СНИЖЕНИЕ НЕГАТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ТРАНСПОРТА НА ЖИЛУЮ СРЕДУ ГРАДОСТРОИТЕЛЬНЫМИ СРЕДСТВАМИ

Балакин В.В.¹, Сидоренко В.Ф.², Сурков Г.О.³, Решетников Е.А.⁴, Аброськин А.А.⁵

¹Кандидат технических наук, доцент, ²доктор технических наук, профессор,^3,4магистрант, ⁵аспирант, кафедра экологического строительства и городского хозяйства, институт архитектуры и строительства Волгоградского государственного технического университета

СНИЖЕНИЕ НЕГАТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ТРАНСПОРТА НА ЖИЛУЮ СРЕДУ ГРАДОСТРОИТЕЛЬНЫМИ СРЕДСТВАМИ

Аннотация

Рассматриваются проблемы социально-гигиенического характера, возникающие при функционировании транспортных систем городов в условиях быстро развивающейся автомобилизации.

Подчеркивается, что изменение структуры и уровня экологически обусловленной заболеваемости населения связано с воздействием атмосферных загрязнений от автомобильного транспорта. Дается обоснование оптимальных приемов планировки и застройки, исключающих случаи опасного загрязнения воздуха городских улиц.

Отмечена оздоровительная роль обходных магистральных дорог, трассируемых на внеселитебных территориях, и бестранспортных зон, выделяемых в квартальной застройке городских центров.

Ключевые слова: автомобильный транспорт, улица, скорость ветра, застройка, приемы планировки.

Balakin V.V.¹, Sidorenko V.F.², Surkov G.O.³ , Reshetnikov E. A. ⁴, Abroskin A.A.⁵

¹PhD in Engineering, Associate professor, ²PhD in Engineering, Professor, ^3,4Candidate for a Maste r′s Degree  of Chair, ⁵Postgraduate student, Environmentally Concerned Civil Engineering and Municipal Services, Volgograd state university of architecture and civil engineering VSUACE

CITY PLANNING COUTERMEASURES FOR NEGATIVE IMPACT ON LIVING ENVIRONMENT FROM TRAFFIC

Abstract

The article deals with the environmental problems arising in urban environments from steeply growing number of motor vehicles.

It highlights the dependency of the changes in the rate and pattern of environmentally induced morbidity on the air pollution with motor vehicle exhaust. A rationale is established for optimum development practices to avoid dangerous air pollution.

Positive effect on air quality from belt roads, bypass roads and pedestrian areas made in city centers is noted.

Keywords: automobile transport, street, wind speed, planning and development practices.

Ежегодно миллионы людей в городах страдают от заболеваний, связанных с загрязнением воздуха выбросами от транспортных средств, а также от повышенного уровня шума, исходящего от автомобильных дорог.

Мероприятиями по снижению шумового воздействия транспортно-дорожного комплекса российских городов на людей, проживающих вблизи от автомобильных дорог и железнодорожных путей, являются:

- увеличение расстояния между источником шума и защищаемым объектом;

- рациональное зонирование застройки – этажность жилых зданий нужно увеличивать, размещая их вглубь квартала;

- озеленение придорожных территорий;

- установка шумозащитных экранов-стенок.

В качестве экранов здесь могут также найти применение:

- искусственные и естественные элементы рельефа местности (выемки, земляные насыпи, холмы и др.);

- здания, в помещениях которых допускаются уровни звука более 50 дБ А;

- жилые здания с усиленной звукоизоляцией наружных ограждающих конструкций;

- жилые здания, в которых со стороны источников шума расположены окна подсобных помещений и не более одной жилой комнаты трехкомнатных квартир.

Результаты обследования городского населения, проживающего в микрорайонах и кварталах, ограниченных магистральными улицами, показывают, что причины возникновения большинства болезней у жителей городов имеют ярко выраженную экологическую составляющую. Они обусловлены несоответствием параметров формируемой среды обитания требованиям человеческого организма, как по шумовому фактору, так и по качеству атмосферного воздуха.

Наиболее остро проблема оздоровления городской среды возникает в крупнейших городах и мегаполисах. Средние концентрации загрязняющих веществ на примагистральных территориях, занимающих 35–40% площади  Москвы [1, С.19], в 1,5–2 раза выше, чем на природных территориях [2, С.83], причем в центральной части города уровень их содержания на 15–30% выше, чем на окраинах [3, С.21]. Согласно выполненным замерам, в отдельные дни в районе Садового кольца концентрации оксида углерода и оксидов азота в 10 и более раз превышали установленные нормы. В результате заболеваемость в этом районе детей возрастала в 3–5 раз по сравнению с уровнем заболеваемости в других районах [4, С.333].

В ходе анализа пространственного распределения уровня заболеваемости детского населения на Васильевском острове в Санкт-Петербурге была обнаружена неравномерность данного показателя для детей, проживающих на четных и нечетных линиях застройки магистральных улиц [5, С.111].

Причина имеющихся здесь отличий заключается в том, что при преобладании западных ветров в теплый период года, характеризующийся наибольшей интенсивностью движения автомобилей, нечетные линии оказываются наветренными господствующему направлению воздушных потоков.

В данном случае ветер вызывает образование в пространстве плотно застроенных улиц рециркуляционных вихревых потоков, увлекающих загрязняющие вещества с проезжей части к подветренным фасадам зданий [6, С.7]. Более того, в углах у подветренных стен наветренных рядов зданий появляются вихри малого размера [7, С.868 ].

Такая циркуляция воздуха в уличных каньонах приводит к увеличению концентрации ОГ вблизи застройки с наветренной стороны, так как первый большой вихревой поток переносит основную часть загрязняющих веществ от источника, а второй – удерживает их у нижних этажей зданий.

При убывании концентраций по высоте основному воздействию атмосферных загрязнений подвергаются 1–3 и реже 4 этажи, вследствие чего отмечается достоверное повышение заболеваемости по классу болезней органов дыхания у детей, проживающих на первых четырех этажах зданий [5, С.113].

Чтобы свести к минимуму ущерб здоровью населения, проживающего вблизи городских дорог и улиц необходимо применять комплексный подход к оценке качества жилой среды с учетом основных экологических факторов. При этом важно определить имеющиеся ресурсы снижения влияния автомобильного транспорта на жилую среду градостроительными средствами.

Как показывают натурные наблюдения и анализ градостроительной проектной практики, при разработке проектов планировки жилых районов в числе доминирующих экологических факторов необходимо, в первую очередь, дать гигиеническую оценку прогнозируемому аэрационному режиму, а также ожидаемому уровню загрязнения атмосферного воздуха [8, С.81]. Поскольку между этими факторами существует функциональная связь [9, С.6], то о качестве аэрации уличного пространства необходимо судить как с точки зрения тепловых ощущений человека, так и с позиции соответствия формируемого уровня загрязнения атмосферного воздуха санитарным нормам.

В данном случае наиболее важным параметром, характеризующим влияние застройки на деформацию ветра и циркуляцию примесей в уличных каньонах, является отношение высоты зданий в противоположных рядах (H ) к расстоянию между ними по фасадам, обращенным на улицу (B) [7, С.870]. Влияние данного геометрического критерия на концентрацию в воздухе городских улиц оксида углерода (CO) – одного из наиболее токсичных веществ, содержащегося в ОГ в наибольшем количестве, оценивается корреляционным отношением r в пределах 0,6–0,7, которое соизмеримо с влиянием скорости ветра (r = 0,7–0,8) и интенсивности движения (r = 0,85–0,9) [10, С.4].

Рассмотрим зависимость начальной концентрации CO от скорости ветра, полученную на основе натурных обследований магистральной улично-дорожной сети крупного города [9, С.6]:

   (1)

 где q₀ и u₀ – соответственно концентрация CO в воздухе и скорость ветра (м/с) над краем проезжей части на высоте 1,5 м (мг/м³); е – основание натурального логарифма; A и α – числовые коэффициенты, причем первый из них характеризует абсолютный максимум концентрации CO при штилевом состоянии, когда u₀ = 0.

Значения коэффициента α при экспоненте принимаются для магистральных улиц: общегородского значения 0,453 для летнего периода года и 0,430 – для зимнего, районного значения с преимущественно грузовым движением и движением легкового и общественного транспорта – соответственно 0,437 и  0,418.

Характер хода кривых регрессии виден на рисунке 1.

Рис.1 – Зависимость начальной концентрации CO  в воздухе от скорости ветра на магистральных улицах: 1,4 – общегородского значения; 2 – районного  значения преимущественно грузового движения; 3 – то же для легкового и общественного транспорта. А – летом; Б – зимой

 

Причем аналогично ведут себя диоксид азота (NO₂) при изменении скорости ветра в пределах 0–2,5 м/с и интенсивности движения автотранспорта (1–3) 10³ авт/ч, а также фотооксиданты в диапазоне скоростей ветра 0–3 м/с при размерах движения (1–6) 10² авт/ч, содержание которых в воздухе в известной мере обусловлено присутствием углеводородов (C_nH_m) [9, С.6].

Такое сходство подтверждает положение о том, что при смешении с атмосферным воздухом отдельные компоненты ОГ теряют свою динамическую индивидуальность, поскольку благодаря турбулентной диффузии и охлаждению плотности и удельные веса выбрасываемой газовоздушной смеси и атмосферного воздуха довольно быстро выравниваются [11, С.13].

Это хорошо видно также на рисунке 2, где показаны кривые снижения концентраций CO и оксидов азота (NO+NO₂) в условиях моделирования рассеяния ОГ на открытой площадке.

Рис.2 – Изменение начального уровня загрязнения воздуха CO (1) и NO+ NO₂ (2) в зависимости от скорости ветра в условиях моделирования

 

Здесь в качестве линейного источника загрязнений использован специально спроектированный трубопровод, который подсоединялся к выхлопной трубе двигателя автомобиля. Из отверстий боковых патрубков, имитирующих транспортные потоки на автомобильной дороге, вдоль трубы непрерывно и строго горизонтально выходила смесь газов. Это исключало влияние начальной скорости и направления выброса на вектор скорости воздушного потока в точке определения начальной концентрации изучаемых компонентов.

Таким образом, можно считать, что закономерности очищения улиц городов от CO с увеличением степени их аэрации, являются репрезентативными в отношении всей смеси ОГ, выбрасываемой транспортными потоками.

По графикам на рис.1 также видно, что при скорости ветра более 3 м/с различия в уровнях загазованности магистральных улиц разных категорий на перегонных участках существенно сокращаются (в 3–5 раз) и сводятся до минимума. Это согласуется с результатами обследований перекрестков, когда дву-троекратное превышение концентрации CO, по сравнению с перегонами, сглаживалось при скоростях ветра свыше 3 м/с. Иными словами, при режиме аэрации более 3 м/с, происходит снижение и нивелирование уровня загрязнения воздуха на улично-дорожной сети города в целом.

Вместе с этим натурные наблюдения в ряде крупных городов показывают, что гигиенические нормативы – предельно допустимые максимально разовые концентрации (ПДК) ведущих компонентов ОГ (CO, NO₂, C_nH_m) достигаются на 40–70 % общей протяженности магистральных дорог и улиц [12, С.138] в диапазоне скоростей ветра 3–4 м/с, соответствующем комфортным и субкомфортным типам погод для пребывания человека на открытом воздухе [13, С.56].

Изучение особенностей планировки и застройки таких участков улиц имеет важное значение в проектной практике, так как при разработке и корректировке проектов городских улиц необходимо обеспечить гигиенические нормативы содержания ОГ в атмосферном воздухе. В данном случае, согласно (1), необходимо обеспечить равенство:

   (2)

где ПДК_j – предельно допустимая максимально разовая концентрация отдельно взятого компонента ОГ;  – скорость ветра (м/с), обеспечивающая разбавление данного ингредиента в воздухе до ПДК на участке улицы.

В результате деления (1) на (2) и логарифмирования имеем:

   (3)

где  u₀ – скорость ветра на улице по варианту проекта планировки и застройки, подлежащему корректировке (м/с);  – содержание ингредиента в воздухе (в единицах ПДК) при заданных параметрах движения транспортного потока на улице.

Левая часть уравнения 3 отражает естественный ресурс или дефицит скорости ветра ∆u = ( – u), необходимый для доведения содержания ингредиента в атмосферном воздухе до санитарной нормы путем изменения планировочного решения.

Учитывая высокий уровень корреляции концентрации ОГ и скорости ветра с его направлением к оси улицы, параметром H/B и периметральной плотностью застройки [10, С.9], можно утверждать, что соответствие прогнозируемого загрязнения атмосферного воздуха гигиеническим нормативам на застраиваемых участках магистральных улиц может поддерживаться оптимальным аэрационным режимом уличного пространства. Такой режим проветривания улиц обеспечивается выбором положения их трассы по направлению господствующих ветров, этажности застройки и приемов планировки.

В каждом географическом районе при застройке жилых территорий, а также магистральных улиц, над проезжей частью которых формируется начальный уровень загрязнения атмосферного воздуха ОГ автомобильного транспорта, по отношению к аэрационному фактору необходимо вырабатывать единую позицию.

В географических районах, где преобладают сильные холодные ветры, приводящие к появлению у жителей холодового стресса и вызывающие опасность обморожения, необходима защита жилых территорий от ветра. Здесь находят применение такие градостроительные средства ветрозащиты, как учет особенностей рельефа, этажности застройки, приемов планировки, озеленения и др.

Вместе с тем, недостаточно комфортное проветривание улиц – со скоростями ветра менее 5 м/с – наблюдается в течение года в лесной подзоне и степной – в летний период. Еще более низкие скорости ветра (до 3 м/с) и штилевые условия (0–1 м/с) отмечаются в таежной подзоне, а также подзонах оазисов и влажных субтропиков. Очевидно, в данных климатических областях необходимо добиваться таких форм и взаиморасположения элементов городской застройки, которые обеспечивают комфортные тепловые ощущения и естественное проветривание улиц. Возможность сохранения и усиления исходной скорости ветра в таких районах имеется, например, при значительных разрывах в точечной застройке с наветренной стороны улиц. В некоторых городах в теплый период используются возможности сохранения аэрационного потенциала в застройке с учетом горно-долинной, бризовой циркуляции воздушных масс и др.

Однако в любом случае должна быть исключена возможность появления замкнутой циркуляции воздушных потоков в уличном пространстве, препятствующей воздухообмену при поперечных господствующих направлениях ветра. Поэтому при застройке улиц необходимо применять более свободные приемы планировки с ограниченным количеством многосекционных зданий, образующих уличные каньоны. Например, смещение осей зданий в ряду, расположение их под углом или с отступом от линии застройки, чередование этажности и изменение конфигурации в плане [14, С.115].

В крупных и крупнейших городах с исторически сложившейся планировкой улично-дорожной сети и переуплотненной застройкой среди факторов экологического риска вместе с автомобилизацией в последнее время выступает их архитектурно-планировочная структура, не отвечающая современным требованиям обеспечения экологической безопасности дорожного движения и формирования комфортной городской среды.

Решение проблемы создания здоровой среды обитания, возникающей, прежде всего, в центрах этих городов в условиях прогрессирующей автомобилизации, возможно путем применения радикальных планировочно-реконструктивных мероприятий – пробивки новых направлений с выводом грузового движения за пределы жилой застройки, укрупнения кварталов, оборудования пешеходных улиц и др.

Снижение заболеваемости населения в мегаполисах в связи с негативным воздействием транспорта достигается в результате реализации транспортно-градостроительных мероприятий более крупного масштаба. К ним относятся: перевод транзитных потоков автомобилей на сеть магистральных дорог скоростного движения, прокладываемых на внеселитебных территориях, в пригородных зонах и в пределах агломерации; развитие действующих и строительство новых линий современных видов внеуличного транспорта (монорельсовой системы, легкого метрополитена, речного трамвая и т.д.); формирование системы транспортно-пересадочных узлов, оборудованной перехватывающими парковками; создание бестранспортных зон в центральных планировочных районах с интенсивным движением пешеходов.

 

Список литературы / References

1. Фокин С. Г. Оценка воздействия на население Москвы загрязнений атмосферного воздуха канцерогенными веществами // Гигиена и санитария. –2010. – №1. – С.18 – 21.
2. Могосова Н. Н., Воробьева Т. А. Особенности оценки загрязнения атмосферного воздуха диоксидом азота от передвижных источников в Москве // Экология урбанизированных территорий. – 2014. – №1. – С.83–88.
3. Веревина М. Л., Русаков Н. В., Жукова Т. В. и др. Оценка заболеваемости населения в зависимости от условий проживания // Гигиена и санитария. – 2010. – №3. – С.21–25.
4. Себелева С. А., Хуторской М. Д. Численное моделирование загрязнения приземной атмосферы выхлопными газами автотранспорта // Актуальные проблемы экологии и природопользования: сборник научных трудов Всероссийской конференции, Москва, 19-20 апр.2000. – М.: Изд-во РУДН. 2000;. – С. 328–333.
5. Ванкевич Р. В. Применение методов системного анализа и ГИС-технологий к построению количественных взаимосвязей в системе «автотранспорт–городская среда–здоровье»: дис. канд. техн. наук. – Санкт-Перербург, 2003. – С.105–114.
6. Балакин В. В., Сидоренко В. Ф. Обеспечение гигиенических нормативов выбросов автомобильного транспорта в воздухе жилой застройки градостроительными средствами / Современное строительство и архитектура.. – 2016, №1(01). С.7–12.
7. Chan T. L., Dong G., Leung C. W., Cheung C. S., Hung W. T., Validation of a two –dimensional pollutant dispersion model in an isolated street canyon // Atmospheric Environment. – 2002. – Vol. 36, no. 5. – P. 861–872.
8. Балакин В. В., Сидоренко В. Ф., Сидоренко И. В. и др. Градостроительные мероприятия по снижению загазованности урбанизированных территорий выбросами автомобильного транспорта // Экология урбанизированных территорий. – 2015, №4, с.79–85.
9. Балакин В.В. Влияние ветрового режима на очищение воздуха магистральных улиц от выбросов автотранспорта // Гигиена и санитария. – 1980, №6, с.5–8.
10. Балакин В. В., Сидоренко В. Ф. Трансформация воздушного потока при обтекании жилых зданий на городских улицах // Вестник ВолгГАСУ. Сер. Строительство и архитектура. 2016. Вып. 44(63).Часть 2. С.4–18.
11. Андреев П. И. Рассеивание в воздухе газов, выбрасываемых промышленными предприятиями. М.: Госиздат, 1952. 81 с.
12. Балакин В. В. Расчет загрязнения атмосферного воздуха на застраиваемых участках городских дорог // Вестник ВолгГАСУ. Сер. Строительство и архитектура. – 2010. – Вып. 18 (37). – С. 138–143.
13. Методические рекомендации по гигиеническому обоснованию размещения и развития производительных сил на территориях нового освоения и в промышленно развитых регионах. – М.: НИИ общей и коммунальной гигиены им. А.И. Сысина, 1983. 94 с.
14. Балакин В. В. Регулирование аэрационного режима уличных каньонов приемами планировки и застройки // Вестник МГСУ. – 2014. – № 5. – С. 108–118.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Fokin S. G. Otsenka vozdeistviya na naselenie Moskvy zagryaznenii atmosfernogo vozdukha kantserogennymi veshchestvami [Evaluation of impact of carcinogenic air pollutants on Moscow population] / S. G. Fokin // Gigiena i sanitariya. – 2010. – № 1. – P. 18–21. [in Russian]
2. Mogosova N. N., Vorobyova T. A. Osobennosti otsenki zagryazneniya atmosfernogo vozdukha dioksidom azota ot peredvizhnykh istochnikov v Moskve [Features of calculation of air pollution by nitrogen dioxide from mobile sources in Moscow] / N. N. Mogosova, T. A Vorobyova // Ekologiya urbanizirovannykh territorii. – 2014. – №1. – P. 83–88. [in Russian]
3. Verevina M. L. Otsenka zabolevaemosti naseleniya v zavisimosti ot uslovii prozhivaniya [Estimation of sickness rates among populations in connection with their living conditions] / M. L. Verevina, N. V. Rusakov, T. V Zhukova and others // Gigiena i sanitariya. – 2010. – No. 3. – P. 21–25. [in Russian]
4. Sebeleva S. A., Khutorskoy M. D. Chislennoe modelirovanie zagryazneniya prizemnoi atmosfery vykhlopnymi gazami avtotransporta [Numeric simulation of above-ground air pollution from automobile emissions] / S. A .Sebeleva, M. D. Khutorskoy // In: Aktual'nye problemy ekologii i prirodopol'zovaniya [Contemporary Issues in Environmental Studies and Environmental Management]: Proc. All-Russia conference]. – M. –2000. – P. 328–333. [in Russian]
5. Vankevich R. V. Primennie metodov sistemnogo analiza i GIS- tekhnologii k postroeniyu kolichestvennykh vzaimosvyazei v sisteme «Avtotransort – gorodskaya sreda – zdorove» [Application of system analysis methods and GIS technologies to determining quantitative correlations in the «Motor vehicles – Urban Environment – Health» system]: dis. … of PhD in Engineering. – Sankt-Peterburg, 2003. – 135 p. [in Russian]
6. Balakin V. V., Sidorenko V. F. Obespechenie gigienicheskikh normativov vybrosov avtomobilnogo transporta v vozdukhe zhiloi zastroiki gradostroitelnymi sredstvami [Maintenance of hygienic standards of road transport emissions in the residential development air by urban development ways] / V. V. Balakin, V. F. Sidorenko // Sovremennoe stroitelstvo i arkhitektura. –2016, №1(01). P. 7–12. [in Russian]
7. Chan T. L., Dong G., Leung C. W., Cheung C. S., Hung W. T., Validation of a two –dimensional pollutant dispersion model in an isolated street canyon // Atmospheric Environment. – 2002. – Vol. 36, no. 5. – P. 861–872.
8. Balakin V. V. Gralostroitelnye meropriyatiya po snizheniyu zagazovannosti urbanizirovannykh territorii vybrosami avtomobilnogo transporta [Town planning measures to reduce the gas concentration of road transport emissions in urban areas] / V. V. Balakin, V. F. Sidorenko, I. V. Sidorenko and others // Ekologiya urbanizirovannykh territorii. – 2015. – №4. –  P. 79–85. [in Russian]
9. Balakin V.V. Vliyanie vetrovogo rezhima na ochishchenie vozdukha magistralnykh ulits ot vybrosov avtotransporta [Influence of the wind regime in the cleansing of the main streets of air emissions from motor vehicles] / V. V. Balakin // Gigiena i sanitariya. –1980. – №6. – P. 5–8. [in Russian]
10. Balakin V. V., Sidorenko V. F. Transformatsiya vozdushnogo potoka pri obtekanii zhilykh zdaniy na gorodskikh ulitsakh [Air flow transformation around residential buildings in urban streets] / V. V. Balakin, V. F. Sidorenko // Vestnik VolgGASU.Ser.:Stroitelstvo i arkhitektura. – 2016. –Vyp. 44 (63). Chast 2. – P. 4–18. [in Russian]
11. Andreev P. I. Rasseyanie v vozdukhe gazov, vybrasyvaemykh promyshlennymi predpriyatiyami [Dispersion of air gases emitted by industrial enterprises]. – М.: Gosizdat. – 1952. – 81 p. [in Russian]
12. 12. Balakin V. V. Raschyot zagryazneniya atmosfernogo vozdukha na zastraivaemykx uchastkakx gorodskix dorog [Calkulation of atmospheric air pollution within urban roads framed with buildings] / V. V. Balakin // Vestnik VolgGASU.Ser.:Stroitelstvo i arkhitektura. – –Vyp. 18 (37). – P. 138–143. [in Russian]
13. Metodicheskie rekomendatsii po gigienicheskomu obosnovaniyu razmeshcheniya i razvitiya proizvoditelnykh sil na territoriyakh novogo osvoeniya i v promyshlenno razvitykh regionakh [Guidelines for the Hygienic substantiation of placement and development of the productive forces in the areas of new development in the industrialized regions]. – М.: NII obshchei i kommunalnoi gigieny im. A.I.Sysina. – 1983. – 94 p. [in Russian]
14. Balakin V. V. Regulirovanie aeratsionnogo pezhima ulichnykh kanyonov priyomami planirovki i zastroiki [Street canyon ventilation control by proper planning and development] / V. V. Balakin // Vestnik MGSU. – 2014. – № 5. –  P. 108–118. [in Russian]