Введение
Расширение хозяйственной деятельности человека неизбежно связано с освоением горных и предгорных территорий. Эффективность этого освоения в значительной мере определяется рациональностью мероприятий по обеспечению экологической безопасности.
Республика Северная Осетия-Алания занимает площадь в 7987 км2, свыше 50 % территории занято горными массивами. Несмотря на это, республика экономически развитая, основные отрасли народного хозяйства -сельское хозяйство, перерабатывающая промышленность, цветная металлургия, промышленное и гражданское строительство, машиностроение и металлообработка, лесная и деревообрабатывающая промышленность, химическая и нефтехимическая промышленность.
Ни одна отрасль народного хозяйства не может нормально функционировать без транспортной системы автомобильных дорог и автомобильного транспорта.
Анализируя данные исследований, определено, что основная масса грузоперевозок осуществляется очень тяжелым автотранспортом (грузоподъемностью свыше 8 т). Следовательно, грузовой транспорт вносит основной вклад в разрушение окружающей среды горных территорий.
Среди антропогенных источников загрязнения на урбанизированных территориях транспорт занимает в РСО-А второе место после
промышленности поставляя в природную среду огромные массы пыли, сажи, отработавших газов, масел, тяжелых металлов и сотен других веществ, значительная часть которых относится к токсикантам.
Итак, источником воздействия на окружающую природную среду является тандем: автомобильный транспорт — автомобильная дорога, а также технологические процессы содержания и ремонта автомобильной дороги Схема этого воздействия на ОПС показана на рис. 1.
ПРИДОРОЖНАЯ ПОЛОСА
Рис. 1. Основные направления и формы воздействия автомобильной дороги на окружающую природную среду
7
Обеспечивая работоспособность всех звеньев экономики, автомобильные дороги в процессе эксплуатации оказывают
разрушительное воздействие на окружающую среду. Особенно актуальна рассматриваемая тема в горных районах республики, где дороги проложены в узкой теснине горных массивов и отрицательные факторы сконцентрированы на сравнительно малых площадях и объемах.
На территории РСО-Алания атмосферный воздух загрязняется выбросами токсичных веществ, содержащихся в отработавших газах автомобилей и пылью, являющейся продуктом износа дорожных покрытий и автомобильных шин. На горных а/дорогах эти выбросы увеличиваются в связи с неполным сгоранием топлива в камере сгорания и за счет продольных уклонов дороги. Уровень транспортного шума на автодорогах значительно превышает предельно допустимый. В результате движения по автомобильным дорогам тяжелых автомобилей с большими скоростями в зоне контакта колеса и дорожного покрытия возникают колебания, которые, распространяясь на прилегающую территорию, оказывают вибрационное (разрушающее) воздействие. Шум становится одной из причин разрушения горного рельефа, наступающего в результате образования микротрещин, через которые проникают атмосферные осадки, унося с собой осевшие твердые частицы пыли, что вызывает различные химические реакции. Корневая система растительности, укрепляющая поверхность рельефа, а также горные породы постепенно разрушаются, ускоряя тем самым химическую и механическую эрозию. Обострились и проблемы грязеводного разбрызгивания и воздушных возмущений, связанных с обтеканием воздушного потока кузовов автомобилей.
На равнинной территории процесс автомобилизации сопровождается ростом количества загрязняющих веществ, а также ростом дорожно-транспортных происшествий: чем выше интенсивность и скорость движения, тем их количество больше, а в горных районах наибольшие
8
концентрации наблюдаются с ростом высоты над уровнем моря, т.е. на перевальных дорогах, где мощность двигателя снижается в связи с уменьшением кислорода.
Актуальность темы. В настоящее время необходимо совершенствование сети дорог в горных районах с учетом влияния их транспортно-эксплуатационных характеристик на окружающую среду.
Исследованиями негативного воздействия автомобильных дорог на окружающую среду занимаются относительно недавно и на сегодняшний день еще очень мало как расчетных, так и фактических данных об экологическом состоянии территорий вдоль автодорог. Кроме того, не разработаны экологические требования к состоянию природной среды в зоне влияния автомобильных дорог. Не рассматривались эти вопросы и применительно к горным дорогам.
Мало что делается для прогноза вредного воздействия транспортных сооружений на ОПС и проектирования мероприятий, компенсирующих или предотвращающих это воздействие. Недостаточность методов и средств решения этих задач приводит к трудностям в управлении транспортным освоением горных территории, что снижает их эффективность.
Большинство горных районов переживает сегодня экологическую деградацию. Не исключение и РСО-Алания, где горы составляют свыше 50 % территории республики.
Отсутствие должной научной проработанности приводит к нежелательным последствиям, проявляющимся в нарушении рельефа. К примеру, строительство Транскавказской автомагистрали привело к развитию оползневых и эрозионных явлений, а эксплуатация дороги с ее техническими параметрами создает дополнительную нагрузку на ОПС, что приведёт со временем к изменению природных климатических условий. Все это ставит задачу разработки научно обоснованных экологически безопасных
9
методов управления состоянием современных автодорог в горных районах РСО-А.
Особенность разработки экологической концепции управления состоянием автомобильных дорог в горных регионах (по сравнению с равнинными) заключается в том, что эксплуатация горных автомобильных дорог ведет к нарушению механической устойчивости склонов, разрушению горного рельефа, перемещению грунтовых масс в гравитационном поле, а также к изменению природно-климатических условий. Все это позволяет считать, что рациональная эксплуатация автомобильных дорог в горных регионах является самостоятельной важной народно-хозяйственной проблемой. С каждым годом усиливается внимание к этой жизненно важной проблеме и в Республике Северная Осетия-Алания, особенно вопросу сохранения природы горной, наиболее легко ранимой ее части. Однако, это делается без глубокого изучения экологических последствий, которые могут произойти в окружающей среде в результате эксплуатации горных автомобильных дорог. ¦
Оценку экологических последствий воздействия горных дорог на окружающую природную среду можно рассматривать в качестве эффективного инструмента планирования, заключающегося в том, чтобы до начала осуществления предполагаемого вида производственной деятельности провести всесторонний анализ ее экономических последствий, в котором главное значение придавалось бы безопасности окружающей среды, степени допустимого вмешательства в нее человека.
Целью работы является обеспечение максимально экологически безопасных условий эксплуатации горных автомобильных дорог, противостоять воздействию на ОПС факторов, способствующих нарушению его равновесного состояния, а так же безопасности движения при эксплуатации дорог.
10
Для достижения этой цели были поставлены и решены следующие задачи:
1. Разработка комплексной системы учета состояния природной среды, а также методов оперативного контроля качества функционирования отдельных составляющих горных дорог и анализа их состояния с целью обеспечения устойчивого равновесия в природе. Установление механизма исследования процессов разрушения внутрисистемных связей горного рельефа под воздействием рождаемых автотранспортом антропогенных сил.
2. Разработка экономико-математической модели экологически обоснованного использования горных автомобильных дорог, выражающуюся в достижении материально и технически посильных, эффективных производственных результатов без нанесения сверхнормативного ущерба окружающей среде.
3. Разработка методических подходов к обоснованию региональной стратегии охраны окружающей природной среды и рационального использования горных автомобильных дорог.
Идея работы заключается в сохранении природного равновесия в результате эксплуатации горных автомобильных дорог, при котором главное значение придавалось бы безопасности окружающей среды, степени допустимого вмешательства в нее человека.
В работе учитываются следующие основные факторы воздействия автотранспортного комплекса на ОПС
- геологический - локальные изменения в рельефе, нарушения местности;
- геохимический - изменения условий протекания природных химических процессов.
- биологический - нарушения сложившихся взаимоотношений в природе -уничтожение отдельных видов растений и животных, нарушение среды обитания человека и животных.
11
-экологический - отражающийся на общей экологии в связи с затратами при эксплуатации автодорог.
Такой многофакторный подход к оценке воздействия на ОПС позволяет полностью обеспечить учет всех последствий, связанных с эксплуатацией горных автомобильных дорог.
Особо подчеркивается геологическая сторона исследования, что связано с множеством форм воздействия на геологическую среду при эксплуатации автомобильных дорог и отсутствием в должной мере разработок, касающихся сочетания параметров дороги с природной средой в условиях сложного горного ландшафта.
Данная работа выполнена на основе собранного автором фактического материала, опыта проектирования, строительства и эксплуатации автомобильных дорог в РСО-Алания, а также комплекса теоретических и экспериментальных исследований.
Объектом исследований является придорожная зона горных автодорог на территории РСО-Алания.
Методика исследований заключается в исследовании многолетних статистических материалов специально уполномоченных государственных органов управления по контролю за охраной и воспроизводством природных ресурсов в применении комплексного многофакторного анализа, проведении теоретических экспериментальных и производственных исследований.
Применены результаты исследований в области геологии, эксплуатации дорог, экологии.
Системизация и обобщение большого фактического материала в этой области дали возможность решить ряд задач, имеющих как научное, так и практическое значение для правильного определения характера взаимодействия автомобильной дороги с ОПС и предотвращения развития опасных природных и природно-техногенных процессов.
12
Научная новизна работы.
1. Разработана процедура оценки полезности и альтернативных
вариантов подбора технических параметров дороги, что позволяет более эффективно проводить сравнительный анализ показателей функционирования автомобильных дорог.
2. Разработаны экологически безопасные методы эксплуатации горных автодорог в РСО-А;
3. Проведена оценка комплекса физических и химических факторов негативного влияния на окружающую среду автотранспорта и дорожной сети;
4. Предложены и обоснованы мероприятия по повышению экологической безопасности эксплуатации горных автодорог РСО-А путем строительства на них экологических площадок и полос движения. Практическая значимость
Результаты исследований являются значительным вкладом в теорию оптимизации проектных решений по управлению состоянием автомобильных дорог в горной местности.
Впервые предложена оптимизационная модель минимизации экологической нагрузки, оценки и выбора технических эксплуатационных характеристик дороги.
Усовершенствована методика, ориентированная на повышение надежности проектных решений, на снижение расходов и отходов в функционировании и поддержании в эксплуатационном состоянии горных автомобильных дорог.
Достоверность научных положений, выводов и практических рекомендаций подтверждена аналитическими выкладками, а также результатами практического исследования предложенных в диссертации методик.
13
Основные научные положения, выносимые на защиту, сводятся к следующему:
1. Определение допустимых мер снижения техногенной нагрузки на природную среду в горных условиях предполагает установление зависимости между устойчивым состоянием физико-механических свойств горных пород и экономическими показателями эксплуатации горных автомобильных дорог на основе использования разработанных для этого приемов и методов.
2. Функциональные взаимосвязи между экологическим состоянием окружающей среды и экономическими последствиями взаимодействия на нее человека предусматривают раскрытие природы неполного сгорания топлива в двигателе внутреннего сгорания; увеличения количества потребления атмосферного кислорода транспортными средствами с увеличением высоты горных дорог над уровнем моря, что способствуют ухудшению климатических условий горных регионов.
3. Отсутствие режима эксплуатации горных автомобильных дорог ведет к нарушению механической устойчивости склонов, разрушению горного рельефа, перемещению грунтовых масс в гравитационном поле, изменению природно-климатических условий, что требует нормирования не только технических характеристик автотранспорта и параметров автомобильной дороги, но и интенсивности транспортного потока.
4. С целью снижения негативного воздействия на окружающую среду и исключения риска возникновения аварийных ситуаций разработана схема расположения вдоль горных дорог экологических площадок. Реализация результатов работы
Результаты работы применяют в учебном процессе кафедры автомобильных дорог и аэродромов СКГМИ (ГТУ), рекомендованы в проектировании инженерных проектов в проектной конторе Министерства
14
транспорта и дорожного хозяйства РСО-А, а также в ЗАО «ВладКавГИПРДОРНИИ». Апробация работы
Основные научные положения диссертации и результаты были доложены и получили одобрение на научно-технических конференциях и семинарах кафедры экологии Северо-Кавказского горно-металлургического института (государственного технологического университета) в 2000-2005 гг., а также одобрены коллегией Министерства автомобильных дорог и транспорта РСО-Алания.
Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 6 статей. Структура и объем работы. Диссертация изложена на 175 страницах машинописного текста, с 19 рисунками, 33 таблицами, состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных литературных источников из 130 наименований.
15
1. ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ ПАРКА МАШИН
И ДОРОЖНОЙ СЕТИ
1.1. Влияние транспортных потоков на уровень загрязнения окружающей природной среды
Исследованиями загрязнения природной среды от автомобильного транспорта занимаются относительно недавно как у нас в стране, так и за рубежом. Различные аспекты влияния автомобильного транспорта и дорог на окружающую среду рассмотрены в работах В.Ф.Бабкова / 4 /, А.Б. Дьякова / 120 /, И.Е. Евгеньева / 27,28 /, И.И. Леоновича / 46 /, М.В. Немчинова / 59, 65, 57, 121 /, Н.П.Орнатского / 73, 75 /, А.П. Платонова /85, 86/, П.И.Поспелова / 89, 92, 93 /, В.П.Подольского / 88 /, Я.В.Хомяка / 117, 118 / и других исследователей. Однако, на сегодняшний день еще мало расчетных и фактических данных об уровнях загрязнения территорий как вдоль равнинных, так и горных автомобильных дорог.
Радикальные экономические и социальные перемены в России неизбежно диктуют необходимость ускоренного развития дорожно-транспортной инфраструктуры, которая включает в себя автодорожную и внеотраслевую индустрию, автомобильные дороги и сооружения на них, транспортные средства. Каждая составляющая оказывает присущее ей локальное негативное воздействие на окружающую среду, однако в целом это воздействие носит не только региональный, но и глобальный характер.
Транспортные факторы оказывают наибольшее влияние на уровень загрязнений, т.к. характеризуют параметры источника выбросов. К ним относятся: интенсивность движения, состав и скорость транспортного потока, эксплуатационное состояние автомобилей, объем и характер перевозимых грузов, подача звуковых сигналов.
К транспортным выбросам относятся токсичные вещества с отработавшими газами автомобилей, продукты износа шин, антифрикционных
16
материалов, нефтепродукты, эксплуатационные жидкости, изношенные детали и агрегаты, включая шины, аккумуляторы.
Одиночный автомобиль, движущийся по дороге, не в состоянии оказать сколько-нибудь заметного влияния на окружающую среду и экосистемы. Иное дело - совокупность машин, движущихся в составе транспортных потоков по автомобильным дорогам и перевозящих грузы и пассажиров. Здесь влияние на окружающую среду определяется не только техническими характеристиками автомобиля или дороги, но и интенсивностью, скоростью движения, составом транспортного потока, плотностью дорожной сети.
Движение автотранспортных средств в составе плотных транспортных потоков на дороге отличается от движения одиночного автотранспортного средства при отсутствии помех движения.
На примере исследований на автомобильной дороге Владикавказ — Ардон- Чикола — Лескен 2 наглядна следующая картина :
Расход топлива, выбросы вредных веществ, потребление ресурсов, шум от транспортного потока и другие отрицательные факторы, загрязняющие окружающую среду, находятся в прямой зависимости от состава транспортного потока, интенсивности его движения.
В диапазонах изменений интенсивности потока 50-1200 авт./ч на 1 полосу движения, численности грузовых АТС и автобусов в потоке 0^-50% выбросы и расход топлива находятся в зависимости вида:
Aj Na При Sea < 5 %
A2Na при5%<&а<25% (1)
A3Na Saa>25%
где AifA2, As - коэффициенты регрессии, кг/(авт. кг); Sea - доля грузовых АТС и автобусов в потоке, % ; Na- интенсивность потока, авт./ч
17
В табл. 1 приведены коэффициенты регрессии к формуле (1)
Таблица 1 Коэффициенты регрессии к формуле (1)
Показатель 5гя>25% 5<5га<25 Sea<5
Расход топлива, л/(авт • км)
Бензин 0,166 0,133 0,101
Дизтопливо 0,030 0,0144 0,0026
Сжиженный нефтяной газ 0,0026 0,0013 0,00027
Сжатый природный газ,м3/авт.км 0,00083 0,00014 0,000046
Выбросы вредных веществ, г/(авт • км)
СО 11,68 7,73 5,39
СхНу 1,95 1,3 0,89
NOX 2,25 1,44 0,7
Твердые частицы 0,03 0,0142 0,004
СО2 306 196 121
Потребление Ог 348 223 138
На рис. 2 изображены графики зависимости выбросов вредных веществ от интенсивности транспортного потока (на 1 полосу движения) при разном составе транспортного потока.

Получить работу