Загрязнение воздуха нужно не только контролировать, но и прогнозировать

Результаты наших экспериментально-расчетных исследований вызвали большой интерес ведущих ученых и специалистов России, США, Германии, Швейцарии, Японии, Китая и других стран, интересующихся проблемами устойчивого развития и смягчения последствий глобального изменения климата. Полагаем, что и читателям журнала "Транспорт Российской Федерации" будут небезынтересны наши научные изыскания, проведенные в Санкт-Петербурге.     

В основу модели положено численное решение системы уравнений атмосферной диффузии, записываемых для концентраций опасных поллютантов отработавших газов (ОГ).

где q – концентрация; u_i и Ki – компоненты средней скорости ветра и коэффициента турбулентной диффузии; w_g – скорость гравитационного оседания частиц; k_{j i} – символ Кронекера; α – коэффициент метаболизма; S – влияние источников и стоков примесей, их трансформации.

Математическое моделирование турбулентной диффузии с упрощениями стилизации и эмпирическими уточнениями позволяет сегодня оценить значение максимальной концентрации вещества ОГ (2) C_M (мг/м³).

где А – коэффициент температурной стратификации атмосферы; М – эмиссия токсичного вещества, (г/с) от группы судов и автомобилей; F – безразмерный коэффициент гравитационного оседания частиц сажи; m' – безразмерный коэффициент, равный 0,9; h – безразмерный коэффициент влияния рельефа местности; Н – высота дымовых труб судов или автомагистрали над уровнем воды или береговой полосы земли, м.

Расчеты были произведены с помощью программного обеспечения «Магистраль» и «Эколог» НПФ «Интеграл».

В качестве исходных условий для численного исследования рассматривалось 2 сценария, учитывающих реальное движение судов в акватории Большого Обуховского моста и интенсивность движения автомобилей на Большом Обуховском мосту. По 1-му сценарию на причале пассажирского порта в Уткиной заводи одновременно на стоянке находились три теплохода 588, 92-016 и 301 проекта, соответственно, при работе вспомогательных двигателей и котлов. По 2-му  - эти же теплоходы готовились к отправке в рейс с работающими вспомогательными и основными двигателями, а по реке Неве шло судно «Метеор», оснащенное дизелем 342Э. 

Удельные выбросы дизельных двигателей были нами взяты из работы А.А. Иванченко. По данным выполненных нами экспериментальных исследований интенсивность движения автотранспорта (авт./ч) на участке КАД по мосту в часы пик составляет в среднем 7900 легковых автомобилей, 1600 легкого коммерческого транспорта, 330 грузовых автомобилей массой от 3,5 до 12 т, 1850 грузовых > 12 т. Скорость движения варьирует в диапазоне 70-110 км/ч.

В качестве примера представлена карта загрязнения воздуха проблемным для Санкт-Петербурга диоксидом азота (NO₂) речными судами и автотранспортом вблизи Большого Обуховского моста по 1-му сценарию.

Как видно из рисунка, при реализации 1-ого сценария энергетические установки судов могут создавать устойчивое воздействие на качество атмосферного воздуха в районе порта в течение стоянки. Загрязнения по NO_X, при этом, могут составлять до 7 ПДК_МР, по канцерогенным частицам сажи до 1,5 ПДК_МР, по СН – 0,5 ПДК_МР.

При реализации 2-го сценария энергетические установки судов при неблагоприятных метеорологических условиях могут создавать также устойчивое воздействие на прилегающую водную акваторию в течение отправки в рейс судов с рейда. При этом, как показывают результаты расчета следует ожидать значительно более опасного для горожан загрязнения воздушной среды токсичными веществами. Загрязнения по NO_X могут составлять до 14 ПДК_МР, по канцерогенным частицам сажи – до 1,8 ПДК_МР, по SO₂ – до 1,2 ПДК_МР, по СН – 0,7 ПДК_МР, по СО – 0,5 ПДК_МР.

Целью выполненного исследования является желание авторов обратить внимание на необходимость контроля неблагоприятных транспортных и метеорологических ситуаций, способных приводить к локальным сверхнормативным загрязнениям воздуха в местах интенсивной эксплуатации, одновременно, речного и автомобильного транспорта. 

Полностью статья будет опубликована в № 1 (2017) журнала "Транспорт Российской Федерации".

Авторы: 

Ложкин В.Н. – профессор кафедры пожарной, аварийно-спасательной техники и автомобильного хозяйства СПб университета ГПС МЧС России, д.т.н., профессор;

Ложкина О.В. – доцент кафедры физико-химических основ процессов горения и тушения СПб университета ГПС МЧС России, к.х.н., доцент.