автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Научные основы методов и средств контроля экологического состояния автотранспорта и его воздействия на окружающую среду

На правах рукописи

ХВАТОВ ВЛАДИМИР ФИЛИППОВИЧ

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО состояния АВТОТРАНСПОРТА И ЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

Специальность 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

□□3174852

Санкт-Петербург - 2007

003174852

Работа выполнена в Северо-Западном государственном заочном техническом университете (СЗТУ)

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Поляков Виталий Евгеньевич

доктор технических наук, профессор ( Ложкин Владимир Николаевич

доктор технических наук, профессор Кулаков Сергей Викторович

Ведущая организация: Научно-исследовательский центр

экологической безопасности РАН

Защита состоится 13 ноября 2007 г в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212 244 01 при Северо-Западном государственном заочном техническом университете по адресу 191186, г Санкт-Петербург, ул Миллионная, 5

С диссертационной работой можно ознакомиться в библиотеке Северо-Западного государственного заочного технического университета

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направлять по адресу 191186, Санкт-Петербург, ул Миллионная, д 5.

Автореферат разослан 12 октября 2007 г.

Ученый секретарь .

диссертационного совета -Vv Иванова И В

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В диссертации представлено обобщение выполненных автором в 1987-2007 годах. исследований в области создания методов и средств контроля экологического состояния автотранспорта и оценки воздействия автотранспорта на окружающую среду Актуальность темы. Одной из наиболее острых проблем современности является проблема экологического состояния окружающей среды крупных городов В больших городах к числу основных объектов загрязнения окружающей среды относится загрязнение атмосферного воздуха автотранспортом

В то же время автомобильный транспорт занимает важное место в единой транспортной системе страны Он перевозит более 80% народнохозяйственных грузов, что обусловлено высокой маневренностью автомобильного транспорта, возможностью доставки грузов «от двери до двери» без дополнительных перегрузок в пути, а, следовательно, высокой скоростью доставки и сохранностью грузов

Большая протяженность и производительность автомобильных дорог обеспечивает возможность их повсеместной эксплуатации

Высокая мобильность, способность оперативно реагировать на изменения пассажиропотоков ставят автомобильный транспорт «вне конкуренции» при организации местных перевозок пассажиров На его долю приходится почти половина пассажиро-оборота

Автомобильный транспорт сыграл огромную роль в формировании современного характера расселения людей, в распространении дальнего туризма, в территориальной децентрализации промышленности и сферы обслуживания В то же время он вызвал и многие отрицательные явления ежегодно с отработавшими газами в атмосферу поступают сотни миллионов тонн вредных веществ, автомобиль - один из главных факторов шумового загрязнения, дорожная сеть, особенно вблизи городских агломераций, «съедает» ценные сельскохозяйственные земли Под влиянием вредного воздействия автомобильного транспорта ухудшается здоровье людей, отравляются почвы и водоёмы, страдает растительный и животный мир

Отработавшие газы двигателей автотранспорта содержат сложную смесь из более двухсот компонентов, среди которых немало канцерогенов Вредные вещества поступают в воздух практически в зоне дыхания человека Поэтому автомобильный транспорт следует отнести к наиболее опасным источникам загрязнения атмосферного воздуха

В настоящее время мировой автомобильный парк превысил 700 млн единиц, из которых 83 - 85% приходится на легковые автомобили По прогнозам, к 2010 году он достигнет 1 млрд единиц

Мировой ежегодный выброс вредных веществ от автомобилей составляет 50 млн.т углеводородов, 200 млн т оксида углерода и 20 млн т оксидов азота

Во многих городах России выбросы автотранспорта преобладают над выбросами стационарных источников Так, например, в Москве вредное воздействие автотранспорта на атмосферу составляет 66% от суммарных выбросов вредных веществ от всех источников Второе место после Москвы по количеству выбросов вредных веществ автотранспортом занимает Санкт-Петербург, в котором также уровень загрязнения воздуха от автотранспорта составил более 60% от суммарного загрязнения всех источников

Таким образом, наиболее актуальной проблемой является максимальное снижение уровня экологической опасности автотранспорта, создание эффективных методов

и средств контроля выхлопных газов, диагностика экологического состояния автотранспорта и контроль уровня загрязнения основных автомагистралей города

Цель диссертационной работы - совершенствование методов средств контроля вредного воздействия автотранспорта на окружающую среду и создание научно обоснованных рекомендаций по снижению уровня загрязнения атмосферного воздуха в мегаполисе

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи

- провести анализ современного состояния методов и средств контроля выхлопных газов автотранспорта;

- разработать эффективные лазерные методы и средства многопараметрового дистанционного контроля выхлопных газов автотранспорта;

- рассмотреть на основе теоретических и экспериментальных исследований условия, способствующие повышению загрязнения воздуха автотранспортом,

- обосновать возможность и представить схемы статистического прогноза загрязнения воздуха автотранспортом,

- провести анализ полей расчетных концентраций примесей на автомагистралях с различной интенсивностью движения автотранспорта,

- провести анализ эффективности мероприятий и разработать рекомендации по снижению выбросов автотранспорта с целью достижения нормативов качества атмосферного воздуха

Научная новизна работы заключается в следующих результатах

- разработан лазерный метод дифференциального поглощения и индуцированной флуоресценции и устройство многопараметрового контроля выхлопных газов автотранспорта,

- установлена аналитическая зависимость, в которой концентрация контролируемого газа пропорциональна отношению амплитуд сигналов в пиках линий комбинационного рассеяния соответствующих искомому газу и молекулярному азоту, концентрация которого в атмосфере известна и постоянна,

- разработан метод диагностики и прогноза загрязнения воздуха автотранспортом для отдельных автомагистралей города;

- разработаны статистические схемы прогноза загрязнения воздуха диоксидом азота методом множественной линейной регрессии с предварительным исключением нелинейности связей и методом последовательной графической регрессии,

- разработана методика обследования состава, интенсивности и расчета выбросов автотранспортного потока (с более детальным разделением на 6 категорий автомобилей),

- установлена доля выбросов индивидуального транспорта, которые в настоящее время не учитываются в статистической отчетности, что позволило уточнить общую информацию о состоянии выбросов в Санкт-Петербурге и показать на увеличение реальных автомобильных выбросов оксида углерода, диоксида азота и углеводородов в 1,5 - 2 раза;

- с использованием реальных данных о выбросах автотранспорта, представлены расчеты полей концентраций диоксида азота, оксида углерода, углеводородов, сажи и свинца для отдельных районов Санкт-Петербурга.

Практическая значимость работы заключается в следующем

- разработан метод прогноза загрязнения воздуха для автотрасс различных типов. Метод основан на результатах математического моделирования загрязнения ат-

мосферы и предполагает разделение магистралей на группы с одинаковыми комплексами НМУ с учетом интенсивности транспортного потока, ширины автомагистралей, расчетных концентраций примесей Метод предусматривает установление указанных комплексов и составление предупреждений отдельно для каждой из выделенных групп Для обеспечения чистоты воздуха в городе наибольшее значение имеет составление предупреждений 3-х степеней опасности для самых напряженных автотрасс (1-я группа),

- разработаны статистические схемы прогноза загрязнения воздуха диоксидом азота методом множественной линейной регрессии с предварительным исключением нелинейности связей и методом последовательной графической регрессии Оправды-ваемость прогнозов высоких уровней загрязнения воздуха диоксидом азота в г Санкт-Петербурге, составленных по методу множественной линейной регрессии с предварительным исключением нелинейности связей, составила 75%,

- рассмотрены основные показатели оценки экологического состояния автотранспорта Впервые проведена оценка выбросов индивидуального транспорта (на примере Санкт-Петербурга), которые в настоящее время не учитываются в статистической отчетности Полученные результаты свидетельствуют о том, учет выбросов индивидуального транспорта значительно уточняет общую информацию о состоянии выбросов в городах и регионах РФ При этом автомобильные выбросы оксида углерода, диоксида азота и углеводородов увеличиваются в 1,5 - 2 раза,

- представлены методические принципы перспективного прогнозирования загрязнения воздуха автотранспортом с учетом планируемых мероприятий по снижению транспортной нагрузки на атмосферный воздух,

представлена методика обследования состава, интенсивности автотранспортного потока и расчета выбросов (с более детальным разделением на 6 категорий автомобилей) Проведены расчеты выбросов автотранспорта по пяти веществам. диоксиду азота, оксиду углерода, углеводородами, саже и свинцу на основных магистралях Санкт-Петербурга,

- с использованием полученных данных о выбросах автотранспорта на городских магистралях, проведены расчеты территориального распределения концентрации вредных веществ в городах с различной интенсивностью движения,

- результаты диссертационной работы использованы при разработке карты загрязнения атмосферного воздуха автотранспортом в Санкт-Петербурге

Результаты экспериментальных исследований использованы при оценке степени загрязнения основных магистралей Санкт-Петербурга и разработке рекомендаций по защите атмосферы от загрязнений

Разработанные методики по экспресс-контролю концентрации загрязняющих газов в атмосфере позволяют обеспечить постоянный контроль и диагностику атмосферного воздуха вдоль наиболее оживленных автомобильных магистралей, обеспечить экологический контроль автотранспорта и автотранспортных предприятий

На защиту выносится комплексное решение проблемы контроля экологического состояния автотранспорта и его воздействия на окружающую среду в Санкт-Петербурге включающей в себя

1 Теоретическое обоснование контактных и дистанционных лазерно-оптических методов и средств контроля вредных веществ в отработавших газах (ОГ) автотранспорта

2 Расчетные зависимости, в которых концентрация контролируемого газа про-

порциональна отношению амплитуд сигналов в пиках линий комбинационного рассеяния соответствующих искомому газу и молекулярному азоту, концентрация которого в атмосфере известна и постоянна

3 Методики контроля оксида углерода, углеводородов (бензина) и сажи (дым-ность) в ОГ автотранспорта при работе в условиях передвижной экологической диагностической лаборатории

4 Решение задачи краткосрочного прогнозирования загрязнения воздуха выбросами автотранспорта, который основывается на учете физических закономерностей распространения в атмосфере выбросов от низких и холодных источников, которыми являются автомобили, и особенностей влияния метеорологических условий на содержание вредных веществ в воздухе городов. Принятый подход включает разработку и составление двух видов прогнозов - по городу в целом и вблизи отдельных магистралей

5 Обоснование возможности использования статистических схем прогноза загрязнения воздуха диоксидом азота и оксидом углерода в городе для предотвращения опасных уровней, создаваемых выбросами автотранспорта

6. Результаты экспериментальных исследований загрязнения атмосферного воздуха автотранспортом на Васильевском острове и Центральной части Санкт-Петербурга

7 Карты загрязнения атмосферного воздуха в наиболее неблагополучных районах города - Центрального и на Васильевском острове, а также карта загрязнения атмосферного воздуха автотранспортом в городе Санкт-Петербурге.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на Международной конференции "Технические системы и социально-правовые принципы экологической безопасности" (Ленинград, 1990г), на Всероссийской научно-технической конференции "Оптические, радиоволновые и тепловые методы контроля материалов, изделий и окружающей среды" (Ульяновск, 1993г), Международной НТК "Оптические, радиоволновые, тепловые методы и средства контроля природной среды, материалов и промышленных изделий" (Череповец, 1997г), 2 Международной Евроазиатской конференции по транспорту (Санкт-Петербург, 2001 г), Международной конференции "Экология и развитие Северо-Запада" (Санкт-Петербург, 2002 г ), Всероссийском научно-практическом семинаре «Неразрушающий контроль и диагностика материалов, конструкций и окружающей среды» (Санкт-Петербург, 2003г), Третьей Международной Евроазиатской конференции по транспорту, 12-15 сентября 2003 г (Санкт-Петербург), Международной конференции «Научное и кадровое обеспечение развития транспортного комплекса Безопасность на транспорте 2-6 июля 2007 г (Санкт-Петербург)

Публикации

По теме диссертации опубликовано 27 научных работ, в том числе книг, монографий, брошюр - 10, изданиях по перечню ВАК - 5, статей в отечественных журналах и докладов и тезисов докладов на научно-технических семинарах и конференциях - 12, методические рекомендации и инструкции - 3

Структура и объем работы диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, выводов, списка литературы

Основная часть диссертации изложена на 350 страницах машинописного текста Работа содержит 75 рисунков, 25 таблиц

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обосновывается актуальность работы, сформулированы цели и задачи исследования, анализируется предмет исследования, теоретическая значимость и прикладная ценность полученных результатов, а также основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведен аналитический обзор современных экологических проблем автотранспорта

Современное состояние окружающей среды характеризуется резким усилением антропогенного воздействия на все объекты окружающей среды и, в первую очередь, на качество атмосферного воздуха

Автомобили являются источниками 50% загрязнения атмосферы углеводородами и оксидами азота и 90% оксидом углерода. Современное состояние окружающей среды ставит неотложные задачи по обеспечению непрерывного контроля за вредными выбросами загрязняющих веществ в атмосферу

Исследования химического состава отработавших газов (ОГ) двигателей внутреннего сгорания показали, что в них содержится около 200 различных химических соединений, которые оказывают различное воздействие на окружающую среду и живые организмы Только один легковой автомобиль за год эксплуатации выделяет в среднем 800 кг оксида углерода (СОх), около 40 кг оксидов азота (N0*), около 200 кг ядовитых углеводородов (СХНУ), потребляя при этом более 4 тонн кислорода В среднем за год каждый автомобиль выбрасывает в атмосферу 1 кг свинца в виде аэрозоля Автомобильные выбросы вредных веществ в России составляют 65 % всех антропогенных выбросов Такой большой вклад создается не только за счет увеличения автомобильного парка, но и в результате снижения в последние годы промышленных выбросов при закрытии промышленных предприятий и сокращении производства Автомобильные выбросы осуществляются в нижнем слое атмосферы и, следовательно, в большей степени, чем промышленные влияют на состояние воздушного бассейна

Автомобильный транспорт занимает ведущее место в единой транспортной системе Санкт-Петербурга Он перевозит более 80% народно-хозяйственных грузов, на его долю приходится более половины общегородского пассажирооборота

В Санкт-Петербурге выбросы автотранспорта по данным статистической отчетности превалируют в общем выбросе вредных веществ в атмосферу По количеству выбросов от автотранспорта Санкт-Петербург входит в число десяти городов Российской Федерации с выбросами автотранспорта более 100 тыс т/год и уступает по этому показателю лишь г Москве В суммарных выбросах загрязняющих веществ автотранспорта, с учетом индивидуального транспорта 5,5% составляют оксиды азота, 9,4% — углеводороды, 85,1% — оксид углерода

В главе приведен анализ экологической опасности автотранспорта и роли автотранспорта в загрязнении городской воздушной среды Рассмотрено воздействие автомобильного транспорта на человека и окружающую среду, факторы отрицательного воздействия автомобильного транспорта на человека и окружающую среду, выбросы от автотранспорта в атмосферу, экологические проблемы использования моторных топлив Значительное внимание уделяется основным причинам повышения экологической опасности автотранспорта, повышенного содержания токсичных веществ в отработавших газах автомобилей и мероприятиям по их нейтрализации, в том числе нейтрализация токсичности отработавших газов автомобиля Приведен анализ современного состояния нормативной документации по контролю экологического состоя-

ния автотранспорта

Во второй главе представлены теоретические основы обоснования рассеивания отработавших газов автотранспорта в атмосфере

Уровень загрязнения воздуха зависит в значительной степени от условий рассеивания примесей в атмосфере. При определенных метеорологических условиях концентрации примесей в воздухе увеличиваются и могут достигать опасных значений.

Для характеристики загрязнения воздуха в целом по городу используются обобщенные показатели. Такие показатели, составленные по результатам контроля в ряде пунктов города за определенное время, существенно меньше подвержены случайным колебаниям, чем единичные данные о концентрации. Они отражают вклад в загрязнение воздуха преобладающих источников, а также фоновой концентрации в городе, они в меньшей степени зависят от режима выбросов и в основном определяются метеорологическими факторами В качестве такого показателя использовалось среднее по всему городу значение концентрации отдельных примесей в данный день или срок.

q]t нормированное на среднесезонную концентрацию q } ~ 1 $ Is

j'i Я j

где индекс j - относится к пункту контроля, а N - число пунктов контроля в городе

В качестве обобщенных показателей использовались коэффициенты при членах разложения на естественные ортогональные функции (е о ф ) Концентрации примесей в воздухе, измеренные на стационарных постах контроля в конкретном городе, представлялись в виде

_ М

q(x,t) = q(x)+ X a,(t)<p,(x) (2)

i=l

Здесь q(x,t) - концентрация примеси, зависящая от точки пространства (х) и момента наблюдения (/), q(x) - средняя концентрация, зависящая от (х), за сезон или полугодие, рассчитывается по результатам контроля каждого года в отдельности, Ф, (■*) - система естественных ортогональных функций эти функции определяются по фактическим результатам контроля, они являются собственным функциями матрицы коэффициентов ковариации между концентрациями примесей в различных точках города, а, (/) - коэффициенты при соответствующих функциях, зависящие только от времени t, М- количество членов разложения

Коэффициенты разложения а, (/) находятся по формуле-N

«»(О = Е <p,jq'jU), (3)

У-1

где фу - компоненты вектора <р,, отнесенные к каждому стационарному посту контроля в городе, q', - отклонение средних концентраций примесей на стационарных постах контроля, N - количество постов контроля

Анализ показывает, что уже сумма первых нескольких членов разложения (3) позволяет достаточно полно оценить изменчивость поля концентраций Можно сказать, что первый член разложения характеризует ту часть общей изменчивости, кото-

рая определяется одновременными изменениями уровня загрязнения по всему городу, второй и третий - основные отклонения от них

В качестве интегрального показателя загрязнения вводится величина Р = т I п , (4)

получившая широкое распространение в работах по прогнозу загрязнения воздуха в нашей стране, где п - общее количество измерений за концентрациями примесей в городе в течение одного дня на всех стационарных пунктах контроля, т - количество измерений в течение этого же дня за концентрациями q, которые превышают средне-сезонное значение на каждом из постов контроля, более чем в 1,5 раза (д > 1,5 дср).

Параметр Р рассчитывается для городов, где число стационарных пунктов контроля не менее трех, а число выполненных измерений за отдельные дни не менее 20 Очевидно, что Р меняется от 0 до 1

Значительный рост концентраций на одном из стационарных постов контроля города мало скажется на значении параметра Р, однако может заметно повысить среднюю по городу концентрацию примеси В то же время, одновременный рост содержания примесей в разных частях города, который определяется метеорологическими процессами, достаточно хорошо выявляется при рассмотрении ежедневных значений параметра Р

По своему смыслу величина Р близка к первому коэффициенту разложения поля концентраций на естественные функции а1 Коэффициент корреляции между ними достигает 0,85 - 0,95

В среднем для различных городов Р ~ 0,2 Загрязнение воздуха по городу в целом можно считать повышенным при Р> 0,2 В отдельные дни, когда скопление примесей в городском воздухе наиболее велико, значения Р превышают 0,5

В табл 1 приведены группы загрязнения воздуха и средние повторяемости этих групп, полученные по материалам наблюдений в ряде городов нашей стране Эти определения характеристик загрязнения воздуха в зависимости от значений параметра Р используются в дальнейшем

Таблица 1

Группы загрязнения воздуха по городу в целом_

Номер Градации Характеристика Средняя

группы параметра Р загрязнения воздуха повторяемость, %

I >0,35 относительно высокое 10

II 0,21 - 0,35 повышенное 40

III <0,20 пониженное 50

Анализ показал, что повышенное загрязнение воздуха для города в целом наблюдается нередко в течении нескольких дней подряд. Параметр Р для данного дня существенно зависит от его значения Р' за предыдущий день Если наблюдалось пониженное загрязнение воздуха, то только в 10% случаев можно ожидать, что на следующий день оно существенно увеличится.

На основании физических исследований и анализа фактических результатов контроля получены качественные выводы о возможном изменении уровня загрязнения воздуха К повышению уровня загрязнения воздуха приводят усиление устойчивости нижнего слоя атмосферы при слабом ветре, ослабление ветра при устойчивой

термической стратификации, усиление ветра от 0 до 3 - 6 м/с при неустойчивой стратификации; повышение температуры воздуха при слабом ветре (не более 5 м/с), образование туманов, увеличение антициклонической кривизны приземных изобар, адвекция тепла в тропосфере К снижению уровня загрязнения воздуха приводят усиление ветра при устойчивой термической стратификации, выпадение осадков, увеличение циклонической кривизны приземных изобар; адвекция холода в тропосфере, прохождение холодного фронта

В качестве прогнозируемой величины обычно использовался параметр Р, который является предикгантом. На основе статистических зависимостей между параметром Р и метеоэлементами, которые являются предикторами, строились прогностические схемы

В качестве предикторов выбирались те характеристики, которые в наибольшей степени определяют изменения концентраций примесей в воздухе Главным для выбора предикторов является учет характера и тесноты связей между ними и показателями загрязнения атмосферы При разработке прогностической схемы по материалам наблюдений в каждом конкретном городе из всех возможных предикторов выбирались несколько наиболее значимых. При выборе предикторов учитывались главные факторы, определяющие формирование уровня загрязнения атмосферы направление переноса примесей, скорость их переноса, атмосферная устойчивость и связанная с ней степень вертикального перемешивания примесей, термическое состояние воздушной массы, от которого зависит подъем выбросов и всего объема воздуха над городом, вымывание примесей осадками, их аккумуляция в туманах и т д При выборе предикторов учитывалась возможность их предсказания имеющимися способами

Для учета направления переноса примесей и скорости их переноса использовались в качестве предикторов - направление {<Л - градусы) и скорость ветра (Уо * м /с) на высоте флюгера, зафиксированное на метеостанции города.

В схемах прогноза, применяемых на практике, для характеристики атмосферной устойчивости использовалась, главным образом, разность температур (Л?) между поверхностями земли и изобарической поверхностью 925 гПа В настоящее время изобарическая поверхность 925 гПа является единственной поверхностью в пределах пограничного слоя, для которой составляется карта барической топографии Скорость ветра в пограничном слое атмосферы У\ также рассматривалась на изобарической

поверхности 925 гПа.

При разработке схем использовались и многие другие предикторы (градиент геопотенциала, лапласиан давления и геопотенциала, суточные изменения температуры и др), а также комплексные метеорологические предикторы, которые характеризуют процесс распределения примесей в атмосфере (толщина слоя термодинамического перемешивания, количественный синоптический предиктор - представляющий собой численную характеристику синоптической ситуации)

Прогностические схемы разрабатывались с использованием различных статистических методов. Один из них простейший вариант метода распознавания образов Этот метод основан на выделении характеристик метеорологических ситуаций для групп загрязнения воздуха (например, повышенного, среднего и пониженного) и определения близости к ним конкретной ситуации

Для более полного учета реального вида связей между загрязнением воздуха и метеорологическими параметрами использовался метод последовательной графиче-

ской регрессии Испытание схем, разработанных с помощью данного метода, показало, что для них характерна наибольшая оправдываемость прогнозов - около 90%

В диссертации рассмотрены схемы прогноза загрязнения воздуха диоксидом азота с использованием метода последовательной графической регрессии и метода множественной линейной рецессии с предварительным исключением нелинейности связей.

Уравнения регрессии получены для четырех типов погоды, которые выделены в зависимости от сочетания направленности переноса и атмосферной устойчивости, а также отдельно для постов наблюдений, расположенных в горных и долинных условиях, причем только для холодной части года

Уравнения регрессии имеют следующий вид Я = а0 - а,0 - а2у550 - а3АТ (5)

Здесь ц - прогностическая концентрация, аа,а{,а2,а3 - постоянные коэффициенты, рассчитанные методом наименьших квадратов, © = 18 - Г, где Т - среднесуточная температура в °С (предполагается, что © характеризует необходимую степень отопления), у850 - скорость ветра на уровне поверхности АТ^о, АТ- разность температур между уровнем земли и поверхностью АТ850 в 13 часов Опытная проверка прогнозов показала, что оправдываемость их наиболее высокая при предсказании низких концентраций

В диссертации рассмотрено математическое моделирование процессов рассеяния вредных веществ в воздухе

Для построения полей концентраций используются методы математического моделирования процессов рассеяния примесей в воздухе В настоящее время существуют два основных подхода к теоретическим исследованиям распространения примеси в приземном слое воздуха Один и них основан на решении уравнения турбулентной диффузии, который часто называют К-теорией В многочисленных моделях, реализующих второй подход, предполагается гауссовское распределение концентраций вдоль координатных осей

В России наибольшее распространение получила модель М Е Берлянда В соответствии с этой моделью степень загрязнения воздуха выбросами вредных веществ из непрерывно действующих источников определяется по наибольшему рассчитанному значению разовой приземной концентрации (См), которая устанавливается на некотором расстоянии (Хм) от места выброса при неблагоприятных метеорологических условиях, когда скорость ветра достигает опасного значения (£/м) и в приземном слое происходит интенсивный турбулентный обмен Алгоритм и порядок проведения расчетов полей максимальных концентраций изложены в «Методике расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий ОНД-86».

Для исследования распространения примесей от отдельной магистрали под руководством М Е Берлянда была разработана специальная модель При расчете загрязнения воздуха выбросами автотранспорта отдельный участок автомагистрали стилизуется в виде узкой полосы шириной с?0 и длиной £

В простейшем случае автомагистрали большой длины, ориентированной перпендикулярно направлению ветра (например, загородное шоссе), концентрация примеси д на расстоянии х от наветренного края магистрали выражается соотношением

Ях + ^г

2Л + [1(дс -</„)- гл + ^1+Лг(х-с1й)2]в(х - </0) Здесь М'п - мощность выброса рассматриваемой примеси с единицы длины магистрали, гд - высота слоя осреднения концентрации = 2 м, X = кх /(щг{), где и щ -соответственно значения коэффициента турбулентности и скорости ветра на высоте гд = 1 м над подстилающей поверхностью, с/0 - ширина магистрали

При ветре вдоль магистрали выражение для концентрации линейного источника длиной Ь в точке с координатами {х, у) в случае, когда х < Ь имеет вид М'

д --— (я, Ъ, с) , при х < 740м; (7)

и<р0г&

д = —— {0,6^ (а А с) + 0,4^ (а*, Ь, с) +[Л, (а, Ь, с) - Я, (а*,Ъ, с)]}, при х > 740м, мр0гд V Я

где а = Ах/х^, Ь = 1000Л*и/с = 1,53Л|/2.у /гд, а* = 370Хи, <р0 - дисперсия колебаний направления ветра, координата х отсчитывается вдоль ветра от наветренного края источника, а и и х принимаются в м/с и м соответственно.

В случае х > Ь концентрация находится как разность значений д, вычисленных по формулам (6) и (7) при значениях аргумента а, соответствующих х их- Ь

В общем случае транспортных потоков с произвольной конфигурацией и распределением интенсивности движения магистрали представляются в виде совокупности точечных, линейных и площадных источников, от которых рассчитывается суммарное загрязнение воздуха На рис 1 представлено распределение максимальных (по скорости ветра) концентраций оксида углерода и соответствующее им направление ветра, полученное при расчете по формулам 6 и 7 Для расчета была выбрана автомагистраль длиной I = 1000 м и шириной с!0 = 20 м при интенсивности движения 1000 автомобилей в час Ь км

1 2 3 4 5 6 7

0,5.

/

/ /

\ \

/

/ /

\ \

/

/ ^

\ \ \

/ /

Рис 1 Распределение концентраций оксида углерода вблизи автомагистрали длиной Ь = 1 км Изолинии соответствуют концентрациям СО 2,5 (1), 2 (2), 1,5 (3), 1,0 (4), 0,5 (5), 0,3 (6 ), 0,2 (7) мг/м3 Стрелками показаны опасные направления ветра

Вблизи магистрали опасным (соответствующим максимальным значениям концентрации) является направление ветра вдоль магистрали), по мере удаления от автомагистрали неблагоприятное направление ветра приближается к поперечному (90°) Однако, на подветренной обочине концентрации Ц слабо зависят от направления ветра При ветрах, направленных примерно вдоль магистрали, концентрации убывают с удалением от источника наиболее интенсивно Опасные скорости ветра во всех узлах расчетной сетки составили 0,5 м/с / 5 /

На основе формул 6 и 7 проводились численные эксперименты по исследованию уровней загрязнения воздуха вблизи магистралей разной длины, ширины, при различных скоростях ветра

Как видно из табл 2 и 3 наибольшие концентрации оксида углерода были отмечены при скорости ветра 0,5 м/с непосредственно на самой магистрали (х = 0 м) и при ширине магистрали 5 м С увеличением ширины магистрали при тех же параметрах концентрации оксида углерода уменьшились, как на самой магистрали, так и на расстоянии от нее

Таблица 2

Максимальные значения нормированных концентраций оксида углерода

д = Зм-(с/м2) вблизи магистралей длиной 20 км и М

шириной 5 м при направлении ветра вдоль магистрали

Расстояние х (м)

Скорость ветра, м/с 0 5 10 20 50 100

0,5 0,45 0,230 0,22 0,14 0,10 0,05

1 0,26 0,17 0,12 0,07 0,03 0,02

5 0,04 0,03 0,03 0,02 0,01 0,01

Таблица 3

Максимальные значения нормированных концентраций оксида углерода

ди = — (с/м2) вблизи магистралей длиной 20 км и М

шириной 20 м при направлении ветра вдоль магистрали

Расстояние X (м)

Скорость ветра, м/с 0 5 10 20 50 100

0,5 0,16 0,13 0,11 0,09 0,05 0,04

1 0,11 0,09 0,07 0,05 0,03 0,02

5 0,03 0,02 0,02 0,01 0,01 0,00

Здесь и в дальнейшем использовались значения концентраций, на соответствующую величину автомобильных выбросов на данной магистрали, для того, чтобы исключить влияние интенсивности движения При разработке схемы прогноза загрязнения воздуха диоксидом азота в г Санкт-Петербург в качестве предикторов использовались следующие параметры уровень загрязнения в предыдущий день Р скорость ветра (V) и направление ветра (с/) на уровне флюгера, высота приземной инверсии в 7 часов (Н), синоптический предиктор 8п

Так как связи между предиктантом и предикторами являются нелинейными, то при разработке схемы проводилось преобразование предикторов с учетом реального характера связей между Рыог и метеорологическими факторами Преобразование заключалось в том, что с помощью корреляционных кривых зависимостей показателя загрязнения воздуха в городе (Р^ог) от отдельных метеорологических параметров, построенных по использованному для разработок материалу наблюдений, каждое значение предиктора было заменено на соответствующее ему среднее значение Р^ог Регрессионное уравнение в общем виде-

N

Р = а0 + £ а,Х1 , (8)

где X! - преобразованные предикторы, а, - весовые коэффициенты, а0 - свободный член; а, и а0 находятся методом наименьших квадратов

Для суждения об успешности прогноза групп загрязнения воздуха удобно применять 1фитерий Багрова

Н* = и ~ и* , (9)

1 ~и0

где II - оправдываемость прогнозов, С/0 - оправдываемость случайных прогнозов

Очевидно, что при II— 1 (стопроцентная оправдываемость) Н* ~ 1, а при 17= Ц> (оправдываемость на уровне случайных прогнозов) Н* = О

Таким образом, Н* > 0 указывает на успешность прогнозов, однако для практически эффективных методов Н* не должна быть меньше, чем 0,2 - 0,3 Оценка оправдываемое™ случайных прогнозов Щ определяется по формуле

V о = <Рх + <р гтс 2 + р ъя , (10)

где ф\, ф1, <р$ - соответственно частота появления групп высокого повышенного и пониженного загрязнения воздуха, а Л\, 712, Щ - частота прогнозов этих групп загрязнения. Рассмотрены ежедневные значения фактических и прогностических значений параметра Р идя Санкт-Петербурга

В качестве предиктанта взят параметр Р для N02 Предикторами являются метеорологические параметры и исходный уровень загрязнения воздуха Р' Полученное рефессионное уравнение имеет следующий вид.

Р=ОА9Р'+ОЛР(АТ)+0,52Р{Г\)+0,52Р(Т)+0,27Р(Уо) - 0,29 (11)

Здесь Р(АТ), Р(У\), Р(Т) и Р(Уц) представляют собой преобразованные предикторы АТ - вертикальная разность температуры между уровнями земли и поверхностью АТ 925 гПа, У\ - скорость ветра на уровне АТ 925 гПа, У<) - скорость ветра на высоте флюгера, Т - температура воздуха в приземном слое

Испытания разработанной схемы показали следующие результаты Общая оправдываемость прогнозов составила 85%, а оправдываемость прогнозов высокого загрязнения воздуха - 75% при повторяемости таких случаев около 15% Коэффициент корреляции между прогностическими и фактическими значениями параметра Р составил 0,76 Критерий Багрова рассчитанный согласно (9) и (10), для оценки эффективности схемы прогноза загрязнения воздуха диоксидом азота в Санкт-Петербурге составил Н* = 0,69

В данной главе рассмотрены метод прогноза загрязнения воздуха в районе отдельных автомагистралей и составление предупреждений, прогнозирование загрязне-

ния воздуха выбросами автотранспорта на перспективу, методика обследования структуры транспортного потока и расчета выбросов в атмосферу на городских автомагистралях, также анализ максимальных уровней загрязнения воздуха выбросами автотранспорта в различных городах России

В третьей главе рассмотрено обоснование и выбор методов и средств контроля вредных отработавших газов автотранспорта и методики их контроля

Определение концентрации различных веществ в отработавших газах автомобильных двигателей основано на физических или химических свойствах анализируемых компонентов Существует целый ряд методов определения вредных компонентов в отработавших газах автотранспортных средств

Методы и средства контроля токсичности ОГ можно классифицировать с точки зрения объекта анализа (сами ОГ или загрязненный ими воздух), его целей (исследовательские или производственные), основополагающих физико-химических процессов (объемно-абсорбционные, объемно-оптические, хемилюминесцекгные, оптические, хроматографические, масс-спекгрометрические и лазерные), прерывности анализа и транспортабельности газоанализатора По транспортабельности приборы подразделяются на переносные, настольные и стационарные, особо выделяются лабораторные комплексы и системы Наряду с приведенной классификацией методов в аналитической практике широко используется целенаправленная подборка методов анализа того или иного компонента или группы компонентов При прочих равных условиях целенаправленные методы определения одного компонента проще и дают более надежные и точные результаты, чем анализ нескольких компонентов

Другое направление аналитического приборостроения, ориентированного на контроль ОГ автомобилей, связано с разработкой и выпуском приборов, используемых на производственных участках предприятий автомобилестроения, для контроля экологичности двигателя и других систем автомобиля, а также на станциях техобслуживания автомобилей для регулировки этих систем

В главе рассмотрены объемно-абсорбционный метод анализа, спектральные методы, электрохимические методы газового анализа, пламенно-ионизационный метод, хемилюминесцентный метод, метод ультрафиолетовой флуоресценции, УФ-фотометрический метод, пламенно-фотометрический метод, метод газовой хроматографии, масс-спекгрометрический метод, лидарная система контроля атмосферы, методы и технические средства для определения концентрации пыли, автоматизированные анализаторы состава газовых выбросов, стационарные посты и передвижные лаборатории контроля, приборы и методика контроля дымности ОГ, передвижная экологическая диагностическая лаборатория

В четвертой главе диссертации представлены научные основы создания лазерных методов и средств дистанционного контроля отработавших газов автотранспорта в атмосфере

Внедрение лазеров, обладающих способностью селективного возбуждения электронно-колебательно-вращательных переходов в молекулах, дало возможность детального изучения спектров поглощения и испускания Это позволило использовать резонансное поглощение и лазерно-индуцированную флуоресценцию не только в спектроскопии молекул, но и при дистанционных измерениях атомного и молекулярного состава атмосферы Реализация такой возможности явилась важнейшим фактором в решении проблемы контроля состояния атмосферы В основе метода дифференциального поглощения (ДП) лежит явление усиленного поглощения излу-

чения детектируемым газом на резонансной частоте, приводящее к измеримому эффекту ослабления Информация о средней концентрации этого газа, находящегося в исследуемом объеме атмосферы, содержится в функции пропускания, и ее извлекают, используя лидарное уравнение При зондировании в оптическом диапазоне, свободном от резонансных линий других воздушных компонент, величина обратного сигнала формируется не только под влиянием указанного фактора Ослабление сигнала обусловлено таким упругим рассеянием на атмосферном веществе Уравнение лидара в этом методе принимает вид

где К-с112 (I -время задержки) Как и в соответствующем интегральном методе, измерение проводится на двух частотах, одна из которых соответствует сильному поглощению детектируемой компонентой, другая - слабому В методе измеряется эффект, вызванный различием в величине обратного сигнала при таком двухчастотном зондировании основной измеряемой величиной является отношение Р(ущк2) = 1 Р(У,Н2)> получаемое для задержки г, ^2Я,/с и 12~2Я2/с

Пренебрегая незначительным различием в геометрическом и пространственном

«2

2 _[+

Л

Сравнение этого отношения для частоты Уе, лежащей в линии поглощения, и отстроенной частоты =Уе + Ау , где Ду порядка ширины линии, и считая, что а г «(у0) получаем

= ехр(2АсхЛ^), я2

где Лег = а"^ - ст"^ , N¿ = 1/1 | Ых(г)с1г - средняя концентрация компоненты в ин-

Л,

тервале Ь=Яг - Я\ Как видно, это отношение дает прямую информацию о искомой величине В дальнейших применениях будет удобным выражать окончательную формулу в терминах мощности 1

факторах, имеем P{v,rur2) - ехР

N

1п-'■--In-!-

P(veR 2) P(vwR 2)

(12)

Ввиду сильной зависимости молекулярной части коэффициента от длины волны излучения наиболее благоприятными для использования в ДП-методе являются видимый и УФ - участки спектра В этом спектральном диапазоне значения (5 достаточно высоки и имеются сильные электронные полосы поглощения многих газов - загрязнителей Поскольку поглощение и рассеяние являются практически мгновенными процессами, то пространственное разрешение ограничено величиной jabs =0/2(to+td) Таким образом, принципиальных пределов для улучшения этой характеристики в данном методе нет.

Информация о концентрации газовых компонент в методе индуцированной

флуоресценции (ИФ) так же, как и в методе комбинационного рассеяния содержится в величине коэффициента обратного рассеяния р. При настройке частоты лазерного излучения в резонанс с линией поглощения исследуемого газа, не лежащей в области сильного поглощения других атмосферных компонент, обратный сигнал формируется за счет высвечивания при переходах из возбужденного состояния на разрешенные нижние состояния Как уже отмечалось, этот процесс характеризуется сравнительно большим временем жизни возбужденного состояния, достаточным для вращательной и колебательной релаксации молекул, а также для частотного снятия возбуждения при столкновениях Эти факторы приводят не только к спектральной структуре обратного сигнала, но и к его деполяризации и тушению В зависимости от вида газа и типа перехода время высвечивания достаточно сильно варьируется, что влияет на величину поправочного фактора У(щ входящего в уравнение флуоресценции лидара Как показывают расчеты, у(Л) может быть заметно меньше единицы при t¿ /ta< 1 и t0 !fx < 1 Неучет данного фактора при этих условиях приводит к ошибке, особенно значительной в районе длины лазерного импульса 1 = cta от границы области, содержащей газ-загрязнитель Кроме того, в полосу приема попадает практически неустранимый фон от рассеяния зондирующего излучения, обусловленный люминисценцией или комбинационным рассеянием в газах атмосферы (азот, кислород, водяной- пар), а также свечением аэрозоля, нагретого мощным лазерным излучением.

Ограничение на пороговую чувствительность лидара за счет этой неконтролируемой люминисценции по оценкам составляет для газов с (da/dQ)^e = 10~24см2ср'\ что на 5-6 порядков ниже ПДК многих газов При проведении оценочных расчетов были использованы t0 = t<¡» fx , так что у(Я > = 1 Кроме того, геометрический фактор, ввиду дистанционности измерений, принимался равным 1 С этими допущениями и пренебрежением неконтролируемым свечением на частоте приема лазерное удаление хорошо принимает известную формулу

где Ь=с^2 Это уравнение справедливо в случае зондирования приземного слоя атмосферы с однородным распределением аэрозоля - условие при котором будут проведены в дальнейшем оценочные расчеты Подробнее остановимся на особенностях этого метода, показывающего себя перспективным при решении широкого круга экологических задач. Как видно из лидарного уравнения, на величину обратного сигнала влияют многие факторы, от состояния атмосферы до эффективности оптической системы лидара Принципиальным фактором, влияющим на величину сигнала, является дифференциальное сечение флуоресценции Оценим его, исходя из формулы

где фактор тушения Q=f У/', 1ех- время жизни возбужденного состояния с учетом тушения, Р - доля регистрируемой флуоресценции, определяется из соотношения

Сечение поглощения в области основных колебательных полос электронных переходов молекул составляет 10"17 - 10"19 см3 Время тушения флуоресценции при атмосферном давлении находится в пределах 10"9 - Ю'10 с При времени жизни возбужденных состояний, соответствующих переходам в ИК-диалазоне, 10"' - 10"5 с Значе-

\/fx= \/f+ l/f

ние фактора тушения равно <3=10"9- 10"5 Соответствующее время переходов в видимом и УФ-диапазонах -10"5 -10'8 с Это дает значение ()= 10"2-10"5 Сравнение факторов тушения в двух диапазонах показывает преимущество зондирования в видимом и УФ-диапазонах Принимая долю регистрируемой флуоресценции равной Р= 0,1 получаем для последних диапазонов (с!сг I = №~21 -10~26см2срА. Эта величина превосходит величину дифференциального сечения молекулярного рассеяния (Ю-27 см2ср"') комбинационного рассеяния (Ю"28-Ю*30 см2ср"' - вне резонанса, 10"26 см2ср"' в резонансе) Рассеяние на аэрозолях может характеризоваться значительно большим сечением (10"26-10"8 см2ср"') Однако, от него легко отстроиться, если вести прием на смещенной частоте Условие регистрации флуоресцентного сигнала улучшается при переходе к зондированию верхних слоев атмосферы (увеличивается фактор 0 и при регистрации атомов («/сг/аГйУ® = Ю-15 -Ю~!0 см2ср"'

Увеличение принимаемой мощности возможно при увеличении энергии импульса. Однако, существует принципиальное ограничение, связанное с явлением насыщения поглощения, которое приводит к уменьшению сечения процесса В качестве оценки энергии насыщения можно взять величину е5 = 2ааЫ В оптической области спектра эта величина достаточно велика для А=0,33 мкм (у=1015 с"1) и <т

см , £/=3 10" -10 Дж/см Таким образом, чтобы отодвинуть этот нежелательный предел вверх по шкале энергии, необходимо увеличивать площадь сечения лазерного пучка и, как следствие, площадь апертуры. Увеличение данного параметра, как видно из лидарного уравнения, важно само по себе, хотя в техническом отношении решение этого вопроса непростое

Вторым фактором, ограничивающим рост энергии зондирующего импульса, является оптический пробой воздуха, наступающий, как показывают эксперименты с лазерами на рубине и неодимовом стекле, при Ю10 - 1011 Вт/см Этот фактор может оказаться важным при попытке достижения максимально возможной энергии импульса в исследуемом объеме при дистанционном зондировании, особенно в условиях плохой видимости

Учитывая значительную длительность процесса флуоресценции, расчет размера области, из которой приходит сигнал за время его детекции ^ следует проводить по формуле

Ф =с!1Ц0+1ех

Этой величиной определяется предел пространственного разрешения измерений ИФ-мегодом В табл 4 приведены результаты оценок концентрационной чувствительности РФ-метода при анализе малых примесей в воздухе

Таблица 4

Оценка концентрационной чувствительности РФ-метода

Газ ПДК (мил1) X нм ПРК (ррш)

N0 2 488 0,5

Ь. 0,15 590 5 • Ю"4

N02 3 488 0,6

Здесь рассмотрим рад расчетных зависимостей, характеризующих зондирующие возможности лидаров, и проведем сравнительный анализ методов дифференциального поглощения (ДП-метод) и резонансной флуоресценции (РФ-метод) В качестве изучаемых компонент загрязнения атмосферного воздуха были взяты Ж?2> ЗОг, С^Н^

Данные компоненты являются основными источниками загрязнения атмосферы от автотранспорта и промышленности и создают основу для образования фотохимического смога и кислотных дождей, бензол относится к углеводородам-загрязнителям, характерным для выбросов автотранспорта и предприятий нефтехимической промышленности Для сравнительного анализа были взяты методы дифференциального поглощения и флуоресценции, как основные методы обнаружения малых газовых примесей Мы расширяем этот анализ, вводя дополнительные параметры и распространяя его на различные метеорологические условия и время суток а) ДП-метод

Как уке отмечалось выше, в этом методе зондирование осуществляется парой импульсов, резонансным (ке) и отстроенным (Ла ) на двух последовательных расстояниях Я и Я+ Ь Средняя концентрация Ы(К) на участке длины Ь удаленном от лидара на расстоянии Я рассчитывается по формуле (12) Следуя стандартной теории ошибок и оставляя в формуле только квадратичные члены, как наиболее, важные для ошибки измерений получаем выражение

(13)

¡2 'Ш' Г~Ч 1 т г 2 -а Д^л+г)

М{.2АсгЖ) 1

(14)

где М - число повторения пар лазерных импульсов Поскольку сигнал, регистрируемый детектором, подчиняется распределению Пуассона, а тепловой шум пренебре-жим в оптическом диапазоне, то можно записать

дрГМЛ^ Р I ПТ)Р2,

где Ну - энергия сигнального фотона, т] - квантовая эффективность фотодетектора, Т~Ыс, Рм-Р+Р" (Р* - мощность фонового излучения на частоте приема), мощность темнового тока считается пренебрежимо малой Далее делаем упрощающее предположение, справедливое при наших численных данных пренебрегаем фоновым излучением по сравнению с величиной сигнала Тогда

(?Нт ...

используя связь между относительной ошибкой и отношением сигнал-шум, е = ^/выражение (13) можно рассматривать как уравнение относительно минимально

обнаруживаемой концентрации (в моноимпульоном режиме, М= 1) С учетом (15) имеем

2ли

7] 1)Е

(15)

N.

2Асг£

Ис т]Я

1

1

ъе{Я) Ее(К+1) ^(Я+Ь)

Следующее справедливое упрощение - сравнительно малое ослабление лазерного луча за счет резонансного поглощения на фоне доминирующего вклада аэрозольного рассеяния, которое в рассматриваемом примере считается Изотропным Тогда

1

1

Е„

Е„

(16)

уравнение лидара для энергии детектируемого сигнала можно записать в виде £,(*) = ^ехр(-2я<Ж)[1 - 2а,Щ, (17)

кЕпЬА , Ш , где ^ = —7—; £ = —> 1 = 1,со,ае=а(0=ас, 4 л 2

Подставляя (17) в формулу (16) и сохраняя в ней только члены первого порядка по Щ получаем для концентрации уравнение второго порядка, решение которого можно запасать в виде

/7 = о[7&ТГ+1] , гдеа = а0/{а<1Я),Ь = Ьа{аая) (18)

Здесь

6 я (Ис\ , 4

кЕ0ЬАа\т]ХУ 0 Ъаа0 /(«,*) = —ехр(-2«аЛ)Г1 + (1 + ЫЯ)2 ехр(2«а/.)1

ССП I- J

1 + (1 + 1/Л)2ехр(2аа^)

г, ч=-%ехр(-2 а„Я)

1 + (1 + £/Д):ехр(2ссаЬ)

В расчете принималось, что <уаЬБ = 2ста)аЫ = ст б) ИФ-метод

Уравнение лидара для сигнала флуоресценции в пределе высокой прозрачности атмосферы ( Тц = \), записанное в терминах счета фотонов, имеет вид

С/. агГ—— ^

кс!х0 (.¿о; л2

(19)

(20)

Счет фоновых фотонов определяется выражением

сь=!Йх_ апал2±

кс/Л С

где - спектральная яркость фона, О - телесный угол поля зрения приемника, и АЛ - ширина полосы пропускания приемника, остальные величины определены выше В моноимпульсном режиме справедливо следующее соотношение

г/е

-ЛТ2 (21)

5 = -

[с/е+сьу

Решение этого уравнения относительно имеет вид С/е =

(22)

Вместе с (19) его можно рассматривать как уравнение для определения минимально обнаруживаемой концентрации

В расчетах использовались следующие данные для детекции для лидара 04=0,1м2, 0=3 10"8ср"', к=и=0,1Д=100 нм, £=100 м, 5=3 ), для парамет-

ров процесса поглощения {Хе~Хю s450 нм, сг =4,8 10"23 м 2 ), для параметров флуоресценции (<то=450 нм, X =650 нм, Q=2 10"5, F=0,2); для атмосферных условий (««(¿ш^&н) =4>4 10"5 м_1> «a(v=10 км)= 5,8 104 м"1 , ЛГя(аша))= 10 втм"2 ср'1 мкм'1, = 1° 3лгя(а&'й)) энергия лазера в случае поглощения - Еа = 0,1 Дж, в случае

флуоресценции - Еа - 0,2 Дж Соответствующие результаты для компонент S02 и СьНв получены в приближении простого пересчета с помощью переводного фактора

Хр(х) = fp(x)NpN02 , щер=аЪз,/,, x=S02, CJl6 (23) .......-ll/2

sabs _ J(x) ~

Первое выражение было получено с учетом того, что при имеющихся данных Ъ» 1, во втором выражении отношение (х)!(N02) в вычислениях принималось равным 0.1, что вытекает из оценки спектрального поведения Для расчета фактора fp(x) использовались следующие данные для S02 (о=3,36 10"23 м2, Л0 = As290 нм, ¿=3,4 10"6, F=0,1), для CJ/6 (о= 1,3 10"22 м2, Л0=Л~253 нм, Q= 1,6 10"4, F-ОД). Результаты вычислений сведены втабл 5

Таблица 5

Концентрация чувствительности (ppb)

<t(N02) ' Xe(N02)

а(х) L ш J

R, км ДП-метод ИФ-метод

Ясное небо К=10 км День Ночь

no2 so2 qh6 no2 no2 сбн6 no2 no2 с6н6 no2 no2 с6н6

03 63 114 32 21 38 11 59 107 07 8 15 01

04 79 143 40 29 53 15 104 188 1 3 13 23 0 16

05 102 184 51 38 69 19 63 294 20 21 39 0 25

06 123 222 62 46 83 23 235 423 28 29 52 0 35

07 146 263 73 57 103 29 321 578 3.9 39 70 0 47

08 170 306 85 70 126 35 418 753 50 51 92 0 62

09 196 353 98 84 152 42 527 949 63 63 114 0 76

1 0 226 407 113 100 180 50 652 1174 79 78 141 0 94

По детекции N0% они качественно согласуются с оценками других работ и, в основном, не противоречат практическому выводу, сделанному в этих работах ни один из методов не является абсолютно предпочтительным перед другим Этот вывод становится тем более очевидным так как, чем длиннее трасса зондирования, тем ДП-лидар имеет большую чувствительность при дневных измерениях, особенно в условиях уменьшенной видимости Ситуация, однако, меняется при измерениях ясными ночами в пользу ИФ-лидара Это преимущество становится особенно отчетливым при детекции ЫОг - газа Однако, как показывают оценки, такое положение дел не является неизменным Многое зависит от вида компоненты резонансного перехода характеристик возбужденного состояния Например, возбужденное состояние бензола, возникающее в результате поглощения света длины волны А0=253 нм на переходе -А'ВГИ) характеризуется сравнительно небольшим временем жизни, малым

-А'Вт) характеризуется сравнительно небольшим временем жизни, малым тушением и, как следствие, значительным сечением флуоресценции Это приводит к тому, что РФ-лидар для зондирования паров бензола может оказаться предпочтительнее ДП-лидара даже днем Что касается общего поведения чувствительности, то на нее оказывают заметное влияние дистанционность измерений и прозрачность атмосферы Однако, в зависимости от условий работы оптимальный вариант лидара способен "чувствовать" загрязнение рассмотренными газами на уровне ПДК

Как ухе отмечалось выше, чувствительность существенно зависят как от рабочих характеристик лидара (мощность, длительность, частота следования лазерных импульсов, время детекции, площадь апертуры), так и от условий измерений (длина трассы, видимость, состав и распределение аэрозолей, фоновое излучение и т д ) В этой связи реалистический анализ детектируемости важен в современных технических условиях Анализ был проведен для ДП-лидарной системы при зондировании Ж>2 - примеси Сохраняя условия измерения в однородной атмосфере, мы расширяем этот анализ, включив в него флуоресцентный лидар Это позволяет провести сравнение двух методов в разнообразных ситуациях и сделать ряд полезных практических выводов

а) Дифференциальное поглощение

Одним из основных показателей потенциала зондирования лидара является поведение длины серии облучений (импульсов) М, необходимых для уверенного приема полезного сигнала, в зависимости от различных параметров измерений Здесь мы воспроизводим некоторые из этих зависимостей, используя основные формулы (12) и (13). Уравнение лидара запишем в терминах мощности

• РР1А Я Л- ?

Я2

где Ь=а,/2, г=е,м> Оно используется в окончательном выражении для расчета числа пар импульсов, получаемом с помощью формул (13-14)

Р,(Ю = ехр[-2(«а +

М

\гьаш) \пХЬ)

Р^Я+Ь) Р^Я) -+-^-+ —^-+-

Ре2(Л) Ре2(Ю Р^(К) Р^Л + Ь)

(24)

где Р'ц(К) = РХИ) + Р", РЬ - МлС1АЛЛг/Л/Не

Для сопоставительных целей были использованы данные лазерные параметры (Р0=Е0С/2Ь, где Ео=0,1 Дж, Ле=448,1 нм, /1^=446,8 нм), лидарные параметры (5=10, Л=0,07 м2, ¿=0,1, ДЯ=0,3 нм, £1=7 10"6, ¿=120 м), параметры исследуемой компоненты (с/Ь5=2,59 10"23м2 ),

параметры атмосферы (/?/=оа/100, Л^№/=8 10"2Вт м"2ср"'мм"', М^ночь)=Ш3Ых(деиь) б) Резонансная флуоресценция

Основная расчетная формула для детектируемости флуоресцентного лидара в режиме накопления импульсов имеет вид М112с" (с" + сь)1/2

Выражая фотонные счета с"и с' с помощью формул (18) и (19) Это выражение можно преобразовать к расчетному виду

Т^(Ьс/^(\+Ьх1Т2), (25)

где д = -

Е0Л0^а-/сЮ.)л А^к

_ 2МлС1Мт] Еа((1сг/сЮ.)Лск

х=Я2/ N, Т\Я0Я)=Т=ехр(-ааЯ) - функция пропускания участка аэрозольной атмосферы длины Я . Для расчета были использованы следующие дополнительные данные: (с1Ыс1^2)л~9,610'3° м2; Л>=лг450 нм. в) Обсуждение результатов и сравнительный анализ

Для получения статистически достоверных результатов лидарные системы, как правило, работают в режиме накопления импульсов. По этой причине важнейшие характеристики их работы - чувствительность и оперативность измерений - связаны с числом детектируемых импульсов М. Расчетные формулы (24) и (25) позволяют проследить ход кривых поведения М в различных условиях работы лидара. Здесь представлены графики функции ^ Мот таких практических переменных, как дистанция зондирования Я(Рис. 2 - 3) и величина средней концентрации N газа - загрязнителя (Рис. 4 - 5), при различных условиях видимости и времени суток.

1дИ

Ь"

М-

Рис. 2. Зависимость логарифма числа пар импульсов Мот расстояния зондирования Я (ДП-метод). Цифры над кривыми относятся к величине дальности видимости V.

Рис. 3. Зависимость логарифма числа облучений Мот расстояния зондирования Я (РФ-метод). Цифры над кривыми относятся к величине дальности видимости V.

Отметим некоторые общие закономерности и особенности этих зависимостей. Начнем с влияния фонового излучения. Как показали расчеты с имеющимися данными, фон оказывает заметное влияние только на чувствительность РФ-лидара, поэтому все РФ-кривые были продублированы (кривые, относящиеся к дневным измерениям, обозначены сплошной линией, "ночные" кривые - пунктиром). Например, "дневные" кривые М(К) РФ-метода (Рис. 3) лежат выше ДП-кривых (Рис. 2). То же можно сказать и о "ночных" кривых, однако, только в условиях уменьшенной видимости (К<10 км). При хорошей видимости (У>10 км) "ночные" РФ-кривые, опускаясь уже располагаются ниже ДП-кривых. Такая тенденция, во-первых, связана с ростом величины

РФ-сигнала при улучшении видимости, во-вторых, с нерегулярным влиянием видимости на ДП-сигнал, о чем пойдет речь ниже.

Рис. 4. Зависимость логарифма числа пар импульсов ^ М от концентрации N (ррт) (ДП-метод). Детекция на расстоянии зондирования Я- 1 км с относительной ошибкой е = 1/10. Цифры над кривыми относятся к величине дальности видимости V.

Рис. 5. Зависимость логарифма числа пар импульсов М от концентрации N (ррт) (РФ-метод). Детекция на расстоянии зондирования Я= 1 км с относительной ошибкой е = 1/10. Цифры над кривыми относятся к величине дальности видимости V.

Продолжая анализ, можно отметить общий рост с увеличением Я, более заметный для ДП-метода. При этом видимость по разному влияет на расположение кривых. В РФ-методе наблюдается регулярный спад М с увеличением дальности видимости, что конечно, связано с уменьшением ослабления полезного сигнала. Для ДП-метода в этом отношении характерна нерегулярность: резкий спад в промежутке от У= 2 км до К=10 км и постепенный подъем с увеличением V. Такую тенденцию можно объяснить характером поведения функции сь ехр (-ааК) описывающей сигнал рассеяния на аэрозоле: в области большое аа (малые V) уменьшение оь (увеличение видимости) вызывает рост сигнала, что приводит к уменьшению ошибки измерений и, как следствие, уменьшение необходимого числа пар импульсов области малых аа (большие V) ситуация меняется на противоположную. Такая особенность может привести к тому, что, начиная с некоторых расстояний РФ-лидар, даже днем, может оказаться более предпочтительным, чем ДП-лидар, однако, при условии, если день ясный. В целом можно отметить, что ночное зондирование РФ-лидаром обладает большей оперативностью при N7 > 10 (Ы дается в ррт , а V- в км).

Все сказанное в значительной степени остается справедливым и по отношению к поведению кривых М(Ы) . Но здесь есть своя особенность: если для РФ-кривых (Рис. 5) характерно монотонное уменьшение функции с ростом концентрации, то в случае кривых (Рис. 4) наблюдается появление минимума. Монотонный спад РФ-кривых объясняется ростом величины сигнала при увеличении концентрации флуо-

ресцирующих молекул Существование минимума ДП-кривых можно понять из следующего рассуждения В области малых значений концентрации относительная

ошибка измерений главным образом определяется (А"-)'2- зависимостью поглощение мало и не оказывает заметного влияния на величину сигнала При достаточно больших концентрациях, однако, поглощение может стать настолько значительным, что вызванное им ослабление и связанный с ним рост ошибки могут доминировать над — _2

(АГ) - спадом. Результатом конкуренции этих тенденций может стать эффективный рост ошибки и, следовательно, числа пар импульсов при данном отношении сигнал-шум, начиная с некоторой концентрации (как видно из Рис 5 , ^0,6-0,7 ррт)

Подводя итог, приходим к общему заключению для проведения диагностики параметров атмосферы необходима оптимальная тактика зондирования Такую программу оптимизации невозможно осуществить без детального знания функциональных возможностей лидара в данных метеорологических условиях От этого зависит выбор метода, дистанционность и оценка оперативности зондирования Сравнительный анализ, в целом, подтверждает вывод оба рассмотренных метода скорее не исключают, а дополняют друг друга

Дистанционный лазерный контроль отработавших газов автомобиля заметно ограничивает выбор методов и средств контроля, при этом основными факторами, которые необходимо учитывать при выборе методов и средств контроля являются следующие

1 Обеспечение возможности проведения контроля в полевых условиях

2 Возможность использования автономного питания от аккумулятора или бортовой сети

3 Средства контроля должны быть переносными и транспортабельными

4 Необходимость периодической калибровки и тарировки средств контроля в процессе проведения измерений

5 Помехозащищенность средств контроля, вызванных сложными и нестабильными климатическими условиями окружающей среды (влажность, температура, солнечная радиация, давление и другое)

6 Наличие эталонных образцов для тарировки средств контроля

Наибольшей эффективностью для оценки загрязнения атмосферы автомобильным транспортом обладают методы и средства интегрального дистанционного контроля При этом, контроль может проводится как поперек, так и вдоль автомагистралей. При контроле в поперечном направлении величина дистанции, как правило, имеет небольшую величину и составляет не более 100 м (10 - 100 м) Наибольшей эффективностью для дистанционного контроля обладают лазерные методы и средства, которые при проведении контроля в поперечном направлении могут иметь в качестве источника излучения маломощные лазеры Это позволяет создавать малогабаритные и переносные приборы, которые можно использовать для проведения контроля в полевых условиях

Проведение интегрального дистанционного контроля автомагистралей в продольном направлении требует использования более мощных лазеров, так как величина дистанции при контроле может составлять 1 - 5 км Подобные системы контроля могут быть как стационарными, так и передвижными Подобные системы интегрального дистанционного контроля могут монтироваться на верхних этажах зданий, расположенных на противоположных концах автомагистралей Так например, подоб-

ную систему можно было бы смонтировать в Санкт-Петербурге, при этом мощное лазерное устройство можно установить на Адмиралтействе, а приемные устройства на верхних этажах зданий, расположенных в противоположных концах от Адмиралтейства на проспектах Невском, Московском, Вознесенском и улице Гороховой Это позволило бы одновременно определять степень загрязнения атмосферного воздуха практически над всей центральной частью города, а концентрации вредных веществ (СО, СИ, СОг, N02 и другие) показывать в цифровом виде на табло при въезде на эти автомагистрали Данная информация может использоваться, например, для регулирования интенсивностью автотранспорта, если концентрация вредных веществ на автомагистрали будет превышать ПДК

Учитывая вышеизложенное, основное внимание в данной работе уделяется лазерным дистанционным методам и средствам контроля

Современные лазерные средства дистанционного контроля атмосферы в зависимости от структуры функциональной схемы подразделяются на бистатические и моностатические системы

В бистатической системе источник излучения - лазер и приемное устройство разделены контролируемой средой, т е размещены по трассе измерений

Бистатическая система имеет более высокую чувствительность и пространственное разрешение, но в тоже время имеет ограниченное применение, так как необходимо жесткое закрепление излучающего и приемного устройства и может быть использована только для стационарных систем В моностатической системе лазер и приемное устройство располагаются с одной стороны, а на другом конце трассы используется отражатель При этом отражатель может быть специально изготовленным (уголковый отражатель, зеркало и др ), либо его роль выполняют объекты естественного происхождения (стена здания, поверхность рельефа, водная поверхность и др ) Кроме того, моностатическая система позволяет реализовать контроль без отражателя, принимая обратно рассеянное лазерное излучение от мишени - контролируемой среды

Работа любого лидара основана на полном ослаблении за счет поглощения, рассеяния лазерного пучка на известном расстоянии

Используя закон Бугера, интенсивность пучка на приемнике после прохождения расстояния Я до отражателя и обратно, равна

-)ааЫ (у0,Я)ЫГ о

где Т(Уо, К) - функция пропускания участка атмосферы длины Я В общем случае коэффициент поглощения ааЬз =

определяется суммарным поглощением всех газовых компонент воздуха Для того, чтобы определить вклад в поглощение примеси /-го вида, необходимо частоту лазерного излучения у0 настроить в резонанс с ее линией поглощения Если отсутствует наложение линий поглощения со стороны других газов, то можно принять

ааЬ!! (у0,г) = а"^ (у0,„г) Отстраивая частоту от резонанса в пределах ширины линии

поглощения V, проводят измерение на частоте у0 = + V Учитывая, что отстройка не влияет на величину коэффициента рассеяния, так что Т(у0,К) = Т,( ц, ¡Я) = Т, результатом сравнения двух измерений может стать величина относительной разницы в

1(у0,Я) = 10(у0)Т(у0,Я)ехр

ослаблении лазерного пучка 8, 1(Уо)-1(Уь,)

1(Уо,Х) '

где /(к,), Дк, ,) - ослабления излучения на частотах к0, к0,,

А/(у0) = /0(у0)[1 - Гехр{-а(й*>0,Д)^}]

Принимая /0(к0) = 10(У0,д и учитывая сравнительно небольшое ослабление за счет поглощения, имеем

§= До-й = до-лг, д, где Дст= у0) - сгЛ к>,)

Лазерное зондирование в большинстве случаев дает лишь суммарное содержание компоненты вдоль трассы, т е определяются интегральные усредненные характеристики При таком контроле измеряется количество вещества 1-го вида, на трассе длины

о

В этом случае получаются статистически достоверные данные о средней плотности на трассе =

Схема дистанционного контроля на заданной базе при помощи лидара показана на Рис 6

Рис 6 Функциональная схема устройства для регистрации загрязнений воздуха с использованием уголкового отражателя

1 - лазер, 2 - полихроматор, 3 - оптический многоканальный анализатор, 4 - регистрирующее устройство (ЭВМ, самописец и др ), 5 - телескоп, 6 - уголковый отражатель, 7 - делительная пластина

Для улучшения расходимости пучок лазера 1 расширяют с помощью телескопа 5 Уголковый отражатель 6 отражает пучок точно назад Он попадает на делительную

пластинку 7 и с нее полихроматор 2 на спектрометр (оптический многоканальный анализатор) 3. Результаты измерений выводятся на самописец 4. С помощью набора фотодиодов, установленных в плоскости изображения спектрометра, можно одновременно регистрировать весь спектр лазера, генерирующего на многих линиях.

Можно организовать регистрацию таким образом, чтобы одна половина фотодиодов использовалась для регистрации спектра лазера, а другая половина - для регистрации спектра отраженного пучка. Это дает возможность измерять ослабление для всех линий и, следовательно, одновременно получать по методике базового метода оценки средних концентраций газовых компонент резонансно поглощающих лазерное излучение. Для таких многоцелевых измерений хорошо подходят Ш7-, СОг- и СО — лазеры, генерирующие одновременно на многих частотах.

Активные спектрально-оптические методы дистанционного контроля газового состава атмосферы основаны на использовании процессов поглощения, рассеяния и флуоресценции, инициируемых лазерным лучом при прохождении через атмосферу. Во многих ситуациях для задач зондирования затруднительно использовать отражатель. В этом случае для примера можно использовать сигнал, возникший в результате взаимодействия лазерного луча с воздушной мишенью-аэрозолем или газовой компонентой.

Рис. 7. Функциональная схема лидара

1 - импульсное питание, 2 - импульсный лазер, 3 - оптическая система, 4 - телескоп, 5 - спектральный анализатор, 6 - фотодетекторная система, 7 - стробирующий усилитель, 8 - линия задержки, 9 - стробирующие импульсы, 10 - регистрирующее устройство (ЭВМ, самописец и др.), 11 - объект контроля (газовая мишень).

Рис. 7 иллюстрирует основной принцип действия лидара. Интенсивный импульс оптической энергии, испущенный лазером 2, проходит через соответствующую оптическую систему 3, расширяется телескопом 4 и направляется на исследуемую газовую мишень 11, находящуюся на расстоянии Я от лидара.

Свет от частиц газовой мишени 11 собирается телескопом 4 и, проходя через приемную оптику 3 и спектральный анализатор, служит для выделения наблюдаемого интервала длин волн и, тем самым, дискриминирует фоновую радиацию на других волнах. Он может быть в форме монохроматора, полихроматора или набора узкопо-

лосных спектральных фильтров с фильтром, блокирующим лазерную волну (если не интересуются аэрозольным или молекулярным решением) Выбор фотодетекторов часто диктуется рабочим спектральным районом, который, в свою очередь, определяется видом применения и типом используемого лазера Промежуток времени между моментами испускания лазерного импульса и регистрацией обратного сигнала определяется временем задержки t =2Я/С Включение приемника на время от Г до осуществляемое стробируемыми импульсами 9, фиксирует свет, испущенный в г-ом процессе в интервале от Я до Я+Ь Стробирующая система, куда входят импульсное питание 1, линия задержки 8, стробирующий усилитель 7, может варьировать как время задержки, так и время детекции а поэтому и глубину зондирования К, и ширину сигнального интервала I, Локация и пространственное разрешение достигаются за счет выделения в приемнике той части сигнала, которая проходит от частиц, распределенных в пределах некоторого ограниченного объема Это позволяет с помощью лидарных методов измерять концентрацию загрязняющих веществ с точностью разрешения в любой заданной точке пространства в конкретный момент времени Такие методы обычно называются дифференциальными Далее мы будем иметь дело только с этими методами

Конструкция лидара и его функциональная схема в значительной степени зависит от типа и оптической схемы используемого телескопа Наибольшее применение в лидарах получили отражательные (зеркальные) телескопы систем Ньютона, Грегори и Кассегрена, оптическая схема которых приведена на рис При выборе типа телескопа, в отдельных случаях, предпочтение отдается системе Кассегрена из-за сочетания в ней компактности и большого фокусного расстояния

Широкое применение начинают получать телескопы, в которых используются пластмассовые френелевские линзы большого диаметра, которые являются недорогими, легкими и компактными Эффективность контроля тех или иных характеристик атмосферы зависит, главным образом, от типа используемого лазера Поэтому в работе значительное внимание будет уделено анализу лазерных устройств

Значительное влияние на эффективность работы лидара оказывают системы фотодетектирования и спектроаналитическая аппаратура

Для выбора фотодетектора основными характеристиками служат спектральная характеристика, квантовый выход, частичная характеристика, усиление по току и темновой ток

Большую роль могут играть габариты, устойчивость к разнообразным воздействиям и стоимость. В работе проведен анализ и выбор различных типов фотодетекторов фотоумножителей, канальные умножители, фотодиоды, а также спекгроанали-тической аппаратуры абсорбционные фильтры, интерферометрические элементы и диспергирующие системы, диэлектрический интерференционный фильтр, монохро-маторы, полихроматоры, клинообразные фильтры и др

В пятой главе диссертации приведены результаты экспериментальных исследований по прогнозу и контролю уровня загрязнения воздуха и оценке экологического состояния автотранспорта в Санкт-Петербурге

Как уже отмечалось ранее основными загрязняющими веществами в выбросах автомобилей являются оксиды азота, углерода, альдегиды, углеводороды, ароматические углеводороды, сажа, сернистый газ, сероводород и тяжелые металлы Однако, для анализа изменения концентраций загрязняющих веществ по площади Центральной части Санкт-Петербурга использовались данные только по оксидам азота и угле-

рода, и по углеводородам, как наиболее представительным и корректно определенным

Для выявления динамики уровня загрязнения данными компонентами нами использовались расчетные и измеренные данные в 2003 и 2006 годах

В программе SURFER, по данным таблиц были построены карты содержания загрязняющих веществ в Центральной части г Санкт-Петербурга Граница зоны измерений представлена на Рис 8

s ч 1

У к

и С

У

У

)

У ч ✓

Рис 8. Граница зоны измерений в Центральной части г Санкт-Петербурга

Как и следовало ожидать наибольшее загрязнение характерно для транспортных магистралей с максимально интенсивным движением, минимальной шириной улиц и северо-западным направлением ветра, при отсутствии зеленых насаждений

Данный вывод иллюстрируется результатами статистической обработки уровней загрязнений по 20 улицам Центральной части города

Так, коэффициенты парной корреляции свидетельствуют, что максимальной влияние на уровень концентраций оказывает интенсивность движения (до 0,75) и несколько ниже он для параметра ширины улицы (0 39).

В то же время, коэффициенты парной корреляции между количеством выбросов основных загрязняющих веществ оказываются существенно выше и достигают 0,95 При столь высокой взаимосвязи рассматриваемых параметров в результате построения плановых графических моделей уровней выбросов мы получаем близкую друг к другу конфигурацию интенсивности загрязнения

Результаты построения карт изолиний выбросов углеводородов (Рис 9), оксида углерода (Рис 10) и оксида азота (Рис 11) однозначно свидетельствуют о формировании максимальной техногенной нагрузки на 4-х участках Центральной части города

1-й участок выделяется вдоль Гороховой улицы от наб Фонтанки до М.Морской улицы.

На данном участке интенсивность выбросов углеводородов составляют от 8 до 10 г/с, оксида углерода от 25 до 60 г/с, оксидов азота от 1,5 до 4,5 г/с

Рис. 10. Карта распределения оксида углерода в атмосфере Центрального района

Санкт-Петербурга

Санкт-Петербурга

2-й участок расположен в юго-восточном районе Центральной части города, имеет сложную конфигурацию изолиний, образующих 2 вершины и имеет максимальную площадь распространения.

Наиболее высокие выбросы углеводородов свыше 9 г/с, оксида углерода свыше 45 г/с, оксидов азота — 3,5 г/с отмечаются вблизи пересечения наб. Обводного канала и пр. Обуховской обороны и пл.Ал.Невского (1-ая аномальная зона).

2-я аномальная зона с существенно меньшими выбросами углеводородов распространяется вдоль Синопской набережной и Мытнинской улицы. Выбросы углеводородов здесь составляют от 5 до 7 г/с, оксида углерода от 35 до 50 г/с, оксидов азота от 2 до 4 г/с.

3-й участок находится в северо-западном районе Центральной части города.

Выбросы углеводородов от 4 до 6 г/с имеют зону распространения от Большой

Конюшенной до Садовой улицы.

Зона выбросов оксида углерода тянется от Невского проспекта вдоль набережной Обводного канала, включая Большую Конюшенную улицу, до начала Садовой улицы. Значения выбросов составляют данной зоны колеблются от 25 до 40 г/с.

Зона выбросов оксидов азота охватывает те же улицы и составляет от 2 до 4 г/с.

4-й участок имеет наименьшую площадь распространения. Выбросы углеводородов от 4 до 7 г/с, оксида углерода от 30 до 50 г/с и оксидов азота 4 г/с отмечаются в районе площади Восстания.

Линейные размеры длины участков следующие:

1-ый участок: 1,5 км;

2-ой участок: 1 аномальная зона— 1,1 км;

2 аномальная зона — 1,2 км;

3-ий участок: 1,3 км;

4-ый участок. 0,5 км.

Для всей площади Центральной части города Санкт-Петербурга характерны выбросы с интенсивностью по углеводородам от 1 до 3 г/с, по оксиду углерода от 0 до 20 г/с, оксидам азота от 0 до 1,5 г/с

При этом наиболее "чистые" районы примыкают к водным объектам города (Южный и Юго-восточный берега Невы), а также к территории Летнего сада

Таким образом, территория Центральной части г Санкт-Петербурга можно выделить 4 зоны с аномально-высокими выбросами загрязняющих веществ, 2 зоны с аномально-низкими выбросами от автотранспорта и остальная территория, создающая фоновые значения загрязнения

Результаты расчетов концентраций загрязняющий веществ, проведенных по программе УПРЗА "Эколог" показывают, что загрязнение воздуха оксидом углерода и диоксидом азота весьма значительно По диоксиду азота общегородская зона с превышением ПДК охватывает более 90% расчетной области и занимает площадь 300 км2, с превышением 2 ПДК — около 180 км2 В Центральной части города отмечается зона с превышением 5 ПДК за счет выбросов автотранспорта на Дворцовом мосту, ул Гороховой, Невском пр, Литовском пр, наб Обводного канала, моста А Невского Такие же уровни зафиксированы для Московского и Ленинского пр на расстояниях 200-500 м от проезжей части магистралей

Уровни загрязнения воздуха оксидом углерода меньше, чем диоксидом азота, по указанной территории в среднем в 2-2,5 раза Конфигурация общегородских зон с превышением ПДК совпадают со схемой расположения магистралей и распространяются в обе стороны от них на расстояние 0,5-1 км Зона с превышением 2 ПДК располагается в Центральной части города и совпадает в основном с зоной превышения 5 ПДК по диоксиду азота

Максимальные значения концентраций отмечаются на проезжей части и тротуарах и достигают 19-24 ПДК по диоксиду азота, 9-12 ПДК по оксиду углерода и по углеводородам (бензину) 0,3 - 0,4 ПДК

Выбросы автотранспортом сажи и углеводородов не создают зон с превышением ПДК, однако в непосредственной близости к автомагистралям в отдельных районах достигают 0,3-0,5 ПДК по саже и 0,2 ПДК по углеводородам (пресечение пр Непокоренных и Пискаревского пр , мост А Невского, пр Обуховской обороны, наб Обводного канала)

Полученные результаты показывают, что транспортная нагрузка на магистралях города превышает допустимые уровни воздействия на атмосферный воздух и нормативы выбросов автотранспортных потоков на конкретных магистралях могут рассматриваться только как временно согласованные выбросы (ВСВ)

Более детальные исследования с участием диссертанта были проведены в одном из центральных районов города, где наблюдается повышенная интенсивность движения — Васильевском острове В табл 6 приведены данные о структуре и интенсивности движения автотранспорта на основных магистралях Васильевского острова Обследование характеристик автотранспортного потока проводилось по следующим категориям автотранспортных средств, легковые (СНГ и зарубежные), грузовые карбюраторные с грузоподъемностью менее 3 т и малые автобусы, грузовые карбюраторные с грузоподъемностью более 3 т, автобусы карбюраторные, грузовые дизельные, автобусы дизельные Полевой журнал обследования представлен в приложении

Таблица 6

Интенсивность движения на основных автомагистралях Васильевского острова

Наименование магистрали Интенсивность движения, авт/час Интенсивность движения авт / час

Легковые Грузовые карбюраторные Автобусы карбюраторные Грузовые дизельные Автобусы дизельные

<3 т > 3 т

Тучков мост 3840 135 142 6 120 36 4279

Съездовская линия 1149 149 38 3 48 30 1685

Большой пр ВО 1207 156 32 6 23 39 1463

Дворцовый мост 3981 269 186 28 117 28 4609

Мост лейтенанта Шмидта 1232 72 69 7 55 7 1442

Морская наб 304 21 9 4 13 7 358

Университетская наб 1192 45 7 1 3 26 1274

ул Кораблестрои телей 739 129 56 21 79 32 1056

ул Нахимова 457 31 14 6 19 10 537

Малый пр ВО 1382 139 59 10 85 15 1382

Средний пр ВО 1149 153 10 2 7 15 1336

Наличная ул 808 61 18 16 26 842

Наибольшая интенсивность движения зафиксирована на Дворцовом и Тучковом мостах и составила 4609 авт /час и 4279 авт /час соответственно Основной вклад в загрязнение атмосферы Васильевского острова вносят легковые автомашины (более 80% от общего количества автомобилей) Следует отметить, что в транспортном потоке легковых автомобилей более 40% составляют импортные автомобили Грузовой транспорт составляет 8-14% от общего количества автотранспорта, проходящего по магистралям Васильевского острова Грузовой дизельный транспорт составляет 530% от общего количества грузового транспорта Автобусы (в основном дизельные) составляют не более 3% от общего количества автотранспорта

В диссертационной работе показан суточный ход интенсивности движения на 6 магистралях Васильевского острова Наблюдения проводились с 6 до 24 часа в течении нескольких дней в апреле 1999 года Наибольшая интенсивность движения наблюдалась на всех магистралях в период 15-16 часов На Тучковом мосту уже в 6 часов утра интенсивность движения составила 1370 авт/час Резкий скачок интенсивности движения на всех магистралях наблюдается, начиная с 9 часов утра, далее интенсивность движения постепенно растет На некоторых магистралях заметно небольшое

уменьшение интенсивности около 12 часов. На всех магистралях хорошо заметен второй пик в суточном ходе интенсивности движения (15-16 часов).

Расчеты загрязнения воздуха велись на максимум интенсивности движения, когда в воздух поступает наибольшее количество вредных веществ. На Рис. 12-16 представлены карты распределения максимальных приземных концентраций в долях ПДК оксида углерода, диоксида азота, сажи, диоксида серы, бензина, бенз(а)пирена, формальдегида по территории Васильевского острова.

По диоксиду азота представлены два рисунка (Рис. 12 - 13) для большей наглядности. Из первого рисунка видно, что на расстоянии 500-1000 м от основных магистралей уровень загрязнения воздуха составляет 1 ПДК, на самих магистралях (непосредственно в зоне выхлопа и зоне дыхания водителей) концентрации диоксида азота в десятки раз превышают ПДК.

вещ-во 0301 йзотя диоксид пл. N01

Рис. 12.Распределение загрязнения воздуха диоксидом азота вдали от автомагистралей

ВЕ1Д-80 0301 Й30ТП Д10КСИД ПЛ. Ио1

НЙСВТ№ ПРИ ВУ80ДЕ НЯ ПЁЧЯТЬ и 50000

Рис.13.Распределение загрязнения воздуха диоксидом азота вблизи от автомагистралей Выбросы автотранспорта создают повышенный уровень загрязнения воздуха ди-

оксидом азота по всей территории Васильевского острова.

На втором рисунке множество изолиний, которые сгущаются при приближении к магистралям. В 20-50 м от магистралей концентрации диоксида азота составляют 5 ПДК. Наибольшее загрязнение диоксидом азота наблюдается в районе Тучкового и Дворцового мостов.

По диоксиду азота представлены два рисунка для большей наглядности. Из первого рисунка видно, что на расстоянии 500-1000 м от основных магистралей уровень загрязнения воздуха составляет 1 ПДК, на самих магистралях (непосредственно в зоне выхлопа и зоне дыхания водителей) концентрации диоксида азота в десятки раз превышают ПДК.

Наибольшее загрязнение оксидом углерода (Рис. 14) отмечается в районе Дворцового и Тучкова мостов, Университетской набережной и Съездовской линии. В непосредственной близости от магистралей концентрации оксида углерода составляют 1 ПДК., на магистралях - около 10 ПДК.

ВЩ-ВО 0337 ЦГЛЕРОДН оксид

НОСШТРБ ПРИ ВЫВОДЕ НЯ ПЕЧЙТЬ 1. 50000

Рис. 14. Распределение загрязнения воздуха оксидом углерода вблизи от автомагистралей

Загрязнение воздуха сажей незначительно. На Рис. 15 видны только несколько точек с максимальными концентрациями 0,11-0,28 ПДК.

Повышенное загрязнение парами бензина (Рис. 16) наблюдается на Дворцовом и Тучковом мостах (сгустки изолиний). Вблизи остальных магистралей концентрации составляют 0,2-0,3 ПДК.

Концентрации бенз(а)пирена составляют 0,11-0,25 ПДК в районе Тучкова и Дворцового мостов и Съездовской линии.

Концентрации формальдегида составляют 0,2-0,3 ПДК на Большом проспекте, 0,27 ПДК на Дворцовом мосту, 0,3-0,6 ПДК на Тучковом мосту.

8ЕШ-В0 0328 САЖР

НОМ. ЗЗНГО'

( 1Ю00 . 28300) НИИ "ЯлмооФврст"'

-А-¡1-¡Г

19000. 33500)

+ 33. 5. -33.0.. 32.5.. 32.0. -31.5.. 31.0.-^ 30.5..= 30. О. -29.5-29.0. . + 28-5.-

( юооо.

МЯСШТЙБ ПРИ ВЫВОДЕ НЯ ПЕЧПТЬ 1:

Рис. 15. Распределение загрязнения воздуха сажей

( 19000.

тб-Л-

ВЕЩ-ЬО 27(Н БЕНЗИН НЕФТЯНОЙ

ОСЬ X I КМ )

_12_13__

( пою. гваоо] НИИ ■Апмэср.ра'__

¡1 Й Т^ Л ¡^

НПСШТВБ ПРИ ВЫВОДЕ НН ПЕЧАТЬ 11 50000

пл. Ис1

16 17 —1-1-

_'Р

о<ю. 315001

\+ 33.533.0. ^ 32.532.0. 31.5. 31.030.5. 30.0. 29.5. 29.0.

Рис. 16. Распределение загрязнения автомагистралей Васильевского острова парами бензина

В шестой главе приведен анализ экологической опасности автотранспорта в зоне городской застройки. Рассмотрены особенности воздействия автотранспорта на окружающую среду в городах. Представлен расчет выбросов автомобилей организованной и импровизированной автостоянок Значительное внимание уделяется моделированию рассеяния вредных выбросов от автотранспорта в зонах городской за-

стройки Кроме того в данной главе приведен анализ экологической опасности автотранспорта при его хранении, произведена оценка экологического состояния импровизированных парковок и конструктивно-технологические предложения по снижению уровня экологической опасности автотранспорта на дворовых территориях, а ткже рекомендации по обеспечению экологической безопасности автотранспорта в Санкт-Петербурге

Основные результаты диссертационной работы

1 Проведен анализ современного состояния экологической безопасности автотранспорта, по контролю и диагностике отработавших газов (ОГ) автотранспорта

2 Проведен выбор и теоретическое обоснование контактных и дистанционных лазерно-оптических методов и средств контроля вредных веществ в ОГ автотранспорта

3 Представлены расчетные зависимости, в которых концентрация контролируемого газа пропорциональна отношению амплитуд сигналов в пиках линий комбинационного рассеяния соответствующих искомому газу и молекулярному азоту, концентрация которого в атмосфере известна и постоянна

4 Рассмотрены этапы и виды контроля ОГ автотранспорта Показана важность полевого и интегрального дистанционного контроля для оценки локальной и общей загрязненности атмосферы ОГ автотранспорта

5 Представлены методики контроля угарного газа (оксида углерода), углеводородов (бензина) и сажи (дымность) в ОГ автотранспорта при работе в условиях передвижной экологической диагностической лаборатории.

6 Сформулирован подход к решению задачи краткосрочного прогнозирования загрязнения воздуха выбросами автотранспорта Он основывается на учете физических закономерностей распространения в атмосфере выбросов от низких и холодных источников, которыми являются автомобили, и особенностей влияния метеорологических условий на содержание вредных веществ в воздухе городов Принятый подход включает разработку и составление двух видов прогнозов - по городу в целом и вблизи отдельных магистралей.

7 Обоснована возможность использования статистических схем прогноза загрязнения воздуха диоксидом азота и оксидом углерода в городе для предотвращения опасных уровней, создаваемых выбросами автотранспорта

Разработаны статистические схемы прогноза загрязнения воздуха диоксидом азота методом множественной линейной регрессии с предварительным исключением нелинейности связей и методом последовательной графической регрессии Оправдываемость прогнозов высоких уровней загрязнения воздуха диоксидом азота в г Санкт-Петербурге, составленных по методу множественной линейной регрессии с предварительным исключением нелинейности связей, составила 75%

8 Разработан метод прогноза загрязнения воздуха для автотрасс различных типов Метод основан на результатах математического моделирования загрязнения атмосферы и предполагает разделение магистралей на группы с одинаковыми комплексами НМУ с учетом интенсивности транспортного потока, ширины автомагистралей, расчетных концентраций примесей Метод предусматривает установление указанных комплексов и составление предупреждений отдельно для каждой из выделенных групп Для обеспечения чистоты воздуха в городе наибольшее значение имеет со-

ставление предупреждений 3-х степеней опасности для самых напряженных автотрасс (1-я группа)

9 Рассмотрены основные показатели оценки экологического состояния автотранспорта. Впервые проведена оценка выбросов индивидуального транспорта (на примере Санкт-Петербурга), которые в настоящее время не учитываются в статистической отчетности. Полученные результаты свидетельствуют о том, учет выбросов индивидуального транспорта значительно уточняет общую информацию о состоянии выбросов в городах и регионах РФ При этом автомобильные выбросы оксида углерода, диоксида азота и углеводородов увеличиваются в 1,5 - 2 раза

10 Представлены методические принципы перспективного прогнозирования загрязнения воздуха автотранспортом с учетом планируемых мероприятий по снижению транспортной нагрузки на атмосферный воздух

11 Представлена методика обследования состава, интенсивности автотранспортного потока и расчета выбросов (с более детальным разделением на 6 категорий автомобилей) Проведены расчеты выбросов автотранспорта по пяти веществам: диоксиду азота, оксиду углерода, углеводородами, саже и свинцу на основных магистралях Санкт-Петербурга

12 Проведены расчеты территориального распределения концентрации вредных веществ в городах с различной интенсивностью движения с использованием полученных данных о выбросах автотранспорта на городских магистралях

13 На основе анализа результатов расчетов загрязнения воздуха, создаваемого автотранспортом, показано что

- загрязнение воздуха диоксидом азота и оксидом углерода весьма значительно, зона с превышением предельно допустимой концентрации по диоксиду азота охватывает почти весь Санкт-Петербург, в центральной части города имеется зона с превышением 5 ПДК, на самих магистралях концентрации диоксида азота достигают 19-24 ПДК.

- выбросы углеводородов и сажи не создают общегородских зон с превышением предельно допустимых концентраций (ПДК), максимальные концентрации этих веществ наблюдаются в непосредственной близости к магистралям.

14 Разработанная методология прогноза загрязнения воздуха на период реализации мер по борьбе с загрязнением воздуха автотранспортом использовалась при разработке разделов сводных томов «Охрана атмосферы и нормативы ПДВ» для города Санкт-Петербург Дальнейшее развитие работ в данном направлении связано с

- усовершенствованием статистических схем прогноза загрязнения воздуха, в том числе с использованием метода разложения на естественные ортогональные функции,

- более детальным изучением рассеяния выбросов автотранспорта на перекрестках городских автомагистралей, где эти выбросы максимальны,

- разработкой методик оценки воздействия выбросов бенз(а)пирена автотранспортом на атмосферный воздух и трансформации оксидов азота, содержащихся в отработавших газах, с учетом метеорологических и климатологических факторов.

15 Значительное внимание уделено результатам экспериментального исследования загрязнения атмосферного воздуха автотранспортом на Васильевском острове и Центральной части Санкт-Петербурга

- созданы ряд передвижных экологических диагностических лабораторий (ПЭДЛ) для работы на автомагистралях города и сельской местности на базе микро-

автобусов УАЗ Данными лабораториями оснащены районные ГАИ, в которых наблюдается наиболее высокая интенсивность движения автотранспорта и загрязнение атмосферы

- в результате обследования экологического состояния автотранспорта с помощью ПЭДЛ выявлено 35% автомобилей с превышением норм токсичности и дымно-сти в ОГ

- проведен анализ экологического состояния городских магистралей и транспортных потоков с учетом времени суток, дней недели и месяцев года Установлено, что максимальная интенсивность транспортных потоков в течение суток наблюдается в 14-00 часов, в течение недели - в понедельник, а в течение года - в июле-августе месяце Показано, что вместо двухпиковой максимальной суточной интенсивности движения автотранспорта наблюдается только один пик, приходящийся на 14 часов

- по результатам исследований составлены карты загрязнения атмосферного воздуха в наиболее неблагополучных районах города, а также карта загрязнения атмосферного воздуха автотранспортом в городе Санкт-Петербурге

- выявлены зоны значительного превышения предельно-допустимых концентраций (ПДК) оксида углерода - в 2 раза и диоксида азота - в 5 раз, которые расположены в центральной части города

- установлено, что максимальные значения концентраций наблюдаются на проезжей части и тротуарах и достигают 19-24 ПДК по диоксиду азота и 9-12 ПДК по оксиду углерода

- установлено, что выбросы сажи и углеводородов (по бензину) не создают зон с превышением ПДК

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Книги, монографии, брошюры

1 Хватов В Ф, Потапов А И Методы и приборы контроля вредных выбросов автомобилей в составе передвижной диагностической лаборатории Л, ЛДНТП, 1990 - 32с

2 Хватов В Ф , Шахвердова Т М, Гармаш С В , и др Экологический атлас Санкт- Петербурга Карта загрязненности атмосферного воздуха Л, Мониторинг, 1992.- 20с

3 Хватов В Ф Контроль вредных выбросов автотранспорта. СПб международный фонд истории науки,1993 - 12с

4 Потапов А И, Буренин Н С , Хватов В Ф Экологическая опасность автотранспорта в Санкт-Петербурге СПб Международный фонд истории науки, 1994 -48с.

5 Потапов А И , Хватов В Ф Лазерно-оптические методы и средства контроля и диагностики вредных веществ в отработавших газах автотранспорта СПб Международных фонд истории науки, 1994 - 28 с

6 Хватов В Ф, Потапов А И Приборы и методы контроля вредных выбросов автотранспорта - СПб Гуманистика, 2004 - 118 с

7 Хватов В Ф Анализ современных экологических проблем автотранспорта СПб • Гуманистика, 2005 - 82с

8 Потапов А И Хватов В Ф , Николаев С Н, Журкович В В , Волкодаева М В , Цыплакова Е Г , Потапов И А, Денисов В Н Пути решения экологических проблем

автотранспорта Научное, учеб -методическое справочное пособие. - СПб Гуманисти-ка, 2006 - 650 с

9. Хватов В Ф Контроль загрязнения воздуха выбросами автотранспорта в Васи-леостровском районе Санкг - Петербурга СПб, 2007 - 1В с

10. Хватов В Ф. Контроль загрязнения атмосферы автотранспортом в Центральном районе Санкг - Петербурга СПб, 2007 - 30с

Статьи в журналах, рекомендуемых Перечнем ВАК

11 Хватов В Ф Проблемы кошроля экологического состояния автотранспорта в Санкт - Петербурге Дефектоскопия М РАН, 1995 - С. 86-90.

12 Хватов В Ф Сравнительный анализ выбросов отработавших газов автотранспорта в Санкт - Петербурге за последние десять лет Двигателестроение СПб, 2007-С 53-57

13 Хватов В Ф, Потапов А И Лазерно-оптические методы и средства дистанционного контроля вредных выбросов автотранспорта в атмосфере Оптический журнал СПб , 2007 - С 33-50.

14. Хватов В Ф Потапов А И Теоретическое обоснование лазерных дистанционных методов контроля загрязнения атмосферы автотранспортом Оптический журнал. СПб., 2007 - С 72-81.

15 Волкодаева М В , Полуэктова М М, Хватов В Ф. К вопросу о введении в действие на территории РФ международных экологических стандартов «Евро-3» с точки зрения качества атмосферного воздуха (на примере г Санкт -Петербурга) Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе М, 2007.- С 28-42.

Публикации в других изданиях

16 Буренин Н.С, Волкодаева М В, Хватов В Ф Анализ состояния вопроса о выбросах и загрязнение воздуха автотранспортом в городах РФ. Вопросы охраны атмосферы от загрязнений Информационный бюллетень № 1. СПб НПК Атмосфера, 1995 - С 56-66 .

17. Николаев С.Н, Хватов В Ф., Потапов А И Лазерные методы и средства дистанционного контроля отработавших газов автотранспорта в атмосфере Научные труды «Проблемы охраны атмосферного воздуха» СПб ,НИИ Атмосферы,1998 -С 111-125

18. Буренин Н С , Волкодаева М В , Николаев С Н , Хватов В Ф Загрязнение воздуха в Санкг- Петербурге выбросами автотранспорта Проблемы охраны атмосферного воздуха СПб, ВНИИ Атмосфера, 1999 - С 106-112.

19. Николаев С Н , Хватов В Ф, Донченко В К, Чичерин С С , Потапов А И Автотранспорт и экологическая безопасность Санкт- Петербурга Российско - Голландский Симпозиум «Стратегия экологической безопасности Санкт- Петербурга с использованием опыта Нидерландов» 09 - 12.09 1997г СПб, 1998 - С. 457-468

20. Хватов В Ф Воздействие индивидуального автотранспорта на состояние воздушной среды в Санкт- Петербурге Конференция 07 09 1999г СПб Воздействие автотранспорта на состояние атмосферы Санкт -Петербурга и пути снижения загрязнения воздушной среды СПб ,1999 - С 85-87

21. Потапов А И., Николаев С Н, Хватов В Ф, Кудрявцева Н В Лазерные методы и средства дистанционного контроля атмосферы сухопутных транспортных коридоров 2-я международная Евроазиатская конференция по транспорту. СПб ,12-

доров 2-я международная Евроазиатская конференция по транспорту СПб ,12-15 09 2000г, Пути решения экологических проблем транспортных коридоров СПб, 2000-С 191-212

22 Волкодаева М В , Потапов А И, Хватов В Ф, Николаев С Н, Кудрявцева

Н В Прогнозирование загрязнения воздуха в транспортных коридорах отработавшими газами автотранспорта 2-я международная Евроазиатская конференция по транспорту СПб, 12-15 09 2000г, Пути решения экологических проблем транспортных коридоров СПб , 2000 - С 253-266

23 Хватов В Ф-, Потапов А И, Цыплакова Е Г Анализ воздействия автотранспорта на окружающую среду Ежегодное открытое собрание-конференция СПб, 02 -06 0 7 2007г, Научное и кадровое обеспечение развития транспортного комплекса Безопасность на транспорте СПб , МАТ, 2007 - С 25-39.

24 Потапов А И., Хватов В Ф Основные направления решения экологических проблем автотранспорта в мегаполисах Ежегодное открытое собрание-конференция 02 -06 07 2007г , СПб Научное и кадровое обеспечение развития транспортного комплекса Безопасность на транспорте СПб , МАТ, 2007 - С 69-74

25 Волкодаева М В , Полуэктова М М, Хватов В Ф Влияние улучшения экологических характеристик автотранспорта на уровень загрязнения атмосферного воздуха Санкт- Петербурга Международная конференция «Приборостроение в экологии и безопасности человека» 31 01-02 02 2007г- СПб , 2007 - С 70-72

26 Волкодаева М В , Полуэктова М М, Хватов В Ф Анализ влияния выбросов автотранспорта на уровень загрязнения атмосферного воздуха вблизи Московского и Невского проспектов г Санкт - Петербурга в 1996 - 2006 гг Вопросы охраны атмосферы от загрязнений Информационный бюллетень № 2 СПб НПК Атмосфера, 2007 - С 22-33

27 Хватов В Ф Токсичность отработавших газов и способы ее снижения у современных автомобилей Вопросы охраны атмосферы от загрязнений Информационный бюллетень № 2 СПб. НПК Атмосфера, 2007 - С 34-37

ХВАТОВ ВЛАДИМИР ФИЛИППОВИЧ

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ АВТОТРАНСПОРТА И ЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Лицензия ЛР № 020308 от 14 02 97 Санитарно-эпидемиологическое заключение № 78 01 07 953 П 005641 11 03 от 21 11 2003 г Подписано в печать 01 10 2007 Формат 60x84 1/16 Б кн-журн Пл 2,0 Б л 1 Изд-воСЗТУ Тираж 100 экз Заказ № 1690

Северо-Западный государственный заочный технический университет Издательство СЗТУ, член Издательско-полиграфической ассоциации университетов России 191186, Санкт-Петербург, ул Миллионная, д 5

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ АВТОТРАНСПОРТА.

1.1. Анализ экологической опасности автотранспорта.

1.2. Воздействие автомобильного транспорта на человека и окружающую сре

1.2.1. Факторы отрицательного воздействия автомобильного транспорта на человека и окружающую среду.

1.2.2. Выбросы от автотранспорта в атмосферу.

1.3. Основные причины повышения экологической опасности автотранспорта и

1.3.1. Основные причины повышенного содержания токсичных веществ в отработавших газах автомобилей.

1.3.2. Нейтрализация токсичности отработавших газов автомобиля

1.3.3. Токсичность отработавших газов и способы её снижения у современных автомобилей.

1.4. Роль автотранспорта в загрязнении городской воздушной среды.

1.5. Анализ современного состояния нормативной документации по контролю экологического состояния автотранспорта.

1.6. Управление природоохранной деятельностью в системе автомобильного транспорта Российской Федерации.

ГЛАВА 2. ОБОСНОВАНИЕ РАССЕИВАНИЯ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ АВТОТРАНСПОРТА В АТМОСФЕРЕ.

2.1. Методы диагностики и прогнозирования загрязнения воздуха отработавшими газами автотранспорта.

2.2. Математическое моделирование процессов рассеяния вредных веществ в

2.3. Краткосрочный прогноз загрязнения воздуха.

2.3.1. Условия, способствующие увеличению загрязнения воздуха автотранспор

2.4. Метод прогноза загрязнения воздуха в районе отдельных автомагистралей и составление предупреждений.

2.5. Прогнозирование загрязнения воздуха выбросами автотранспорта на пер

2.6. Методика обследования структуры транспортного потока и расчета выбросов в атмосферу на городских автомагистралях.

Глава 3. ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР МЕТОДОВ И СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ ВРЕДНЫХ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ АВТОТРАНСПОРТА И МЕТОДИКИ ИХ КОНТРОЛЯ.

3.1. Методы контроля загрязнения атмосферы.

3.2. Объемно-абсорбционный метод анализа.

3.3. Спектральные методы.

3.4. Электрохимические методы газового анализа.

3.5. Контроль углеводородов с использованием пламенно-ионизационного мето

3.6. Контроль оксидов азота и озона с использованием хемилюминесцентного метода анализа.

3.7. Контроль диоксида серы и сероводорода методом ультрафиолетовой флуоресценции.

3.8. Контроль озона. УФ-фотометрический метод анализа.

3.9. Контроль диоксида серы пламенно-фотометрическим методом.

ЗЛО. Применение газовой хроматографии для оперативного контроля окружающей среды.

3.11. Масс-спектрометрический метод.

3.12. Лидарная система контроля атмосферы.

3.13. Определение дымности ОГ.

3.14. Определение полициклических ароматических углеводородов.

3.15. Методы и технические средства для определения концентрации пыли.

3.16. Автоматизированные анализаторы состава газовых выбросов.

3.17. Стационарные посты и передвижные лаборатории контроля.

3.18. Современные средства контроля вредных выбросов отработавших газов автотранспорта.

3.19. Обоснование и выбор методов и средств контроля.

3.20. Приборы и методика контроля дымности ОГ.

3.21. Приборы и методика контроля оксида углерода (СО) и углеводородов (СН)

3.22. Передвижная экологическая диагностическая лаборатория.

ГЛАВА 4. ЛАЗЕРНЫЕ МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ДИСТАНЦИОННОГО КОНТРОЛЯ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ АВТОТРАНСПОРТА В АТМОСФЕРЕ.

4.1. Теоретическое обоснование лазерных дистанционных методов контроля загрязнения атмосферы.

4.2. Обоснование лазерных методов дистанционного контроля атмосферы.

4.3. Анализ и выбор средств дистанционного контроля атмосферы.

4.4. Системы детектирования и спектральная аппаратура.

Глава 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ПРОГНОЗУ И КОНТРОЛЮ УРОВНЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУХА И ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ АВТОТРАНСПОРТА В САНКТ-ПЕТЕРБУРГЕ.

5.1. Методология контроля и прогноза уровня загрязнения воздуха автотранспортом

5.2. Обоснование краткосрочного статистического прогноза загрязнения воздуха автотранспортом.

5.3. Метод прогноза загрязнения воздуха в районе отдельных автомагистралей и составление предупреждений.

5.4. Характеристика автотранспорта в Санкт-Петербурге.

5.5. Оценка состояния загрязнения атмосферы и выбросов автотранспорта в

5.6. Характеристика загрязняющих веществ в выбросах автотранспорта.

5.7. Методика расчета выбросов вредных веществ от автотранспорта.

5.8. Районирование территории по уровню загрязнения различными компонен

5.9. Выделение зон с высокими концентрациями загрязнения.

5.10. Загрязнение воздуха выбросами автотранспорта в Василеостровском районе Санкт-Петербурга.

5.11. Воздействие автотранспорта на состояние селитебных территорий исторической части Санкт-Петербурга.

5.12. Экоинформационные системы в решении проблем экологической безопасности автотранспорта.

5.13. Методы оценки экологической опасности автотранспортного комплекса для условий мегаполисов России (на примере Василеостровского района Санкт-Петербурга).

5.14. Эколого-экономическая оценка ущерба наносимого городской среде мегаполисов России объектами автотранспортного комплекса (на примере Санкт-Петербурга).

5.15. Региональная система экологического мониторинга окружающей среды при воздействии автотранспорта.

5.16. Влияние автотранспорта на загрязнение атмосферы в городах.

Глава 6. АНАЛИЗ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ АВТОТРАНСПОРТА В ЗОНЕ ГОРОДСКОЙ ЗАСТРОЙКИ.

6.1. Особенности воздействия автотранспорта на окружающую среду в городах.

6.2. Расчет выбросов автомобилей организованной и импровизированной авто

6.3. Моделирование рассеяния вредных выбросов от автотранспорта в зонах городской застройки.

6.4. Анализ экологической опасности автотранспорта при его хранении.

6.5. Организация натурных исследований и методика работы.

6.6. Оценка экологического состояния импровизированных парковок.

6.7. Рекомендации по обеспечению экологической безопасности автотранспорта в Санкт-Петербурге.

В диссертации представлено обобщение выполненных автором в 1987-2007 годах исследований в области создания методов и средств контроля экологического состояния автотранспорта и оценки воздействия автотранспорта на окружающую среду.

Актуальность темы. Одной из наиболее острых проблем современности является проблема экологического состояния окружающей среды крупных городов. В больших городах к числу основных объектов загрязнения окружающей среды относится загрязнение атмосферного воздуха автотранспортом.

В то же время автомобильный транспорт занимает важное место в единой транспортной системе страны. Он перевозит более 80% народнохозяйственных грузов, что обусловлено высокой маневренностью автомобильного транспорта, возможностью доставки грузов «от двери до двери» без дополнительных перегрузок в пути, а, следовательно, высокой скоростью доставки и сохранностью грузов.

Большая протяженность и производительность автомобильных дорог обеспечивает возможность их повсеместной эксплуатации.

Высокая мобильность, способность оперативно реагировать на изменения пассажиропотоков ставят автомобильный транспорт «вне конкуренции» при организации местных перевозок пассажиров. На его долю приходится почти половина пассажирооборота.

Автомобильный транспорт сыграл огромную роль в формировании современного характера расселения людей, в распространении дальнего туризма, в территориальной децентрализации промышленности и сферы обслуживания. В то же время он вызвал и многие отрицательные явления: ежегодно с отработавшими газами в атмосферу поступают сотни миллионов тонн вредных веществ; автомобиль - один из главных факторов шумового загрязнения; дорожная сеть, особенно вблизи городских агломераций, «съедает» ценные сельскохозяйственные земли. Под влиянием вредного воздействия автомобильного транспорта ухудшается здоровье людей, отравляются почвы и водоёмы, страдает растительный и животный мир.

Отработавшие газы двигателей автотранспорта содержат сложную смесь из более двухсот компонентов, среди которых немало канцерогенов. Вредные вещества поступают в воздух практически в зоне дыхания человека. Поэтому автомобильный транспорт следует отнести к наиболее опасным источникам загрязнения атмосферного воздуха.

В настоящее время мировой автомобильный парк превысил 600 млн. единиц, из которых 83 - 85% приходится на легковые автомобили. По прогнозам, к 2010 году он достигнет 1 млрд. единиц.

Мировой ежегодный выброс вредных веществ от автомобилей составляет 50 млн.т. углеводородов, 200 млн.т. оксида углерода и 20 млн.т. оксидов азота.

Во многих городах России выбросы автотранспорта преобладают над выбросами стационарных источников. Так, например, в Москве вредное воздействие автотранспорта на атмосферу составляет 66% от суммарных выбросов вредных веществ от всех источников. Второе место после Москвы по количеству выбросов вредных веществ автотранспортом занимает Санкт-Петербург, в котором также уровень загрязнения воздуха от автотранспорта составил более 60% от суммарного загрязнения всех источников.

Таким образом, наиболее актуальной проблемой является максимальное снижение уровня экологической опасности автотранспорта, создание эффективных методов и средств контроля выхлопных газов, диагностика экологического состояния автотранспорта и контроль уровня загрязнения основных автомагистралей города.

Целью работы являлось совершенствование методов средств контроля вредного воздействия автотранспорта на окружающую среду и создание научно обоснованных рекомендаций по снижению уровня загрязнения атмосферного воздуха в мегаполисе.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

- провести анализ современного состояния методов и средств контроля выхлопных газов автотранспорта;

- разработать эффективные лазерные методы и средства многопараметрового дистанционного контроля выхлопных газов автотранспорта;

- рассмотреть на основе теоретических и экспериментальных исследований условия, способствующие повышению загрязнения воздуха автотранспортом;

- обосновать возможность и представить схемы статистического прогноза загрязнения воздуха автотранспортом;

- провести анализ полей расчетных концентраций примесей на автомагистралях с различной интенсивностью движения автотранспорта;

- провести анализ эффективности мероприятий и разработать рекомендации по снижению выбросов автотранспорта с целью достижения нормативов качества атмосферного воздуха.

Научная новизна работы заключается в следующих результатах:

- лазерный метод дифференциального поглощения и индуцированной флуоресценции и устройство многопараметрового контроля выхлопных газов автотранспорта;

- аналитическая зависимость, в которой концентрация контролируемого газа пропорциональна отношению амплитуд сигналов в пиках линий комбинационного рассеяния соответствующих искомому газу и молекулярному азоту, концентрация которого в атмосфере известна и постоянна.

- метод диагностики и прогноза загрязнения воздуха автотранспортом для отдельных автомагистралей города;

- статистические схемы прогноза загрязнения воздуха диоксидом азота методом множественной линейной регрессии с предварительным исключением нелинейности связей и методом последовательной графической регрессии;

- методика обследования состава, интенсивности и расчета выбросов автотранспортного потока (с более детальным разделением на 6 категорий автомобилей);

- оценка выбросов индивидуального транспорта, которые в настоящее время не учитываются в статистической отчетности, что позволило уточнить общую информацию о состоянии выбросов в Санкт-Петербурге и показать на увеличение реальных автомобильных выбросов оксида углерода, диоксида азота и углеводородов в 1,5 - 2 раза.

- расчеты полей концентраций диоксида азота, оксида углерода, углеводородов, сажи и свинца для отдельных районов Санкт-Петербурга;

Практическая значимость работы заключается в следующем:

- разработаны статистические схемы прогноза загрязнения воздуха диоксидом азота методом множественной линейной регрессии с предварительным исключением нелинейности связей и методом последовательной графической регрессии. Оправдываемость прогнозов высоких уровней загрязнения воздуха диоксидом азота в г. Санкт-Петербурге, составленных по методу множественной линейной регрессии с предварительным исключением нелинейности связей, составила 75%.

- разработан метод прогноза загрязнения воздуха для автотрасс различных типов. Метод основан на результатах математического моделирования загрязнения атмосферы и предполагает разделение магистралей на группы с одинаковыми комплексами НМУ с учетом интенсивности транспортного потока, ширины автомагистралей, расчетных концентраций примесей. Метод предусматривает установление указанных комплексов и составление предупреждений отдельно для каждой из выделенных групп. Для обеспечения чистоты воздуха в городе наибольшее значение имеет составление предупреждений 3-х степеней опасности для самых напряженных автотрасс (1-я группа).

- рассмотрены основные показатели оценки экологического состояния автотранспорта. Впервые проведена оценка выбросов индивидуального транспорта (на примере Санкт-Петербурга), которые в настоящее время не учитываются в статистической отчетности. Полученные результаты свидетельствуют о том, учет выбросов индивидуального транспорта значительно уточняет общую информацию о состоянии выбросов в городах и регионах РФ. При этом автомобильные выбросы оксида углерода, диоксида азота и углеводородов увеличиваются в 1,5-2 раза.

- представлены методические принципы перспективного прогнозирования загрязнения воздуха автотранспортом с учетом планируемых мероприятий по снижению транспортной нагрузки на атмосферный воздух.

- представлена методика обследования состава, интенсивности автотранспортного потока и расчета выбросов (с более детальным разделением на 6 категорий автомобилей). Проведены расчеты выбросов автотранспорта по пяти веществам: диоксиду азота, оксиду углерода, углеводородами, саже и свинцу на основных магистралях Санкт-Петербурга.

- с использованием полученных данных о выбросах автотранспорта на городских магистралях проведены расчеты территориального распределения концентрации вредных веществ в городах с различной интенсивностью движения.

- результаты диссертационной работы использованы при разработке карты загрязнения атмосферного воздуха автотранспортом в Санкт-Петербурге.

Результаты экспериментальных исследований использованы при оценке степени загрязнения основных магистралей Санкт-Петербурга и разработке рекомендаций по защите атмосферы от загрязнений.

Разработанные методики по эскпресс-контролю концентрации загрязняющих газов в атмосфере позволяют обеспечить постоянный контроль и диагностику атмосферного воздуха вдоль наиболее оживленных автомобильных магистралей, обеспечить экологический контроль автотранспорта и автотранспортных предприятий.

Данные результаты представляют значительный интерес для оперативного проведения различных природоохранных мероприятий, направленных на снижение выбросов вредных веществ автотранспортом в Санкт-Петербурге.

Для Санкт-Петербурга были проведены расчеты выбросов и полей концентраций примесей, создаваемых автотранспортом, которые послужили обоснованием для разработки комплекса мер по борьбе с загрязнением воздуха автотранспортом и оценки их эффективности.

Разработанная совместно с НИИ Атмосферы методология прогноза загрязнения воздуха на период реализации мер по борьбе с загрязнением воздуха автотранспортом использовалась при разработке сводных томов «Охрана атмосферы и нормативы ПДВ» для Санкт-Петербурга.

На защиту выносится комплексное решение проблемы контроля экологического состояния автотранспорта и его воздействия на окружающую среду в Санкт-Петербурге включающей в себя:

1. Теоретическое обоснование контактных и дистанционных лазерно-оптических методов и средств контроля вредных веществ в ОГ автотранспорта.

2. Расчетные зависимости, в которых концентрация контролируемого газа пропорциональна отношению амплитуд сигналов в пиках линий комбинационного рассеяния соответствующих искомому газу и молекулярному азоту, концентрация которого в атмосфере известна и постоянна.

3. Методики контроля оксида углерода, углеводородов (бензина) и сажи (дым-ность) в ОГ автотранспорта при работе в условиях передвижной экологической диагностической лаборатории.

4. Решение задачи краткосрочного прогнозирования загрязнения воздуха выбросами автотранспорта, который основывается на учете физических закономерностей распространения в атмосфере выбросов от низких и холодных источников, которыми являются автомобили, и особенностей влияния метеорологических условий на содержание вредных веществ в воздухе городов. Принятый подход включает разработку и составление двух видов прогнозов - по городу в целом и вблизи отдельных магистралей.

5. Обоснование возможности использования статистических схем прогноза загрязнения воздуха диоксидом азота и оксидом углерода в городе для предотвращения опасных уровней, создаваемых выбросами автотранспорта.

6. Результаты экспериментальных исследований загрязнения атмосферного воздуха автотранспортом на Васильевском острове и Центральной части Санкт-Петербурга.

7. Карты загрязнения атмосферного воздуха в наиболее неблагополучных районах города - Центрального и на Васильевском острове, а также карта загрязнения атмосферного воздуха автотранспортом в городе Санкт-Петербурге.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на Международной конференции "Технические системы и социально-правовые принципы экологической безопасности" (Ленинград, 1990г.), на Всероссийской научно-технической конференции "Оптические, радиоволновые и тепловые методы контроля материалов, изделий и окружающей среды" (Ульяновск, 1993г.), Международной НТК "Оптические, радиоволновые, тепловые методы и средства контроля природной среды, материалов и промышленных изделий", Череповец, 1997, 2 Международной Евроазиатской конференции по транспорту. Санкт-Петербург, 2001 г, Международной конференции "Экология и развитие Северо-Запада". Санкт-Петербург, 2002 г., Всероссийском научно-практическом семинаре «Неразрушающий контроль и диагностика материалов, конструкций и окружающей среды», Санкт-Петербург, 2003, Третьей Международной Евроазиатской конференции по транспорту, 12-15 сентября 2003 г., Санкт-Петербург, Между

Выводы

Выбросы автомобилей (по массе), покидающих автостоянку, особенно в зимний период, существенно превышают количество выбросов, выбрасываемых при крейсерском движении на магистрали и при остановках на перекрестках.

Понижение температуры окружающего воздуха вызывает увеличение выброса вредных веществ от автомобилей при выезде и возврате на автостоянку, существенно снизить который можно за счет электроподогрева.

По результатам расчета экологическая нагрузка от автостоянок на 50% меньше медицинских нормативов и не представляет угрозу. Поэтому при оценке воздействия двигателя автомобиля на человека и окружающую среду на автостоянке необходимо учитывать особенности рассеяния примесей и значения концентрации вредных компонентов отработавших газов в воздухе, приводящих к риску здоровья населения.

По результатам моделирования рассеяния примесей наибольшую опасность для возникновения повышенных концентраций представляют узкие уличные каньоны и парковка автомобилей непосредственно у стен зданий в «глухих» дворах и дворах-«колодцах».

6.4. Анализ экологической опасности автотранспорта при его хранении

Конституция Российской федерации провозглашает право каждого на благополучную окружающую среду, достоверную информацию о ее состоянии и на возмещение ущерба, причиненного его здоровью или имуществу экологическим правонарушением (статья 42). Охрана окружающей среды и обеспечение экологической безопасности отнесены к компетенции Российской федерации и субъектов Российской федерации (статья 72, пункт «Д», часть 1). Охрана окружающей среды является важной социально-экологической задачей, нацеленной прежде всего на обеспечение безопасности жизнедеятельности граждан как в быту, так и на производстве.

Невнимание к жизнедеятельности в быту, нарушение нормальных условий проживания, отдыха и труда приводит к снижению психической, физической, умственной активности людей, является причиной многочисленных случаев заболеваемости, преждевременного износа их организма, сокращения продолжительности жизни, нарушения генофонда страны.

В настоящее время экологическое законодательство Российской федерации включает более 550 действующих нормативных актов, включающих государственные законы, кодексы, постановления правительства, указы президента, ведомственные и региональные нормативы. К наиболее важным нормативным актам относятся федеральные законы «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» и «Об охране атмосферного воздуха».

Главным источником загрязнения воздушной среды жилых районов города являются автомобили. В связи с этим исследования экологического состояния жилых районов города, насыщенных паркуемыми автомобилями, разработка методов контроля, диагностики, управления и улучшения экологического состояния жилых территорий города является важной социально-экологической задачей.

Развитие автомобилизации приводит к необходимости учитывать все новые и новые ее параметры: состав транспортного потока, скоростной режим его движения, техническое состояние транспортных средств, типы двигателей, сортность топлива и т.д., так как эти факторы определяют количество и состав поступающих в окружающую среду вредных веществ. При этом большое внимание необходимо уделять местам и способам хранения автотранспорта, оказывающим значительное влияние на его экологию и эксплуатацию.

На основе данных литературных источников о связи показателей токсичности с этапами функционирования автотранспорта можно составить таблицу воздействия выбросов вредных веществ на окружающую среду.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, подводя итоги следует отметить следующие результаты, представленные в диссертации:

1. Проведен анализ современного состояния экологической безопасности автотранспорта, по контролю и диагностике отработавших газов (ОГ) автотранспорта.

2. Проведен выбор и теоретическое обоснование контактных и дистанционных лазерно-оптических методов и средств контроля вредных веществ в ОГ автотранспорта.

3. Представлены расчетные зависимости, в которых концентрация контролируемого газа пропорциональна отношению амплитуд сигналов в пиках линий комбинационного рассеяния соответствующих искомому газу и молекулярному азоту, концентрация которого в атмосфере известна и постоянна.

4. Рассмотрены этапы и виды контроля ОГ автотранспорта. Показана важность полевого и интегрального дистанционного контроля для оценки локальной и общей загрязненности атмосферы ОГ автотранспорта.

5. Представлены методики контроля угарного газа (оксида углерода), углеводородов (бензина) и сажи (дымность) в ОГ автотранспорта при работе в условиях передвижной экологической диагностической лаборатории.

6. Сформулирован подход к решению задачи краткосрочного прогнозирования загрязнения воздуха выбросами автотранспорта. Он основывается на учете физических закономерностей распространения в атмосфере выбросов от низких и холодных источников, которыми являются автомобили, и особенностей влияния метеорологических условий на содержание вредных веществ в воздухе городов. Принятый подход включает разработку и составление двух видов прогнозов - по городу в целом и вблизи отдельных магистралей.

7. Обоснована возможность использования статистических схем прогноза загрязнения воздуха диоксидом азота и оксидом углерода в городе для предотвращения опасных уровней, создаваемых выбросами автотранспорта.

Разработаны статистические схемы прогноза загрязнения воздуха диоксидом азота методом множественной линейной регрессии с предварительным исключением нелинейности связей и методом последовательной графической регрессии. Оправдываемость прогнозов высоких уровней загрязнения воздуха диоксидом азота в г. Санкт-Петербурге, составленных по методу множественной линейной регрессии с предварительным исключением нелинейности связей, составила 75%.

8. Разработан метод прогноза загрязнения воздуха для автотрасс различных типов. Метод основан на результатах математического моделирования загрязнения атмосферы и предполагает разделение магистралей на группы с одинаковыми комплексами НМУ с учетом интенсивности транспортного потока, ширины автомагистралей, расчетных концентраций примесей. Метод предусматривает установление указанных комплексов и составление предупреждений отдельно для каждой из выделенных групп. Для обеспечения чистоты воздуха в городе наибольшее значение имеет составление предупреждений 3-х степеней опасности для самых напряженных автотрасс (1-я группа).

9. Рассмотрены основные показатели оценки экологического состояния автотранспорта. Впервые проведена оценка выбросов индивидуального транспорта (на примере Санкт-Петербурга), которые в настоящее время не учитываются в статистической отчетности. Полученные результаты свидетельствуют о том, учет выбросов индивидуального транспорта значительно уточняет общую информацию о состоянии выбросов в городах и регионах РФ. При этом автомобильные выбросы оксида углерода, диоксида азота и углеводородов увеличиваются в 1,5-2 раза.

10. Представлены методические принципы перспективного прогнозирования загрязнения воздуха автотранспортом с учетом планируемых мероприятий по снижению транспортной нагрузки на атмосферный воздух.

11. Представлена методика обследования состава, интенсивности автотранспортного потока и расчета выбросов (с более детальным разделением на 6 категорий автомобилей). Проведены расчеты выбросов автотранспорта по пяти веществам: диоксиду азота, оксиду углерода, углеводородами, саже и свинцу на основных магистралях Санкт-Петербурга.

12. С использованием полученных данных о выбросах автотранспорта на городских магистралях проведены расчеты территориального распределения концентрации вредных веществ в городах с различной интенсивностью движения.

13. На основе анализа результатов расчетов загрязнения воздуха, создаваемого автотранспортом, показано что:

- во всех исследуемых городах загрязнение воздуха диоксидом азота и оксидом углерода весьма значительно;

- зона с превышением предельно допустимой концентрации по диоксиду азота охватывает почти весь Санкт-Петербург, в центральной части города имеется зона с превышением 5 ПДК, на самих магистралях концентрации диоксида азота достигают 19-24 ПДК.

14. Аналогичные данные приведены для оксида углерода и соединений свинца.

- выбросы углеводородов и сажи не создают общегородских зон с превышением предельно допустимых концентраций (ПДК), максимальные концентрации этих веществ наблюдаются в непосредственной близости к магистралям.

15. Разработанная методология прогноза загрязнения воздуха на период реализации мер по борьбе с загрязнением воздуха автотранспортом использовалась при разработке разделов сводных томов «Охрана атмосферы и нормативы ПДВ» для города Санкт-Петербург.

Дальнейшее развитие работ в данном направлении связано с:

- усовершенствованием статистических схем прогноза загрязнения воздуха, в том числе с использованием метода разложения на естественные ортогональные функции;

- более детальным изучением рассеяния выбросов автотранспорта на перекрестках городских автомагистралей, где эти выбросы максимальны;

- разработкой методик оценки воздействия выбросов бенз(а)пирена автотранспортом на атмосферный воздух и трансформации оксидов азота, содержащихся в отработавших газах, с учетом метеорологических и климатологических факторов.

16. Значительное внимание уделено результатам экспериментального исследования загрязнения атмосферного воздуха автотранспортом на Васильевском острове и Центральной части Санкт-Петербурга.

- созданы ряд передвижных экологических диагностических лабораторий (ПЭДЛ) для работы на автомагистралях города и сельской местности на базе микроавтобусов РАФ ,УАЗ, Газель и Ford-Transit. Данными лабораториями оснащены районные ГИБДД, в которых наблюдается наиболее высокая интенсивность движения автотранспорта и загрязнение атмосферы.

- в результате обследования экологического состояния автотранспорта с помощью ПЭДЛ выявлено 35% автомобилей с превышением норм токсичности и дымности в ОГ.

- проведен анализ экологического состояния городских магистралей и транспортных потоков с учетом времени суток, дней недели и месяцев года. Установлено, что максимальная интенсивность транспортных потоков в течение суток наблюдается в 1400 часов, в течение недели - в понедельник, а в течение года - в июле-августе месяце. Показано, что вместо двухпиковой максимальной суточной интенсивности движения автотранспорта наблюдается только один пик, приходящийся на 14-00 часов.

- по результатам исследований составлены карты загрязнения атмосферного воздуха в наиболее неблагополучных районах города, а также карта загрязнения атмосферного воздуха автотранспортом в городе Санкт-Петербурге.

- выявлены зоны значительного превышения предельно-допустимых концентраций (ПДК) оксида углерода - в 2 раза и диоксида азота - в 5 раз, которые расположены в центральной части города.

- установлено, что максимальные значения концентраций наблюдаются на проезжей части и тротуарах и достигают 19-24 ПДК по диоксиду азота и 9-12 ПДК по оксиду углерода.

- установлено, что выбросы сажи и углеводородов (по бензину) не создают зон с превышением ПДК.

17. Представлен расчет экономической и экологической эффективности использования электроподогрева в зимнее время.

На основании анализа влияния на пуск двигателя различных факторов, из которых можно выделить пять основных: температуру масла, температуру топлива, температуру охлаждающей жидкости, температуру всасываемого воздуха и температуру электролита аккумуляторных батарей, определены зоны и места подогрева узлов и агрегатов автомобиля.

Экспериментально подтверждена правомерность использования терморезисторной электронагревательной аппаратуры для снижения экологической нагрузки от автотранспорта в зимнее время.

Разработаны и апробированы конструктивно-технологические решения терморезисторной электронагревательной аппаратуры из тонкослойных композиционно-волокнистых материалов для разогрева и подогрева агрегатов и двигателя автомобиля в холодное время года, позволяющие снизить концентрацию вредных веществ в отработавших газах автомобилей.

Установлена экологическая эффективность предпускового подогрева двигателя в течение межсменной стоянки, по сравнению с разогревом двигателя в течение короткого времени.

Предложены архитектурно-строительные решения снижения экологической нагрузки импровизированных стоянок.

18. Представлены рекомендации по обеспечению экологической безопасности автотранспорта.

Данные рекомендации систематизированы и разделены на 5 групп по различным направлениям:

1. Совершенствование автомобиля и автомобильных двигателей, включая: создание и широкое использование автомобилей с электрическими, электротермическими, солнечными, водородными, паровыми и др. альтернативными экологически чистыми видами двигателями; улучшение систем зажигания, в т.ч. оснащение бесконтактными системами зажигания, электронным зажиганием и т.д. использование бескарбюраторных двигателей с подачей дисперсно-распыленного топлива в цилиндры двигателей; обеспечение рециркуляции ОГ; использование различного типа нейтрализаторов и фильтров ОГ с устройствами регенерации; установка микропроцессорных систем управления двигателями.

2. Совершенствование топлива, его контроль качества и замена другими видами энергии, включая: перевод большей части автотранспорта на более экологически чистые типы топлива — газовое (метан, пропан, водород и др.), спиртовое, топлива с антидымной и другими видами присадок; исключение из употребления топлив, содержащих соединения свинца; организация и обеспечение контроля качества топлива на автозаправочных станциях.

3. Контроль экологического состояния автомобилей, автопредприятий и атмосферного воздуха, включая: создать природоохранное подразделение ГИБДД для контроля экологической безопасности автотранспорта, создав в каждом районе города мобильные передвижные экологические диагностические лаборатории ГИБДД, провести курс обучения персонала данных лабораторий; организовать постоянно действующую систему контроля за токсичностью автотранспорта с установкой автоматизированных постов контроля интенсивности движения автотранспорта на основных магистралях города, с проведением расчетов на ЭВМ распределения на любой заданный момент времени максимальных уровней загрязнения воздуха автотранспортом по всей территории города и определением нормативов предельно допустимых выбросов (ПДВ) в атмосферу для автотранспортных потоков; провести исследования и разработку ездового испытательного цикла для автотранспорта с учетом схемы улично-дорожной сети, специфики движения и времени работы двигателей на разных режимах эксплуатации. На основе результатов данных исследований установить региональные (для Санкт-Петербурга) стандарты на токсичность ОГ автомобилей как для эксплуатируемых на автомагистралях, так и вновь пополняющих автомобильный парк города; обеспечить регулярный контроль за токсичностью и дымностью автотранспорта непосредственно на автопредприятиях через сеть постов контроля, на городских автомагистралях, в т.ч. транзитных, проходящих через город; организовать центры сервисного обслуживания автохозяйств и индивидуальных владельцев автотранспорта по обеспечению экологического контроля, ремонта и регулирования систем автомобиля, по сдаче в аренду, ремонту и проверке газоаналитической аппаратуры; создать постоянно действующие лидарные станции по непрерывному контролю за загрязнением воздуха вдоль наиболее напряженных автомагистралей города; организовать сеть городских постов ГИБДД на въезде (выезде) в город по контролю и регулированию автотранспорта по токсичности и дымности; организовать разработку и выпуск многокомпонентных приборов по контролю вредных веществ в ОГ автотранспорта.

4. Организационно-технические мероприятия, включая: создать систему более организованного движения автотранспорта, в т.ч. открыть объездные магистрали, сквозные магистрали через город без светофоров, параллельные улицы с односторонним движением, улицы с "зеленой волной" и др.; перевести большую часть автотранспортных предприятий за город; разработать систему эффективных штрафов индивидуальных владельцев и руководителей автохозяйств за превышение норм токсичности в ОГ автомобиля; провести инвентаризацию городских автомагистралей с определением характеристик автотранспортных потоков (структура по основным категориям автотранспорта, интенсивность движения) и их временной изменчивости (в течение суток, недели, года); провести экологическую паспортизацию автопредприятий; обеспечить рациональную организацию движения с использованием автоматизированных систем управления дорожным движением (АСУД) в сочетании с системой контроля за загрязнением атмосферного воздуха; создать "безавтомобильные" зоны, в первую очередь в Центральной части города и зонах отдыха граждан; организация автостоянок у станций метро на въезде в город.

5. Градостроительные мероприятия, включая: использование оптимальных планировочных градостроительных решений в зонах новой застройки и реконструкции центра города, связанных со строительством подземных пешеходных переходов, транспортных развязок на разных уровнях, реконструкцией автомагистралей; создание карты состояния дорожного полотна основных автомагистралей и обеспечение регулярного контроля состояния и ремонта дорожного полотна; обеспечение посадки густорастущих безъягодных кустарников вдоль проезжей части; изменение схемы расположения конечных стоянок автобусов, удалив их от жилых кварталов, оздоровительных учреждений (больниц, детских садов, яслей и т.д.).

1. Багров H.A. Аналитическое представление последовательности метеорологических полей посредством ортогональных составляющих. Труды ЦИП. - 1959. - вып. 74. -с.З - 24

2. Берлянд М.Е. Современные проблемы атмосферной диффузии и загрязнения атмосферы. JL: Гидрометеоиздат. 1975. - 448 с.

3. Берлянд М.Е. Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы. Л.гГирометеоиздат, 1985. 272 с.

4. Берлянд М.Е., Генихович Е.Л., Оникул Р.И. Моделирование загрязнения атмосферы выбросами из низких и холодных источников. Метеорология и гидрология. -1990.-№5-с.5- 16.

5. Безуглая Э.Ю. Мониторинг состояния загрязнения атмосферы в городах Л.: Гидрометеоиздат, 1986. - 200 с.

6. Безуглая Э.Ю., Расторгуева Г.П., Смирнова И.В. Чем дышит промышленный город.- Л.: Гидрометеоиздат. 1991.-255 с.

7. Берже А., Демут К., Мелис Дж.А. Высокие уровни загрязнения атмосферы -Сб.докладов на международном совещании ВМО PA-VI, 1981. - с.87 - 90.

8. Боева М.А., Квасинкова Е.В., Ставров O.A. Стукин Е.Д. Расчет и прогнозирование выбросов специфических вредных веществ автотранспортом. Тр.ин-та геофиз. -1989 - № 73 - с.67-72.

9. Бочкарева Т.В. Экологический "джин" урбанизации. М.: Мысль, 1988, - 270 с.

10. Бубник И., Хесек Ф. Метод краткосрочного прогноза загрязнения атомсферы в ЧССР. Сб.докладов на международном совещании ВМО PA-VI. - 1984 - с.96 - 101.

11. Беккер A.A., Агаев Т.Б. Охрана и контроль загрязнения природной среды. Л.: Гидрометеоиздат., 1989. - 286 с.

12. Буренин Н.С. Некоторые результаты наблюдений за загрязнением воздуха на автомагистралях. Тр.ГГО, 1974, вып. 14 с.136-147.

13. Буренин Н.С. Загрязнение атмосферного воздуха выхлопными газами автомобилей. Труды ГГО, 1975, вып.325 - с.135-144.

14. Буренин Н.С. Влияние микроклимата на загрязнение атмосферы автотранспортом. Труды ГГО, 1985 - вып.495. Л.,

15. Буренин Н.С. и др. Экспериментальные исследования загрязнения воздуха промышленными и транспортными выбросами. В сб. международной конференции ВМО по моделированию загрязнения атмосферы и его применениям. М., Гидрометеоиздат, 1986.

16. Буренин Н.С., Иванченко И.С., Максимов В.И., Салкина Т.И., Цыро С.Г., Яновский И.С. Некоторые результаты изучения распространения выбросов автотранспорта в натуральных условиях в модельной застройке. Труды ГГО, - 1989 - вып.521 - с. 152 -158.

17. Буренин Н.С., Горяинов А.Н., Николаев В.Д. Экомобиль: мечта или реальность?- С.-Петербург. ДНТП, 1992.

18. Буренин Н.С., Волкодаева М.В. К оценке воздействия автотранспорта на атмосферу г.Санкт-Петербурга. С.-Пб. Вопросы охраны атмосферы от загрязнений. Информационный бюллетень. - № 1. 1994. - с.32 - 41.

19. Буренин Н.С., Потапов А.И., Хватов В.Ф. Экологическая безопасность автотранспорта в Санкт-Петребурге. С.-Петербург, Из-во Международного фонда истории науки. 1994.

20. Буренин Н.С., Волкодаева М.В., Хватов В.Ф. Анализ состояния вопроса о выбросах и загрязнении воздуха автотранспортом в городах РФ. СПб. Вопросы охраны атмосферы от загрязнений. Информационный бюллетень. - № 1, 1995 - с.56 - 66.

21. Вавилова Н.Г., Генихович Е.Л., Сонькин Л.Р. Статистический анализ данных о загрязнении воздуха в городах с помощью естественных функций. Труды ГГО. - 1969. -с.27 - 32.

22. Васильев И. Выбор интегрального показателя для оценки загрязнения воздуха в городе София в зависимости от метеорологических условий. Пробл.геогр. - 1993. - № 4.- с.52 60.

23. Волкодаева М.В., Ивлева Т.П., Сонькин Л.Р. Прогноз высоких уровней загрязнения воздуха, создаваемого выбросами автотранспорта. СПб., Вопросы охраны атмосферы от загрязнений. Информационный бюллетень № 1, 1995 - с. 80 - 88.

24. Волкодаева М.В., Сонькин Л.Р. Метод прогноза загрязнения воздуха в районе отдельных автомагистралей. С.-Пб. Вопросы охраны атмосферы от загрязнений. Информационный бюллетень. № 26 1996 - с.22 - 28.

25. Гаргер Е.К., Жуков Г.П., Лукоянов Н.Ф. Изучение рассеяния примеси от низких источников при наличии одиночного препятствия. Тр. Ин-та экспер. метеор. Госком-гидромета - 1988. - № 46. - с. 106 - 114.

26. ГОСТ 17.2.2.03-87. Охрана природы. Атмосфера. Нормы и методы измерения содержания окиси углерода и углеводородов в отработавших газах автомобилей с бензиновыми двигателями. Требования безопасности.

27. Гронскей К.Е., Грам Ф. Модель диффузии для задач регионального загрязнения воздуха. Сб.докладов на международном совещании ВМО РА-VI. - 1984 г., - с.49 - 59.

28. Дитце Г. Прогноз потенциала диффузии с помощью оперативных прогнозов метеорологических параметров. Сб.докладов на международном совещании ВМО РА-VI. - 1984 г.,-с.128 - 134.

29. Ежегодник состояния загрязнения воздуха и выбросов вредных веществ в атмосферу городов и промышленных центров Советского Союза. 1985-1991 гг. Ленинград. -ГГО им.А.И.Воейкова.

30. Ежегодник состояния загрязнения воздуха и выбросов вредных веществ в атмосферу городов и промышленных центров Российской Федерации (России). Том «Выбросы вредных веществ». 1992 1995. С.-Петербург, - 1996.

31. Ежегодник состояния загрязнения воздуха городов и промышленных центров Российской Федерации (России). 1992 1995. С.-Петербург, - 1996.

32. Звонов В.А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. М.: Машиностроение. - 1973. - 200 с.

33. Исегалин О.Н., Лугачев П.Д. Снижение токсичности автомобильных двигателей. М.: Транспорт, - 1985.

34. Исидоров В.А. Органическая химия атмосферы. Л.: "Химия", 1985.

35. Климатические характеристики условий распространения примесей в атмосфере. Справочное пособие., Л.: Гидрометеоиздат. 1983. -328с.

36. Клюг В. Происхождение и типы эпизодов загрязнения воздуха и их прогноз. -Сб.докладов на международном совещании ВМО PA-VI. 1984., с. 19 - 27.

37. Кудрин А.И., Экология Москвы. Гор.хоз-во Москвы. - !990. - № 12. - с.2 - 3.

38. Малов Р.В., Ерехов В.И., Шетинина В.А. Беляев В.Б. Автомобильный транспорт и защита окружающей среды. М.: Транспорт. - 1982.

39. Матвеев Л.Т. Особенности метеорологического режима большого города. Метеорология и гидрология. - 1979. - № 5. - с.22 - 27.

40. Маренко A.B., Мартыновский И.В. О факторах, влияющих на загрязнение воздуха окисью углерода на городских автомагистралях. Труды Укр.НИИ Госкомгидроме-та СССР. - 1984. - вып.202. - с. 118 - 127.

41. Маренко А.Н., Огановская Д.К. К вопросу о рассеивании выбросов автотранспорта в условиях города. Труды Укр.НИИ Госкомгидромета СССР. - 1988. - вып.227. -с.67-71.

42. Маренко А.Н., Щетинина A.A. Некоторые результаты исследования автотранспортного загрязнения приземного слоя атмосферы г. Харькова. Труды Укр.регион.Н.И.Гидромет.ин-та. 1991. - № 241, с.З9 - 50.

43. Мажиг И., Сонькин Л.Р., Цэрэндэлэг Ж. Прогнозирование загрязнения воздуха в городах в условиях резко континентального климата. Метеорологические аспекты загрязнения атмосферы. - 1988. - с.115 -122.

44. Методика проведения инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для автотранспортных предприятий. М., НИАТ, 1991.

45. Метеорология и атомная энергия / Пер. с англ., 1971. Л.: Гидрометеоиздат. -648с.

46. Методические указания по расчету выбросов вредных веществ автомобильным транспортом. М., - Гидрометеоиздат, - 1985.

47. Мещерская A.B. и др. Естественные составляющие метеорологических полей. Л. Гидрометеоиздат. 1970.

48. Муравьева С.И., Казнина H.H., Прохорова Е.К. Справочник по контролю вредных веществ в воздухе. М.: Химия, - 1988.

49. Общесоюзный нормативный документ Госкомгидромета СССР (ОНД-86). Методика расчета концентраций в атмосферном воздуха вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. Л., Гидрометеоиздат, 1987. - 93 с.

50. Обзор выбросов загрязняющих веществ в атмосферу на территории Санкт-Петербурга и Ленинградской области за 1992 год. СПб. - 1992.

51. Обзор выбросов загрязняющих веществ в атмосферу на территории Санкт-Петербурга и Ленинградской области за 1993 г. СПб, - 1994 г.

52. Осипов Ю.С., Тихомирова Л.В. Воздух Москвы. Метеорология и гидрология. -1993. -№ 11. -с.107- 115.

53. Отчет по договору № 333 «Оценка воздействия автотранспорта на атмосферу Санкт-Петербурга». СПб, 1993, с.73.

54. Пономаренко И.Н. Краткосрочные прогнозы загрязнения воздуха отдельными примесями в городах с рассредоточенными источниками. Физ.геогр.процессы и охрана окружающей среды. - Геогр.о-во УССР. - Киев. 1991. - с.110 - 116.

55. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. Л., Гидрометеоиздат. 1979.

56. РД 5204.186-89. Руководство по контролю загрязнения атмосферы. М. - 1991.

57. РД 52.04.306-92. Руководство по прогнозу загрязнения воздуха. С.-Петербург. -Гидрометеоиздат. - 1993. - 104 с.

58. Регулирование выбросов при неблагоприятных метеорологических условиях. РД.52.04.52-85. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. - 52 с.

59. Сепеши Д. Прогностическая модель загрязнения воздуха от многих источников. Сб.докладов на международном совещании ВМО РА-VI. 1984., - с.28 - 30.

60. Сидоренко Г.И., Пинигин М.А. Гигиенические критерии максимально допустимой нагрузки. В кн. Всесторонний анализ окружающей природной среды. - Л.: Гидрометеоиздат. - 1975. - с.119 - 128.

61. Сонькин Л.Р. Статистические и синоптические методы прогноза загрязнения воздуха в городах. Сб. докладов на международном совещании ВМО РА-VI. - 1984., -с.28 - 30.

62. Сонькин Л.Р. Синоптико-статистический анализ и краткосрочный прогноз загрязнения атмосферы. Л., Гидрометеоиздат. 1991. - с.224.

63. Сборник региональных нормативов на содержание токсичных веществ и дым-ность отработавших газов по группам автотранспорта, эксплуатируемого в Санкт-Петербурге и Ленинградской области (СРН-А/Т-96). СПб. - 1996. - с. 12.

64. Стратегия и политика в области уменьшения загрязнения воздуха. Записка секретариата ЕЭК OOH.20.II. 1985.

65. Сводный том "Охрана атмосферы и нормативы предельно допустимых выбросов (ПДВ)" для г. Пскова. С.-Петербург, - 1993.

66. Токсичность двигателей внутреннего сгорания и пути ее снижения. Доклады участников симпозиума. М., 1986, 408 с.

67. Фельдман Ю.Г. Гигиеническая оценка автотранспорта, как источника загрязнения атмосферного воздуха. М., Медицина, - 1975. - 159 с.

68. Финзи Г., Тебальди Г. Математическая модель для прогноза и предупреждения о загрязнении воздуха в городской зоне. Сб. докладов на международном совещании ВМО PA-VI. - 1984., с.31 - 39.

69. Хватов В.Ф. Методы и средства контроля и диагностики вредных веществ в отработавших газах автотранспорта. Автореферат диссертации. С.-Петербург, - 1994.

70. Шапорева Н.А. Краткосрочный прогноз загрязнения водуха в Свердловске с учетом содержания различных примесей. Сб.работ Гидрометеоцентра. - вып.2 (15). -Гидрометеорологические прогнозы и расчеты. - Л. - Гидрометеоиздат. - 1989. - с.38 - 44.

71. Шевчук И.А. Прогноз уровня загрязнения атмосферы промышленными выбросами в Новосибирске. Труды ЗапСибНИГМИ, - 1977. - Вып.ЗО. - с.88 - 90.

72. Шевчук И.А. и др. Из опыта прогнозирования загрязнения атмосферы в Новосибирске. Труды ЗапсибНИГМИ, - 1977. - Вып.27. - с.125 - 129.

73. Национальные стратегии и политика в области борьбы с загрязнением воздуха. -ЕЭК ООН, 1987. - Нью-Йорк (ECE/EB.AIP/4).

74. Уорк К., Уорнер С. Загрязнение воздуха, источники и контроль. М: Мир,1980.

75. Aim Alvin. Two promising steps. Environ. Sci. and Technol. - 1989 - 23, N 8. -p.937.

76. Benson P., 1992. A review of the development and application of the CALINE3 and 4 models. Atmos.Environ.26B:3, p.379-390.

77. Bremer Pia. Assessment of two method to predict S02 concentrations in the Helsinki area. Finnish meteorological institute. - Helsinki, - 1993. - p.43.

78. Bretschneider Boris, Kurfurst Yiri. Air pollution control technology. Amsterdam etc.: Elsevier, 1987 - 296 p. - Fundam.Aspects Pollut.contr. and Environ. Sci:, Vol. - 8.

79. Bush spells out clear air proposals. Oil and gas J. 1989. 87, N 31 - p.36-38.

80. Chang T.Y., Rudy S.J., Kuntasal G., Gorse R.A. (Jr). Impact of methanol vehicses on ozone air quality. Atmos.Environ. - 1989 - 23. - N 8. - p.1629 - 1644.

81. Chock D.P, 1978. A simple Line-Source Model for Dispersion Near Roadways, At-mos.Environ.12, p.823-829.

82. Dal progeffo di metanizzazi one degli autobus all inpiego del G.P.L. Vie etrasp. -1988. - 57 - N 558. - p.39-44.

83. Davis S.C. Policing the European environment. Chem and ind. - 1989 - N 4 - p.9699.

84. EPA 450/4-86-018, Jun., 1987.

85. Environmental perspective to year 2000 and beyond: a framework for world development. Dabholkar Uttam. - Environ. Comserv. - 1989. - 16 N 1 - p.49-53, 64.

86. Eskridge R. and Rao S., Т., 1986. Turbulent Diffussion Behind Vehicles: Experimentally Determined Turbulence Mixing Parameters. Atmos. Environ.20, p.851-860.

87. Eskridge R. and Catalano, J., 1987. ROADWAY A numerical model for predicting air pollutants near highways - user's guide. EPA-68-02-4106, U.S. Environmental Protection Agency, Research Triangle Park, North Carolina, 125 p.

88. Europe's polluters will pay their way. New Sci. - 1989 - 122. - N 1678. - p.20.

89. Florian Gyula. Gondolatok Budapest Kozute, Kozutl Kezlek fejleszfeserol az 1995 evi vilagkia-elitas reflektor fenyeben. Varosikozlaked. - 1991. - 31. N 1 c. 19 - 24.

90. Geschäft mit dem Umweltschutz. Brennstoff Spiegel. - 1988, - N 2 p.24-26.

91. Gualdi Roberto, Tamponi Matteo, Maugeri Maurizio, Amadeo Giacomino. La valu-tazione del miglioramento della quatita dell aria in seguito ai prowedimenti sulla circolazione stradale ii caso di Saronno. Acqua aria. - 1991. - N 8 c.753 - 759.

92. Gram F., Gronskey K.E. Program «TFKJEMI» Modell-beregninger av fotokjemiske oksydanter I Grenland. Lielestrom. 1980. - (NILU TN 15/79).

93. Kawashima Hironao, Fujii Haruki, Kitoh Kozo. Some structural aspects on the info-mobility related projects in Japan. SAE Techn.Pap.Ser. - 1991. - N 911676. - c.43 - 47.

94. Kamal Abdel Aziz M., Eldamary Samia E., Faric Rifky. Blood lead level of cairo traffic policemen. - Sci.Total Environ. - 1991. - N 105. - c.165 - 170.

95. Henensal P., Benoit O. Contribution des vehicules a moteur a la pollution atmospherique acide. Pollut.Atmos. 1990 - N 145 - p.263 - 272.

96. Keller M. Zur Okobilanz von Klein Elektrofahrzeugen - Bull. Schweiz.elektrotechn.Ver. - 1989. - 80, - N 16. - p.991 - 993.

97. Kono H. and Ito S., 1990. A micro-scale dispersion model for motor vehicle exhaust gas in urban areas OMG VOLUME-SOURCE model. Atmos.Environ. 24B:2, p.243-251.

98. Kuhler M., Kraft J., Koch W., Windt H. Dispersion of car emissions in the vicinity of a highway. Environ.Meteorol.: Proc.Int.Synp. Wurzburg, 29 Sept. - 10 ct., 1987 -Dordrecht etc., 1988 - p.39 - 47.

99. Lim Poh-Eng, Koh Hock-Lye. Diurnal models of traffic-generated CO for Panang, Malaysia: Pap. 4th Sept.Our Environ., Singapore, May 21-23, 1990. 1991. - 19, N 1-3. -c.373-382.

100. Luhar A. and Pati, R., 1989. A Genetal Finite Line Source Model for Vehicular Pollution Dispersion. Atmos.Environ. 23, p.555-562.

101. Man's impact on earth's atmosphere Bruce James.P. Eff.changes stratosph. Ozone and global Clim.: Proc.Int.Conf.Health and Environ., June 16 20, - 1986, - Vol.1. - Washington, D.C. 1986,35 - 51.

102. Miles G.H., Jakeman A.J., Bai J. A metod for presicting the frequency distribution of air pollution from vehicle traffic, basic meteorology, and historical concentrations to assist urban planning. Enciron.Int. -1991 - 17. - N 6 - c.575 - 580.

103. Parker Brian. Motorisation of third-world cities any business of ours? - Town and country Plann. - 1992. - 61, N 78, - c.204 - 207.

104. Petersen W., 1980. User's guide for HIWAY2, a highway air pollution model. EPA-600/8-80-018, U.S. Environmental Protection Agency, Research Triangle Park, North Carolina, 69 p.

105. Piwchera G. E. Possible migliorare la vita mille citta. Notiz.ENEA: Energ. e Innov. - 1988 - 33.N5-p.6-7.

106. Risutova Zuzana. Analytical model of air pollution due to motor car traffic. Con-trib.Geophys.Inst.Slov.Acad.Sci. - 1991. -N 11 - c.99 - 107.

107. Springer K.J. Report EPA - 460/3 - 89 007, June, 1989, pp.96, 156.

108. Quidort Michel. Transporte publics: tendances mondiales. Transp. urbains. - 1991. -N71 c.13 -18.

109. Review of National Strategies and policies for the abatement of air pollution. Economic commission for Europe. Eighth session, Geneva (20 23 November 1990).

110. Vlek S., Michon J. Why we should and how we could decrease the use of motor vehicles in the near future. IATSS Research. - 1992. - 15, N 2, c.82 - 93.

111. Walsh Michael P. Moore Curtis A. Motor vehicle contribution to global and transported air polluton. Atmos.Ozone.Res. and Policy Implec.: - 1988. - Amsterdam, - 1989. p. 387 - 404.

112. Walter F., Dabberd T., Walter G. Hoydysh. Street canyon dispersion: sensitivity to block shape and entrainment. Atmos., Envin. - vol 25A, N 7. - p.l 143 - 1153, 1

113. Охрана окружающей среды, природопользование и обеспечение экологической безопасности в Санкт-Петербурге в 1997 году. СПб.-1998.- 306 с.

114. Буренин Н.С., Волкодаева М.В., Николаев С.Н., Хватов В.Ф. Загрязнение воздуха выбросами автотранспорта в Санкт-Петербурге. Сборник трудов НИИ Атмосфера. СПб, 1999.

115. Автотранспортное загрязнение придорожных территорий // В.П. Подольский, В.Г. Артюхов, B.C. Турбин, А.Н. Канищев. — Воронеж: Изд-во Воронеж, гос. ун-та, 1999. — 261 с. — Библиогр.: 83 назв. — ИСБН 5—7455—1085—4. — Д8—99/49808.

116. Антонова Н.Б., Туманова Н.А. Воздействие транспорта на глобальную окружающую среду и климат // Науч. и техн. аспекты охраны окружающей среды: Обзор ин-форм. / ВИНИТИ — 1996. — № 2. — С. 1—17. — Библиогр.: 6 назв.

117. Василенко В.Е. Перспективы снижения загрязнения атмосферного воздуха Москвы автотранспортом // Экология и пром-сть России. — 1997. — Сент. — С.21—26.

118. Газ в моторах. Использование природного газа в качестве моторного топлива: Материалы I Моск. междунар. конф., Москва, 22—23 июля 1996 г. — М.: ВИНИТИ, 1996. —297 с.

119. Дудышев В.Д. Перспективные технические разработки и изобретения по экологическому усовершенствованию автотранспорта // Экология и пром-сть России. -— 1998. —Дек, —С. 4—9.

120. Евгеньев И.Е., Каримов Б.Б. Автомобильные дороги в окружающей среде. — М., Трансдорнаука, 1997. — 286 с. — Библиогр.: 89 назв. — ИСБН 5—900007—02—2.1. Д8—97/33550.

121. Игнатович Н.И., Рыбальский Н.Г. Чем опасен транспорт для людей, животных и растений? — М., РЭФИА, 1996. — 82 с.

122. Киселева JI.В. Охрана окружающей среды на железнодорожном транспорте: Конспект лекций по дисциплине "Экология". — М., 1996. — 45 с. — В надзаг.: Моск. гос. ун-т путей сообщения. Библиогр.: 7 назв. — Д8—96/31663.

123. Клименко С.И., Орлова Е.Р. Экология и автомобильные дороги // Проблемы окружающей среды и природ, ресурсов: Обзор, информ. / ВИНИТИ. — 1998. — № 6. — С. 112-121.

124. Курьянов В.К., Папонов H.H. Экологические проблемы строительства и эксплуатации лесовозных автомобильных дорог: Учеб. пособие. — Воронеж, 1999. — 53 с.

125. В надзаг.: Воронеж, гос. лесотехн. акад. Библиогр.: 13 назв. — Д8—99/47149.

126. Кутенев В.Ф., Звонов В.А., Корнилов Г.С. Экологические проблемы автотранспорта в России // Стандарты и качество. — 1998. — № 5. — С. 96—101. — Библиогр.: 2 назв.

127. Лабутин A.C. Экономика природопользования на автотранспорте: Учеб пособие. — Саратов, 1996. — 52 с. — В надзаг.: Сарат. гос. техн. ун-т. Библиогр.: 12 назв. — ИСБН 5—7433—0199—9. — Д8—96/24532.

128. Масленникова И.С. Экологический менеджмент на транспортных коммуникациях: Учеб. пособие. — СПб: Недра, 1997. — 135 с. — Библиогр.: 21 назв. — ИСБН 5—247—03744—8. — Д8—97/31468.

129. Маслов H.H., Коробов Ю.И. Охрана окружающей среды на железнодорожном транспорте: Учеб. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Транспорт, 1997. — 238 с. — (Высш. образование. Учеб.). — Библиогр.: с. 235—236. — ИСБН 5—277—02048—9. — Д8—97/34219.

130. Основы экологии автотранспортного комплекса: Учеб. пособие / И.Д. Грабовой, А.Н. Бодров, C.B. Власов, Е.М. Чубов. — М.: Центр инноваций в педагогике, 1999.240 с. — Библиогр.: 46 назв. — ИСБН 5—7936—0031—0. — Д8—99/45430.

131. Пшенин В.Н. Автомобильный транспорт и загрязнение приземной атмосферы озоном // Транспорт: наука, техника, управление / ВИНИТИ. — 1998. — № 12. — С. 16—27. —Библиогр.: 25 назв.

132. Румянцева H.A. Некоторые особенности влияния автотранспорта на почвен-но-растительный покров в крупных городах // Науч. и техн. аспекты охраны окружающей среды: Обзор, информ. / ВИНИТИ. — 1996. — № 4. — С. 39-50. — Библиогр.: 8 назв.

133. Токсичность автотранспортных двигателей и способы ее снижения / Н.П. Самойлов, Е.И. Игонин, O.A. Кашеваров, Д.Н. Самойлов. — Казань: Изд-во Казан, ун-та, 1997. — 169 с. — Бибилиогр.: 95 назв. — ИСБН 5—7464—1252—X. — Д8—97/38370.

134. Транспорт и окружающая среда // Экол. экспертиза: Обзор, информ. / ВИНИТИ,—1996.—№ 1, —С. 36-71.

135. Трофименко Ю.В. Промышленно-транспортная экология: Консп. лекций. 4.1.

136. М., 1998. — 80 с. — В надзаг.: Моск. гос. автомобил.-дорож. ин-т (техн. ун-т). Библиогр.: 14 назв.

137. Фролов Ю.Н. Защита окружающей среды в автотранспортном комплексе: Учеб. пособие. — М., 1997. — 71 с. — В надзаг.: Моск. гос. автомобил.-дорож. ин-т (техн. ун-т). Библиогр.: 14 назв. — Д8—97/34746.

138. Цховребов Э.С. Охрана окружающей среды на железнодорожном транспорте.2.е изд. перераб. и доп. — М.: Космосинформ, 1996. — 527 с. — Библиогр.: 84 назв.

139. ИСБН 5—900242—17—X. — Д8—96/26366.

140. Чеботаев A.A. Гармонизация развития транспортного комплекса, окружающей среды и человека // Экол. экспертиза: Обзор, информ. / ВИНИТИ. — 1999. — № 2.

141. С. 12-21. — Библиогр.: 5 назв.

142. Экология автотранспортного комплекса: Междунар. науч.-техн. конф. (4—6 дек. 1996 г.): Тез. докл. / Моск. гос. автомобил.-дорож. ин-т (техн. ун-т), НИИ экол. проблем автотрансп. комплекса при МАДИ—ТУ. — М., 1996. — 120 с. — Д8-96/29090.

143. Энциклопедический справочник по авиационной эргономике и экологии / Ред. Г.П. Ступаков. — М.: Изд-во ИП РАН, 1997. — 508 с. — ИСБН 5—201—02241—3.

144. Игараси Тосио. Охрана окружающей среды на транспорте в Японии // Yuso tenbo = Quart. J. Distrib. and Transp. — 1997. — № 244. — C. 69-75. — Яп. яз.

145. Судзуки Хитоси. Анализ процесса сгорания топлива в автомобильном двигателе с помощью фотоизмерителя // О Plus Е. — 1998. — № 221. — С. 440—446. — Яп. яз.

146. Ямамото Акихиро. Экологические мероприятия и переработка отходов на транспорте // Yuso tenbo = Quart. J. Distrib. and Transp. — 1997. — № 244. — C.21—28. — Яп. яз.

147. Douaud A., Girard С. Which are the engine and fuel technologies for the sustainable development of road transport? // WEC Journal. — 1997. —July. — P. 10—21. — Bibli-ogr.: 6 ref.

148. Ellis J .В., Revitt D.M., Lewellyn N. Transport and the environment: Effects of organic pollutants on water quality // J. Charter. Inst. Water and Environ. Manag. — 1997. — Vol. 11, № 3. — P. 170-177. —Bibliogr.: 49 ref.

149. Reed L.H. California low-emission vehicle program: Forcing technology and dealing effictively with the uncertainties // Boston Coll. Environ. Aff. Law rev. — 1997. — Vol. 24, №4, —P. 695—793.

150. В. В. Амбарцумян, В.Б. Носов, В. И. Тагасов. Экологическая безопасность автомобильного транспорта. М.: ООО Издательство «Научтехлитиздат», 1999.

151. Аксенов И.Я. Аксенов В. И. Транспорт и охрана окружающей среды. М.: Транспорт, 1986. - 176с.

152. Луканин В.Н., Буслаев А.П., Трофименко Ю.В и др. Автотранспортные потоки и окружающая среда: Учебное пособие для вузов. М.: ИНФРА-М, 1998 408 с.

153. Валова В.Д. Основы экологии: Учебное пособие. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Издательский Дом «Дашков и К0», 2001.

154. Проект целевой программы «Охрана окружающей природной среды от свинцового загрязнения и снижение его влияния на здоровье населения» по Грантовому соглашению между Агентством США по охране окружающей среды и российскими партнерами. 1998-1999 г.

155. Куров Б.М. Как уменьшить загрязнение окружающей среды автотранспортом? // Россия в окружающем мире. Аналитический ежегодник. 2000 г.

156. Е.Г. Цыплакова. Методы и средства контроля и диагностики экологической безопасности автотранспорта при эксплуатации в зимнее время. Автореферат диссертации. С.-Петербург, 2000, 25 с.

157. В.Н. Денисов, Е.Г. Цыплакова. Загрязнение выбросами автотранспорта воздушной среды крупных городов России в условиях плотной жилой застройки \\ Тезисы дмежд. науч.-практ. Конф. «Воздух-2001», СПб, 2001, 39-41 с.

158. Е.Г. Цыплакова, А.И. Потапов. Пути снижения экологической опасности автотранспорта при безгаражном хранении \\ Проблемы машиноведения и машиностроения: Межвуз.сб. Вып.19.-СПб.: СЗПИ, 2000, с. 69-84.

159. Ларичев О.И. и др. Качественные методы принятия решений. .М: «Наука», 1996.-187 с.

160. Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии. М.: «Финансы и статистика», 1998. - 228 с.

161. Попов Э.В. и др. Статические и динамические экспертные системы. М.: 1996,- 320 с.

162. Измалков В.И., Измалков A.B. Техногенная и экологическая безопасность и управление риском. СПбНИЦЭБ РАН, 1998. - 462 с.

163. Кузьмин И.И. и др., Безопасность и риск, М, 1997,- .164 с.

164. Пименов А.Н.и др. Модели многокритериальной оптимизации потоков промышленных и бытовых отходов. -НИЦЭБ РАН. СПб, 1997. -Инв.М)3514201097,- 12 с.

165. Ed. by Ran John G. Environmental impact analysis handbook., N.Y. 1980,- 543 p.

166. Донченко B.K. "Инженерная экология", № 3, М, 1996,- с. 45.

167. Донченко В.К., Пименов А.Н. и др., Проблемы обращения с отходами автотранспортных средств в СПб, Доклады 4-ой Всероссийской научно-практической конференции «Новое в экологии и БЖД 1999»,БГТУ, СПб, 1999,- с.450 (т.2).

168. Пашков Е.В. и др., Международные стандарты ИСО 14000, М, 1997,- 464 е.

169. Мартынюк В.Ф. и др., Безопасность труда в промышленности, N11, 1995,-с.60

170. Principles and Rekommendations for the Integrated Menegement of Technological Risks, IAEA, Austria, 17.07.95.CT-2436,-104 p

171. Холинг K.C. и др., Экологические системы, М.,1981. 397 с.

172. Алимов А.Ф. и др., Невская губа опыт моделирования, СПб, 1997. - 186 с.

173. Стандарт МЭК "Техника анализа надежности систем. Метод AB ПО. М., 1987,23 с.

174. Оников В.В., Пименов А.Н. Методические подходы к оценке перспективности технологических процессов и производств. -НИЦЭБ РАН. СПб, 1997. -Инв.М)3414201097,- 17 с.

175. Денисов В.Н., Королева М.В., Количественная оценка аэротехногенной нагрузки от автотранспорта по основным магистралям СПб, Докл. 3-й Всероссийской конференции «Новое в экологии и БЖД 1998», СПб, БГТУ, 1998, - с.311 (т.З).

176. Денисов В.Н., Методологические аспекты исследования проблемы загрязнения воздушной среды крупных городов, Докл. 3-й Всероссийской конференции «Новое в экологии и БЖД 1998», СПб, БГТУ, 1998, - с.288 (т.З).

177. Макаров О.Н., Денисов В.Н. и др., Принципы управления аэротехногенным воздействием АТК на городскую среду СПб, Сб докл. конф. «Научно-педагогическое наследие И.И.Медведева», СПб, МАНЭБ, 1999, с.79.

178. Денисов В.Н., Ванкевич P.E., Моделирование процессов загрязнения воздушной крупных городов с использованием ГИС-технологий, Сб. трудов Международной нконференции «Экологические проблемы АТК», МАДИ, М.,1999, с.28.

179. Денисов В.Н., Королева М.В. "Количественная оценка аэротехногенной нагрузки от автотранспорта по основным магистралям Санкт-Петербурга", Докл. 3-й Всероссийской конференции «Новое в экологии и БЖД 1998», СПб, БГТУ, 1998, - с.311 (т.З).

180. Денисов В.Н. "Методологические аспекты исследования проблемы загрязнения воздушной среды крупных городов", Докл. 3-й Всероссийской конференции «Новое в экологии и БЖД 1998», СПб, БГТУ, 1998, - с.288 (т.З).

181. Макаров О.Н., Денисов В.Н. и др. "Принципы управления аэротехногенным воздействием АТК на городскую среду Санкт-Петербурга". Сб докл. конф. «Научно-педагогическое наследие И.И.Медведева», СПб. МАНЭБ, 1999, с.79

182. Денисов В.Н., Ванкевич P.E. "Моделирование процессов загрязнения воздушной крупных городов с использованием ГИС-технологий." Сб. трудов Международной нконференции «Экологические проблемы АТК». МАДИ. М.1999. с.28.