Акустическое воздействие и загрязнение атмосферного воздуха на магистралях

 

Проведены исследования акустического воздействия и химического загрязнения атмосферного воздуха, вызванное движением транспорта по магистрали «М-10». Выполнено сравнение результатов измерений с расчетными величинами базовых уровней шума и показаны способы защиты от негативного влияния на окружающую среду.

Ключевые слова: влияние автомагистрали «М-10», химическое загрязнение, шумовое загрязнение, зеленые насаждения, шумозащитные экраны.

 

Особенностью любого современного строительного проекта является учет всевозможных факторов, как бы то ни было влияющих на окружающую среду данным объектом. Очевидно, что скоростные автомобильные дороги не являются исключением, и нужно учесть весь спектр возникающих при их строительстве проблем. Огромная пропускная способность дорог очень часто служит причиной катастрофического воздействия на окружающую среду [1]. Из всех факторов главным образом стоит выделить загрязнение окружающей среды продуктами сгорания топлива и акустическую проблему.

Существуют способы защиты окружающей среды от акустического воздействия и загрязнения. Изучив акустическое воздействие и влияние загрязняющих факторов, исходящих от главной автодороги России «М-10», соединяющей Москву с Санкт-Петербургом, можно сделать вывод о необходимости установки тех или иных способов защиты. Оценить уровень влияния факторов возможно с помощью программы «эколог-3» и «ГОСТ 54933–2012. Методы расчета внешнего шума» [2]. В данной работе будут рассчитаны уровни загрязнений до и после установки барьеров.

В пользу актуальности данных проблем говорят следующие факторы: состояние большинства современных придорожных территорий, невозможность нахождения рядом с большинством высокоскоростных магистралей из-за очень высокого шумового фона, создаваемого машинами. Повышение уровня защиты окружающей среды поддерживается государством и сведено в отдельный федеральный закон Российской Федерации от 8 ноября 2007 года. N257-ФЗ [3].

Объекты и методы исследования

Шум дорожного движения является одной из главных проблем городов. Поэтому были проведены меры по снижению шума. Для того, чтобы выбрать соответствующие меры важно знать об их влиянии. Нормальный способ оценки изменения уровня шума в Германии — по снижению его уровня. Но шум — это звук, который воспринимается, как неприятность не может быть измерена только по этим цифрам. Это индивидуальное восприятие и, следовательно, зависит от человека. Более того, в зависимости от типа измерения, есть различные сторонние эффекты, оказывающие влияние на барьеры или окружающую среду, которая, в свою очередь, влияет на людей. Поэтому Министерство по защите климата, окружающей среды, сельского хозяйства, охраны природы и защиты потребителей Германии земель Северного Рейн-Вестфалия финансировали исследования, проведенные Институтом развития городов и планирования транспорта. Основная часть этого исследования — исследование, проведенное в четырех немецких городах, где были выполнены следующие пять мер, реализованные в течение последних лет: снижающий шум асфальт, трава, покрывающая трамвайные пути, шумовые барьеры, звуконепроницаемые окна и запреты вождения ночью грузовиков. Целью данного исследования было измерение субъективного ощущения снижения уровня шума у жителей. Результаты показали, что жители чувствуют себя плохо под влиянием шума автострады по-разному, например, шум снижает качество жизни и вызывает проблемы со сном или заставляет держать окна закрытыми. Основные замеченные проблемы со здоровьем: нервозность, нарушения сна и проблемы со слухом. Чем дольше жители живут близко к шуму движения, тем чаще появляются проблемы со здоровьем. После реализации мер, почти все жители отметили улучшение их жизненной ситуации. Процент очень раздраженных людей снизился до 8,3 % с 22,9 % [4].

Объектом нашего исследования является федеральная автомобильная скоростная дорога М10 «Россия» — Москва-Санкт-Петербург. Нами будут рассчитаны акустическое воздействие и химическое загрязнение атмосферного воздуха, вызванное движением транспорта по данной магистрали. Для изменения уровней негативных факторов можно применить различные типы защитных барьеров, новый снижающий уровень шума асфальт, защитные барьеры и зеленые насаждения. Все данные будут обработаны в специальной среде «эколог-3». По результатам обработки данных будут сделаны выводы о полезности каждого в отдельности защитного барьера и, об оптимальном выборе системы защиты для каждой магистральной трассы.

Измерения проводились на километровом участке с четырехполосным движением. Интенсивность движения автотранспорта производилась методом подсчета автомобилей разных типов в течение одного часа, со средней скоростью для легковых автомобилей 80 км/ч и для грузовых 60 км/ч. Данные измерения занесены в табл. 1.

 

Таблица 1

Интенсивность движения автотранспорта за один час

Тип автомобиля	Число единиц	Время, ч	Средняя скорость, км/ч
Легковой	2800	1	80
Тяжелый грузовой	1200	1	60

 

По данным таблицы 1 произведены расчеты эмиссии диоксида азота. Результаты расчетов, представленные в таблице 2, показывают принципиальное расхождение методик в оценке выброса загрязняющих веществ автомобильным потоком.

На сегодняшний день три нормативных документа имеют юридическую силу:

1)                 Методика определения выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух от автотранспортных потоков, движущихся по автомагистралям Санкт-Петербурга. СПб.: НИИ «Атмосфера», 2005 [7];

2)                 Методика определения выбросов автотранспорта для проведения сводных расчетов загрязнения атмосферы городов. СПб.: НИИ «Атмосфера», 1999 [8];

3)                 Методика расчетов выбросов в атмосферу загрязняющих веществ автотранспортом на городских магистралях. М.: НИИАТ, 1997 [9].

 

Таблица 2

Расчетные выбросы диоксида азота автотранспортным потоком на километровом участке по разным методикам

Методика	Выброс диоксида азота транспортным потоком, г/с
Методика 1	2,01
Методика 2	2,71
Методика 3	0,219

 

Так же приведены графики (рис.1) изменения концентраций диоксида азота в поперечном сечении дороги (расчет проведен с помощью программы «Эколог 3.0»). Эмиссии диоксида азота рассчитаны по указанным в таблице методикам.

Рис. 1. Распределение концентраций диоксида азота по мере удаления от дороги

 

Исходными данными для расчета шумовых характеристик автотранспортных потоков являются:

                    интенсивность движения автотранспорта

                    суммарная доля грузового и общественного транспорта в потоке, %;

                    средняя скорость движения автотранспорта в потоке, км/ч.

Расчет акустического воздействия от транспортных магистралей и эффективности средств шумозащитых мероприятий регламентируется отраслевыми документами Росавтодора. Сопоставительный анализ расчетных и измеренных в реальных условиях уровней шума показывает, что утвержденные к применению расчетные методы не лишены определенных неточностей, которые приводят к заметному искажению акустических оценок и ошибкам при назначении шумозащитных мероприятий. Расчеты предоставлены в таблице 3.

 

Таблица 3

Базовые уровни шума (измеренные и расчетные)

Участок автодороги	Интенсивность потока, авт./ч	Расчетный уровень шума, Lэкв, дБА	Измеренный уровень шума, Lэкв, дБА	Разность расчетного и измеренного уровней, ∆L, дБА
М-10, п. Ямуга	1363	84,1	79,60	4,5
М-10, п. Пешки	3174	87,3	80,0	7,3
М-10, п. Рекино-Кресты	2662	86,6	79,4	7,2
М-10, 67 км	2452	86,3	80,0	6,3

 

Изначальные расхождения наблюдаются уже при определении так называемых базовых уровней шума на стандартном расстоянии (7,5 м) от оси ближайшей полосы движения. Об этом свидетельствуют многочисленные акустические измерения на дороге М-10 и других дорогах страны в рамках инженерно-экологических изысканий. Некоторые результаты измерений в сопоставлении с расчетными величинами базовых уровней шума представлены в таблице.

Результаты и их обсуждение

Вдоль автомагистралей города характерно размещение зеленых насаждений в разделительных полосах. Зеленые насаждения в условиях города способны задерживать десятки тонн пыли, концентрировать в листьях тяжелые металлы (кадмий, свинец, цинк, ртуть и т. д.), очищать воздух от дыма и вредных газов (окислы азота, серы и др.), обогащать воздух кислородом, жизненно необходимом для человека.

Сравнив измеренные результаты с допустимыми, мы можем сказать, что уровень шума находится на грани нормы. Чтобы уменьшить шум, который исходит от автомагистарали М-10, мы предлагаем установить шумозащитные экраны. Шумозащитные экраны используются для снижения воздушного шума транспортных потоков — железные дороги, автотрассы, аэропорты. Основная характеристика шумозащитного экрана — это степень понижения уровня шума, данная характеристика измеряется в децибелах. Измеряется специальным прибором шумомером. Шумозащитные экраны понижают уровень шума в среднем на 15–35 децибел.

В нашем случае предложим алюминиевые шумозащитные экраны. Изготавливаются из алюминиевых антикоррозийных элементов, которые хромированы порошковым полистиролом, а также обработаны защитным лаком. В климатических условиях на территории Российской Федерации устойчивость шумозащитных экранов к различным атмосферным воздействиям составляет 25 лет.

Конструкция является прямоугольной каркасной системой со звукопоглощающим материалом внутри. С задней стороны панель обшита сплошным алюминиевым листом, с наружной — перфорированным (с толщиной 1,00 миллиметров). Монтаж панелей весьма прост: они вставляются в двутавровые оцинкованные стойки с высотой до 5 метров без применения дополнительных элементов крепежа.

 

Таблица 4

Характеристики шумозащитного экрана

Материал панелей	Алюминий
Акустическая эффективность, дБА	16–18
Реальный срок эксплуатации	Более 25 лет
Толщина листа, мм	1,0
Наличие силового каркаса	Да
Длина панели, мм	До 5000
Плотность шумопоглощающего материала (базальтовая вата), кг/м3	Не менее 100
Размер шумопоглащающего элемента, мм (кэширован стеклохолстом)	1000 х 500 х 60
Масса одной панели (длиной 3 м), кг	29

 

Заключение

Исследовав химическое загрязнение, вызванное движением транспортного потока, были произведены расчеты эмиссии диоксида азота, представлены графики изменения концентраций диоксида азота, рассчитанных по разным методикам. Изучив интенсивность движения автотранспорта, загруженность автомагистрали М-10, долю грузового и общественного транспорта, рассчитаны шумовые характеристики автотранспортных потоков. Произведен сравнительный анализ расчетных и измеренных данных.

Проанализировав, данную проблему мы пришли к выводу, что нельзя полностью избавиться от негативного влияния, вызванного движением транспорта по магистрали М-10, но можно частично уменьшить это влияние на окружающую среду посадкой насаждений в разделительных полосах для защиты воздуха от дыма и вредных газов и снизить уровень шума путем установки шумозащитных экранов.

 

Литература:

 

1.                Щербинская И. П., Филонов В. П., Запорожченко А. А., Соловьева И. В., Быкова Н. П., Мараховская С. В., Кулеша З. В., Арбузов И. В., Худницкий С. С., Строенко Е. В., Жевняк И. В. Влияние шума и вибрации на здоровье населения // Здравоохранение. 2012. Т. 48–51.
2.                ГОСТ 54933–2012. Шум. Методы расчета внешнего шума. — Москва: Изд-во Стандартинфом, 2013. — 28с.
3.                Об автомобильных дорогах и о дорожной деятельности в Российской Федерации и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации: Федеральный закон от 8 ноября 2007 г. № 257-ФЗ// Москва, 2007. — 52с
4.                Louena C., Wehrensb A., Valléea D. Analysis of the effectiveness of different noise reducing measures based on individual perception in Germany // Transportation Research Procedia, 2014.
5.                В. И. Данилов-Данильян, Лосев В. И. Экологическая энциклопедия// Изд-во „Энциклопедия“, 2010. — 448 с.
6.                Санитарные нормы; СН 2.2.4/2.1.8.562–96. Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки. -М: Минздрав РФ, 1996.
7.                Методика определения выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух от автотранспортных потоков, движущихся по автомагистралям Санкт-Петербурга// СПб.: НИИ «Атмосфера», 2005.
8.                Методика определения выбросов автотранспорта для проведения сводных расчетов загрязнения атмосферы городов//СПб.: НИИ «Атмосфера», 1999.
9.                Методика расчетов выбросов в атмосферу загрязняющих веществ автотранспортом на городских магистралях// М.: НИИАТ, 1997.