним. В якост таких в цш робот приймаються вулицi, на яких оргашзовано рух маршрутного транспорту.
Таблиця 2
Розрахунок потр1бноТ ктькосп замф1в для оцшки середнього р1вня забруднення транспортними потоками в м. Хармв
М1сце проведення зам1ру Перехрестя Перифер1йн1 вулиц1 Центральш вулиц1
Кшьюсть м1сць
проведення 2 5 1
зам1р1в, од
Кшьюсть зам1р1в 5 15 6
Середне значення концентрацй СО, мг/м3 3,17 5,11 10,20
Середне
квадратичне в1дxилення 0,59 10,05 8,64
концентрацй' СО, с2, мг/м3
Генеральна сукупшсть, N, од. 495 1225 410
Дов1рча ймов1рн1сть, % 95 90 90
Значення виб1рки, n, од. 15 96 22
Розрахунок кiлькoстi дoслiдiв проводиться для безповторного способу ввдбору одиниць у вибiркoву сукупнiсть [9]:
n = t2 ■N , (4)
N ■А2 +12 ■о2
де t - нормоване вщхилення за рoзпoдiлoм Стьюдента; А - гранична помилка вибiрки, мг/м3; N - генеральна сукуптсть, од.
4. Висновки
Результати розрахунюв, наведенi в табл. 2 дають змогу для проведення пoдальшoi роботи з тдготовки та oрганiзацii експерименту з визначення залежно-стi рiвня викидiв шкiдливиx речовин вiд параметрiв
2
k
транспортних потоюв на найб1льш завантаженш частит м. Харкова.
За результатами кнуючих спостережень за станом примапстрального повиря в м. Харковi можна поба-чити, що викиди основного токсиканта окису вуглецю перевищують ГПК в рядi мiсць. Необхiднiсть зни-ження загазованостi особливо гостро проявляеться в центральних районах, що пояснюеться високою штен-сивнiстю руху при незначнш площi, великiй кiлькостi перехресть та вагомш частцi внутримiського транзиту в центрi мiста.
Проведення вказаноï в табл.2 кiлькостi замiрiв забезпечить формулювання висновкiв вiдносно результат експерименту з довiрчою ймовiрнiстю 95 % для перехресть та 90 % для обох титв вулиць, що е щлком прийнятним з врахуванням щлей проведення експерименту.
Лиература
1. ГСТУ 218-02071168-2003. Охорона навколишнього сере-довища. Автомобiльнi дороги загального користування. Оцiнка та прогнозування еколопчного стану дорiг та ви-робничих баз. - К.:Укравтодор Мiнтрансу Украши, 2003.
2. Шаповалов А.Л. Прогнозирование загрязнения атмосферного воздуха в придорожном пространстве // Вестник ХНАДУ / Сб. научн. тр. - Харьков: ХНАДУ. - 2002.
- Вып. 19. - С. 82-84.
3. Луканин В.Н., Трофименко Ю.В. Промышленно-транс-портная экология. - М.: Высш. шк. - 1989. - 178 с.
4. Говорущенко Н.Я. Экономия топлива и снижение токсичности на автомобильном транспорте. - М., Транспорт, 1990. - 135 с.
5. Говорущенко М.Я., Туренко А.М. Системотехшка транспорту. - Харгав: ХНАДУ, 1999. - 468 с.
6. Степанчук О.В. Методи створення i введення транспор-тно-еколопчного мошторингу в крупних i найкрупшших мютах: Автореф. дис. канд. техн. наук. 05.23.20 / КНУБА.
- К., 2004. - 16 с.
7. Шаша 1.К. Еколопчна безпека дорожнього руху: На-вчальний поабник. - Х.: Вид-во Харгавського нащо-нального унiверситету внутрiшнiх справ, 2007. - 48 с.
8. Руководство по контролю загрязнения атмосферы: РД 52.04.186-89. - М., 1991.
9. Венецкий И.Г., Венецкая В.И. основные математико-статистические понятия и формулы в экономическом анализе: Справочник. - М.: Статистика,1979.
