автореферат диссертации по строительству, 05.23.19, диссертация на тему:Обеспечение экологической безопасности автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства на основе биосферосовместимых технологий

005018338

На правах рукописи

Шишкина Ирина Викторовна

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ АВТОТРАНСПОРТНОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА НА ОСНОВЕ БИОСФЕРОСОВМЕСТИМЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

05.23.19 - Экологическая безопасность строительства и городского хозяйства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 9 ДПР ¿012

Орел - 2012

005018338

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Государственный университет - учебно-научно-производственный комплекс» на кафедре «Строительство автомобильных дорог».

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Бакаева Наталья Владимировна

Официальные оппоненты: Щербина Елена Витальевна

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО (НИУ) «Московский государственный строительный университет», заведующая кафедрой городского строительства и экологической безопасности Иващук Ольга Александровна доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет», декан гуманитарных и естественнонаучных дисциплин Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Брянская

государственная инженерно-технологическая академия»

Защита состоится 15 мая 2012 г. в// часов на заседании диссертационного совета Д 212.182.09 при ФГБОУ ВПО «Госуниверситет - УНПК» по адресу: 302030, г. Орел, ул. Московская, д. 77, ауд. 426.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Госуниверситет - УНПК».

Автореферат разослан » ли^елц2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, д.т.н., доцент

Н.В. Клюева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. В настоящее время взаимодействие главной производительной силы - биосферы и созданной человеком техносферы имеет глобальные масштабы и формирует ряд приоритетных задач, от решения которых во многом зависит безопасность современных городов.

Проблема повышения экологической безопасности промышленного гражданского и городского строительства становится все злободневнее и выходит за рамки принятия конкретных инженерно-технических мероприятий и программ, приобретает социально-экономическое звучание и формирует новые стандарты поведения, нормы морали, взаимоотношений человека и природы Одним из наиболее значимых направлений решения данной проблемы является снижение загрязнения окружающей природной среды отходами, образующимися от подвижных и стационарных источников объектов транспортного назначения как составной части городского хозяйства. На сегодняшний день автотранспорт и объекты автотранспортной системы создают порядка 70...80 % всех отходов и выбросов, а в мегаполисах и крупных городах - все 90 % превращая их в центры основных экологических проблем. В результате автотранспортного воздействия создается дискомфортное состояние городской экосистемы по показателям атмосферного воздуха, акустической и водной сред, а также ее загрязнение ввиду вибраций, повышенного тепла и других факторов.'

Полученные результаты на основе сложившихся к настоящему времени научных направлений не в полной мере отвечают современным вызовам, не дают возможности всесторонне выявить экологические проблемы городского хозяйства, пути их решения и требуют проведения междисциплинарных исследований в этой сфере. Разработка предложений по совершенствованию социально-экономических механизмов обеспечения экологической безопасности в рамках парадигмы биосферной совместимости позволит не только удовлетворять современным экологическим требованиям, но и обеспечит прогрессивное гармоничное развитие человека в структуре города как неотъемлемой части природы.

С этих позиций развитие научных основ обеспечения экологической безопасности автотранспортной инфраструктуры системы жизнеобеспечения городского хозяйства с использованием биосферосовместимых технологий в рамках данного исследования является актуальным.

Область исследования - критерии экологической безопасности природ-но-технических систем, формируемых объектами транспортного строительства и системами жизнеобеспечения городского хозяйства.

Объект исследования - автотранспортная инфраструктура системы жизнеобеспечения городского хозяйства, реализующая в современных условиях положения парадигмы биосферной совместимости городов и принципы устойчивого развития регионов. ?

Цель диссертационной работы - развитие научных основ обеспечения г Ч0 экологической безопасности автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства на принципах биосферосовместимых технологий.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- исследование методов обеспечения экологической безопасности автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства и анализ критериев оценки состояния экосистемы города от источников негативного антропогенного и техногенного воздействия;

- системное представление автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства и обоснование основных направлений мониторинга состояния городской среды от воздействия автотранспорта;

- построение критерия экологической безопасности и разработка методики оценки вклада составляющих автотранспортной инфраструктуры системы жизнеобеспечения городского хозяйства в реализацию функций биосферосовме-стимого города;

- обоснование системы оценочных показателей и экспериментальные исследования производственной среды объектов автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства;

- разработка рекомендаций по обеспечению экологической безопасности автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства и их эффективность.

Методы исследований базируются на развитии экологического мониторинга городской среды по рассматриваемым направлениям, на основных положениях системного анализа и теории моделирования систем, методах теории вероятностей и математической статистики, теории множеств, экспертных оценках, программно-целевом подходе и других методах.

Достоверность и обоснованность результатов диссертационного исследования подтверждается применением современных методов исследования с использованием сертифицированных средств измерения; представительными объемами выборок, воспроизводимостью и согласованностью результатов теоретических и экспериментальных исследований, положительным опытом внедрения и апробации на практике.

Научная новизна заключается в решении задачи обеспечения экологической безопасности автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства, включающей:

- формализованное представление автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства в виде единой природо-социо-технической системы;

- критерий экологической безопасности автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства, базирующийся на показателе биосферной совместимости урбанизированной территории;

- методику оценки вклада составляющих автотранспортной инфраструктуры системы жизнеобеспечения городского хозяйства в реализацию функций био-сферосовместимого города;

Практическая значимость полученных результатов:

- теоретические и экспериментальные результаты исследоэания позволяют создавать методику мониторинга и оценки состояния городской среды от воздействия автотранспортной инфраструктуры одновременно по трем направлениям в соответствии с многокомпонентным ее представлением и разрабатывать программы защиты городской среды от негативного воздействия

автомобильного транспорта, программы управления автотранспортной инфраструктурой городского хозяйства, а также могут служить инструментом перспективного инновационного развития регионов в комплексе с социальными, природно-климатическими, экологическими, экономическими и другими факторами и условиями жизнедеятельности.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

- результаты исследования методов обеспечения экологической безопасности автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства и анализа критериев оценки состояния экосистемы города от источников негативного антропогенного и техногенного воздействия;

- модель экологически безопасной автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства как природо-социо-технической системы;

- критерий экологической безопасности и методика оценки вклада составляющих автотранспортной инфраструктуры системы жизнеобеспечения городского хозяйства в реализацию функций биосферосовместимого города;

- система оценочных показателей состояния и результаты экспериментальных исследований производственной среды объектов автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства;

- рекомендации по обеспечению экологической безопасности автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства и их эффективность.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на всероссийских и международных конференциях и семинарах различных уровней: научно-практических конференциях «Неделя науки» (г. Орел, ОрелГТУ, ФГБОУ ВПО «Госуниверситет - УНПК», апрель 2010-2012 гг.); совместном заседании Ученого Совета по строительным наукам и Бюро отделения градостроительства и архитектуры РААСН на тему «Город биосферно-совместимый и развивающий человека» (г. Москва, РААСН, 3 марта 2010 г.); 2-ой международной научно-практической конференции «Проблемы инновационного и биосферно-совместимого социально-экономического развития в строительном, жилищно-коммунальном и дорожном комплексах» (г. Брянск, БГИТА, 30 ноября 2010 г.); научно-технической интернет-конференции «Экология и безопасность в техносфере» (г. Орел, ОрелГТУ, декабрь 2010 г.); заседании круглого стола на тему «Биосферная совместимость городов, развитие и безопасность человека» Общего годичного собрания РААСН (г. Орел, ФГОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК», 24-27 мая 2011 г.); III Академических чтениях «Актуальные вопросы строительной физики», посвященных памяти академика Г.Л. Осипова (г. Москва, 5-7 июля 2011 г.); Международной конференции «Биосферно-совместимые технологии в развитии регионов» (г. Курск, ЮЗГУ, 7-8 октября 2011 г.).

Реализация результатов работы. Материалы исследований использовались при выполнении следующих НИР:

- «Разработка концепции устойчивого биосферно-совместимого функционирования объектов системы высшего профессионального образования и целевой программы предупреждений и зашиты от чрезвычайных и кризисных ситуаций» аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2011 гг.)», № ГР 01.2.00 901049;

- «Разработка критериев для оценки биосферной совместимости поселений и подготовка предложений по совершенствованию критериев развития человека с позиций архитектурно-градостроительного комплекса», выполняемой за счет средств федерального бюджета в рамках направлений и разделов Программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук на период 2007-2012 гг.;

- «Развитие принципов и создание научных основ повышения экологической безопасности городской среды с позиции биосферной совместимости» государственного задания Минобрнауки России в 2012 г., № 7.1694.2011.

Результаты работы внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВПО «Госуниверситет - УНПК», ЮЗГУ, при разработке концепции развития городской транспортной системы, а также в проектную практику при разработке генеральных планов и проектов экологической реконструкции объектов автотранспортной инфраструктуры в г. Орле.

Публикации. По результатам представленных в работе исследований опубликовано 7 научных трудов, в том числе 5 научных работ в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, входящих в Перечень ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и общих выводов и рекомендаций. Работа изложена на 212 страницах, из них 149 страниц основного текста, содержит 24 рисунка, И таблиц, список использованной литературы из 151 наименования и 8 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранного направления исследования, приведена общая характеристика работы и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе представлен обзор и анализ отечественного и зарубежного опыта в сфере экологической безопасности объектов системы жизнеобеспечения городского хозяйства. Рассмотрены существующие системы защиты от негативного воздействия и загрязнения городской среды от автомобильного транспорта. Показано, что автотранспортная инфраструктура, как часть городского хозяйства, призвана реализовывать удовлетворение потребностей населения в транспортных услугах при эффективном использовании автотранспорта только при обеспечении экологической безопасности окружающей среды в соответствии с действующей нормативно-правовой базой.

Научная концепция современного знания о биосфере и экологии сформировалась благодаря научным работам целого ряда отечественных и зарубежных ученых: Вернадского В.И., Циолковского К.Э., Павлова И.П., Владимирова В.В., Капицы П.Л., Данилова-Данильяна В.И., Ильичева В.А., Осипова В.И., Медоуза Д., Вайцзеккера Э., Ловинса Э., Ловинса Б. и др.

Решению проблем экологии городской среды посвящены труды таких исследователей как Теличенко В.И., Бочаров Ю.П., Алексашина В.В., Колчунов В.И., Гордон В.А., Каримов A.M., Сдобнов Ю.А., Смоляр И.М., Чистякова С.Б., Сидоренко В.Ф., Азаров В.Н., Потапов А.Д., Тетиор А.Н., Щербина Е.В., Городков A.B., Истомин Б.С., Поздняков А.Л. и др.

Мощность негативного воздействия автотранспортной инфраструктуры городской среды на природную среду и здоровье населения показана в работах таких ученых как Луканин В.Н., Трофименко Ю.В., Донченко В.В., Кузнецов Е.С., Корчагин В.А., Сарбаев В.И., Бондаренко Е.В., Багинова В.В., Цыцура A.A., Иващук O.A., Сафронов Э.А. и др.

Тем не менее, большинство исследований основаны на позиции расширенного воспроизводства, ресурсопотребления и экологической защиты традиционными методами, которые не всегда носят системный характер и посвящены чаще всего решению отдельных локальных вопросов экологической защиты от источников негативного антропогенного и техногенного воздействия, в т.ч. и от автотранспортной составляющей. На сегодняшний день актуальность этих вопросов наиболее ощутима в условиях развития рыночных отношений, когда решение вопросов экологической безопасности зачастую лежит в плоскости частных экономических, а не общественных интересов. Следовательно, для комплексного решения рассматриваемой проблемы необходимы междисциплинарные исследования закономерностей и процессов взаимодействий в природо-социо-технических системах и установление принципов и механизмов отраслевой инновационной деятельности.

Решение поставленных задач и обеспечение экологической безопасности основывается на нормировании, при этом эффективное функционирование экосистемы города при отсутствии нормативов допустимых экологических нагрузок практически невозможно. Существующая на сегодняшний день система регламентации состояния окружающей среды базируется на санитарно-гигиенических нормативах и, учитывая многокомпонентность выбросов автотранспорта, делает неэффективным контроль за соблюдением регламентов по каждому отдельному ингредиенту. В результате того, что формы нахождения токсикантов в природе отличаются от форм, для которых были установлены нормативы, происходит наращивание экологически опасных систем, и прогрессирует техногенная деградация природных комплексов. Известные методы анализа, качественной и количественной оценки воздействия на окружающую среду (ОВОС) не позволяют в полной мере оценить негативное техногенное влияние. Все это определяет необходимость разработки иных подходов к регулированию техногенных нагрузок на экосистему города, в т.ч. и от автотранспортной инфраструктуры, основой которых могут стать количественные нормативные соотношения между потребностями людей и техносферы в ресурсах биосферы и возможностью биосферы удовлетворять эти потребности.

С этой целью различными исследованиями определено множество критериев оценки состояния экосистемы города. Среди них: фактические максимально разовые и среднесуточные концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, воде, почве. Степень загрязнения устанавливается по кратности превышения ПДК с учетом класса опасности, суммации биологического действия загрязнений воздуха и частоты превышений ПДК. Одним из интегральных показателей оценки состояния экосистемы города является показатель биосферной совместимости урбанизированных территорий, который по-

зволяет дать количественную оценку уровня загрязнения городских территорий в сопоставлении с возможностью биосферы к самовосстановлению.

На основе проведенного обзора и анализа научных публикаций по рассматриваемой проблеме и вытекающей из него необходимости разработки новых критериев оценки экологической безопасности автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства, позволяющих максимально развить существующие и отразить принципы парадигмы биосферной совместимости городов и поселений, сформулированы цель и задачи диссертационного исследования.

Вторая глава посвящена разработке критерия обеспечения экологической безопасности и методики оценки вклада составляющих автотранспортной инфраструктуры системы жизнеобеспечения городского хозяйства в реализацию функций биосферосовместимого города.

В основе парадигмы биосферосовместимого города и концепции эко-лого-ноосферных преобразований биотехносферы лежит теория гомеостатиче-ского взаимодействия природы, общества и человека, т.е. способности открытой системы восстанавливать утраченное равновесие в соответствии с природными закономерностями и потребностями общества. В качестве биосферосов-местимых технологий при обеспечении экологической безопасности городской среды и экологической реконструкции территорий городской застройки признаются лишь те, которые не наносят вреда окружающей среде и увеличивают потенциал жизни чистой биосферы при их применении.

На основе принципов биосферосовместимых технологий применительно к автотранспортной инфраструктуре городского хозяйства в работе предложены и сформулированы следующие исходные гипотезы обеспечения экологической безопасности:

- автотранспортная инфраструктура городского хозяйства представляет собой открытую динамическую систему, состояние которой обусловлено: 1) внешними воздействиями (например, природно-климатическими факторами, изменением требований нормативно-правой базы, социальных стандартов и качества жизни, изменением уровня образования и культуры общества и другими, определяющими возможность сотрудничества с биосферой); 2) внутренними взаимодействиями между составляющими; 3) внутрисоставляющими процессами. Система включает вычлененные из внешней среды составляющие: природную и социальную и рассматривается как единая природо-социо-техническая структура;

- экологическая безопасность автотранспортной инфраструктуры оценивается по обобщенному показателю, относительное расчетное значение которого учитывает возможность синергетического эффекта от нескольких источников загрязнений и возможность восстановительной способности урбанизированной территории. В качестве критерия экологической без опасности предлагаются признаки оценки состояния окружающей среды, устанавливающие новую классификацию объектов автотранспортной инфраструктуры;

- принимается условие равнозначности территориальной, временной и персональной доступности человеку функций биосферосовместимого города и соподчиненных им подфункций автотранспортной инфраструктуры, соответствующих рациональным потребностям человека для его гармоничного развития.

На основе принятых гипотез обеспечения экологической безопасности построена модель экологически безопасной автотранспортной инфр^^ "¿„Г хнической системы, вк1чаЮЩГсл^Г

- природную составляющую как часть внешней среды, содержащую пе-сурсы для человека, взаимодействующую с объектами городской ГГаструк туры и подвергающуюся негативному воздействию- инфраструк-

ствуюшГЛ^ С°СТаВЛЯЮЩУЮ КаК ЧаСТЬ ВНеишей сРе^ также взаимодей-™ Г °бъе™ гоР0^кой инфраструктуры и ожидающую удовлетворения своих потребностей. Кроме того, человек как представитель ¿X ^ опо——- —ве

- автотранспортную составляющую, оказывающую силовое воздействие на природную и социальную среды и определяющую, в первую очередь воз можность формирования неблагоприятной экологической обстановки на Отре деленной территории. опре-

Рисунок 1 - Общий вид модели экологически безопасной автотоанспоптнпй инфраструктуры городского хозяйства как природо-социо-техничес^

Для формализации состояния рассматриваемой системы был использован теоретико-множественный подход, определяющий введенные на рисунГГпа-

X- множество состояний природной составляющей, которые зависят от воздействия на нее: объектов автотранспортной инфраструктур, человека как части природы и внешней среды; человека как

г- множество состояний автотранспортной составляющей которые 6улут определяться объектами, представляющими автотранспорт^ ™Гас^™ городского хозяйства, и параметрами, характеризующими эти ^ъект!:; Р

Y - множество состояний социальной составляющей, характеризуемые как «человеческий потенциал» в составе рассматриваемой системы, и зависящие от воздействия двух других составляющих.

Взаимодействия в составе анализируемой природо-социо-технической системы описываются множествами:

Хл гс, ХСс - множества воздействий природной составляющей на автотранспортную и социальную составляющие: (ХА га ХСс с X);

Znc> Zee - множества воздействий автотранспортной составляющей на природную и социальную среды: (Znc, ZCc <= 2);

Уатс> Ync - множества воздействий социальной составляющей на автотранспортную и социальную составляющие: (VATC, Ync cz Y).

Исходя из системного представления автотранспортной инфраструктуры как единой природо-социо-технической системы, предложены основные направления мониторинга и оценки состояния городской среды для трех ее составляющих. С учетом основных положений функционального моделирования построена иерархия диаграмм, отражающих процедуру сбора информации и ее предварительной оценки. Использование принципа декомпозиции, т.е. постепенного введения все больших уровней детализации по мере создания диаграмм, отображающих иерархическую функциональную модель, позволяет установить область моделирования автотранспортной системы и ее границу («родительская» диаграмма уровня АО - рисунок 2) и получить набор показателей состояния составляющих рассматриваемой системы, по которым и будет осуществляться сбор информации в ходе мониторинга.

Рисунок 2 - «Родительская» диаграмма (диаграмма уровня АО) сбора данных по показателям состояния составляющих природо-социо-технической системы автотранспортной инфраструктуры

Для построенной модели автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства в качестве критерия экологической безопасности предлагается показатель биосферной совместимости урбанизированной территории, учитываю-

щий балансовые соотношения между фактическими параметрами биосферы и техносферы, значение которого можно представить в виде коэффициента:

1АТс=Ш(б*-Ш (1)

к I

где Eik - количественное значение части биосферы при воздействии на нее к-х элементов автотранспортной инфраструктуры (далее АТС); 3ik - количественное значение /-Х загрязняющих веществ (ЗВ), образующихся от воздействия к-х элементов АТС с максимальными концентрациями, допускающими развитие (МКДР) территорий.

Количественное значение части биосферы Б,к определяется по формуле:

s,k

где is.- относительное значение требуемой площади части биосферы по отношению к площади элемента АТС, необходимой для нейтрализации /'-х ЗВ от воздействия к-х элементов АТС до уровня МКДР, м2; - коэффициент однородности биосферы, учитывающий различные интенсивности выбросов и возможность приведения их к одному источнику; К03 - коэффициент озеленения территории.

В свою очередь, количественное значение i-x ЗВ, образующихся от воздействия к-х элементов АТС рассчитывается по формуле:

З.к= Wik ■ Zlk ■ Кс ■ mik ■ Кэз ■ Коп, (3)

где Wik - относительное значение параметра i-x загрязнений от воздействия к-х элементов АТС, рассчитываемое для территории распространения ЗВ; ул - количество элементов АТС, создающих загрязнения на рассчитываемой территории; Кс - коэффициент, зависящий от наличия нескольких источников загрязнения в радиусе санитарно-защитной зоны и учитывающий синергетиче-ский эффект; mik - коэффициент снижения выбросов /'-го ЗВ от к-го элемента АТС в результате осуществления природоохранных мероприятий; Кэз - коэффициент экологической значимости территории; Коп - коэффициент экологической опасности /'-го ЗВ.

Относительное значение требуемой площади части биосферы, необходимой для нейтрализации /'-х ЗВ от воздействия к-х элементов АТС может быть определено по формуле:

S,s=(.(yiklx,k)lK,k), (4)

где Vlk - объем i-x ЗВ от к-х элементов АТС, т/год; ул - количество элементов АТС, загрязнение от которых на рассчитываемой территории может быть поглощено биосферой; К,к - количество ЗВ, утилизируемых 1 м2 биосферы, т/год.

Значение параметра ЗВ от воздействия к-х элементов АТС, соотнесенное к площади загрязненной территории в соответствии с радиусом санитарно-защитной зоны, рассчитывается по формуле:

Ш _ ySc-m К гост , у ~,пер

"¡к yik ^¡к ' уй к , (5)

где V™m - объем <-х ЗВ от к - х элементов АТС с учетом применения биосферо-

совместимых технологий, т/год; A S',cm ,к - изменение площади зоны распростране-

ния ЗВ с учетом применения биосферосовместимых технологий, м2; ^пср1к - площадь загрязненной территории от к-х элементов АТС в соответствии с радиусом санитарно-защитной зоны, м2.

Показатель биосферной совместимости урбанизированной территории 7 является относительной величиной и находится в интервале: 0<Л <1. При приближении значения показателя биосферной совместимости к единице обеспечивается рост главной производительной силы - биосферы, а в случае приближения к нулю - имеет место регрессивное развитие территории, т.е. ее деградация вследствие техногенного загрязнения. Этот показатель был принят в качестве критерия экологической безопасности автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства. В зависимости от полученного расчетного значения устанавливается один из четырех классов экологической безопасности (таблица 1).

Таблица 1 — Классы экологической безопасности автотранспортной инфраструктуры _

Значение показателя биосферной совместимости территории автотранспортной инфраструктуры г1лгс Менее 0,30 0,310,55 0,560,85 Свыше 0,86

Класс экологической безопасности IV III II I

Класс экологической безопасности I отражает такое состояние урбанизированной территории, при котором воздействие автотранспортной инфраструктуры и внедрение биосферосовместимых технологий соответствует минимуму ущерба для окружающей среды и обеспечивает комфортность среды жизнедеятельности. Устанавливается в соответствии с четвертой категорией предприятия по воздействию его на атмосферный воздух (когда суммарная концентрация загрязняющих веществ не превосходит нормативных значений).

Класс безопасности II характеризует такое состояние урбанизированной территории, при котором воздействие автотранспортной инфраструктуры и внедрение биосферосовместимых технологий обеспечивают приемлемый ущерб для окружающей среды, для устранения которого требуются незначительные материальные и временные ресурсы. Устанавливается в соответствии с третьей категорией предприятия по воздействию его на атмосферный воздух (когда суммарная концентрация отдельно взятых загрязняющих веществ превосходит нормативные значения).

Класс безопасности III характеризует такое состояние урбанизированной территории, при котором воздействие автотранспортной инфраструктуры и отсутствие биосферосовместимых технологий обеспечивают значительное техногенное воздействие на окружающую среду и дискомфорт среды жизнедеятельности, на устранение которых потребуются значительные ресурсы, время и внедрение инновационных программ развития. Устанавливается в соответствии со второй категорией предприятия по воздействию его на атмосферный воздух (когда суммарная концентрация практически всех загрязняющих веществ превосходит нормативные значения).

Класс безопасности IV характеризует такое состояние урбанизированной территории, при котором воздействие автотранспортной инфраструктуры и от-

сутствие биосферосовместимых технологий обеспечивают максимальный ущерб для окружающей среды, ее деградацию и регрессивное развитие территории в целом. Устанавливается в соответствии с первой категорией предприятия по воздействию его на атмосферный воздух (когда суммарная концентрация всех загрязняющих веществ или отдельно взятых значительно превосходит нормативные значения). Данный класс безопасности не допустим, территория является зоной экологического риска или зоной чрезвычайной ситуации, требует принятия безотлагательных мер.

С учетом предложенного критерия в зависимости от присвоенного класса экологической безопасности объектам автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства могут быть даны заключения в виде рекомендаций по их экологической реконструкции и возможности на этом основании перевода конкретного объекта в категорию экологически безопасного.

На основе гипотезы о равнозначности территориальной, временной и персональной доступности их человеку разработана методика оценки вклада автотранспортной инфраструктуры в реализацию функций биосферосовмети-мого города. Методика устанавливает вклад конкретных автотранспортных составляющих в реализацию функций биосферосовместимого города и позволяет рассчитать параметры реализуемости и доступности функций городскому населению через эти составляющие (таблица 2).

Согласно предложенной методике, показатель реализации функций биосферосовметимого города с учетом вклада составляющих АТС £ (по аналогии с показателем реализации функций биосферосовместимого города £ при замене слагаемых, характеризующих параметры реализации и доступности функций города по отношению к одному жителю на соответствующие значения в пересчете на одного потребителя услуг АТС) предлагается определять по формуле:

^ГС=1<С=«<С' (6) где £фТС- Ф„-я функция города с учетом вклада АТС; п - количество функций

города, принятых при оценке.

Показатель реализации конкретной Ф„-й функции города с учетом составляющих АТС £атс можно определить по формуле:

4фТС = ЕсЫатРт /ЕС*п«тР*т , (7)

" М / ¡=\

где с,„ - относительное значение /-й составляющей в Ф„-й функции города из расчета на одного потребителя услуг АТС; ат - коэффициент доступности /-й составляющей; рт - коэффициент реализации /-й составляющей; ст - минимально необходимое с точки зрения развития человека в биосферосовместимом городе относительное значение параметра; а*„ - нормируемое (максимально возможное или рациональное) значение коэффициента доступности; р',„ - нормативное (установленное нормами, гарантируемое законодательством и администрацией

поселения, продиктованное рыночными отношениями, рациональное или оптимальное расчетное) значение параметра реализации Д„.

Таблица 2 - Система /-составляющих АТС при реализации Ф„-функций биосферосовместимого города

СОСТАВЛЯЮЩИЕ Ст

Фг. Жизнеобеспечение

Автотранспортные средства (АТС)

Автотранспортные предприятия и предприятия дорожного сервиса (АТГТ)

Автомобильные дороги (АД)

Инженерные сооружения (ИС)

Транспортные услуги и услуги технического сервиса (ТСА)

Ф2: Развлечения и отдых

Автомобильный спорт

Выставки автомобилей | Автопредставления (автошоу)

Фз: Власть

Структуры органов муниципального управления, курирующие автотранспортную

Органы законодательной власти

Государственная инспекция безопасности дорожного движения

Территориальные органы Ростехнадзора,

Роспотребнадзора, Росприроднадзора и др.

Ф/. Милосердие

Льготы на транспортные услуги отдельным категориям граждан Государственные программы помощи отдельным категориям граждан, фонды социальной поддержки Разовые акции государственной власти и субъектов предпринимательства по оказанию льготных транспортных услуг

ФЗнания

Профессиональное образование | Переподготовка кадров и повышение квалификации

Фб'■ Творчество

Проектирование и дизайн автомобилей Тюнинг автомобилей Научное обеспечение автотранспортной отрасли

Фг: Связь с природой

Естественные природные ландшафты, каркасы и зоны рекреации и процессы регенерации и восстановления природной среды с участием социума Потребление природных ресурсов и загрязнение компонентов природной среды

Методика включает также градацию уровней оцениваемых коэффициентов: Д„ — по наличию (в принципе) функций биосферосовместимого города и качественности их реализации, а также ат - по территориальной, временной и персональной их доступности.

В третьей главе приводится анализ результатов экспериментальных исследований состояния автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства (на примере одного из городов, определенного официальными источниками информации как города с благоприятной экологической обстановкой), выявленного в ходе мониторинга по следующим направлениям:

1) оценка негативного воздействия на природную среду от стационарных источников загрязнения - автотранспортных предприятий и предприятий дорожного сервиса; исследование ингредиентных воздействий в составе выбросов производственных зон, участков и рабочих постов в пределах радиуса санитар-

но-защитной зоны и сравнение их с предельно-допустимыми концентрациями поллютантов, содержащихся в атмосферном воздухе;

2) обоснование системы оценочных показателей состояния производственной среды объектов автотранспортной инфраструктуры и оценка этого состояния;

3) оценка состояния социальной среды от непосредственного и опосредованного воздействия автотранспорта для реализации функций биосферосовме-стимого города и соподчиненных им подфункций автотранспортной системы.

При оценке состояния природной составляющей в качестве основных методов контроля и измерений использовались следующие: инструментальный и лабораторный контроль, регистрационный, расчетный, органолептический, а также абсорбционный метод спектрального анализа.

В ходе анализа социальной составляющей использовались: опрос, анкетирование, экспертные оценки и др.

Для оценки состояния производственной среды автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства на примере такой ее составляющей как «Автотранспортные предприятия и предприятия дорожного сервиса» была разработана система оценочных показателей, которая представляет собой иерархию, увязывающую соответствующие функции биосферосовместимого города и подфункции автотранспортной инфраструктуры в единую систему (см. таблицу 2).

Основные группы показателей были выделены в результате структурирования требований действующих национальных стандартов, положений и рекомендаций технических регламентов, а также с учетом анализа рынка транспортных услуг.

Необходимая информация по группам показателей состояния и их параметрам была получена в ходе аудита и нескольких экспертиз, реализованных для объектов автотранспортной инфраструктуры г. Орла. Было обследовано 78 предприятий. Кроме того, в формировании массива информации использованы данные, полученные по результатам инспекционного контроля территориальными органами Роспотребнадзора, Ростехнадзора, Росприроднадзора, сведения о декларировании услуг по техническому обслуживанию и ремонту автомобилей, предоставленные центром сертификации и менеджмента качества ФГУ «Орловский ЦСМ».

Часть показателей состояния, описываемых количественными параметрами, получены регистрационными методами. Другая часть параметров, являясь информацией качественного характера, оценивалась экспертно.

Для упорядочивания массива информации о показателях состояния производственной среды автотранспортных предприятий и выявления их значимости был реализован алгоритм ранжирования, в ходе которого были получены девять групп значимых показателей (Пк, к = 1 ...К, К=9), каждая из которых характеризуется следующими параметрами.

Группа Б - «.Производственно-техническая база (ПТБ)» включает пять значимых параметров Б = {Б\,-,Бг\Бъ\БА\Бь-\: Б; - производственная мощность; Б2 - производственная площадь; Б3 - уровень технической оснащенности эле-

ментами ПТБ; Б4 — уровень физического и морального износа основных фондов; Б; - уровень использования основных фондов.

Группа Г- «Технологии» Т = {г,;Г2;7"3;Г4}: Г; - уровень выполнения рекомендаций и нормативов завода-изготовителя; 7\ - уровень внедрения прогрессивных технологий, ноу-хау, 1Т — технологий; Тз - уровень специализации реализуемых технологий; Т4 - уровень внедрения организационно-производственных структур и структур управления технологическими процессами.

Группа К - «Конкурентоспособность» /<Г = {/¿| ;К2\К3}: К1 - фактическая номенклатура услуг и возможность расширения номенклатуры услуг; К2 - уровень реализации сертификационных требований к услугам; Кз - уровень предоставления гарантий на выполненные работы, в т.ч. и сверх регламентированного законодательством срока.

Группа ТО — «Технологическое и контрольно-диагностическое оборудование, оснастка и инструмент» ТО = {Т01;Т02-,Т03;Т04}: ТО1 - количество технологического оборудования и уровень соответствия его нормативу; Т02 - уровень механизации; ТОз - уровень специализации или универсальности оборудования, его адаптивность; Т04 — уровень внедрения системы технического обслуживания и ремонта технологического оборудования.

Группа 3 — «Запасные части, расходные материалы» 3 = {31;32',33}: 3/ — уровень внедрения системы материально-технического обеспечения; З2 - уровень удовлетворения спроса на запасные части; З3 - уровень реализации системы управления запасами.

Группа П - «Персонал» П = {/7,;/72; Л3;Я4;Я5;}: Я; - численность исполнителей и соответствие ее нормативу; П2 - уровень реализации квалификационных требований к персоналу; П3 - уровень внедрения системы повышения квалификации персонала; П4 — уровень соблюдения технологической и трудовой дисциплины; П5 - уровень стабильности трудового коллектива (текучесть кадров).

ГруппаН — «Нормативно-правовое обеспечение» Н = {Н\-,Н2\Н3): Н1 — уровень обеспечения нормативно-правовой документацией; Н2 — уровень реализации рекомендаций и положений технического регулирования; Н3 - уровень соблюдения требований нормативно-правой базы по всем видам производственной деятельности (защита прав клиентов, работников).

Группа УК — «Управление качеством» УК = {УК];УК2;УК3}: УК/ — уровень внедрения системы управления качеством, в т.ч. планирования и прогнозирования качества; УК2 - уровень стандартизации технологических процессов; УК3 -уровень реализации контроля качества.

Трута КБ — «Комплексная безопасность» КБ = [КБ-,; КБ^; КБ}; КБ±;КБ5; КБ6; КБ1}: КБ) - уровень реализации ресурсосберегающих технологий; КБ? - уровень внедрения очистки воздуха от источников выбросов в атмосферу; КБ3 — уровень внедрения очистных сооружений и оборотного водоснабжения на посту мойки автомобилей; КБ4 - уровень обеспечения санитарно-гигиенических условий труда; КБ5 - уровень обеспечения безопасных условий труда на рабочих местах (выполнения аттестационных требований рабочих мест); КБб — уровень обеспе-

чения пожарной безопасности; КБ? - уровень обеспечения конструктивной безопасности.

В ходе дальнейшей обработки данных принималось допущение о статистической однородности информации и, следовательно, допустимости применения методов математической статистики к оценке состояния производственной среды автотранспортных предприятий и предприятий дорожного сервиса. Для полученных экспериментальных данных определялись: минимальное и максимальное значения, математическое ожидание, дисперсия и среднеквадратическое отклонение. В результате были получены аппроксимированные экспериментальные данные, на основе которых выдвигались гипотезы о законах и функциях распределения случайных величин, строились гистограммы (рисунок 3 поз. а).. .д)).

Оценка состояния производственной среды автотранспортных предприятий была дана и на вероятностной основе. Для этого определялись вероятности реализации каждого фактора в рамках отдельных групп показателей состояния анализируемой системы. Затем полным перебором вариантов сочетания вероятностей различных факторов строились вариационные ряды в виде гистограмм распределения вероятностей их возникновения в пределах конкретной группы показателей (рисунок 3 поз. е)).

5

4 -то „

63-

н

О т

га I -т

1

Б,

б2 -

II

¡щщш

12

16

150

е

5

я

6з

Н

о -2

1

о

Б, ¡ОД»

■ ¿¡га я:

тт

щк ир

б5

1

3 Г)

Д)

а) Б, - производственная мощность; б) Б2 - производственная площадь; в) Б3 - уровень технической оснащенности элементами ПТБ; г) Б4 - уровень физического и морального износа основных фондов; д) Б5 - уровень использования основных фондов; е) вариационный ряд распределения вероятностей параметров Б/.-.Бз

Рисунок 3 - Распределение параметров по группе показателей состояния «Производственно-техническая база» на примере объектов автотранспортной инфраструктуры Советского района г. Орла:

Анализ распределения параметров по группам показателей выявил, что на ряде предприятий ощущается нехватка производственных площадей, наблюдается недостаточное оснащение современным технологическим оборудовани-

ем, существенное отставание нормативно-технологического, законодательного и кадрового обеспечения и, главное, практически полное отсутствие ресурсосберегающих малоотходных технологий. При этом установлена взаимосвязь между отдельными факторами производственной среды и экологической обстановкой города.

Полученные в ходе обследования показатели состояния производственной среды автотранспортных предприятий легли в основу расчета обобщенных показателей реализации функций биосферосовместимого города, выполненного в соответствии с разработанной методикой оценки от вклада составляющих автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства на примере г. Орла. Предварительно были рассчитаны коэффициенты доступности а1л и коэффициенты реализации р2,. Выполненный укрупненный расчет и установленные расчетные значения показателей отражают уровень удовлетворения рациональных потребностей населения в транспортных услугах в зависимости от многочисленных факторов соподчиненных функциям города подфункций автотранспортной системы (рисунок 4).

Результаты исследования наглядно иллюстрируют вклад автотранспортной инфраструктуры и ее составляющих в реализацию функций биосферосовместимого города. Используя предлагаемую систематизацию (таблица 2) и возможность количественной оценки реализуемости функций города, можно оценить качество жизни городского населения и уровень развития человеческого потенциала.

Также в рамках диссертационной работы были выполнены: инвентаризация выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от объектов автотранспортной инфраструктуры и расчет показателя биосферной совместимости урбанизированной территории. Экспериментальные исследования показали, что для большинства (две трети обследуемых) автотранспортных предприятий и предприятий дорожного сервиса значения этого показателя достаточно низкие (менее 0,56), что соответствуют III и IV классам экологической безопасности, и обусловлены значительным техногенным воздействием на окружающую среду ввиду практически полного отсутствия биосферосовместимых технологий и синергетическим эффектом от взаимо-

-- максимально возможное или рациональное значение показателя реализации функций биосферосовместимого города

---- расчетное значение показателя

реализации функций биосферосовместимого города

Рисунок 4 - Диаграмма численного распределения вклада составляющих автотранспортной инфраструктуры в реализацию функций биосферосовместимого города на примере г. Орла

действия сразу нескольких источников в пределах радиуса санитарно-защитной зоны. Небольшая часть (порядка 15 %) предприятий могут быть отнесены к I и II классам экологической безопасности, что дает основание заключить о реализации на этих объектах природоохранных мероприятий и передовых технологических решений.

В целом, по результатам мониторинга состояния городской среды от воздействия автотранспорта, можно сделать следующие выводы. Необходимо расширение спектра качественных и безопасных транспортных услуг для более полного удовлетворения рациональных потребностей населения и реализации всех без исключения функций города и соподчиненных им подфункций автотранспортной системы. Существует потребность в создании инновационных программ развития автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства, направленных на обеспечение экологической безопасности и создание комфортных условий жизнедеятельности, включающих предложения по реконструкции, техническому перевооружению и внедрению биосферосовместимых технологий на конкретных объектах автотранспортной системы.

Четвертая глава посвящена разработке рекомендаций по внедрению биосферосовместимых технологий для обеспечения экологической безопасности автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства и оценки их эффективности.

Основные направления мониторинга городской среды, сформированные с позиции единства биосферы, техносферы и социума, и многокомпонентного представления автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства как природо-социо-технической системы должны ставить своей целью не только учет факторов негативного воздействия, но и противодействия им, а также учет состояния человеческого потенциала на рассматриваемой урбанизированной территории. В этом контексте мониторинг включает в себя следующие обязательные направления контроля качества городской среды: природное и социальное.

Разработанная методика оценки вклада составляющих автотранспортной инфраструктуры в реализацию функций биосферосовместимого города должна стать основой к программам инновационного развития городского хозяйства, в которых в качестве программных мероприятий присутствуют, в первую очередь, мероприятия, способствующие реализации всех без исключения функций города и особенно: «Милосердие» и «Творчество», вклад в реализацию которых в настоящее время со стороны отрасли недостаточен. При этом индикаторами реализации программных мероприятий послужат, с одной стороны, количественная оценка загрязнений, с другой стороны, качество жизни и уровень человеческого потенциала на рассматриваемой урбанизированной территории.

Предложенный критерий экологической безопасности позволяет давать оценку биосферной совместимости урбанизированной территории и степени негативного воздействия объектов автотранспортной инфраструктуры на окружающую среду. Полученные расчетные значения показателя в виде граничных значений могут стать основой для реформирования действующей нормативно-правовой базы, т.к. существующие методы оценки экологической безопасности (с учетом ПДК, ПДВ и т.д.) в отличие от показателя биосферной совместимости территории определяют степень загрязненности рассматриваемых территорий,

но не учитывают синергетического эффекта от нескольких источников загрязнений и возможность биосферы к самовосстановлению. Кроме того, разработанный критерий экологической безопасности может быть положен в основу экологической сертификации, которая проводится в целях обеспечения безопасного осуществления хозяйственной и градостроительной деятельности.

С учетом полученных в диссертационном исследовании результатов составлена классификация объектов автотранспортной инфраструктуры и представлена картографическая информация о расположении этих объектов как градообразующих (рисунок 5). Очевидно, что экологическая ситуация в городе

определяется, в основном, объектами, опасными по своей производственной деятельности для окружающей среды. Сведения о расположении потенциально опасных объектов автотранспортной инфраструктуры могут найти отражение в территориальных нормах градостроительного проектирования и практической деятельности, заинтересованных в решении обозначенных проблем, профессиональных объединений строителей, архитекторов и работников автомобильного транспорта при корректировке генеральных планов и планов экологической реконструкции урбанизированных территорий.

Проведена оценка эффективности предложенных решений. Выполненные экспериментальные исследования и численные расчеты обобщенных показателей реа-

■ і і

і І

„ ІШ " 'г '

ш

\ \ ш

\ ' ' \ \

>

• I класс безопасности □ - II класс безопасности Ьай! - III класс безопасности ■ - IV класс безопасности Рисунок 5 - Схема расположения объектов автотранспортной инфраструктуры Железнодорожного района г. Орла с указанием классов их экологической безопасности лизации функций города и биосферной совместимости урбанизированных территорий показали, что внедрение инновационных программных мероприятий, основанных на применении биосферосовместимых технологий, значительно повышает эффективность предложенных решений в отношении экологической безопасности автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства (коэффициент экологичности при этом увеличивается минимум в 1,5 раза). В целом, внедрение биосферосовместимых технологий будет способствовать созданию комфортной и безопасной городской среды.

В приложения к диссертации включены расчетные значения коэффициентов реализации и доступности составляющих функций биосферосовместимо-го города, копии актов экспертизы предприятий технического сервиса автомобилей, результаты обработки экспериментальных данных обследования производственной среды объектов автотранспортной инфраструктуры г. Орла.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Выполнен анализ методов обеспечения экологической безопасности автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства и основных существующих критериев оценки состояния экосистемы города от источников негативного антропогенного и техногенного воздействия. Показано, что в рамках сложившихся к настоящему времени научных направлений известные результаты не в полной мере отвечают современным вызовам, и решение поставленной задачи лежит в плоскости междисциплинарных исследований.

2. С позиции парадигмы биосферной совместимости дано системное представление и построена модель экологически безопасной автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства как природо-социо-технической системы. Обоснованы основные положения методики мониторинга состояния городской среды от воздействия автотранспорта и предложена функциональная модель мониторинга, позволяющая определить конкретные показатели состояния по каждой из трех составляющих анализируемой структуры.

3. Построен критерий экологической безопасности и разработана методика оценки вклада составляющих автотранспортной инфраструктуры системы жизнеобеспечения городского хозяйства в реализацию функций биосферосовме-стимого города.

4. Сформирована система оценочных показателей состояния и выполнены экспериментальные исследования производственной среды объектов автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства. Для девяти групп показателей состояния установлены теоретические законы распределения параметров производственной среды автотранспортных предприятий как случайных величин, которые могут быть использованы для анализа других аналогичных объектов в структуре городского хозяйства.

5. Численными исследованиями показателя биосферной совместимости урбанизированных территорий автотранспортных предприятий на примере одного из городов, определенного официальными источниками информации как города с благоприятной экологической обстановкой для большинства объектов (две трети обследуемых) установлены достаточно низкие значения этого показателя (менее 0,56). Это обусловлено практически полным отсутствием внедрения биосферосовместимых технологий и синергетическим эффектом от взаимодействия сразу нескольких источников загрязнения и фактически свидетельствует о значительном техногенном воздействии на биосферу региона.

6. В ходе эксперимента определен обобщенный показатель реализации функций биосферосовместимого города от автотранспортной инфраструктуры и ее составляющих. Полученные результаты количественной оценки дают основание заключить о высокой реализации функции «Жизнеобеспечение» (93% от возможного), но низкой реализации таких функций как «Милосердие» (4 % от возможного) и «Творчество» (25 % от возможного). Это свидетельствует о недостаточном вкладе отрасли в развитие городского хозяйства и требует принятия адекватных управленческих решений.

7. На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработаны рекомендации по обеспечению экологической безопасности

автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства и обоснована их эффективность. Рекомендации приняты к внедрению в практике проектных организаций при разработке схем развития транспортной системы г. Орла, реконструкции и технического перевооружения автотранспортных предприятий.

Список публикаций, отражающих результаты работы:

Публикации в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, входящих в Перечень ВАК:

1. Бакаева, Н.В. Оценка вклада транспортной инфраструктуры в реализацию функций биосферосовместимого города [Текст] / Н.В. Бакаева, И.В. Шишкина // Градостроительство, 2012.-№1/17. -С. 51-59. (0,5 п.л./0,25 пл. автора)

2. Шишкина, И.В. Расчет показателя реализации функций биосферосовместимого города от вклада территориальной автотранспортной системы [Текст] / Строительство и реконструкция, 2012. - №1/39. - С. 59-69. (0,62 пл.)

3. Бакаева, Н.В. Методика расчета обобщенных критериев оценки состояния территориальной автотранспортной системы на основе концепции биосферной совместимости [Текст] / Н.В. Бакаева, И.В. Шишкина //Асаскпна. Архитектура и строительство, 2011. - №4. - С. 112-117. (0,31 п.л./0,15 пл. автора)

4. Бакаева, Н.В. Построение системы оценочных показателей и расчет показателя биосферной совместимости территориальной автотранспортной системы [Текст] / Н.В. Бакаева, И.В. Шишкина // Вестник Московского государственного строительного университета (МГСУ), 2011. - № 3, Т 1.- С. 434443. (0,56 пл./ 0,28 пл. автора)

5. Бакаева, Н.В. Методика определения обобщенных критериев оценки состояния территориальной автотранспортной системы с позиции концепции биосферной совместимости [Текст] / Н.В. Бакаева, И.В. Шишкина //Известия Юго-Западного государственного университета, 2011. - № 5(38), Ч 2.- С. 43-48. (0,31 пл./0,15 пл. автора)

Публикации в других научных изданиях:

6. Бакаева, Н.В. Формирование показателей оценки состояния автотранспортной системы города с позиции парадигмы биосферной совместимости [Текст] / Н.В. Бакаева, И.В. Шишкина // Сб. мат. 2-й международной научно-практической конференции «Проблемы инновационного и биосферно-совместимого социально-экономического развития в строительном, жилищно-коммунальном и дорожном комплексах» (г. Брянск, БГИТА, 30 ноября 2010 г.). - Т 2,- С. 276-282. (0,38 п.л./0,16 пл. автора)

7. Бакаева, Н.В. Оценка влияния автотранспортной системы на экологию города с позиции парадигмы биосферной совместимости [Текст] / Н.В. Бакаева, И.В. Шишкина // Сб. мат. научно-технической интернет-конференции «Экология и безопасность в техносфере» (г. Орел, ОрелГТУ, декабрь 2010 г.), 2011. -С. 195-197. (0,18 п.л./0,09 пл. автора)

Подписано к печати 06.04.2012 г. Формат 60x84 1/16. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 68

Отпечатано с готового оригинала - макета на полшрафической базе ФГБОУ ВПО «Госуниверситет - УНПК», 302030, г. Орел, ул. Московская, 65.

61 12-5/3525

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Государственный университет - учебно-научно-производственный

комплекс»

На правах рукописи

Шишкина Ирина Викторовна

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ АВТОТРАНСПОРТНОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА НА ОСНОВЕ БИОСФЕРОСОВМЕСТИМЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

05.23.19 - Экологическая безопасность строительства и городского хозяйства

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: к.т.н., доц. Н.В. Бакаева

Орел-2012

СОДЕРЖАНИЕ

Введение................................................................................ 5

Глава 1 Состояние проблемы и постановка задачи исследования.... 11

1.1 Автотранспортная инфраструктура системы жизнеобеспечения городского хозяйства............................................................................. 11

1.2 Негативное воздействие и загрязнение городской среды от автомобильного транспорта....................................................... 17

1.3 Методы обеспечения экологической безопасности и критерии оценки состояния экосистемы города от источников негативного антропогенного и техногенного воздействия................................. 26

Выводы по главе 1.............................................................. 38

Глава 2 Научные основы обеспечения экологической безопасности автотранспортной инфраструктуры системы жизнеобеспечения городского хозяйства.................................................................. 40

2.1 Исходные предпосылки и гипотезы................................. 40

2.2 Модель экологически безопасной автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства как природо-социо-технической системы.................................................................................... 41

2.3 Функциональная модель мониторинга состояния автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства.............................. 43

2.4 Критерий экологической безопасности урбанизированной территории от воздействия автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства...................................................................... 57

2.5 Методика оценки вклада составляющих автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства в реализацию функций био-сферосовместимого города........................................................ 61

Выводы по главе 2............................................................ 75

Глава 3 Экспериментальные исследования состояния производственной среды объектов автотранспортной инфраструктуры город-

ского хозяйства и анализ полученных результатов........................... 77

3.1 Обоснование системы оценочных показателей состояния и результаты обследования производственной среды автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства......................................... 77

3.2 Оценка вклада составляющих автотранспортной инфраструктуры в реализацию функций биосферосовместимого города........ 87

3.3 Инвентаризация выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников и алгоритм расчета показателя биосферной совместимости территории автотранспортного предприятия................. 98

Выводы по главе 3............................................................ 113

Глава 4 Разработка рекомендаций по обеспечению экологической безопасности автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства и их эффективность...................................................... 115

4.1 Рекомендации и предложения к программам развития по обеспечению экологической безопасности автотранспортной инфраструктуры системы жизнеобеспечения городского хозяйства............. 115

4.2 Оценка эффективности предложенных решений................. 127

Выводы по главе 4............................................................ 130

Основные результаты и выводы по работе.............................. 131

Список использованных источников...................................... 133

Приложение А Расчетные значения коэффициентов реализации

и доступности составляющих функций биосферосовместимого города. 150

Приложение Б Копия акта экспертизы предприятия технического сервиса автомобилей............................................................ 164

Приложение В Расчетные формулы и граничные значения оценочных показателей состояния производственной среды автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства............. .................. 171

Приложение Г Результаты обследования производственной среды предприятий автотранспортной инфраструктуры........................ 179

Приложение Д Результаты статистической обработки экспери-

ментальных данных обследования производственной среды объектов

автотранспортной инфраструктуры.............................................. 187

Приложение Е Значения параметров реализации по группам показателей состояния производственной среды объектов автотранспортной инфраструктуры.......................................................... 200

Приложение Ж Расчетные значения показателя биосферной совместимости и классы экологической безопасности объектов автотранспортной инфраструктуры................................................... 204

Приложение И Акты и справки о внедрении результатов диссертационной работы.................................................................... 208

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. В настоящее время взаимодействие главной производительной силы - биосферы и созданной человеком техносферы имеет глобальные масштабы и формирует ряд приоритетных задач, от решения которых во многом зависит безопасность современных городов.

Проблема повышения экологической безопасности промышленного, гражданского и городского строительства становится все злободневнее и выходит за рамки принятия конкретных инженерно-технических мероприятий и программ, приобретает социально-экономическое звучание и формирует новые стандарты поведения, нормы морали, взаимоотношений человека и природы. Одним из наиболее значимых направлений решения данной проблемы является снижение загрязнения окружающей природной , среды отходами, образующимися от подвижных и стационарных источников объектов транспортного назначения как составной части городского хозяйства. На сегодняшний день автотранспорт и объекты автотранспортной инфраструктуры создают порядка 70...80 % всех отходов и выбросов, а в мегаполисах и крупных городах - все 90 %, превращая их в центры основных экологических проблем. В результате автотранспортного воздействия создается дискомфортное состояние городской экосистемы по показателям атмосферного воздуха, акустической и водной сред, а также ее загрязнение ввиду вибраций, повышенного тепла и других факторов.

Полученные результаты на основе сложившихся к настоящему времени научных направлений не в полной мере отвечают современным вызовам, не дают возможности всесторонне выявить экологические проблемы городского хозяйства, пути их решения и требуют проведения междисциплинарных исследований в этой сфере. Разработка предложений по совершенствованию социально-экономических механизмов обеспечения экологической безопасности в рамках парадигмы биосферной совместимо-

сти позволит не только удовлетворять современным экологическим требованиям, но и обеспечит прогрессивное гармоничное развитие человека в структуре города как неотъемлемой части природы.

С этих позиций развитие научных основ обеспечения экологической безопасности автотранспортной инфраструктуры системы жизнеобеспечения городского хозяйства с использованием биосферосовместимых технологий в рамках данного исследования является актуальным.

Область исследования - критерии экологической безопасности природно-технических систем, формируемых объектами транспортного строительства и системами жизнеобеспечения городского хозяйства.

Объект исследования - автотранспортная инфраструктура системы жизнеобеспечения городского хозяйства, реализующая в современных условиях положения парадигмы биосферной совместимости городов и принципы устойчивого развития регионов.

Цель диссертационной работы - развитие научных основ обеспечения экологической безопасности автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства на принципах биосферосовместимых технологий.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- исследование методов обеспечения экологической безопасности автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства и анализ критериев оценки состояния экосистемы города от источников негативного антропогенного и техногенного воздействия;

- системное представление автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства и обоснование основных направлений мониторинга состояния городской среды от воздействия автотранспорта;

- построение критерия экологической безопасности автотранспортной инфраструктуры системы жизнеобеспечения городского хозяйства и разработка методики оценки вклада ее составляющих в реализацию функций биосферосовместимого города;

- обоснование системы оценочных показателей и экспериментальные исследования производственной среды объектов автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства;

- разработка рекомендаций по обеспечению экологической безопасности автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства и их эффективность.

Методы исследований базируются на развитии экологического мониторинга городской среды по рассматриваемым направлениям, на основных положениях системного анализа и теории моделирования систем, методах теории вероятностей и математической статистики, теории множеств, экспертных оценках, программно-целевом подходе и других методах.

Достоверность и обоснованность результатов диссертационного исследования подтверждается применением современных методов исследования с использованием сертифицированных средств измерения; представительными объемами выборок, воспроизводимостью и согласованностью результатов теоретических и экспериментальных исследований, положительным опытом внедрения и апробации на практике.

Научная новизна заключается в решении задачи обеспечения экологической безопасности автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства, включающей:

- формализованное представление автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства в виде единой природо-социо-технической системы;

- критерий экологической безопасности автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства, базирующийся на показателе биосферной совместимости урбанизированной территории;

- методику оценки вклада составляющих автотранспортной инфраструктуры системы жизнеобеспечения городского хозяйства в реализацию функций биосферосовместимого города;

Практическая значимость полученных результатов:

- теоретические и экспериментальные результаты исследования позволяют создавать методику мониторинга и оценки состояния городской среды от воздействия автотранспортной инфраструктуры одновременно по трем направлениям в соответствии с многокомпонентным ее представлением и разрабатывать программы защиты городской среды от негативного воздействия автомобильного транспорта, программы управления автотранспортной инфраструктурой городского хозяйства, а также могут служить инструментом перспективного инновационного развития регионов в комплексе с социальными, природно-климатическими, экологическими, экономическими и другими факторами и условиями жизнедеятельности.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

- результаты исследования методов обеспечения экологической безопасности автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства и анализа критериев оценки состояния экосистемы города от источников негативного антропогенного и техногенного воздействия;

- модель экологически безопасной автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства как природо-социо-технической системы;

- критерий экологической безопасности и методика оценки вклада составляющих автотранспортной инфраструктуры системы жизнеобеспечения городского хозяйства в реализацию функций биосферосовместимого города;

- система оценочных показателей состояния и результаты экспериментальных исследований производственной среды объектов автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства;

- рекомендации по обеспечению экологической безопасности автотранспортной инфраструктуры городского хозяйства и их эффективность.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на всероссийских и международных конференциях и семинарах различных уровней: научно-практических конференциях «Неделя науки» (г. Орел, ОрелГТУ, ФГБОУ ВПО «Госуниверситет - УНПК», апрель 2010-2012 гг.); VIII Международной научно-практической интернет-конференции «Энерго- и ресурсосбережение - XXI век» (г. Орел, ОрелГТУ, июнь 2010 г.); совместном заседании Ученого Совета по строительным наукам и Бюро отделения градостроительства и архитектуры РААСН на тему «Город биосферно-совместимый и развивающий человека» (г. Москва, РААСН, 3 марта 2010 года); 2-ой международной научно-практической конференции «Проблемы инновационного и биосферно-совместимого социально-экономического развития в строительном, жилищно-коммунальном и дорожном комплексах» (г. Брянск, БГИТА, 30 ноября 2010 г.); научно-технической интернет-конференции «Экология и безопасность в техносфере» (г. Орел, ОрелГТУ, декабрь 2010 г.); заседании круглого стола на тему «Биосферная совместимость городов, развитие и безопасность человека» Общего годичного собрания РААСН (г. Орел, ФГОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК», 24-27 мая 2011 года); III Академических чтениях «Актуальные вопросы строительной физики», посвященных памяти академика Г.Л. Осипова (г. Москва, 5-7 июля 2011 г.); Международной конференции «Биосферно-совместимые технологии в развитии регионов» (г. Курск, ЮЗГУ, 7-8 октября 2011 г.).

Реализация результатов работы. Материалы исследований использовались при выполнении следующих НИР:

- «Разработка концепции устойчивого биосферно-совместимого функционирования объектов системы высшего профессионального образования и целевой программы предупреждений и зашиты от чрезвычайных и кризисных ситуаций» аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2011 годы)», № ГР 01.2.00 901049;

- «Разработка критериев для оценки биосферной совместимости поселений и подготовка предложений по совершенствованию критериев развития человека с позиций архитектурно-градостроительного комплекса», выполняемой за счет средств федерального бюджета в рамках направлений и разделов Программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук на период 2007-2012 гг.;

- «Развитие принципов и создание научных основ повышения экологической безопасности городской среды с позиции биосферной совместимости» государственного задания Минобрнауки России в 2012 г., № 7.1694.2011.

Результаты работы внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВПО «Госуниверситет - УНПК», ЮЗГУ, при разработке концепции развития городской транспортной системы, а также в проектную практику при разработке генеральных планов и проектов экологической реконструкции объектов автотранспортной инфраструктуры в г. Орле.

Публикации. По результатам представленных в работе исследований опубликовано 7 научных трудов, в том числе 5 научных работ, входящих в Перечень периодических изданий, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и общих выводов и рекомендаций. Работа изложена на 212 страницах, из них 149 страниц основного текста, содержит 24 рисунка, 11 таблиц, список использованной литературы из 151 наименования и 8 приложений.

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Автотранспортная инфраструктура системы жизнеобеспечения городского хозяйства

Городское хозяйство - это сложная система, состоящая из комплекса служб, предприятий, инженерных сооружений и сетей, призванных удовлетворять повседневные коммунальные, бытовые и социально-культурные нужды жителей городов. К городскому хозяйству относятся жилищное и коммунальное хозяйства, предприятия и организации бытового обслуживания населения, городского транспорта, связи, торговли и общественного питания, а также соответствующие службы, сооружения, учреждения просвещения, здравоохранения, культуры, социального обеспечения и т. д.

Транспортная система города входит в общую систему жизнеобеспечения урбанизированных территорий и имеет инфраструктурное значение. Наряду с системами энергоснабжения, теплоснабжения, водоснабжения, водоотведения города транспортная система создает необходимые условия для эффективной работы всех отраслей экономики [1].

Транспортная система города включает совокупность подсистем и их структурные элементы, обеспечивающих транспортное сообщение в границах города и агломераций (рисунок 1.1) [2].

Транспорт, наряду с другими инфраструктурными отраслями городского хозяйства, обеспечивает базовые условия жизнедеятельности общества, являясь важным инструментом достижения социальных, экономических, внешнеполитических целей [3]. Тра�