CC BY
204
УДК 504.05: 504.064
Щербатюк Андрей Петрович Andrey Shcherbatyuk
ВЛИЯНИЕ ВЫБРОСОВ ОТ АВТОТРАНСПОРТА НА КАЧЕСТВО АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА ГОРОДОВ РОССИИ
THE INFLUENCE OF MOTOR TRANSPORT EMISSIONS ON THE QUALITY OF ATMOSPHERIC AIR IN RUSSIAN CITIES
Рассматривается проблема загрязнения атмосферного воздуха городов России выбросами автотранспорта. Определяются наиболее вредные примеси в атмосфере городов, поступающие с выбросами от автотранспорта. Рассматривается зависимость загрязнения атмосферы городов России выбросами ДВС (двигателей внутреннего сгорания) автомобилей от месторасположения и ландшафта.
Установлено, что архитектурно - планировочная организация пространства, размещение объектов жилой застройки, промышленности, транспорта, рекреационных зон в условиях горного и предгорного рельефа требует учета микроклиматических особенностей для обеспечения нормативного качества атмосферного воздуха.
Объяснены явления микроклимата, так как речь идет о закономерностях многокомпонентной системы с очень большим числом степеней свободы, включающих параметры земной поверхности, океана, атмосферы и биосферы. Атмосферный воздух находится в непрерывном движении, система ветров и распределение давления постоянно меняются. Циркуляция воздуха в умеренных широтах обуславливается температурой, влажностью, местоположением относительно арктических (антарктических) и тропических фронтов и фронтальных зон. Многолетние средние положения главных фронтов в разные сезоны называют климатологическими фронтами. Циркуляция воздуха в конкретных географических районах формируется местными ветрами, которые возникают в системе общих воздушных течений различного по масштабам при различиях по температуре поверхности в течение 1 суток, а также изменениях общей циркуляции атмосферы под влиянием рельефа (ветры горных проходов, ущелий, склонов и долин).
The article considers the problem of atmospheric air pollution in the cities of Russia by motor vehicle emissions. The most harmful impurities in the cities' atmosphere which come with emissions from vehicles are identified. The dependence of air pollution in Russian cities on emissions of cars' ICE (internal combustion engines) on the location and landscape is considered.
It is stated, that the architectural and planning organization of space, accommodation of residential buildings, objects of industry, transport, recreation areas under mountainous and foothill relief conditions requires consideration of microclimatic features for ensuring normative quality of atmospheric air.
The phenomena of climate are explained, because it deals with naturally-specific multi-component systems with a very large number of freedom degrees, including the parameters of earth surface, ocean, atmosphere, and biosphere. Atmospheric air is in constant motion, the system of winds and pressure distribution are constantly changing. Circulation of air in temperate latitudes is determined by temperature, humidity, location relative to the Arctic (Antarctic) and tropical fronts and frontal zones. The multiyear averages of the main fronts in different seasons are called climatologi-cal fronts. Air circulation in specific geographical areas is formed by local winds that occur in the system of general air currents of different scale due to the differences in surface temperature during the day, as well as the changes in general circulation of atmosphere under the influence of the relief (winds of gaps, canyons, slopes and valleys).
It is studied that the relief can create strengthening of winds in some areas up to speeds exceeding the speed in the surrounding areas. Wind regime largely determines the dispersion of dust and gas emissions. No wind often contributes to the accumulation and long-
Установлено, что рельеф местности может создавать также усиление ветров в некоторых районах до скоростей, значительно превышающих скорости в соседних районах. Ветровой режим во многом определяет рассеивание пылевых и газовых выбросов в атмосферу. Отсутствие ветра часто способствует накоплению и длительному нахождению загрязняющих веществ в воздухе на определенной территории. Формы рельефа и их пространственная ориентировка оказывают большое воздействие на климат, создавая достаточно контрастные микроклиматические зоны по температуре (суточные колебания до 20 0С), направлению и скорости ветра, что создает особые условия для рассеивания загрязняющих веществ.
Подтверждено, что количество городов Российской Федерации, имеющих наибольший уровень загрязнения атмосферного воздуха, как элемента экосистемы, в которых показатель (индекс загрязнения атмосферы) ИЗА равен или больше 14, ежегодно обновляется. В связи с этими двумя особенностями антропогенная нагрузка на данные территории увеличивается многократно. Особенно это сказывается на загрязнении атмосферного воздуха. Практически основную долю в загрязнение атмосферы городов России ТВ и ВВ (токсичными и вредными ) веществами вносит автотранспорт
term presence of pollutants in the air in a certain area. Landforms and their spatial orientation have a great effect on climate, creating quite a contrast microclimatic zone temperature (daily fluctuations of up to 20 degrees Celsius), direction and speed of wind, creating special conditions for dispersion of pollutants.
It is confirmed that the number of cities in the Russian Federation, have the highest level of atmospheric pollution, as a part of the ecosystem in which a figure (index of pollution of an atmosphere) IPA is equal to or greater than 14, and it is updated annually. In connection with these two features, the human pressure on these areas is increased many times. Almost the bulk of pollution in cities of Russia by TV and BB (toxic and harmful) substances contributes the vehicles
Ключевые слова: атмосферный воздух, экосистема, города России, выбросы автотранспорта, антропогенное загрязнение, экология
Key words: atmospheric air, ecosystems, cities of Russia, motor vehicle emissions, anthropogenic pollution, ecology
Простой оценкой загрязнения атмосферного воздуха выбросами автотранспорта служат средние по городам России концентрации примесей. В [2] представлены результаты обобщения информации за 2006 г. — средние концентрации формальдегида и бенз(а)пирена, наиболее опасные токсичные и вредные вещества (ТВ и ВВ) в выбросах автотранспорта были выше ПДК в 3 и 2,5 раза соответственно, диоксида азота — на уровне ПДК, других веществ — не превышали 1 ПДК (рис. 1).
Среднее значение слабо отражает реальную картину, за исключением того, что проявляется проблема загрязнения атмосферы городов бенз(а)пиреном и формальдегидом. Аналогичные способы
представления информации показали, что распределение концентраций примесей по городам происходит одинаково.
Следует обратить внимание на города, в которых не выполняются предусмотренные для проживания населения нормы.
В 2005 г. отмечено, что в 207 городах (82 % городов, где проводятся наблюдения) средние за год концентрации какого-либо вещества превышают 1 ПДК. В этих городах проживает 65 млн человек ( см. рис. 2). Более 63 млн человек проживает в городах с концентрациями бенз(а)пирена свыше 1 ПДК и 55 млн человек — в городах с концентрациями формальдегида свыше 1 ПДК [1].
Рис. 1. Суммарные выбросы от промышленных предприятий (1) и автотранспорта (2) в целом по России за период с 1990 по 2005 гг. [2]
Рис. 2. Количество городов, в которых среднегодовые концентрации одного или нескольких веществ превышали 1 ПДК, отмечались значения больше 10 [1]
Отмечается превышение 1 ПДК в средних за год концентрациях взвешенных веществ в 64 городах: в 160 городах — бенз(а) пирена; в 102 городах — диоксида азота; в 125 городах — формальдегида. На рисунке показано число жителей, находящихся под влиянием примесей высоких концентраций
[4].
По городам России в целом средние из максимальных концентраций всех измеряемых примесей, кроме диоксида серы, превышают 1 ПДК: диоксида азота и хлорида водорода превышают ПДК более чем в 3 раза, бенз(а)пирена — в 5,2 раза. [4]
Концентрация примеси — максимальная, разовая, выше предельно допусти-
мой концентрации (ПДК) в 10 раз и более характеризует уровень загрязнения атмосферного воздуха как очень высокий. Максимальные концентрации в 2005 г. превышают 10 ПДК в 22 городах, а 2006 г. — в 26. В этих городах проживает более 14 млн человек.
Концентрации бенз(а)пирена средние за месяц превышают 10 ПДК в 7 городах, 5 ПДК — в 54 городах с суммарным населением 32,9 млн человек.
По территории России, кроме оценки качества воздуха в целом, важна ситуация в отдельных городах. В связи с этим ежегодно составляется Приоритетный список городов с наибольшим уровнем загрязне-
ния атмосферного воздуха. Это города, в которых показатель ИЗА равен или больше 14 (рис. 3).
Проблемными можно назвать города, которые ежегодно включаются в Приоритетный список. За последние пять лет в
Приоритетный список постоянно включались Братск, Волгоград. Волжский, Иркутск. Комсомольск-на-Амуре, Красноту-рьинск, Курган, Магадан, Магнитогорск, Новокузнецк, Норильск, Рязань, Селен-гинск, Улан-Удэ, Чита, Южно-Сахалинск.
Рис. 3. Количество городов, в которых уровень загрязнения высокий и очень высокий (ИЗА>7) (1), городов в Приоритетном списке (ИЗА > 1 4) (2) [1]
В большинстве из этих городов значительное загрязнение атмосферного воздуха ТВ и ВВ определяется выбросами от предприятий черной и цветной металлургии, химической и нефтеперерабатывающей промышленности и особенно автотранспорта [4].
Далее приведен Приоритетный список городов за 2011 г. [2].
Города с высоким уровнем загрязнения воздуха в 2011 г.
Балаково Магнитогорск
Благовещенск, Амур. обл. Набережные Челны
Братск Нерюнгри
Владимир Нижнекамск
Волгоград Нижний Тагил
Волгодонск Новокузнецк
Волжский Норильск
Восточный, пос. Первоуральск
Екатеринбург Рязань
Зима Саратов
Златоуст Селенгинск
Иркутск Томск
Казань Тюмень
Калининград Улан-Уде
Комсомольск - на Амуре Челябинск
Краснотурьинск Чита
Курган Южно-Сахалинск
Магадан
Одной из таких же загрязненных экосистем является Чита — город со сложным ландшафтом. В результате проведенных исследований в период с 2006 по 2012 гг. по различным постам наблюдения установлено, что концентрация токсичных и вредных веществ в г. Чита, имеющей горно-котловинное расположение, имеет явную зависимость от высоты над уровнем моря [9].
Автором разработаны варианты защиты экосистем городов России в условиях различных ландшафтов и месторасположения от загрязнения атмосферного воздуха выбросами от автотранспорта при помощи создания системы парков и скверов, расположенных особым образом и представляющих комплекс гигантских барьерных фильтров:
Первый вариант для городов с горнокотловинным месторасположением
На закрытых (подземных) и открытых автомобильных стоянках создается система технологических скверов, а также технологический парк в пределах нижних точек котловин, которые являются дополнительными естественными фильтрами для защиты атмосферного воздуха в теплое время года.
Рис. 4. Город с горно-котловинным месторасположением: (1) технологический парк; (2) система технологических скверов; (З)основное направление ветра по розе ветров
Второй вариант для городов с равнинным месторасположением
Запатентованный способ снижения загрязнения атмосферного воздуха ДВС автомобилей в летнее время с помощью строительства технологических скверов и парков применим и для равнинных регионов России и мира. Разница заключается в компоновке построения защитных лесотехнических сооружений. Технологические скверы размещаются также за автомобильными
стоянками по розе ветров. Технологических парков же строится два. Размещаются они на противоположных окраинах города по розе ветров с подветренной стороны и имеют форму вытянутых прямоугольных лесополос. Первая играет роль естественного преградного фильтра для поступающих в город воздушных масс, вторая — для исходящих. Также усиливаются лесопосадки газонов улиц проходящих поперек города, особенно с подветренной стороны (рис. 5).
3
Рис. 5. Город с равнинным месторасположением: (1) технологические парки; (2) система технологических скверов; (3) основное направление ветра по розе ветров; (4) усиленные лесопосадками газоны); (5) автотранспорт
Вывод: в результате исследования определено, что в 69 % городов, где проводятся наблюдения, отмечается высокий или очень высокий уровень загрязнения атмосферного воздуха ТВ и ВВ. Анализ показал, что около 65 млн человек проживают в городах, где средние за год концентрации примесей превышают установленные нормати-
Литература_
1. Безуглая Э.Ю., Смирнова И.В. Воздух городов и его изменения. СПб.: Астерион, 2008.
2. Состояние загрязнения атмосферы в городах на территории России в 2011: ежегодник. СПб., 2012.
3. Щербатюк А.П. Защита атмосферного воздуха городов от загрязнения отработавшими газами автомобилей в регионах с резкоконтинентальным климатом: научн. изд. Чита: ЗабГУ, 2011г.
4. Щербатюк А.П. Защита атмосферного воздуха городов от загрязнения отработавшими газами автомобилей в летнее время в условиях сложного рельефа // Вестник ЗабГУ. Чита: ЗабГУ, 2012. № 1. С. 52-59.
5. Shcherbatyuk А. P. Protection of urban ecosystem with complekx landscape from automobile transport the warm season // Jornal of International Scintific Publications: Elogi & Safety, Volume 6. Sofia: 2012. pert 3.
6. Щербатюк А.П. Заслоновский В.Н. Зависимость экосистем городов от сложного ландшафта // Moderni vymozenosti vedy — 2013: materialy mezinar-odni vedecko-prakticka conference. Praha: Education and Science, s.r.o, 2013. С. 9-18.
7. Щербатюк А.П. Особенности защиты экосистем городов в условиях сложного ландшафта // Вестник ЗабГУ. Чита: ЗабГУ, 2013. № 5. С. 93-99.
8. Заслоновский В.Н. Щербатюк А.П. Internationaler Kongress Fahmesse, «Complex of engineering solutions in order to protect thi city ecosystem under conditions of the complex landscape and prolonged cold period» // euro — eco, Hannover: 2013. pert 154.
9. Щербатюк А.П. Зависимость индекса загрязнения атмосферного воздуха городов от высоты над уровнем моря в регионах с резкоконтинентальным климатом и горно-котловинным расположением (на примере г. Чита) // Кулагинские чтения: матер. междунар. конф. Чита: ЧитГУ, 2009. Ч. III. С. 136-139.
вы. В большинстве городов существенный вклад в негативные процессы загрязнения атмосферного воздуха вносит автотранспорт. Предложенные автором инженерно-экологические решения могут существенно улучшить качественные показатели атмосферного воздуха городов России.
_References
1. Bezuglaya E.Yu., Smirnova I.V. Vozduh goro-dov i ego izmeneniya. (Air of cities and its changes). SPb.: Asterion, 2008.
2. Sostoyanie zagryazneniya atmosfery v gorodah na territorii Rossii v 2011: ezhegodnik. (State of atmosphere pollution in the cities in Russia in 2011: Annual). SPb., 2012.
3. Shherbatyuk A.P. Zashhita atmosfernogo vozduha gorodov ot zagryazneniya otrabotavshimi gazami avtomobiley v regionah s rezkokontinentalnym klimatom: nauchn. izd. (Protection of atmospheric air of cities against pollution by the cars' emissions in regions with harsh continental climate: scientific. ed.). Chita: ZabGU, 2011.
4. Shherbatyuk A.P. Vestnik Zab. Gos. Univ. (Transbaikal State University Journal). Chita: ZabGU, 2012. no 1. P. 52-59.
5. Shcherbatyuk A.P. Protection of urban ecosystem with complex landscape from automobile transport the warm season // Journal of International Scientific Publications: Elogi & Safety, Volume 6. Sofia: 2012. pert 3.
6. Shherbatyuk A.P. Zaslonovsky V.N. Moderni vymozenosti vedy: materialy mezinarodni vedecko-prakticka conference — 2013 ». (Modernista hospital vymozenosti vedy — 2013: materials of scientific conference. Praha: Education and Science, s.r.o, 2013. P. 9-18.
7. Shherbatyuk A.P. Vestnik Zab. Gos. Univ. (Transbaikal State University Journal). Chita: ZabGU, 2013. no 5. P. 93-99.
8. Zaslonovsky V.N. Shherbatyuk A.P. Internationaler Kongress Fahmesse, «Complex of engineering solutions in order to protect the city ecosystem under conditions of complex landscape and prolonged cold pe-riod» // euro — eco, Hannover: 2013. pert 154.
9. Shherbatyuk A.P. Kulaginskie chteniya: mater. mezhdunar. konf. (Kulagin readings: mater. Intern. Conf). Chita: ChitGU, 2009. Ch. III. P. 136-139.
10. Щербатюк А.П. Анализ влияния рельефа местности и температурных инверсий на загрязнение атмосферного воздуха в городах, расположенных в регионах с резкоконтинентальным климатом. // Приоритетные направления развития науки и технологий: матер. Всерос. конф. Тула: ТулГУ, 2010. С. 5-9.
11. Щербатюк А.П. Экосистема города в условиях сложного ландшафта и длительного холодного периода / / Экология и ресурсо- и энергосберегающие технологии на промышленных предприятиях, в строительстве, на транспорте и в сельском хозяйстве: матер. Междунар. конф. Пенза: ПенГУ, 2013. Ч. III. С. 59-62.
10. Shherbatyuk A.P. Prioritetnye napravleniya razvitiya nauki i tehnologiy: mater. Vseros. konf. (The priority directions of science and technology development: mater. All-Rus. Conf). Tula: TulGU, 2010. P. 5-9.
11. Shherbatyuk A.P. Ekologiya i resurso- i en-ergosberegayushhie tehnologii na promyshlennyh predpriyatiyah, v stroitelstve, na transporte i v sels-kom hozyaystve: mater. Mezhdunar. konf. (Ecology and resource and energy efficient technologies at the industrial enterprises of construction, transport and agriculture: mater. Intern. Conf.). Penza: PenGU, 2013. Ch. III. P. 59-62.
Коротко об авторе _
Щербатюк А.П, канд. техн. наук, доцент каф. «Техносферная безопасность», Забайкальский государственный университет, г. Чита, РФ [email protected]
Научные интересы: геоэкология, снижение антропогенного воздействия промышленности и транспорта на окружающую среду
_ Briefly about the author
A. Shcherbatyuk, candidate of technical sciences, associate professor, Technosphere safety department, Transbaikal State University, Chita, Russia
Scientific interests: geoecology, reducing of human impact of industry and transport on the environment
