XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Исследование влияния автомобильного транспорта на состояние окружающей среды придорожных территорий на примере автодороги с.Ильинское – в/ч Ильинская
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение.
Проблема охраны окружающей среды является одной из наиболее актуальных, поскольку от ее решения зависит жизнь на Земле, здоровье и благосостояние человека. Эта проблема обострилась в XX в., когда интенсивное развитие промышленности и транспорта, а также несовершенство технологических процессов привели к загрязнению атмосферы, воды и почвы. Ежегодно мировое хозяйство выбрасывает в атмосферу 350 млн. т окиси углерода, более 50 млн. т различных углеводородов, 150 млн. т двуокиси серы. В атмосфере накапливается углекислый газ, уменьшается количество кислорода.
Современный мир невозможно представить без автомобиля. С давних времен автомобиль является средством передвижения людей и перевозке грузов и так далее. Помимо основных плюсов использования автомобиля, его существование оказывает существенную роль на состояние окружающей среды. В последние годы транспортные загрязнения составляют около 40% от общих выбросов. Бензин, израсходованный на приведение в действие двигателей внутреннего сгорания, никуда не исчезает. Отдавая заключенную в нем энергию химических связей, он разлагается на более простые вещества: оксиды углерода, сажу, углеводороды и т.д. Наибольшее количество загрязняющих атмосферу веществ выбрасывается с выхлопными газами автомобилей. С ними ежегодно в воздух попадает 250 тыс. т. свинца. Тем самым нанося существенный вред атмосфере, поглощая столь необходимый для жизни кислород, автомобиль интенсивно «обогащает» воздушную среду токсичными компонентами, наносящими вред всему живому и неживому. При интенсивной урбанизации и росте мегаполисов автомобильный транспорт стал самым неблагоприятным экологическим фактором в охране здоровья человека и природной среды в городе. Таким образом, автомобиль становится конкурентом человека за жизненное пространство. [1]
Целью данной исследовательской работы являлось изучение влияния автомобильного транспорта на состояние окружающей среды. На основе чего были поставлены задачи:
- собрать и проанализировать имеющиеся литературные данные по данной теме;
- рассчитать пропускную способность исследуемого участка автодороги;
- обработать полученные данные и сделать оценку состояния окружающей среды, данной территории;
- рассмотреть варианты улучшения качества среды.
Проблема состава атмосферного воздуха и его загрязнения от выбросов автотранспорта становится все более актуальной. Это можно проследить на примере Москвы и Московской области. В 1982 году вклад автотранспортных средств в суммарное загрязнение атмосферы составлял 69%, в 1990 году- 74,6%, наконец, в 1993 году – 79,6%. [2]
Глава 1. Загрязнение окружающей среды автомобильным транспортом.
Загрязнение атмосферы
Современная жизнь человека невозможна без использования самых разнообразных машин, облегчающих его жизнь. С помощью машин человек обрабатывает землю, добывает нефть, руду, прочие полезные ископаемые, передвигается и т.д. Основным свойством машин является их способность совершать работу.
Основной вклад в загрязнение атмосферы вносят автомобили, работающие на бензине, затем самолеты, автомобили с дизельными двигателями, тракторы и другие сельскохозяйственные машины, железнодорожный и водный транспорт (рис.1).
Рис. 1. Загрязнение окружающей среды различными видами транспортных средств.
К основным загрязняющим атмосферу веществам, которые выбрасывают подвижные источники относятся: оксид углерода, углеводороды и оксиды азота, оксиды серы, сажа и прочие продукты сгорания топлива (рис.2).
Оксид углерода (СО) и оксиды азота поступают в атмосферу только с выхлопными газами, тогда как не полностью сгоревшие углеводороды поступают как вместе с выхлопными газами (что составляет примерно 60% от общей массы выбрасываемых углеводородов), так и из картера (около 20%), топливного бака (около 10%) и карбюратора (примерно 10%); твердые примеси поступают в основном с выхлопными газами (90%) и из картера (10%).
Рис. 2. Загрязняющие вещества в выхлопных газах автомобилей.
С точки зрения наносимого экологического ущерба, автотранспорт лидирует во всех видах негативного воздействия: загрязнение воздуха - 95%, шум - 49,5%, воздействие на климат - 68%.
Загрязнение литосферы.
Почва, как компонент природного комплекса, чрезвычайно чувствителен к загрязнению тяжелыми металлами. По опасности воздействия на живые организмы тяжелые металлы после пестицидов стоят на втором месте.
С ростом числа автомобилей уменьшается площадь, занятая растительностью, которая дает кислород и очищает атмосферу от пыли и газа, все больше места занимают площадки для парковок, гаражи и автомобильные дороги. На свалках скапливаются изношенные шины, ржавые корпуса. Впрочем, старые кузова автомобилей можно увидеть и во дворах и на пустырях. Автомобили активно загрязняют почву. Одна тонна бензина, сгорая, выделяет 500-800 кг. вредных веществ. Если двигатель машины работает на бензине, с добавлением свинца, то они загрязняют почву этим тяжелым металлом вдоль дороги в полосе шириной 50-100 м, а если дорога идет вверх, и двигатель работает с нагрузкой, и загрязненная полоса имеет ширину до 400 м! Свинец, загрязняющий почву, накапливается растениями, которыми питаются животные. С молоком и мясом металл попадает в организм человека и может стать причиной тяжелых болезней [3].
Антропогенная нагрузка при техногенной интенсификации производства вызывает загрязнение почв. Основными загрязнителями являются - тяжелые металлы, пестициды, нефтепродукты, токсичные вещества.
Тяжелые металлы - это металлы, обуславливающие загрязнения почв по химическим показателям - свинец, цинк, кадмий, медь; они поступают в атмосферу, а затем в почву. Тяжелые металлы попадают на поверхность почвы, и их дальнейшая судьба зависит от химических и физических свойств. К почвенным факторам, значительно влияющим являются: гранулометрический состав почвы, реакция почвы, содержание органического вещества, катионообменная способность.
Увеличение концентрации ионов водорода в почвенном растворе приводило к переходу слабо растворимых солей свинца в более растворимые соли. При подкислении уменьшается устойчивость свинцово-гумусовых комплексов. Значение рН - буферного раствора - один из наиболее важных параметров, определяющий величину сорбции ионов тяжелых металлов в почве. При увеличении рН увеличивается растворимость большинства тяжелых металлов и, следовательно, их мобильность в системе твердая фаза почва - раствор, исследуя подвижность кадмия в аэробных почвенных условиях, установили, что в интервале рН 4-6 подвижность кадмия определяется ионной силой раствора, при рН более 6 ведущее значение приобретает сорбция окислами марганца. Наиболее подвижная и доступная для растений часть соединений тяжелых металлов в почве - это их содержание в почвенном растворе. Количество поступивших в почвенный раствор ионов металлов определяет токсичность элемента в почве. Состояние равновесия в системе твердая фаза - раствор определяет сорбционные процессы, характер и направление зависит от состава и свойств почв. При известковании уменьшается подвижность в почве тяжелых металлов и поступление их в растения. Под предельно допустимой концентрацией (ПДК) тяжелых металлов следует понимать такие их концентрации, которые при длительном воздействии на почву и произрастании на ней растений не вызывает каких-либо патологических изменений или аномалий в ходе биологических почвенных процессов, а так же не приводит к накоплению токсичных элементов в сельскохозяйственных культурах. Концентрации тяжелых металлов в почвах год от года увеличивается. Что заставляет обратить существенное внимание на проблему загрязнения литосферы, в том числе и автомобильным транспортом [4].
Помимо загрязнение тяжелыми металлами почв, немаловажное значение автомобильный транспорт оказывает на общее содержание частиц пыли в атмосфере. Запыление связано с поступлением в атмосферу мелкодисперсных частиц жидких и твердых веществ. Эти частицы образуют достаточно устойчивые аэрозоли, оказывающее вредное воздействие на организмы.
Загрязнение гидросферы.
Помимо атмосферы автомобильный транспорт оказывает негативное воздействие и на гидросферу. Загрязнение вод транспортными отходами проявляется в изменении физических и органолептических свойств (нарушение прозрачности, окраски, запахов, вкуса), увеличении содержания сульфатов, хлоридов, нитратов, токсичных тяжелых металлов, сокращении растворенного в воде кислорода воздуха, появлении радиоактивных элементов. Установлено, что более 400 видов веществ, выделяемых при работе автотранспорта, могут вызвать загрязнение вод. В случае превышения допустимой нормы хотя бы по одному из трех показателей вредности: санитарно-токсикологическому, общесанитарному или органолептическому, вода считается загрязненной. Интенсивное загрязнение гидросферы автотранспортом происходит вследствие следующих факторов. Одним из них является отсутствие гаражей для тысяч индивидуальных автомобилей, хранящихся на открытых площадках, во дворах жилых застроек. Положение усугубляется ещё и тем, что сеть ремонтных служб для автомобилей личного пользования недостаточно развита. Это вынуждает их владельцев производить ремонт и техническое обслуживание своими силами, что они и делают, конечно, без учёта экологических последствий. Примером могут служить частные мойки или несанкционированные площадки для мойки автомобилей: из-за отсутствия моечных пунктов эту операцию зачастую выполняют на берегу реки, озера или пруда. Между тем автолюбители всё в больших объёмах пользуются синтетическими моющими средствами, которые представляют определённую опасность для водоёмов.[1]
Шумовое загрязнение.
Наряду с химическими продуктами сжигания автомобильного топлива, значительную роль оказывает звуковое воздействие автомобиля на среду. Одним из основных источников постоянного шума является именно автомобиль, который является источником искусственного шумового фона города, как правило, отрицательно воздействующего на человека. В наши дни шум стал одним из наиболее опасных факторов, наносящих вред окружающей среде [5]. В крупных городах свыше 60 % жителей жалуются на чрезмерный шум или шумовое загрязнение. Единицей измерения громкости является Бел (по имени изобретателя телефона А. Бела (1847— 1922)). Громкость же измеряется в децибелах (степень звукового давления): 1 дБ = 0,1 Б (Бел). Шум автотранспортного потока зависит от шума, создаваемого одиночным автомобилем; состава автотранспортного потока (автомобилей различного типа в потоке); интенсивности движения автомобилей; режима движения автомобилей (скорость, ускорение, замедление, равномерное движение); технического состояния автомобилей; характера и состояния дорожного покрытия; рельефа местности; атмосферных условий [6].Шум, возникающий на проезжей части магистрали, распространяется не только на примагистральную территорию, но и вглубь жилой застройки. Так, в зоне наиболее сильного воздействия шума находятся части кварталов и микрорайонов, расположенных вдоль магистралей общегородского значения (эквивалентные уровни шума от 67,4 до 76,8 дБ) [7]. Уровни шума, замеренные в жилых комнатах при открытых окнах, ориентированных на указанные магистрали, всего на 10-15 дБ ниже.
Глава 2. Методика исследования.
Чтобы оценить вклад автомобиля в загрязнение окружающей среды нами была рассчитана пропускная способность выбранного участка автодороги.
Под пропускной способностью дороги Рa понимают максимально возможное число транспортных средств, которое может пройти через сечения дороги за единицу времени.
При оценке максимально возможного числа автомобилей необходимо предусмотреть условия безопасного движения. Эти условия зависят главным образом от дистанции между движущимися автомобилями, но определенное влияние оказывают и другие факторы. При анализе пропускной способности необходимо учитывать уровень обслуживания, предоставляемый пользователям дороги.
Под уровнем обслуживания подразумевается качественная характеристика, которая отражает такие совокупные факторы, как скорость движения, время поездки, свободу маневрирования, безопасность и удобство управления автомобилем.
Все эти качественные показатели измеряются как отношение интенсивности движения на автомобильной дороге (количество автомобилей) к определенному промежутку времени.
Ра =
Ра - пропускная способность дороги.
N– количество автомобилей
t– отрезок времени
Для обеспечения бесперебойного движения необходим резерв пропускной способности, поэтому принято считать допустимым значение z≤ 0,85. Если значение коэффициента загрузки выше, данный участок следует считать перегруженным.
Пропускную способность дороги можно определить:
- расчетным путем, используя математические модели транспортного потока и эмпирические формулы, основанные на обобщении исследовательских данных;
- на основании натурных исследований на действующих дорогах и в сложившихся условиях дорожного движения. Эти данные имеют особенно большое практическое значение, так как позволяют реально оценить пропускную способность дороги при обеспечении определенного уровня скорости и безопасности движения.
Пропускная способность дороги определяется плотностью транспортного потока (числом транспортных средств на одну полосу, на 1 км дороги или временным интервалом между транспортными средствами) и скоростью его движения.
Наиболее сложная ситуация складывается при необходимости оценки пропускной способности не отдельного участка дороги, а дорожной сети.[5]
Глава 3. Анализ полученных данных. Расчет пропускной способности выбранного участка автодороги.
Объектом нашего исследования слала автомобильная дорога, соединяющая село Ильинское Домодедовского района Московской области с Ильинской воинской частью (рис.3).
Рис. 3. Участок автодороги: с. Ильинское – в/ч Ильинская (снимок из космоса).
В ходе исследования проведен подсчет количества автомобилей, прошедших данный участок, т.е. рассчитана пропускная способность данного участка автодороги (таб. 1).
Таблица 1. Экспериментально рассчитанная пропускная способность выбранного участка автодороги.
|
Пропускная способность |
||||||||
|
Дни недели Автотранспорт |
пн |
вт |
ср |
чт |
пт |
сб |
вс |
Среднее количество автомобилей в час за неделю |
|
Количество автомобилей в час (шт) |
||||||||
|
Легковой автомобиль |
100 |
97 |
86 |
90 |
104 |
74 |
68 |
88 |
|
Грузовой автомобиль |
64 |
60 |
75 |
66 |
70 |
53 |
40 |
61 |
|
Автобус |
40 |
39 |
42 |
40 |
40 |
40 |
41 |
40 |
Экологический урон окружающей среде от дизельного двигателя и бензинового существенно различается. На основании этого, при анализе полученных данных, особое внимание уделялось типу двигателя того или иного автомобиля (рис.4).
Рис. 4. Доля автомобильного транспорта с разным двигателем внутреннего сгорания.
На момент исследования оценка состояния окружающей среды, исследуемой придорожной территории, показала удовлетворительный результат.
Рассмотрены варианты изменения сложившейся экологической ситуации в сторону положительной динамики. К ним относится: контроль за качеством атмосферного воздуха; внедрение безотходных и малоотходных производств; внедрение газоочистных и пылеулавливающих установок на промышленных предприятиях; уменьшение вредных выбросов автотранспорта в атмосферу; организация пешеходных зон с полным запретом въезда транспорта.
Заключение
Приоритетными направлениями снижения загрязнения окружающей среды автомобильным транспортом являются:
Применение новых видов автотранспорта, минимально загрязняющих окружающую среду (например, электромобили). Оценки показывают, что в 2025 году электромобили могут составить 15% от общего числа автомобилей мира.
Рациональная организация и управление транспортными потоками.
Использование более качественных или экологически чистых видов топлива (например, газ).
Применение совершенных систем - катализаторов топлива и систем шумоглушения - глушителей шума. В последнее время широкое распространение получила идея использования чистого водорода в качестве альтернативного топлива.
Перевод автомобилей на дизельные двигатели. В топливе для дизельных двигателей нет свинцовых присадок, а выброс таких вредных веществ, как окись углерода и углеводорода, на 50-90% ниже.
Экономические инициативы по управлению автомобильным парком и движением - налог на автомобили, топливо, дороги, инициативы по обновлению автомобилей.
Создание бессточной системы водоснабжения на участках, используемых для мытья автомобилей, а также строительство локальных очистных сооружений с последующим разбавлением остаточного количества загрязняющих веществ - для снижения загрязнения поверхностных вод открытых водоемов.
Работы по этим направлениям ведутся во всем мире и дают определенные результаты. Автомобили, выпускаемые в настоящее время в промышленно развитых странах, выбрасывают вредных веществ в 10—15 раз меньше, чем 10—15 лет тому назад. Во всех развитых странах происходит ужесточение нормативов на вредные выбросы при работе двигателя. В 2000 г. введены более строгие нормы. Происходит не только количественное ужесточение норм, но и их качественное изменение. Постоянно расширяется список веществ, содержание которых должно находиться под контролем [1].
Сегодня экологический ущерб от автотранспорта огромен и проявляется непосредственно во многих явлениях: загрязнение почвы, воды, атмосферы, автотранспорт создает шумовые и энергетические загрязнения. Все это ведет к значительному ухудшению здоровья и сокращению жизни населения. Из своей работы был сделан вывод, что с изобретением тепловых двигателей власть человека над природой увеличилась. Но человек - часть природы, поэтому, чтобы жить на Земле без страха за своё будущее, за своё здоровье, любоваться красотами природы, нужно беречь наш дом, иначе можно погибнуть.
В наше время люди, принимающие ответственные технические решения, должны владеть основами естественных наук, быть экологически грамотными, осознавать свою ответственность за действия и понимать, какой вред они могут принести природе. Автомобиль в жизни и деятельности современной цивилизации просто необходим. Но всякие недоработки научно-технического прогресса необходимо устранять своевременно с той целью, чтобы сохранить в чистоте окружающую среду. Человек должен понять, что жизнь на Земле зависит от его отношения к природе, от гармонии между ними [2].
Таким образом, решение проблемы загрязнения окружающей среды – сложная задача требующая большого внимания, существенных средств и непосредственного проведения целого ряда комплексных мероприятий.
Литература
В. В. Амбарцумян, В. Б. Носов, В. И. Тагасов. Экологическая безопасность автомобильного транспорта. – М.: ООО Издательство «Научтехлитиздат», 1999.
Куров Б.М. Как уменьшить загрязнение окружающей среды автотранспортом? // Россия в окружающем мире. - Аналитический ежегодник. 2000 г.
Г.П.Беспамятов, Ю.А.Кротов Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде. - Л.: Химия, 1987.
Т.А.Соколова, Т.Я. Дронова Изменение почв под влиянием кислотных выпадении,-М.: МГУ,1993.
Аксенов И.Я., Аксенов В.И. Транспорт и охрана окружающей среды. М.: Транспорт, 1986. 176 с.
Борьба с шумом в городах / В.Н. Белоусов, Б.Г. Прутков, А.П. Шицкова и др. М.: Стройиздат, 1987. 248 с.
Федеральный закон от 4 мая 1999 г. № 96-ФЗ «Об охране атмосферного воздуха» (ред. от 27.12.2009 №374-ФЗ).