AN EVALUATION OF THE GAS PROTECTION EFFECTIVENESS OF GREEN SPACE STRIPS ON URBAN ROADS AND STREETS
AN EVALUATION OF THE GAS PROTECTION EFFECTIVENESS OF GREEN SPACE STRIPS ON URBAN ROADS AND STREETS
Abstract
The results of in-situ observations and physical modelling of the dispersion of vehicular emissions by strips of green space of different design on transport infrastructure are analysed. On thoroughfares, strips of vented and evenly-arched construction are more effective with respect to pedestrian traffic areas and the external facades of residential buildings at the height at the level of the middle floors of the building. Bringing the height of the trees closer to the height of the buildings leads to an additional reduction of air gassiness in the courtyard space. The species composition and structural characteristics of the planting strips that enhance the dissipation effect of vehicle emissions are presented.
1. Введение
Озеленение является важным элементом экосистемы, способным активно противостоять негативному влиянию транспорта на жилую среду на особенно уязвимых в экологическом отношении придорожных территориях. Древесно-кустарниковые растения совместно приповерхностной почвой и травяной растительностью выводят из атмосферы вредные для здоровья ингредиенты
.При формировании объектов озеленения в пределах городских транспортных систем, где в наибольшей степени прослеживаются линейные источники выброса загрязняющих веществ в атмосферу, находят применение рядовые структуры насаждений, отделяющие жилые образования от транспортных коммуникаций
, . Газозащитное действие таких структур проявляется, главным образом, через отклонение вверх и рассеяние поллютантов в атмосфере. Однако в пределах ширины разделительных полос, регламентируемой на городских дорогах и улицах строительными нормами, возможна посадка ограниченного числа рядов деревьев и кустарников, что не позволяет формировать полосы озеленения достаточной плотности и часть выбросов автомобилей проходит с проезжей части в прямом направлении , . Вместе с тем на эффективность рассеяния выбросов транспортных потоков полосами озеленения различной ширины заметное влияние оказывают другие факторы, определяющие их аэродинамические качества: высота древесных растений, густота и сомкнутость древостоя в полосе, наличие кустарников. Таким образом, возникают задачи исследования влияния конструкционных особенностей объектов озеленения, формируемых на транспортных сетях городов в границах придорожных территорий, на эффективность рассеяния и снижения концентраций атмосферных загрязнений в пределах жилых зон поселений.2. Материалы и методы исследования
Исследование выполнено на магистральных транспортных сетях городов, относящихся к III климатической области, и на моделях участков транспортных коммуникаций в комплексе работ по изучению микроклимата и качества городской среды. При изучении процессов рассеяния отработавших газов (ОГ) автомобилей полосами зелёных насаждений использовали их модели, изготовленные в виде проволочных каркасов в масштабе 1:20, заполненных синтетическим волокном
. Кроме этого, использовали модели зданий, выполненные из древесно-волокнистой плиты . В качестве линейного источника ОГ использовали специально спроектированный трубопровод, соединенный с выхлопной трубой автомобиля .Натурные обследования включали отбор проб воздуха в характерных пунктах на поперечном сечении транспортных коммуникаций, учет интенсивности и скорости движения транспортных средств, а также регистрацию метеорологических факторов – скорости ветра, температуры и влажности воздуха
.При моделировании процесса рассеяния ОГ на полигоне пробы воздуха отбирались в достаточно густой сетке точек на вертикальной плоскости, перпендикулярной к оси улицы, у полос озеленения, внешнего и дворового фасадов зданий, а также в пределах защищаемой примагистральной территории. Для этого использовали полихлорвиниловые трубки, закрепленные у пунктов отбора проб на металлических стойках. Газовоздушная смесь протягивалась аспирационными установками по воздухозаборным трубкам к сосудам с раствором для поглощения оксидов азота (NO+NO2) и колбам для определения содержания монооксида углерода (CO).
3. Результаты и обсуждение
По результатам химической обработки растворов и проб воздуха методом интерполяции построены линии равной концентрации (%) на вертикальной плоскости, перпендикулярной к оси улицы (рис.1 и рис.2). За 100% здесь принято содержание CO и NO+NO2 в воздухе перед моделями.
Рисунок 1 - Рассеяние CO в зоне влияния моделей рядовых посадок деревьев с открытым подкроновым пространством (а) и деревьев с кустарниками (б)
Примечание: h –– высота объекта озеленения
Эффективность снижения концентраций ингредиентов в воздухе примагистральных территорий зелеными насаждениями рекомендуется рассчитывать по эмпирической зависимости, полученной по результатам натурных обследований
:где h – высота газозащитной полосы, м; К – коэффициент, характеризующий плотность полосы, получаемый путем деления площади ствола, ветвей и листвы на общую площадь древостоя в полосе на вертикальной проекции.
Наиболее эффективны в снижении загазованности на участках городских дорог плотные полосы со значением К= 0,7...1 в пределах яруса, образуемого кустарниками и подлеском. По сравнению с полосами зеленых насаждений с открытым подкроновым пространством снижение содержания поллютантов в воздухе у них выше на 30%
. Поэтому в целях обеспечения высокого качества воздушной среды на пешеходных тротуарах подкроновое пространство у деревьев со стороны проезжей части следует заполнять кустарниками. В средних рядах следует высаживать деревья высокорастущих пород (тополя канадский, белый, черный, клены, вязы и др.), обеспечивающих требуемую ширину зоны влияния средозащитных полос. Наибольшую газозащитную эффективность такие объекты озеленения имеют при ширине от 15 до 30 м . Однако в пределах придорожных полос озеленения данной ширины концентрации ОГ остаются высокими из-за малой скорости ветра, что следует учитывать в процессе освоения прилегающей к ним территории в целях организации общественных пространств.Системы экранов, образованные полосами озеленения и застройкой без разрывов имеют четко очерчиваемые зоны повышенных концентраций на вертикальном профиле (рис. 2). Это связано с особенностями трансформации ветра и вовлечением в образующиеся циркуляционные зоны примесей. При этом древесно-кустарниковые растения способствуют интенсивному рассеянию ОГ в пределах всей территории, прилегающей к транспортным сооружениям с подветренной стороны.
Рисунок 2 - Рассеяние NO+NO2 линейными посадками деревьев и кустарников на застроенных участках городских дорог при продуваемой (а, б) и плотной (в, г) конструкции:
h –– высота объекта озеленения; H –– высота застройки
Примечание: а, в –– h = H; б, г –– h = 0,5H
где b –– расстояние между краем дороги и внешним фасадом здания, м; K –– коэффициент, характеризующий плотность полосы; h и Н –– высота газозащитной полосы и застройки, м; е –– основание натуральных логарифмов.
Существенным фактором, определяющим экологический эффект данной градоэкологической системы, является геометрический параметр h/Н, характеризующий относительную высоту полосы растений. При h=0,5Н отмечаются наименьшие концентрации NO+NO2 между полосой плотной конструкции и застройкой (рис. 2г). При такой же высоте ещё больший газозащитный эффект дают полосы без кустарников под кронами деревьев (рис. 2б), стимулирующие интенсивное рассеяние поллютантов вблизи застройки
.При равной высоте полосы и многосекционного здания на поперечном сечении улицы наблюдается уменьшение концентрации ОГ вблизи его дворового фасада (рис. 2в). Это связано с увеличением траектории прохождения воздушного потока над препятствием и более эффективным рассеянием примесей. При такой высоте полосы озеленения плотной и продуваемой структуры снижают загазованность у дворовых фасадов соответственно до 50% и 20% относительно уровня загрязнения воздуха, фиксируемого при отсутствии озеленения на улице. Таким образом, путем увеличения высоты древесных растений на улицах их газозащитная роль может быть перераспределена на территорию прилегающего жилого образования. Однако здесь следует учитывать, что из-за малой скорости движения воздуха и минимальных значений температурного градиента на улице в дополуденные и вечерние часы возможно накопление примесей в зонах пешеходных коммуникаций и у фасадов зданий. Поэтому полосы озеленения с крупномерными деревьями следует использовать совместно с нежилыми зданиями на отдельных участках магистральной уличной сети или на магистральных и скоростных дорогах в окраинных зонах городов, а также в пригородных зонах с коттеджными поселками в целях защиты жилых массивов от негативного воздействия транспорта.
4. Заключение
Линейные структуры зеленых насаждений, формируемые на объектах транспортной инфраструктуры городов, изолируют жилые образования от негативного воздействия транспорта. Снижение концентрации поллютантов в воздухе происходит путем увеличения высоты рассеяния. Основными геометрическими и конструкционными особенностями полос озеленения, усиливающими их газозащитную эффективность, являются количество рядов, высота, плотность и сомкнутость древостоя, наличие кустарников в нижнем ярусе.
В сочетании с многосекционной застройкой на подветренной стороне магистральных улиц, по отношению к преобладающему направлению ветра, наиболее эффективными в снижении загазованности уличного пространства являются полосы продуваемой конструкции. При этом высота деревьев в составе посадок не должна превышать половины высоты зданий. Поэтому для обеспечения достаточного воздухообмена в зонах пешеходных коммуникаций и общественных пространствах, формируемых в границах городских улиц, необходимо ограничивать высоту деревьев у средних этажей путем проведения систематических конструктивных рубок, рубок ухода и стрижек.
На участках магистральных дорог для снижения загазованности прилегающих жилых образований необходимо формировать многорядные линейные структуры древесных растений шириной в пределах 15...30 м с плотными густосомкнутыми кронами и подлески с кустарниками. Для усиления средозащитной эффективности и защиты жилых массивов от негативного воздействия транспорта в сочетании с такими полосами озеленения возможно использование нежилых зданий в зонах трассирования высокотехнологичных транспортных коммуникаций с наиболее интенсивным и скоростным движением транспорта.