Транспорт и окружающая среда

Транспорт и окружающая среда

Содержание

Введение

1. Современные направления в экологии

2. Экология и транспортная отрасль

2.1 Влияние автотранспорта на окружающую среду

2.1.1 Локальное влияние

2.1.2 Региональное влияние

2.1.3 Глобальное влияние

2.1.4 Влияние автомагистрали на окружающую среду

3. Акустическое загрязнение

3.1 Физика шума

3.2 Влияние шума на здоровье человека

4. Вибрация

5. Загрязнение воздуха

5.1 Загрязняющие вещества и источники их происхождения

5.2 Способы контроля чистоты воздуха

6. Учет экологических аспектов на различных стадиях дорожного проекта

6.1 Дорожное планирование и экология, эстетика дорожного планирования

7. Экономическая оценка загрязнения окружающей среды

7.1 Основные виды негативного влияния автодорог на окружающую среду на стадии эксплуатации

7.1.1 Акустическое загрязнение

7.1.2 Загрязнение воздуха

Заключение

Литература

Введение

Население Земли увеличивается на 80 млн. человек ежегодно. К 2003 году оно достигло более 6 млрд. человек. Для этого громадного количества людей требуется еда, одежда, жилье, медикаменты, реализация права на образование, труд и отдых. Наша планета предоставляет все необходимые материалы для разнообразной деятельности человека.

Однако, перед человеком стоит нелегкая задача - управлять земными ресурсами для поддержания гигантского населения планеты, не разрушая ее.

Транспорт связывает все области деятельности человека и оказывает огромное негативное влияние на окружающую среду, являясь объектом пристального внимания экологии.

Определение:

[“Большой энциклопедический словарь", 1993]

Экология (от греч. oikos - дом, жилище, пребывание) - наука об отношениях растительных и животных организмов и образуемых ими сообществ между собой и с окружающей средой. Термин впервые применен в 1866 году. Объектами экологии могут быть популяции организмов, виды, сообщества, экосистемы и биосфера в целом. С середины 20 в. в связи с усилившимся воздействием человека на природу, экология приобрела еще одно значение - основа рационального природопользования и охраны живых организмов.

С 70-х годов 20 в. появляется социальная экология - изучающая закономерности взаимодействия общества и окружающей среды, а также практические проблемы ее охраны. Социальная экология включает различные философские, социологические, экономические и др. аспекты (напр. экология города, техническая экология, экологическая этика и др.). Развивается процесс "экологизации", что означает, что любой вид человеческой деятельности все больше и больше будет ограничиваться рамками возможного, с точки зрения экологии, в том числе и транспорт.

Экологизация поведения человека в современном понятии воспринимается как признак цивилизованности.

Закономерным и одновременным с экологизацией процессом является развитие общественно-политического движения (так называемого "зеленого движения"), активно выступающего против загрязнения окружающей среды в результате деятельности человека и научно-технического прогресса. В основе "зеленого движения" лежит позиция о том, что люди и другие биологические виды обладают правами на окружающую среду, которые должны быть защищены.

Международная организация по охране окружающей среды Greenpeace была основана в 1969 году группой Канадских “зеленых". Организация поддерживает прямые, ненасильственные действия, направленные на остановку угрозы для окружающей среды. Тактика конфронтации, которую они применяют, получила широкое освещение во всем мире. Результаты, полученные группой, включают в себя окончание промысловой добычи китов, прекращение слива токсичных отходов в открытые водоемы и активные действия за “безъядерный мир".

Определение:

Окружающая среда - среда обитания и производственной деятельности человечества, окружающий человека природный и созданный им материальный мир.О. с. включает природную среду и искусственную (техногенную) среду, т.е. совокупность элементов среды, созданных из природных веществ трудом человека и не имеющих аналогов в природе (здания, сооружения).

В широком смысле в понятие окружающая среда могут быть включены материальные и духовные условия существования и развития общества.

В международных соглашениях под термином Окружающая среда (environment) понимается только окружающая природная среда.

Нельзя рассматривать влияние человека на окружающую среду как одностороннее. Человек также изменяется под влиянием внешних факторов.

Экология человека, как одна из социальных наук, изучает адаптацию человека к окружающей среде.

Экология человека - изучение взаимоотношений между человеческими существами и окружающей средой.

Теория эволюции Дарвина является экологичной. Дарвин выдвинул постулат, что организмы, которые выживают для воспроизводства себе подобных, лучше других адаптированы к окружающей среде.

Многие ученые-экологи выступают в защиту принципа, по которому каждая природная ниша может быть занята только одним биологическим видом.

Это происходит из-за ограниченности природных ресурсов. Если два биологических вида конкурируют за выживание, один из них должен исчезнуть или приспособиться и занять другую нишу.

В борьбе с другими биологическими видами за выживание человек пока лидирует. Только человек может прямо воздействовать на среду обитания, подстраивая ее под свои потребности.

1. Современные направления в экологии

Одним из основных направлений современной экологии стало использование математического моделирования.

Определение:

Моделирование - исследование явлений, процессов или систем объектов путем построения и изучения их моделей; использование моделей для определения или уточнения характеристик и рационализации способов построения вновь конструируемых объектов.

[“Большой энциклопедический словарь", 1993]

Модель - в математике и логике моделью какой-либо системы аксиом называют совокупность абстрактных объектов, свойства которых и отношения между которыми удовлетворяют данным аксиомам, служащим тем самым совместным определением совокупности.

В экологии модели применяются для осмысления зависимостей в экологической системе планеты и изучения принципов поведения экосистемы при различных обстоятельствах.

Например, математически можно моделировать процесс зависимости:

колебаний численности населения,

потребности в природных ресурсах,

потребления энергии,

транспортных потребностей,

объема выбросов в атмосферу.

Современная экология изучает:

загрязнение окружающей среды,

увеличение численности населения Земли (влечет за собой проблему повышения потребления энергии и разрушение естественной природной среды для обеспечения нужд самого человека),

возобновляемость природных ресурсов.

Изучения таких масштабов стали возможны не так давно и только с использованием компьютеров.

Компьютерное моделирование - использование компьютеров для математического и логического моделирования объектов исследования и процессов. Компьютерные модели позволяют изучать условия, которые трудно применять в реальных условиях и составлять прогнозы.

Компьютерная модель особенно незаменима для изучения последствий от внесения корректив в исходные данные.

Компьютерная графика используется для визуального представления объекта моделирования. Современные CAD системы позволяют представить модель в 3-х мерной проекции.

CAD системы (computer-aided design) - системы компьютерного проектирования и дизайна, позволяющие графически смоделировать объект исследования.

Появление таких систем было названо "новая промышленная революция".

Использование специального программного обеспечения CAD позволяет создавать модели, представляющую геометрию и другие характеристики объекта.

Такие модели анализируются компьютером и, при необходимости, перепроектируются. Обеспечивается гибкость при изучении альтернатив проектных решений без больших затрат или испытания физических прототипов.

В системах CAM (computer-aided manufacturing), компьютеры используются для планирования производственных процессов, контроля операций, проверки готовых деталей, управления заводом. Системы CAD и CAM могут быть связаны между собой через базу данных, которой могут пользоваться как проектировщики продукции, так и инженерный персонал при ее производстве.

При проектировании дорог использование систем моделирования позволяет выбрать вариант трассы с наименьшим негативным воздействием на окружающую среду, моделируя последствия от строительства сооружений, свести к минимуму объемы земработ, увидеть, насколько дорога вписывается в окружение и снизить визуальное загрязнение ландшафта.

Успех компьютерного моделирования в большой степени зависит от математической модели задачи и от входных параметров, например, точности данных о ландшафте местности и геологии.

Однако, чем более глобальна проблема, тем сложнее построение математической модели. Например, для того, чтобы понять каково отравляющее влияние газов от автомобилей на атмосферу необходимо огромное множество исходных параметров и знание их взаимной зависимости.

Сегодня, с помощью самых мощных компьютеров и самого совершенного программного обеспечения невозможно даже приблизиться к созданию надежных моделей земного климата.

Электронные таблицы SPREADSHEET - простые и недорогие программы для компьютерного моделирования. Сегодня наиболее распространены в бизнес-приложениях, моделирующих взаимозависимость экономических параметров. Например: как изменения цен повлияют на прибыль компании;

как изменение интенсивности движения и состава транспортного потока повлияют на потребление топлива.

2. Экология и транспортная отрасль

Связующими звеньями в деятельности человека являются:

информационная и транспортная инфраструктура.

Определение

Инфраструктура - совокупность инфраструктурных отраслей хозяйства (транспорт, связь, образование, здравоохранение), обслуживающих производство и обеспечивающих условия жизнедеятельности общества.

(В разделе "Планирование транспортной системы" дано определение применительно только к транспортной системе.

Инфраструктура - совокупность сооружений, зданий, систем и служб, необходимых для поддержания экономической деятельности, особенно промышленности, торговли и коммерции).

Сегодня качество инфраструктуры транспорта определяет качественный уровень экономического и социального развития страны.

Пример:

Современная промышленность значительно отличается от промышленности 20-летней давности. Это означает изменение потребностей в перевозках.

Широко внедряемый во многих странах принцип JIT (Just-in-Time - точно во время) представляет собой систему управления запасами, в которой продукция, комплектующие изделия и материалы поступают только тогда и в таком количестве, когда и сколько потребуется. Основная цель системы - сокращение издержек капитала и издержек хранения. Это означает меньшие по объему, но из-за этого, более частые перевозки сырьевых материалов и полуфабрикатов внутри производственного цикла. Вместе с этим, сокращаются сроки доставки готовой продукции потребителю.

Требования к транспортной системе предъявляются значительно более строгие, чем раньше, поскольку транспортная система становится частью глобального производственного цикла.

При таких требованиях, железнодорожный транспорт не в состоянии обеспечить необходимую гибкость и уровень услуг (доставка “от двери к двери”). И основной объем перевозок неизбежно перемещается на более гибкий автотранспорт.

Повышение потребности людей к уровню своей мобильности, также означает необходимость развития рациональной системы пассажирского транспорта, независимо от вида транспорта: автодорожного, железнодорожного, водного или воздушного.

Определение:

Мобильность - подвижность, способность к быстрому передвижению, действию.

По прогнозам экспертов, ожидается значительное увеличение объема пассажирских перевозок для обеспечения мобильности в ближайшем будущем, ожидается особенно на автотранспортных и воздушных.

Из-за возрастающих объемов перевозок и промышленного развития экологические проблемы достигли драматического уровня во многих крупных городах мира. Необходимо срочно найти решения для управления этой ситуацией, чтобы завтрашнее поколение смогло унаследовать приемлемые для человеческого организма условия жизни в окружающей среде, поскольку для адаптации организма к изменениям необходимы гораздо более длительные сроки эволюции и смена многих поколений.

Поэтому при любом планировании транспортной инфраструктуры необходим тщательный экологический анализ, независимо от того касается ли проект нового строительства или усовершенствования существующей транспортной сети. Этот анализ должен учитывать все возможные технологические решения экологической проблемы.

Анализ не будет иметь значения, если он не вызывает соответствующих мер.

Важно, чтобы представители власти, принимающие решения по проекту, осознавали проблему и были способны путем согласованных усилий реализовать все меры для ее решения.

2.1 Влияние автотранспорта на окружающую среду

Экологические проблемы, вызываемые дорожными перевозками, могут быть разделены на три основные группы: локальные, региональные и глобальные.

2.1.1 Локальное влияние

К данному виду влияния относятся:

Влияние на здоровье. Вызывается угарным газом (СО), углеводородами, окислами азота, твердыми составляющими выбросов автотранспорта (включая углерод, сульфаты и свинец), а также вторичными фотохимическими токсинами.

Влияние на гигиенические условия. Воздействие шума и вибрации от дорожного движения.

Разрушение конструкционных материалов транспортных средств и дорожных сооружений под действием серных и азотных составляющих выбросов автотранспорта, а так же оксидов фотохимического происхождения.

Существование автодорожной сети. Само существование дорожной сети оказывает негативное воздействие на окружающую среду, нарушая природный баланс.

Содержание автодорожной сети. Использование солей и других химикатов при зимнем содержании, производство ремонтных работ, удаление растительности вдоль дорог для обеспечения видимости оказывают негативное воздействие на почву, грунтовые воды и растительность. Эти эффекты незамедлительно появляются в большинстве крупных городов вместе с развитием транспортной сети. Они наиболее ощутимы и поэтому лучше изучены.

2.1.2 Региональное влияние

Подкисление (ацилирование) почв, происходящее под действием серных и азотных составляющих.

Насыщение воздуха азотом, вызываемое азотными составляющими.

Увеличение концентрации тропосферного (низкоуровневого) озона и влияние на растительность. Этот эффект вызывается действием вторичных токсинов получающихся из углеводородов и окислов азота.

Разрушение конструкционных материалов под действием серных и азотных составляющих, а также оксидов фотохимического происхождения.

Пример: ускорение разрушения исторических памятников Древнего Египта.

2.1.3 Глобальное влияние

Парниковый эффект. Вызывается действием углекислого газа (СО2), метана (СН4), озона (О3), фреонов (CFC) и т.д. Истощение слоя стратосферного (высокоуровневого) озона. Вызывается действием фреонов (CFC), оксида азота (N2O).

Глобальные эффекты, особенно парниковый эффект, по расчетам экологов будут иметь долговременное развитие. Это значит, что даже когда вредное воздействие, вызывающее эти проблемы, будет под контролем, природные процессы, уже вовлеченные в глобальные изменения, будут продолжаться еще долгое время.

2.1.4 Влияние автомагистрали на окружающую среду

Воздействия, которые транспортная отрасль оказывает на окружающую среду можно подразделить на три группы: факторы транспортного потока, факторы автомагистрали и конструкционные факторы.

Факторы транспортного потока

загрязнение воздуха

акустическое загрязнение, вибрация

Факторы автомагистрали

визуальное внедрение

эффект “разделения”

изменение землепользования и разрушение почв

Конструкционные факторы

Шум и загрязнение воздуха при строительстве дорожных объектов

3. Акустическое загрязнение 3.1 Физика шума

Определение.

Шум - беспорядочное сочетание различных по уровню и частоте звуков.

Основной параметр измерения шума - интенсивность звукового давления (сила звука или громкость).

Стандартная единица измерения интенсивности звукового давления 1 дБ - минимальный звук, слышимый средним человеком.

Шкала децибел является логарифмической, т.е. источник звука в 70 дБ в 10 раз громче источника в 60 дБ и в 100 раз громче звука в 50 дБ. Акустическое загрязнение наиболее интенсивно в промышленных зонах, где тяжелое оборудование, моторизированные и авиатранспортные средства имеют высокую концентрацию. Общее акустическое загрязнение в мире увеличивается примерно на 1 дБ в год начиная с 1980-х.

Пример:

Реактивный самолет - до 120 дБ

Рок-концерт - 110 дБ

Тяжелый грузовик - 90 дБ на расстоянии 15 м

Груженый поезд - 75 дБ на расстоянии 15 м

Автомагистраль - 65-80 дБ в зависимости от времени суток, плотности транспортного потока и типа покрытия.

Средний фоновый шум в типичном доме сегодня 40-50 дБ.

3.2 Влияние шума на здоровье человека

Наиболее заметное физиологическое влияние шум оказывает на здоровье. Это воздействие может быть временным или постоянным и вызывать нарушение нормальной деятельности или просто общее раздражение. Эффект варьируется в зависимости от:

индивидуальной чувствительности организма

длительности воздействия

природы шума и его громкости

постоянности уровня шума

Табл.2 Пороги воздействия шума

Шумовой порог	Уровень шума	Результаты воздействия
Средний индивидуальный порог воздействия шума	воздействие 75 - 80 дБ в течение нескольких часов	Временная потеря звуковой чувствительности на несколько часов
Средний болевой порог шума, способный причинить физическую боль	кратковременное воздействие 130 - 140 дБ	Постоянная потеря звуковой чувствительности или частичная потеря слуха
Высший уровень шума	одиночный звук >150дБ	Травматическая потеря слуха и повреждение внутреннего уха.

Повседневное влияние шума на человека: повышенная раздражительность, сниженная производительность, головные боли, повышение активности язвенных заболеваний, утомление, аллергии

4. Вибрация

Определение:

Вибрация - механическое колебание упругих тел при низких частотах (3. .100 Гц) с большими амплитудами (0.5...0.03 мм).

Герц (Гц) - единица измерения вибрации. Вибрация 1 Гц - один цикл колебания в 1 сек.

Чем выше амплитуда колебаний, тем больше энергия колебательных движений и тем сильнее действие на организм. Однако особенно вредной считается вибрация с частотой 6. .9 Гц из-за близости к собственной частоте колебаний человека.

Вибрация тесно связана с шумом: вибрация твердых частей машины вызывает колебания воздуха и звуковые волны, т.е. шум.

5. Загрязнение воздуха

Определение:

Воздух - смесь газов, из которых состоит атмосфера Земли, имеющая следующий состав по объему:

азот - 78.09%

кислород - 20.95%

благородные газы - 0.94% (инертные газы: гелий, неон, аргон, криптон, ксенон, радон)

углекислый газ - 0.03%

Именно к такому составу смеси человек адаптирован эволюцией.

Загрязнением воздуха считается повышение концентрации углекислого газа и других вредных газов.

Определение, приведенное в законе США "О чистом воздухе" является более полным:

Загрязнение воздуха - загрязнение атмосферы газообразными, жидкими или твердыми веществами, которые:

создают опасность для здоровья человека, животных и растений

вызывают коррозию материалов,

снижают видимость

вызывают нежелательные запахи

5.1 Загрязняющие вещества и источники их происхождения

Определение

Загрязняющие вещества - вещества, попадающие в окружающую среду вместе с промышленными, сельскохозяйственными и другими процессами, связанными с человеческой деятельностью и способные причинить вред жизни или здоровью человека, животного или растения.

В таком определении почти все вещества промышленного происхождения могут быть отнесены к загрязняющим веществам.

Однако на практике загрязняющие вещества определяются допускаемыми концентрациями по их выбросам.

 

Табл.2 Основные загрязняющие вещества и их источники

Загрязняющее вещество	Основные источники	Стандарт ПДК
Угарный газ СО	выхлопы автотранспорта, некоторые произв. процессы	10 мг/м3 в течении.8 ч. 40 мг/м3 в течении 1 ч.
Оксид серы SO2	тепловые и электростанции, использующие серосодержащие нефтяные продукты или уголь, производство серной кислоты	80 мкг/м3 в течении года, 365 мкг/м3 в течении 24 ч.
Взвешенные твердые частицы	выхлопы автотранспорта, произв. процессы, сжигание мусора, тепловые и электростанции, реакция загрязняющих веществ в атмосфере	75 мкг/м3 в течении года, 260 мкг/м3 в течении 24 ч.
Свинец Pb	выхлопы автотранспорта, плавильные печи, производство батареек	1.5 мкг/м3 в течении 3 мес. 260 мкг/м3 в течении 24 ч.
Окислы азота NO, NO2	выхлопы автотранспорта, тепловые и электростанции, производство азотной кислоты, взрывы, заводы удобрений	100 мкг/м3 в год для NO2,
Фотохимические оксиды, озон О3, пероксиацетил нитрат, альдегиды	фотохимическая реакция окислов азота и углеводородов под действием солнечного света	235 мкг/м3 в 1 час
Не метановые углеводороды - этан, этилен, пропан, бутан, пентан, ацетилен	выхлопы автотранспорта, произв. процессы, сжигание мусора, испарение растворителей, сжигание топлива	нет данных
Углекислый газ СО2	Любые источники горения	Способен причинить вред здоровью при концентрации 4400 мг/м3 за 2-8 часов

Такие вещества как углекислый газ СО2 не могут быть отнесены к загрязняющим веществам по причине их естественного присутствия в атмосфере.

Однако доля углекислого газа в атмосфере возросла в 1.25 раза по сравнению с прошлым веком, что вызывает такие нежелательные последствия, таким как парниковый эффект.

Метеорологические условия и ландшафт местности прямым образом влияют на концентрацию вредных веществ в воздухе. Так города, расположенные на дне долин и впадин больше других страдают от смога.

5.2 Способы контроля чистоты воздуха

Достижения научно-технического прогресса предлагают многочисленные и, часто изощренные методы для удаления загрязняющих веществ из атмосферы.

К сожалению, чаще всего эти методы практически неприменимы и, в основном, из-за огромного объема воздуха, который необходимо подвергнуть очистке.

Пример.

Было предложено введение в воздух городских районов специальных веществ, предотвращающих образование фотохимического смога. Однако этот метод не был применен, в основном, из-за нежелания вводить в воздух дополнительные посторонние вещества.

Таким образом, контроль за источниками загрязнения был и является основным методом борьбы за чистоту воздуха.

Полная очистка воздуха от загрязняющих веществ невозможна, прежде всего, по экономическим причинам, даже если бы это было возможно технически. Необходимо найти компромисс между загрязнением окружающей среды и экономической целесообразностью.

В идеале, каждый источник загрязнения атмосферы должен иметь специальное устройство, в соответствии с законодательством по охране окружающей среды, предотвращающее выбросы в атмосферу.

Для автомобиля это - каталитический конвертер,

для предприятия - электростатический и химический фильтры.

6. Учет экологических аспектов на различных стадиях дорожного проекта 6.1 Дорожное планирование и экология, эстетика дорожного планирования

Социальное и экономическое развитие любой страны требует мобильности.

Поэтому строительство транспортных систем будет продолжаться, но в условиях ужесточающихся требований к их экологичности с нанесением только оправданного негативного воздействия, которого невозможно избежать.

Это обязательная часть культуры современного цивилизованного общества.

Проблема не является национальной, так как воздушные и водные бассейны планеты не имеют национальных границ, поэтому закономерно, что нецивилизованное поведение отдельно взятых стран в отношении окружающей среды вызывают протест международной общественности.

Одна из общих задач всех стран - решение проблемы негативного воздействия автодорожной инфраструктуры (сеть + сооружения + автотранспорт) на окружающую среду при строительстве и эксплуатации.

Ответственность дорожных организаций за воздействие на окружающую среду при проектировании, строительстве, содержании и эксплуатации дорог, несомненно, с каждым годом будет возрастать.

Связь между дорожной инфраструктурой и ее физическим окружением должна быть положена в основу планирования. Необходимо выявлять особо чувствительные районы и определять потенциальные экологические проблемы вдоль всего транспортного коридора, предлагая к рассмотрению альтернативные варианты проложения трасс.

1. На стадии планирования инфраструктуры дороги должны рассматриваться как единое целое с окружающей средой. Новые технологии проектирования позволяют сделать это с помощью географических информационных систем GIS, что дает возможность проверить все факторы воздействия и взаимного влияния еще на стадии проектирования.

Современные компьютерные CAD/CAM системы позволяют увидеть результаты строительства еще до реализации проекта.

2. Дорожное проектирование уже учитывает окружающую среду как деталь проекта, согласуя ее с другими. Решается вопрос о включении условий окружающей среды в строительные спецификации. Действия, наносящие урон окружающей среде, должны быть определены уже на стадии проектирования. Они должны быть учтены с финансовой и технической точек зрения, как и все другие детали проекта.