CC BY
37
Снижение вредного воздействия автотранспорта в час пик на воздушный бассейн.
Орехова Н.Н., Осинцев Н.А.
УДК [504:656]:502.3 DOI: 10.18503/2222-9396-2016-6-1-29-33
СНИЖЕНИЕ ВРЕДНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ АВТОТРАНСПОРТА В ЧАС ПИК НА ВОЗДУШНЫЙ БАССЕЙН В ГОРОДЕ МАГНИТОГОРСКЕ
Орехова Н.Н.1, Осинцев Н.А.1
1 Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, Россия Аннотация
В статье рассмотрены экологические аспекты вредного воздействия автотранспорта на воздушный бассейн в городе Магнитогорске. Представлены результаты обследования интенсивности движения транспорта на городских маршрутах и предложен комплекс мероприятий по снижению вредного воздействия городского общественного пассажирского автотранспорта (ГОПТ), включающий возможность выделения в г. Магнитогорске отдельных полос для движения городского общественного пассажирского транспорта в часы пик; уширения проезжей части; замены автобусов особо малой вместимости на автобусы большой вместимости. Реализация предлагаемых мероприятий для участка улично-дорожной сети по пр. Ленина позволит: повысить скорость доставки пассажиров в часы пик; снизить удельный расход топлива, занимаемую автобусным парком площадь и выбросы вредных веществ при работе ГОПТ на 290 г/мин.
Ключевые слова: городской пассажирский транспорт, автомобильный транспорт, автобусы, экология, маршрутная сеть, выбросы, воздушный бассейн.
Работа выполнена при финансовой поддержке и в рамках международного образовательного проекта Евросоюза TEMPUS EcoBRU«Экологическое образование для Беларуси, России и Украины» (543707-TEMPUS-1-2013-1-DE-TEMPUS-JPHES).
Введение
В 2015 году комплексный показатель степени загрязнения атмосферы - индекс загрязнения атмосферы (ИЗА) который, рассчитывается как сумма средних концентраций в единицах ПДК с учётом класса опасности соответствующего загрязняющего вещества для Магнитогорска составил 12. Это значение многократно ниже значения ИЗА для Магнитогорска, опубликованного в первом государственном докладе «О состоянии и об охране окружающей среды» 1992 года, которое достигало тогда 80.
Несмотря на очевидное улучшение ситуации Магнитогорск постоянно включается в приоритетный список городов Российской Федерации с наибольшим уровнем загрязнения атмосферного воздуха по диоксиду азота, сероуглероду, фенолу, и бенз(а)пирену. Существующий уровень загрязнения атмосферного воздуха соответствует зоне чрезвычайной экологической ситуации.
Основным источником загрязнения воздушного бассейна Магнитогорска является ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат», выбросы которого составляют около 98% выбросов стационарных источников. Однако всё более значительный вклад в загрязнение окружающей среды вносит индивидуальный и промышленный автомобильный транспорт. Из всего количества вредных веществ, которые выбрасываются в атмосферный воздух города, выбросы стационарных источников составляют 77.6-77.8%, автотранспорта 21.5-22.7%, железнодорожного транспорта - около 0.7% [1].
В настоящее время в г. Магнитогорске проживает
© Орехова Н.Н., Осинцев Н.А., 2016.
409 тыс. человек и временного населения -10%. Городской общественный пассажирский транспорт представлен трамваями, автобусами большой (АБВ), средней и малой вместимости. Количество трамвайных маршрутов в городе - 34, городских автобусных - 60, пригородных маршрутов - 7. Примерно 70% подвижного состава составляют автобусы особо малой вместимости (АМВ) [2, 6].
Город Магнитогорск располагается на территории в 392.35 км2, при этом общая площадь улично-дорожной сети (УДС) составляет 7492.5 тыс. м2, в том числе с усовершенствованным покрытием - 6582.8 тыс. м2. Основу УДС города и его пространственного каркаса составляют магистральные улицы и дороги.
Ухудшению экологической обстановки способствуют неудовлетворительные условия движения, что приводит к дорожным заторам. В городе Магнитогорске выделяются около 25 участков дороги, на которых каждый день в часы пик образуются заторы, что приводит к повышению расхода топлива транспортных средств, и, как следствие, увеличению выбросов вредных веществ в атмосферу.
Снижение вредного воздействия автотранспорта является одним из приоритетных направлений охраны атмосферного воздуха в городах. К основным эколо-гоориентированным мероприятиям относятся:
• развитие транспортной сети, исключающее движение через город транзитного и грузового транспорта;
• техническое перевооружение транспортных средств, модернизация существующих и создание принципиально новых двигателей, работающих на традиционном качественном и альтернативных видах топлива;
• организация защитных зелёных полос из газо-
устойчивых насаждении вдоль магистралей;
• развитие городского пассажирского транспорта, оптимизация состава транспортного потока;
• расширение основных магистральных улиц и улучшение качества дорожного покрытия для повышения пропускной способности УДС.
Повышение пропускной способности УДС возможно путём реализации комплекса мероприятий, включающих технические решения (расширение проезжей части, строительство многоуровневых развязок), правовые (запреты стоянок и остановок на участках дорог с высокой интенсивностью движения транспортных средств (ТС)), организационные (оптимизация скоростного режима, выделение отдельных полос для ГОПТ в часы пик, реверсивное движение и пр.).
Для снижения вредного воздействия автотранспорта была рассмотрена возможность выделения в г. Магнитогорске отдельных полос для движения городского общественного пассажирского транспорта в часы пик; уширения проезжей части; замены автобусов особо малой вместимости на автобусы большой вместимости.
В качестве объекта исследования был выбран проспект Ленина, как самый аварийный участок УДС с самой высокой интенсивностью движения транспортного потока [2].
Методика исследования
Обследование проводилось на регулируемых перекрёстках от ул. Московская до бул. Сиреневый. В протокол замеров заносились данные о количестве транспортных средств, движущихся по перекрёстку по направлениям налево, прямо и направо; а также данные о количестве транспортных средств по составу - легковые автомобили, грузовые автомобили, автобусы особо малой вместимости («маршрутные такси»), автобусы большой вместимости, а также легковые такси.
Максимальная пропускная способность проезжей части в одном направлении Ын, авт./ч, определяется по формуле [2]
3600Г ...
N = Ык = 0.5-р- к , С1)
н п пол • пол5
£ в
где Ып - максимальная пропускная способность одной полосы движения, авт./ч; кпол - коэффициент по-
лосности дорог, принимается при одной полосе движения равным 1.0, при двух полосах - 1.9, при трёх полосах - 2.7; 0.5 - поправочный коэффициент, учитывающий влияние на скорость движения автомобилей ряда лимитирующих её факторов: погодных условий, состава движения, предписанных мер по организации движения; V - расчётная скорость,м/с; £ - рас-р в
чётное расстояние видимости поверхности дороги, м.
Интенсивность движения транспортных средств различных типов приводится к эквивалентному количеству легковых автомобилей. Расчётная часовая интенсивность движения всех транспортных средств
Ыч, авт./ч.
N = N + N + N кгр + N км + N ка, (2)
ч л т гр пр м пр а пр' 4 '
где N - интенсивность движения легковых автомобилей, авт./ч; Nт - интенсивность движения такси, авт./ч; Nр - интенсивность движения грузовых автомобилей, авт./ч; N - интенсивность движения авто-
у м
бусов особо малой вместимости (маршрутные такси «Газель»), авт./ч; Nа - интенсивность движения автобусов большой и средней вместимости, авт./ч; кЩр, кпр, кпр - коэффициент приведения интенсивности движения определённого типа транспортного средства к эквивалентному количеству легковых автомобилей. В расчётах принимается значение коэффициента приведения для грузовых автомобилей к'р =1.75; для автобусов малой вместимости -
кпр =15; для автобусов средней и большой вместимости - ка =1.75.
пр
Условие выделения отдельной полосы для движения городского пассажирского транспорта определяется следующей системой ограничений
Nн > N4
' N1 > Nм + Nа + Nт (3)
Nн - N > N ч - (N м + N а + Nт ),
где N - максимальная пропускная способность полосы для движения ГОПТ, авт./ч.
Соблюдения ограничений (3) позволяет говорить о наличии резерва пропускной способности участка УДС и возможности выделения отдельной полосы для движения пассажирского транспорта. При несоблюдении неравенства для повышения пропускной способности УДС необходима реализация мероприятий по уширению проезжей части.
Проведён расчёт выбросов при замене автобусов особо малой вместимости на автобусы большой вместимости. Выброс I -го загрязняющего вещества автотранспортными средствами соответствующего расчётного типа М . рассчитывается по формуле:
Mp = gpjQjW-
(4)
где Q.pJ - потребление моторного топлива р-го вида
автотранспортными средствами .-го расчётного типа при движении по городским улицам и дорогам за определённый период, т; g. - удельный выброс I -го
загрязняющего вещества автотранспортными средствами . -го расчётного типа при использовании р -го вида топлива, г/кг.
Выброс I -го загрязняющего вещества всеми автотранспортными средствами при использовании моторного топлива определённого вида М р рассчитывается по формуле [3]:
3
Снижение вредного воздействия автотранспорта в час пик на воздушный бассейн.
Орехова Н.Н., Осинцев Н.А.
(5)
]=1
Для автобусов с бензиновым двигателем и дизелем рассчитывались выбросы СО, СН, N0» 802. Вещества, выбросы которых зависят от топлива ТС и определяются как доля потребления топлива. Расход топлива рассчитан из норматива 17.5 л бензина на 100 км пробега для автобусов малой вместимости и 35 л дизельного топлива на 100 км пробега для автобусов большой вместимости [4].
Результаты расчётов по выделению отдельных полос _пр. Ленина в г.
Результаты и обсуждение
Результаты расчётов по выделению отдельных полос для движения городского пассажирского транспорта по пр. Ленина в г. Магнитогорске представлены в табл. 1. Из результатов следует, что существует возможность выделения отдельной полосы для движения ГОПТ одновременно с уширением проезжей части.
Из 60-ти действующих в г. Магнитогорске автобусных маршрутов по рассматриваемому в работе участку проходят 7 (табл. 2). На маршрутах используются преимущественно автобусы малой вместимости.
Таблица 1
для движения городского пассажирского транспорта по . Магнитогорске_
е и н а в
вон
е ем и а аН
на
о г
е р
е п
я х
2 и
К о
и и
К к
н
' Й
& о В К « ю га о
Я о
й 'К
' Й
& о В К « ю га о
Я о
В о
3
н
л ^ т
о 3 О
д ю Р
<3 н я
к - £
§
я 2 л, В
и ю эт о и о л о
5
Э «
« О
I
¡5
©
и
и ц
а
ок е Р
пр.Ленина - ул.Московская 521 298 261 946 473 223 250 выделение полосы
пр.Ленина - ул.Комсомольская 1042 234 521 946 473 808 -335 уширение 1 полосы
пр.Ленина - ул.Ленинградская 1761 233 881 946 473 1528 -1055 уширение 2.5 полосы
пр.Ленина - ул.Гагарина 1692 403 564 1344 448 1289 -393 уширение 1 полосы
пр.Ленина - ул.Грязнова 1997 446 666 1344 448 1551 -655 уширение 1.5 полосы
пр.Ленина - ул.Сов.Армии 1319 222 660 946 473 1097 -624 уширение 1.5 полосы
пр.Ленина - ул.Завенягина 1637 292 546 1344 448 1345 -449 уширение 1 полосы
пр.Ленина - ул.Б.Ручьева 1457 230 486 1344 448 1227 -331 уширение 1 полосы
пр.Ленина - бул.Сиреневый 882 15 441 946 473 867 -394 уширение 1 полосы
Таблица 2
Сравнение показателей расхода топлива за рейс _автобусов АБВ и АМВ на маршруте_
Скорость дви-
Расход топлива, л
Наименование перегона Расстояние, км в час пик расчётная В час пик Зелёная волна
АБВ АМВ АБВ
Ул. Московская 1.20 3.70 26.00 3.39 2.81 0.48
Ул. Комсомольская 0.30 2.60 26.00 1.21 1.00 0.12
Ул. Ленинградская 1.10 5.50 26.00 2.09 1.73 0.44
Ул. Гагарина 1.20 5.80 26.00 2.16 1.79 0.48
Ул. Грязнова 0.40 1.30 26.00 3.22 2.66 0.16
Ул. Сов. Армии 0.80 5.30 26.00 1.58 1.31 0.32
Ул. Завенягина 2.10 1.20 26.00 18.31 15.14 0.84
Ул. Б. Ручьева 0.90 2.90 26.00 3.25 2.68 0.36
Бульвар Сиреневый 0.40 4.50 26.00 0.93 0.77 0.16
Итого 46.74 36.13 29.88 3.38
Удельный выброс загрязняющих веществ по перегонам зависит от удельного расхода топлива, который возрастает при уменьшении скорости движения по маршруту в час пик. Так, для автобусов большой вместимости, при уменьшении их скорости от расчётной для МП «МагГорТранс» от 26 км/ч до фактической 5.8-1.2 км/ч на разных участках, выбранных для наблюдения маршрутов, расход топлива возрастает с 0.03 л/мин до 0.10-0.43 л/мин. (табл. 2). Время нахождения на маршруте увеличивается с 19.4 до 201.3 мин.
Очевидно, что развитие городского пассажирского транспорта и оптимизация состава транспортного потока должны идти по пути выделения отдельной полосы и замены автобусов малой вместимости, курсирующих с нарушением расписания движения на автобусы большой вместимости, перевозящие пассажиров строго по расписанию.
На семи проанализированных маршрутах большая доля приходится на перевозки автобусами особо малой вместимости (120 автобусов, средняя вместимость 13 пасс. мест). Расчёты показали, что после уширения полос при замене 120 автобусов особо малой вместимости на 18 автобусов большой вместимо-
сти без снижения пассажиропотока в часы пик эксплуатационная скорость движения увеличится до расчётной 26 км/ч. В этом случае скорость доставки на разных участках маршрутов возрастёт в 4.5 раза.
Несмотря на то, что нормативный расход дизельного топлива для АБВ в два раза выше, чем расход бензина для АМВ, расчётные удельные расходы топлива составляют для АМВ 0.17 л/мин., а для АМВ 0.14 л/мин., а расчётные удельные выбросы загрязняющих веществ от автобусов особо малой вместимости которые составляют (г/мин.) по СО - 2.32, по СН -0.26, по NОx - 0.63 и по SO2 -0.06 превышают удельные выбросы автобусов большой вместимости, которые составляют по СО - 1.24, по СН - 0.63, по NОx -3.62 и по SO2 - 0.23 по показателю NОx, а суммарный выброс от 120 автобусов АМВ практически такой же как от 77 АБВ (табл. 3).
Таблица 3
Удельные выбросы загрязняющих веществ АБВ и АМВ на маршруте
Загрязняю- Выброс загрязняющих веществ, г/мин.
щее веще- В час пик Зелёная волна
ство 70 АБВ 120 АБВ 88 АБВ
СО 87.11 278.96 109.51
СН 43.86 31.14 54.75
NOx 253.22 75.26 318.33
SO2 16.21 7.20 20.37
Суммарный выброс 400.39 392.56 502.97
В результате замены 120 автобусов особо малой вместимости на 18 автобусов большой вместимости снизятся выбросы от транспортных средств в атмосферу на 289.98 г/мин. (табл. 4).
Таблица 4
Сравнение показателей вариантов замены АМВ на АБВ
Значение
Класс Значение после Измене-
Показатель до замены замены
автобуса ние пока-
подвижно- подвиж- зателя
го состава ного со-
става
Количество транс- АБВ 70 88
портных средств на - 102
маршрутах, ед. АМВ 120 0
Общая занимаемая АБВ 1890 2376
площадь, м2 АМВ 1380 0 - 894
Суммарный расход АБВ 2782.30 270.35
топлива за рейс, л АМВ 3585.74 0 -6097.7
Общая вмести- АБВ 7700 9680 +180
мость, пасс. АМВ 1800 0
Суммарные АБВ 400.39 502.97 -289.98
выбросы, г/мин. АМВ 392.56 0
С позиции рационального использования природных ресурсов, к которым относятся в том числе атмосфера, земля; минеральное сырьё, водные ресурсы, важным экологическим результатом является и снижение ресурсоёмкости перевозки пассажиров (табл. 4).
Предлагаемые мероприятия позволят в часы пик снизить удельный выброс загрязняющих веществ на 30%, расход топлива почти на 95%.
Заключение
Предлагаемый подход к оптимизации транспортной сети (выделение отдельных полос для движения ГОПТ) к развитию городского пассажирского транспорта и оптимизации состава транспортного потока (замена 120 автобусов особо малой вместимости на 18 автобусов большой вместимости) позволит: повысить качество транспортного обслуживания населения (соблюдение графиков и интервалов движения транспортных средств, снизить продолжительность поездки); повысить скорость доставки пассажиров в часы пик; снизить удельный расход топлива, занимаемую автобусным парком площадь и выбросы вредных веществ при работе ГОПТ.
Список литературы
1. Цапковская Т.С., Ильина А.В. Разработка схемы прогноза высокого и экстремально высокого загрязнения атмосферного воздуха в городе Магнитогорске методом графической регрессии и результаты ее испытания. Методический кабинет Гидрометцентра России. Режим доступа: http://meteoinfo.ru/
2. Корнилов С.Н., Рахмангулов А.Н., Осинцев Н.А., Цыганов А.В., Пыта-лева О.А Методика разработки маршрутной сети движения городского пассажирского транспорта (на примере г. Магнитогорска) // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2011. №2. С. 49-58.
3. Расчетная инструкция (методика) по инвентаризации выбросов загрязняющих веществ от автотранспортных средств на территории крупнейших городов. Режим доступа: http://www.opengost.ru/iso/3174-raschetnaya-instrnkdya-metodika-po-inventarizadi-vybrosov-zagryaznyayuschih-veschestv-avtotransportnymi-sredstvami-v-atmosfernyy-vozduh.html
4. Распоряжение Минтранса России от 14.03.2008 N АМ-23-р (ред. от 14.07.2015) «О введении в действие методических рекомендаций «Нормы расхода топлив и смазочных материалов на автомобильном транспорте». Режим доступа: http://www.consultant.ru/ docu-ment/cons_doc_LAW_76009/
5. Хомченко А.Н. Осинцев Н.А. Ресурсоэкономичность транспортных систем городов // Современные проблемы транспортного комплекса России. 2012. № 2. С. 134-139.
6. Корнилов С.Н., Рахмангулов А.Н. Выполнение проектных работ по обновлению маршрутной сети городского пассажирского автотранспорта г. Магнитогорска: отчёт о НИР. Муниципальный контракт №1444 / ГОУ ВПО «МГТУ им. Г.И. Носова». Магнитогорск, 2009. 254 с.
Материал поступил в редакцию 09.02.16
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
THE REDUCTION OF HARMFUL IMPACT OF ROAD TRANSPORT IN PICK HOURS ON AIR BASIN IN THE MAGNITOGORSK CITY
Orekhova Natalya Nikolaevna - D.Sc. (Eng.), Professor
Nosov Magnitogorsk State Technical University, Russia. Phone: +7-3519-29-85-55. E-mail: n_orehova@mail.ru Osintsev Nikita Anatolievich - Ph.D. (Eng.), Associate Professor
Nosov Magnitogorsk State Technical University, Russia. Phone: +7-3519-29-85-16. E-mail: osintsev@magtu.ru
Снижение вредного воздействия автотранспорта в час пик на воздушный бассейн.
Орехова Н.Н., Осинцев Н.А.
Abstract
The environmental aspects of harmful impact of road transport on air basin in the Magnitogorsk city have considered. The results of survey of density of operation in public transport on city routes have presented and the set of activities for reducing harmful impact from public passenger road transport (GOPT) including the necessity to add the separate lanes in Magnitogorsk city for movement of urban public passenger transport in pick hours; wid-ening the carriageway; the change in buses with low capacity to the buses with high capacity. The realization of the proposed activities for the section of road network on the Lenina avenue will allow: to increase the speed of passengers' delivery in pick hours, to reduce specific fuel consumption, to decrease the space occupied by bus park and to reduce emissions of harmful substances from public passenger road transport by 290 gr/min.
Keywords: urban passenger transport, road transport, buses, ecology, route network, emissions, air basin.
This research is supported by Tempus Project «Ecological Education for Belarus, Russia and Ukraine » - «EcoBRU» (543707-TEMPUS-1-2013-1-DE-TEMPUS-JPHES).
References
1. Capkovskaya T.S., Il'ina A.V. Razrabotka skhemy prognoza vysokogo i ehkstremal'no vysokogo zagryazneniya atmosfernogo vozduha v gorode Magnitogorske metodom graficheskoj regressii i rezul'taty ee ispytaniya. Metodicheskij kabinet Gidrometcentra Rossii. [Forecast development of high and extremely high pollution of atmospheric air in Magnitogorsk by method of graphic regression]. Available at: http://meteoinfo.ru/
2. Kornilov S.N., Rakhmangulov A.N., Osintsev N.A., Cyganov A.V., Pytaleva O.A Metodika razrabotki marshrutnoj seti dvizheniya gorodskogo passa-zhirskogo transporta (na primere g. Magnitogorska) [Urban civil transporting communication map working-out method (in term of Magnitogorsk city]
// Vestnik Magnitogorskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universi-teta im. G.I. Nosova [Vestnik of Nosov Magnitogorsk State Technical University]. 2011, no.2, pp. 49-58.
3. Raschetnaya instrukciya (metodika) po inventarizacii vybrosov zagrya-znyayushchih veshchestv ot avtotransportnyh sredstv na territorii krupnejshih gorodov [The inventory instruction of emissions the polluting substances from vehicles in the largest cities territory]. Available at: http://www.opengost.ru/iso/3174-raschetnaya-instrukciya-metodika-po-inventarizacii-vybrosov-zagryaznyayuschih-veschestv-avtotransportnymi-sredstvami-v-atmosfernyy-vozduh.html
4. Rasporyazhenie Mintransa Rossii ot 14.03.2008 N AM-23-r (red. ot 14.07.2015) «O vvedenii v dejstvie metodicheskih rekomendacj «Normy raskhoda topliv i smazochnyh materialov na avtomobil'nom transporte» [Ministry of Transport Russian Federation decree «About introduction of methodical recommendations «Consumption rates of fuels and lubricants on the motor transport»]. Available at: http://www.consultant.ru/ docu-ment/cons_doc_LAW_76009/
5. Homchenko A.N. Osintsev N.A. Resursoehkonomichnost' transportnyh sistem gorodov [Resource reduction in transport city systems] // Sov-remennye problemy transportnogo kompleksa Rossii [Modern Problems of Russian Transport Complex]. 2012, no. 2, pp. 134-139.
6. Kornilov S.N., Rakhmangulov A.N. Vypolnenie proektnyh rabot po ob-novleniyu marshrutnoj seti gorodskogo passazhirskogo avtotransporta g. Magnitogorska: otchet o NIR. Municipal'nyj kontrakt №1444 [Bringing the existing route network of passenger bus transport of Magnitogorsk in accordance with the existing terms and conditions of passengers transportation] / NMSTU. Magnitogorsk. 2009, 254 p.
Received 09/12/16
Орехова Н.Н., Осинцев Н.А. Снижение вредного воздействия автотранспорта в час пик на воздушный бассейн в городе Магнитогорске // Современные проблемы транспортного комплекса России. 2016. Т.6. №1. С. 29-33
Orekhova N.N., Osintsev N.A. The reduction of harmful impact of road transport in pick hours on air basin in the Magnitogorsk city // Sov-remennyeproblemy transportnogo kompleksa Rossii [Modern Problems of Russian Transport Complex]. 2016, vol. 6, no. 1, pp. 29-33
