Влияние автотранспорта на состояние приземного слоя атмосферы в г. Уральске

В статье приведены данные по анализу приземного слоя атмосферы в точках с наиболее интенсивным транспортным движением города Уральска. Дан анализ атмосферного воздуха на выбранных транспортных развязках города на содержание следующих загрязняющих веществ (ЗВ): оксид углеро­да (II) (СО), углеводороды (С1-С5) и оксиды азота. Измерения проводились в разное время суток с це­лью выявления часов наибольшего загрязнения атмосферы. Выявлена зависимость концентрации ЗВ от плотности транспортного движения. Показано, что наиболее высокое содержание всех загрязняю­щих веществ во всех точках наблюдения приходится на утренние (8:00) и вечерние (18:00) часы — это время часа «пик», когда наблюдается наибольшая загруженность дорог автотранспортом.

В последние десятилетия, в связи с увеличением количества автомобильного транспорта на дорогах городов, существенно обострились проблемы воздействия его на окружающую среду. Авто­мобили сжигают огромное количество нефтепродуктов, нанося одновременно ощутимый вред окру­жающей среде, главным образом атмосфере. Поскольку основная масса автомобилей сконцентриро­вана в крупных городах, воздух в них не только обедняется кислородом, но и загрязняется вредными компонентами отработанных газов. Основными источниками загрязнения воздушного бассейна при эксплуатации автотранспорта являются двигатели внутреннего сгорания, которые выбрасывают в ат­мосферу отработавшие газы и топливные испарения. В отработавших газах обнаружено около 280 компонентов — продукты полного и неполного сгорания нефтяных топлив, а также неорганические соединения, присутствующие в топливе [1].

К основным нормируемым веществам, загрязняющим атмосферный воздух из подвижных ис­точников, относятся оксид углерода (II), углеводороды и оксиды азота [2].

Оксид углерода (II) (угарный газ, CO) — бесцветный ядовитый газ без вкуса и запаха, вследст­вие чего очень опасен, вызывает отравление и даже смерть. Монооксид углерода вдыхается вместе с воздухом и поступает в кровь, где конкурирует с кислородом за молекулы гемоглобина. Поступление СО из легких в кровь обусловлено концентрацией этого газа во вдыхаемом воздухе и длительностью ингаляции. Оксид азота (II) (NO) — сильный яд, оказывающий влияние на центральную нервную систему, а также вызывающий поражение крови за счёт связывания гемоглобина.

Особо опасной составляющей отработавших газов являются канцерогенные углеводороды, об­наруживаемые, прежде всего, на перекрёстках у светофоров. Углеводороды токсичны и оказывают неблагоприятное воздействие на сердечно-сосудистую систему человека. Углеводороды под дейст­вием ультрафиолетового излучения солнца вступают в реакцию с оксидами азота, в результате обра­зуются новые токсичные продукты — фотооксиданты, являющиеся основой «смога».

Оксид углерода и оксиды азота поступают в атмосферу только с выхлопными газами, тогда как не полностью сгоревшие углеводороды — как вместе с выхлопными газами, так и из картера топлив­ного бака и карбюратора. Твердые примеси поступают в основном с выхлопными газами [3].

Наибольшее количество загрязняющих веществ (ЗВ) выбрасывается при разгоне автомобиля, особенно при быстром разгоне, а также при движении с малой скоростью. Относительная доля угле­водородов и оксида углерода наиболее высока при торможении и на холостом ходу, а доля оксидов азота — при разгоне. Из этих данных следует, что автомобили особенно сильно загрязняют воздуш­ную среду при частых остановках и при движении с малой скоростью, что характерно для городского маршрутного транспорта [4].

Актуальность исследования влияния автотранспорта на состояние приземного слоя атмосферы обусловлена возрастающим количеством автомобильного транспорта, необходимостью определения его воздействия на качество городской среды и здоровье населения и принятия мер по предотвраще­нию возможного негативного воздействия.

Целью данного исследования явилось изучение состояния приземного слоя атмосферы города Уральска в точках с интенсивным движением автотранспорта, в зависимости от времени суток.

Анализ литературы показал, что данных по загрязнению окружающей среды автомобильным транспортом в Казахстане, особенно в г. Уральске, недостаточно. По данным Информационного бюллетеня о состоянии окружающей среды Республики Казахстан (выпуск № 1, 2011 г.), наблюдения за состоянием атмосферного воздуха в городе проводились на одном наземном автоматическом посту (в центральной части города на пересечении улиц Мухита и Д.Нурпеисовой, район рынка «Мир-лан») [5]. Пост обеспечивает автоматическое измерение некоторых компонентов приземного слоя атмосферы. Данные измерения автоматического поста приведены в таблице 1.

Как видно из данных таблицы 1, для всех определяемых загрязняющих веществ наблюдается не­которое превышение норм по максимальной разовой концентрации. Это может быть связано с особой интенсивностью транспортного движения в данной точке наблюдения. В данном районе находится центральный рынок, вблизи которого расположено большое количество автостоянок и наблюдается скопление автомобилей на близлежащих дорогах, что и является, по-видимому, причиной превыше­ния максимально разовых концентраций ЗВ в приземном слое атмосферы.

Однако в Информационном бюллетене о состоянии окружающей среды РК отсутствуют данные по анализу воздуха в других точках г. Уральска, в частности, на основных транспортных развязках города, из-за чего данные бюллетеня выглядят неполными.

В данной работе в качестве районов исследований рассматривались части города с наиболее ин­тенсивным транспортным движением. Таким образом, для проведения исследований были выбраны следующие точки наблюдения:

• точка № 1 — угол ул. Шолохова-Есенжанова;
• точка № 2 — угол ул. Достык-Евразия;
• точка № 3 — угол ул. Мухита-Нариманова.

Точки наблюдения и время проведения замеров были дополнительно согласованы с Отделом до­рожной полиции УВД г. Уральска. Расположение выбранных точек наблюдения указано на карте-схеме г. Уральска (рис. 1).

Как видно из рисунка 1, точка наблюдения № 1 находится в удалении от центра города. Это объездное кольцо, где пересекаются две большие улицы, соединяющие центр (Есенжанова) и микрорайоны (Шолохова). Кроме того, в данном районе находятся приборостроительный завод, нефтебаза и большинство промышленных объектов.

Точка наблюдения № 2 находится в центре города, на пересечении двух главных улиц — Достык и Евразия, которые образуют большой перекресток с активным транспортным движением. В данном районе находится много административных и государственных учреждений.

Точка наблюдения № 3 является также оживленным районом города с большой плотностью транспортного движения. На данном пересечении улиц Мухита и Нариманова находится много государственных учреждений, банков, образовательных учреждений, офисов.

Приземный слой атмосферы исследовался на содержание углеводородов (С₁-С₅), оксида углеро­да (СО) и диоксида азота (NO₂). Содержание загрязняющих веществ определялось с помощью пове­ренного и внесенного в реестр СИ РК прибора газоанализатора ГАНК-4 (Россия). Этот прибор позво­ляет проводить множественные измерения в течение 15-20 минут (в зависимости от типа датчика и кассеты), с последующим усреднением результатов измерений. Предел допускаемой основной по­грешности прибора составляет не более ±20 %, а предел допускаемой дополнительной погрешности, обусловленной влиянием температуры, давления и неизмеряемых примесей, от основной погреш­ности составляет не более 0,6 %.

Измерения проводились в разное время суток с целью выявления часов наибольшего загрязне­ния атмосферы. Измерения повторялись с периодичностью в 1 неделю в течение февраля 2011 г. В статье представлены данные максимальной разовой концентрации ЗВ в определенное время суток в данной точке исследований за февраль 2011 г. Полученные результаты сравнивались с существую­щими нормами ЗВ в атмосферном воздухе [5]. Результаты исследования представлены в таблице 2.

Анализ данных таблицы 2 показывает, что во всех точках исследований максимальные значения углеводородов наблюдаются в утренние (8:00) и вечерние (18:00) часы. Содержание СО (II) также достигает максимума в вечерние часы — 18:00, минимальное же значение этого показателя прихо­дится на дневные часы — 16:00 и 13:00. Аналогичная тенденция наблюдается и для диоксида азота (NO₂), концентрации которого сравнительно малы. Однако максимальная концентрация этого показа­теля в точке № 2 в дневное время (13:00). Эта точка наблюдения (угол улиц Достык-Евразия) харак­теризуется наибольшими концентрациями не только диоксида азота, но и всех изучаемых загряз­няющих веществ. Концентрация ЗВ на этом оживленном перекрестке, хоть и не превышает ПДК, од­нако сохраняется на определенном уровне в течение всего дня.

Наглядно данные таблицы 2 показаны на рисунках 2-4.

Из рисунка 2 видно, что наиболее высокое содержание углеводородов во всех точках наблюда­ется в утреннее (от 4,7 до 18,2 мг/м³) и вечернее (от 4,9 до 19,3 мг/м³) время. Повышенное содержа­ние углеводородов наблюдается в точке № 2, которая является одним из самых оживленных перекре­стков города.

На рисунке 3 изображено распределение монооксида углерода в приземном слое атмосферы по времени суток. Этот рисунок наглядно демонстрирует повышенное содержание оксида углерода (II) во всех трех точках наблюдений в вечернее время. Концентрации СО в вечерние часы колеблются от 0,30 мг/м³ до 0,35 мг/м³. В утренние часы концентрации данного показателя также велики. Более низ­кое содержание этого показателя в приземном слое атмосферы наблюдается в дневные часы (13:00 и 16:00).

На рисунке 4 показано распределение концентраций диоксида азота в приземном слое атмосфе­ры всех точек исследований. Как видно из рисунка, содержание этого компонента в атмосфере вели­ко не только в вечерние и утренние часы. Так, в точке № 2 наблюдается повышенное содержание данного газа и в дневные часы — в 13:00 и 16:00. 

Таким образом, в данной работе приведены результаты исследований приземного слоя атмосфе­ры в трех точках г. Уральска с активным транспортным движением в зимнее время 2011 г. Ис­следование на содержание таких загрязняющих веществ, как углеводороды (С1-С5), оксид углеро­да (II) (СО) и диоксид азота (NO2) показало, что наиболее высокое содержание всех загрязняющих веществ во всех точках наблюдения приходится на утренние (8:00) и вечерние (18:00) часы. Это вре­мя часа «пик», т.е. часы, когда наблюдается наибольшая загруженность дорог автотранспортом. По­казано, что из трех исследованных точек наиболее загрязненной является точка № 2, которая нахо­дится в центре города на пересечении двух главных улиц — Достык и Евразия, которые образуют большой перекресток с активным транспортным движением. В данном районе находится много административных и государственных учреждений. В данной точке наблюдения зафиксировали наибольшие концентрации практически всех исследованных загрязнителей. Концентрации же диоксида азота велики в данной точке не только в часы «пик», но и в дневные часы.

Как видно из проведенных исследований, концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе различны в разных районах города и, по всей видимости, существенно зависят от активности транспортного потока. Свидетельством этому является повышенное содержание загрязняющих веществ в точке № 2, а также данные наземного автоматического поста в районе центрального рынка города, вокруг которого расположено большое количество автостоянок и наблюдается скопление ав­томобилей на близлежащих дорогах, что и является причиной превышения максимально разовых концентраций загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы.

Проведенные в зимний период 2011 г. исследования не выявили превышений ПДК по конентрации загрязняющих веществ в атмосфере. Однако исследования в течение месяца показали, что измеренные концентрации загрязняющих веществ не уменьшаются с течением времени, т.е. в атмосфере исследованных районов города постоянно имеются углеводороды, моноокисид углерода и диоксид азота, присутствие которых, пусть даже в небольших количествах, уже представляет опасность для здоровья населения. Город Уральск не является крупным промышленным центром и мегаполисом с огромными транспортными потоками, однако и здесь наблюдается явное влияние ав­тотранспорта, число которого стремительно растет, на состояние приземного слоя атмосферы, того самого слоя, в котором происходит жизнедеятельность населения города. Поэтому для получения наиболее полной и достоверной информации о состоянии приземного слоя атмосферы на транспорт­ных развязках г. Уральска авторы считают необходимым продолжать исследования, включая весен­ние, летние и осенние периоды года, где в связи с повышенными температурами воздуха можно ожи­дать более высоких концентраций загрязняющих веществ в воздухе. 

Список литературы

1. Санитарно-эпидемиологические правила и нормы: «Санитарно-эпидемиологические требования к атмосферному воздуху». — 2004. — 18 авг. — № 629.
2.  Орлов Д.С., Садовникова Л.К., Лозановская И.Н. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении. — 2-е изд. — М.: Высш. шк., 2002. — 334 с.
3. АстафьеваЛ.С. Экологическая химия. — М.: Академия, 2006. — 224 с.
4. ГеоргиевВ.Н. Загрязнение атмосферы автомобильным транспортом. — СПб., 20 — 149 с.
5.  Информационный бюллетень о состоянии окружающей среды Республики Казахстан. Министерство охраны окру­жающей среды РК. РГП «Казгидромет». — 2011. — Вып. № 1. — 140 с.