Анализ воздействия выбросов от транспортных средств на воздушную среду в городе Уфа с использованием геоинформационных систем

В городе Уфа – столице республики Башкортостан, довольно острой проблемой является ухудшение качества воздушной среды. На сегодняшний день сохраняется высокий темп жилой застройки в районах, подверженных влиянию промышленных зон города и автотранспорта

Предлагаемая авторами методика расчета уровня загрязнения атмосферного воздуха автомобильными выбросами позволяет проводить исследования на новом системном и техническом уровне с использованием следующего программного обеспечения:

- Унифицированная Программа Расчёта Загрязнения Атмосферы (УПРЗА) фирмы «Интеграл»;

- АТП-Эколог;

- ГИС-Эколог.

Анализ воздействия на атмосферный воздух загрязняющих веществ от автотранспорта в городе Уфа согласно методике, предлагаемой авторами, осуществляется в следующей последовательности:

1. Проводится анализ транспортной сети города;

2. Выявляются наиболее загруженные транспортные участки;

3. Рассчитывается временной отрезок, в который автотранспорт оказывает наиболее негативное влияние;

4. Рассчитывается количество автотранспорта, проходящие через выявленные участки и производится деление автотранспорта на виды в зависимости от дорожных ограничений, действующих на каждом конкретном участке;

5. Производится расчет вредных выбросов с использованием программного обеспечения «АТП-Эколог»;

6. В программе УПРЗА «Эколог» производится расчет рассеивания вредных выбросов (с учетом климатических характеристик города Уфа)

Далее представлены результаты проведенного авторами анализа.

1. Площадь территории города Уфа составляет 707,9 км2. Территория города включает 7 районов: Ленинский, Октябрьский, Орджоникидзевский, Советский, Дёмский, Калининский, Кировский

Количество автотранспорта, проходящего через дорожную сеть города Уфа, за период с 2007 года по 2022 год выросло в 17 раз

Строительство новых автомагистральных дорог, в том числе дублирующих наиболее загруженные районы, и расширение действующей дорожной инфраструктуры в указанный период практически не осуществлялось.

Наиболее значимым проектом по расширению транспортной инфраструктуры в городе Уфа является строительство проспекта Салавата Юлаева, основной этап которого был завершен в 2007 году. Дальнейшее развитие проекта по продлению проспекта до Орджоникедзевского района и далее до Бирского тракта приостановлено в 2008 году. При этом прирост населения города Уфа за аналогичный период составил 11,9%, а, следовательно, и пропорционально произошло увеличение используемого автотранспорта. Также значительными темпами осуществляется строительство новых жилых районов без пропорционального развития транспортной инфраструктуры

Оптимальная скорость движения – 60 км/ч, а во время транспортных пробок, когда скорость автомобилей не превышает 10-15 км/ч, вредные выбросы в атмосферу резко увеличиваются (рис. 1).

Рисунок 1 - Пропускная способность автодороги в зависимости от скорости движения транспортного потока

DOI:10.23670/IRJ.2023.135.15.1

Таким образом, изменение агломерации города, приводящее к росту автотранспортных потоков в городе, производится без пропорциональных трансформаций дорожной сети

[9]

.

Вышеуказанные причины приводят к снижению средней скорости автотранспортных средств в наиболее загруженные периоды времени до 5 км/ч. Также наличие многочисленных участков, регулируемых светофорами, влияет на частоту торможения и разгона транспорта, что в свою очередь приводит к образованию дополнительных объемов выхлопных газов.

2. Сбор данных для выявления наиболее загруженных участков города Уфа осуществлялся с помощью программного обеспечения Яндекс. Карты и 2GIS. Проанализирована выборка данных в количестве 252 суток в разное время года.

Исследование проводилось на улицах города Уфа, выбранных как наиболее загруженные автомобильным транспортом (рис. 2 и табл. 1).

Рисунок 2 - Карта дорог Уфы с наиболее загруженными автотранспортом участками (выделены синим цветом)

DOI:10.23670/IRJ.2023.135.15.2

При проведении исследования оценивался временной интервал загрузки транспортной сети, виды используемых автотранспортных средств и их количество.

3. Наибольшая загрузка транспортной сети города Уфа наступает в следующие временные периоды:

1) будние дни 8.00-10.00 часов (по уфимскому времени);

2) будние дни 17.30-19.30 часов (по уфимскому времени).

Высокая загрузка транспортной сети города в указанные временные периоды связана с началом и окончанием рабочего дня у 80% населения города.

4. Производится расчет количества автотранспорта по выявленным участкам. Количество автотранспортных средств рассчитано с применением технологии GPS/ГЛОНАСС, а также дорожных камер круглосуточного наблюдения Уфанет. Указанные системы позволяют в режиме реального времени отслеживать точное местоположение пассажирского транспорта и грузовой техники.

В таблице 2 приведено количество автотранспортных средств города Уфа в 8.00-10.00 ч и 17.30-19.30 ч по уфимскому времени на наиболее загруженных дорожных участках.

5. Далее производится расчет выбросов вредных веществ от автотранспорта в программе АТП-«Эколог».

Результаты расчета отражены в таблице 3.

Таким образом, суммарный выброс по 7 загрязняющим веществам составил 198,21 т/год. Наибольший вклад в загрязнение воздушной среды от автотранспорта вносит вещество углерод оксид.

6. Производится расчет средней минимальной и среднемесячной температуры окружающего воздуха

- в следующих месяцах значения среднемесячной и средней минимальной температур совпадают: Январь, Февраль, Март, Апрель, Май, Июнь, Июль, Август, Сентябрь, Октябрь, Ноябрь, Декабрь;

- месяцы с близкими значениями объединяются в 3 периода. Объединенные периоды представлены в таблице 4.

Рассчитывается средняя минимальная и среднемесячная температура окружающего воздуха города Уфа для каждого периода. Результаты расчета среднемесячная и средняя минимальная температура воздуха в градусах Цельсия приведены в таблице 5.

На рисунке 3 отображены результаты рассеивания загрязняющих веществ в соответствии с рассчитанными выбросами от исследуемых дорожных участков, загруженных автотранспортными средствами.

Рисунок 3 - Карта рассеивания по всем веществам (объединенный результат)

DOI:10.23670/IRJ.2023.135.15.8

Согласно расчету, выполненному в программе УПРЗА-«Эколог», превышения 1 ПДК выявлены на участках 5 (улица Жукова), 6 (улица Перспективная), 8 (Дворец Спорта-Проспект октября), 10 (улица Зорге), 13 (Улица Цюрупы, улица Айская, улица Кирова), 18 (село Миловка), 22 (село Нагаево) по веществам азота диоксид, углерод оксид, и группе суммации азота диоксид и серы диоксид.

Таким образом можно сделать вывод, что количество выбросов загрязняющих веществ от передвижных источников напрямую зависит от их скорости движения, а также протяженности загруженного автотранспортом дорожного участка.

Проведенный авторами анализ загрязнения воздуха от транспортных средств в городе Уфа с использованием геоинформационных систем и специальных программ показал, что автомобили являются причиной повышенного содержания вредных веществ в атмосферном воздухе, что безусловно может негативно отразиться на здоровье жителей Уфы. Поэтому первостепенной задачей на сегодняшний день является разработка мероприятий, направленных на снижение воздействия выбросов загрязняющих веществ от автотранспорта в окружающую среду.