НА ГОРОДСКИХ МАГИСТРАЛЯХ
МЕТОДИКА РАСЧЕТОВ ВЫБРОСОВ В АТМОСФЕРУ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ АВТОТРАСПОРТОМ НА ГОРОДСКИХ МАГИСТРАЛЯХ
Москва, 1996
Разработчики методики: А.В. Рузский (МАДИ) В.В. Донченко (НИИАТ) В.А. Петрухин (НИИАТ) В.А. Виженский (НИИАТ) А.С. Калашников (НИИАТ) И.В. Кулешов (НИИАТ) Е.В. Пушкарева (НИИАТ) Н.В. Самойлова (НИИАТ) Г.И. Клинковштейн (МАДИ) В.Г. Минченко (МАДИ)
Разработчики программного комплекса «Магистраль»: А.Ю. Малиновский (НПО «Техномаш») М.И. Ермолов (НПО «Техномаш»)
СОДЕРЖАНИЕ стр.
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Настоящая методика предназначена для расчета выбросов загрязняющих веществ транспортными потоками при движении автомобилей по городским магистралям и может быть использована для оценки показателей экологического воздействия, обоснования необходимости применения экологически ориентированных мероприятий по организации дорожного движения (ОДД), оценки альтернативных вариантов проектных решений по ОДД и сравнительной технико-экономической оценки вариантов проектных решений по ОДД. Учитывается выброс следующих загрязняющих веществ: - оксид углерода СО; - углеводороды СН; - оксиды азота NOx (в пересчете на NO2); - твердые частицы (сажа) С; - диоксид серы SO2; - соединения свинца Pb (только для городов, где используется этилированный бензин). Методика предназначена для использования: - природоохранными и контролирующими организациями, занимающимися организацией системы контроля, за показателями экологического воздействия транспортных потоков и оперативного управления ими с целью нормализации экологической обстановки; - организациями градостроительного и транспортно-дорожного профиля, выполняющими проектирование комплексных схем организации движения для отдельных участков улично-дорожной сети городов (УДС).
2. РАСЧЕТНАЯ СХЕМА
Влияние условий движения автомобилей в транспортном потоке на выброс загрязняющих веществ прежде всего проявляется через обусловленное организацией движения соотношение установившихся и неустановившихся режимов движения. Поэтому в общем виде величина выброса автомобилей i -го загрязняющего вещества Mi на участке улицы длиной l за единицу времени может быть определена по формуле:
где Mli - выброс i -го загрязняющего вещества при непрерывном движении транспортного потока, г/ч; Di - дополнительный выброс i -го загрязняющего вещества, связанный с задержкой транспортных средств, г/ч. Величина Mli отражает неизбежную часть выброса, определяемую техническим уровнем и состоянием транспортных средств, скоростью движения, интенсивностью движения и дорожными условиями. Величина Di отражает увеличение выброса, вызванное торможением и разгоном транспортных средств, а также работой двигателя на холостом ходу. Для реализации данного подхода используется следующая расчетная схема:
Для нерегулируемых перекрестков равнозначных дорог Di определяется для каждого направления движения, а для нерегулируемых перекрестков неравнозначных дорог – только для второстепенного.
- расчетный легковой автомобиль (РЛА) – усредненная модель легкового автомобиля, отражающая существующее распределение легковых автомобилей с двигателями различного литража в потоке; - расчетный грузовой автомобиль с бензиновым двигателем (РГАБ) – усредненная модель грузового автомобиля с бензиновым двигателем, отражающая существующее распределение грузовых автомобилей различной грузоподъемности в потоке;
Рис. 1. Схема участка улично-дорожной сети
ВХН – входное направление; ВН - выходное направление; РН – регулируемое направление
Рис. 2. Схема элемента улично-дорожной сети
- расчетный грузовой автомобиль с дизельным двигателем (РГАД) - усредненная модель грузового автомобиля с дизельным двигателем, отражающая существующее распределение грузовых автомобилей различной грузоподъемности в потоке; - расчетный автобус с бензиновым двигателем (РАБ) - усредненная модель автобуса с бензиновым двигателем, отражающая существующее распределение автобусов различного класса в потоке; - расчетный автобус с дизельным двигателем (РАД) - усредненная модель автобуса с дизельным двигателем, отражающая существующее распределение автобусов различного класса в потоке. Для крупных городов России доля РГАБ составляет 71%, РГАД – 29% из общего количества грузовых автомобилей, а для РАБ – 37%, РАД – 63% из общего количества автобусов в потоке. В тех случаях, когда для конкретного города соотношение между данными расчетными типами автомобилей существенно отличается от приведенного выше, оно определяется экспериментально при подготовке исходных данных для расчета.
3. РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ
3.1. Расчет выбросов загрязняющих веществ для элемента УДС с регулируемым перекрестком
Расчетная схема элемента УДС представлена на рис. 2.
Расчетный вариант 1.
Условия движения по перегону: - входное направление - V =45-60 км/час; - выходное направление - V =45-60 км/час. Условия проезда перекрестка для данного РН: - число автомобилей в очереди не превышает пропускную способность перекрестка.
Выброс i -го загрязняющего вещества для входного и выходного направления Mli определяется по формуле:
где m’lik - пробеговый выброс i -го загрязняющего вещества автомобилем k -й расчетной группы, г/км; ln - длина n -го перегона входного или выходного направления, км; Nkn - интенсивность движения автомобилей k -й расчетной группы на n -ом перегоне входного или выходного направления, авт/час.
Дополнительный выброс i -го загрязняющего вещества Di для соответствующего РН каждого входного направления определяется по формуле:
где m’sik - дополнительный выброс i -го загрязняющего вещества на остановку автомобилем k -й расчетной группы, г; mxxik - выброс i -го загрязняющего вещества при работе двигателя автомобиля k -й расчетной группы на холостом ходу, г/мин; txx - время работы двигателя на холостом ходу для соответствующего РН, мин; Nok - количество остановленных автомобилей k -й расчетной группы на соответствующем РН, авт/час. Значения m’lik, m’sik и mxxik приведены в табл. 3.1, 3.2 и 3.3.
Расчетный вариант 2.
Условия движения по перегону: - входное направление - V =45-60 км/час; - выходное направление - V =45-60 км/час. Условия проезда перекрестка для данного РН: - число автомобилей в очереди превышает пропускную способность перекрестка.
Выброс i -го загрязняющего вещества для входного и выходного направления Mli определяется по формуле 3.1. Дополнительный выброс i -го загрязняющего вещества Di для соответствующего РН определяется по формуле:
где m’’sik - дополнительный выброс i -го загрязняющего вещества на остановку автомобилем k -й расчетной группы при промежуточных остановках, г (табл. 3.4); S - количество промежуточных остановок при разъезде очереди.
Таблица 3.1 Пробеговый выброс загрязняющих веществ при движении по перегону (m’lik)
Таблица 3.2 Дополнительный выброс загрязняющих веществ на одну остановку (m’sik)
Таблица 3.3 Выброс загрязняющих веществ при работе двигателя автомобиля на холостом ходу (mxxik)
Таблица 3.4 Дополнительный выброс загрязняющих веществ при промежуточных остановках (m’’sik)
Расчетный вариант 3.
Условия движения по перегону: - входное направление - V =30-45 км/час; - выходное направление - V =30-45 км/час. Условия проезда перекрестка для данного РН: - число автомобилей в очереди превышает пропускную способность перекрестка.
Выброс i -го загрязняющего вещества для входного и выходного направления Mli определяется по формуле:
где m’’lik - пробеговый выброс i -го загрязняющего вещества автомобилем k -й расчетной группы, г/км (табл. 3.5).
Дополнительный выброс i -го загрязняющего вещества Di для соответствующего РН каждого входного направления определяется по формуле:
Таблица 3.5 Пробеговый выброс загрязняющих веществ (m’’lik)
Расчетный вариант 4.
Условия движения по перегону: - входное направление - V =45-60 км/час; - выходное направление - V =30-45 км/час. Условия проезда перекрестка для данного РН: - число автомобилей в очереди превышает пропускную способность перекрестка.
Выброс i -го загрязняющего вещества для входного и выходного направления Mli определяется по формуле: Входное:
Выходное:
Дополнительный выброс i -го загрязняющего вещества Di для соответствующего РН определяется по формуле 3.5.
Расчетный вариант 5.
Условия движения по перегону: - входное направление - V =30-45 км/час;
- выходное направление - V =45-60 км/час. Условия проезда перекрестка для данного РН: - число автомобилей в очереди превышает пропускную способность перекрестка.
Выброс i -го загрязняющего вещества Mli для входного направленияопределяется по формуле 3.7, в для выходного направления - по формуле 3.6. Дополнительный выброс i -го загрязняющего вещества Di для соответствующего РН определяется по формуле 3.3. Суммарный выброс i -го загрязняющего вещества для элемента УДС Mi для расчетных вариантов 1-5 определяется суммированием всех значений Mli и Di.
3.2. Расчет выбросов загрязняющих веществ для элемента УДС с нерегулируемым пересечением
Для нерегулируемого перекрестка равнозначных дорог выброс i -го загрязняющего вещества для входного и выходного направления Mli определяется по формуле 3.1, а дополнительный выброс Di – по формуле:
где txx - время работы двигателя на холостом ходу для входного направления, мин; Nok - количество остановленных автомобилей k -й расчетной группы на входном направлении, авт/час. Для нерегулируемого перекрестка неравнозначных дорог выброс i -го загрязняющего вещества для входного и выходного направления Mli определяется по формуле 3.1, а дополнительный выброс Di – по формуле 3.8, только для второстепенных входных направлений. Для пересечений кругового типа длина перегона для входного и выходного направлений определяется от центра кольца. Суммарный выброс i -го загрязняющего вещества для элемента УДС Mi определяется суммированием всех значений Mli и Di.
3.3. Расчет выбросов загрязняющих веществ для участка УДС
Величина выброса i -го загрязняющего вещества Mi для участка УДС определяется суммированием всех значений Mli и Di для данного участка. В качестве самостоятельного расчетного варианта необходимо рассматривать полную блокировку движения на участке УДС. В этом случае выбросы i -го загрязняющего вещества Miбл рассчитывается только за время блокировки tбл по формуле:
где lбл - длина участка, занятого блокированными автомобилями, км; Nkбл - количество блокированных автомобилей k -ой расчетной группы, авт.
3.4. Порядок определения удельных выбросов загрязняющих веществ расчетными автомобилями
Значения удельных выбросов загрязняющих веществ расчетными автомобилями, приведенными в табл. 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5 отражают распределение автомобилей различных моделей в транспортном потоке, характерное для крупных городов: РЛА – легковые автомобили с рабочим объемом двигателя менее 1300 см3 – 0.03, от 1300 до 1800 см3 – 0.77, свыше 1800 см3 – 0.20; РГАБ – грузовые автомобили с бензиновыми двигателями грузоподъемностью до 2.0т – 0.16, от 2.0 до 5.0т – 0.28, от 5.0 до 8.0т – 0.5, от 8.0 до 16.0т – 0.06; РГАД – грузовые автомобили с дизельными двигателями грузоподъемностью от 2.0 до 5.0т – 0.03, от 5.0 до 8.0т – 0.07, от 8.0 до 16.0т – 0.62, более 16.0т – 0.28; РАБ – автобус с бензиновым двигателем малого класса – 0.35, среднего – 0.11, большого – 0.54; РАД – автобус с дизельным двигателем большого класса – 0.16, особо большого класса – 0.84. Для городов, где структура парка автомобилей существенно отличается от приведенной выше, удельные выбросы загрязняющих веществ расчетными автомобилями могут быть определены по формуле:
где mp - удельный выброс загрязняющих веществ автомобилем p -й модели, г/км, г/мин, г/ост; dp - доля автомобилей p -й модели. Значение удельных выбросов mp приведены в табл. 3.6 – 3.14. Примечание: При необходимости дифференцированной оценки выбросов NO и NO2 потоком автомобилей, значения удельных выбросов этих веществ (mp) определяются исходя из следующих соотношений: - для автомобилей с бензиновыми двигателями NO – 0.62 mp, NO2 – 0.05 mp; - для автомобилей с дизельными двигателями NO – 0.59 mp, NO2 – 0.1 mp; где mp – значения удельных выбросов NОx, приведенных в таблицах 3.6-3.14.
Таблица 3.6 Пробеговые выбросы загрязняющих веществ легковых автомобилей
Таблица 3.7 Пробеговые выбросы загрязняющих веществ грузовых автомобилей
Таблица 3.8 Пробеговые выбросы загрязняющих веществ автобусов
Таблица 3.9 Выбросы загрязняющих веществ при работе двигателей легковых автомобилей на холостом ходу
Таблица 3.10 Выбросы загрязняющих веществ при работе двигателей грузовых автомобилей на холостом ходу
Таблица 3.11 Выбросы загрязняющих веществ автобусов при работе двигателей на холостом ходу
Таблица 3.12 Дополнительный выброс загрязняющих веществ на остановку легковых автомобилей
Таблица 3.13 Дополнительный выброс загрязняющих веществ на остановку грузовых автомобилей
Таблица 3.14 Дополнительный выброс загрязняющих веществ на остановку автобусов
4. УКАЗАНИЯ ПО СБОРУ ИСХОДНОЙ ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ РАСЧЕТА ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ПЕРЕЧЕНЬ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ И ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К НИМ Перечень исходных данных приводится в последовательности, которая рекомендуется при проведении обследований. В зависимости от конкретных условий, намеченного объема обследования и численности исполнителей могут быть приняты необходимые изменения. 1. Измерение геометрических параметров улично-дорожной сети в примятом для обследования районе (отдельной магистрали или перекрестка). На основе измерений оформляется план-схема объекта исследования в масштабе. Измерению подлежат: ширина проезжей части (с разделением по направлениям движения); длина перегонов (расстояния между центрами перекрестков). В случае, если в распоряжении исполнителей работы имеются соответствующие чертежи архитектурно-планировочной организации или проект организации дорожного движения, то необходимость значительной части измерений отпадает. 2. Измерение интенсивности и состава транспортного потока на перегонах обследуемой УДС по встречным направлениям, а также средней мгновенной скорости автомобилей по направлениям в потоке. При измерении интенсивности транспортного потока его состав учитывается по 3-м группам: легковые, грузовые, автобусы. В тех случаях, когда на магистрали осуществлена специализация полос и составы потоков существенно различаются, наблюдения проводятся самостоятельно по каждой полосе, выделенной дорожной разметкой, и фиксируются самостоятельной строкой в сводной таблице результатов. Результаты измерений интенсивности оформляются в виде соответствующей таблицы, где указывается также и средняя скорость движения по полосе. 3. Измерение параметров транспортных потоков на регулируемых перекрестках по всем направлениям движения и построение соответствующей картограммы. Перед измерением определяется продолжительность установленного цикла светофорного регулирования, схемы разъезда по регулируемым направлениям (или схемы пофазного разъезда) и продолжительность каждой фазы. При измерениях учитывается состав потока. В результате этого этапа оформляются картограммы часовой интенсивности движения для каждого обследуемого перекрестка. Допускается также оформление результатов в виде таблицы со сведениями но каждому регулируемому направлению. 4. Дополнительное исследование регулярных заторов: если на каком-либо перекрестке наблюдается образование регулярных заторов, то проводятся дополнительные наблюдения с характеристикой затора. Под затором понимается ситуация. когда после окончания зеленой фазы наблюдается остаточная очередь, которая постепенно увеличивается. Затор характеризуется максимальной длиной накапливающейся очереди и соответственно средним числом транспортных средств (в приведенных единицах для смешанною потока). Степень затора при этом характеризуется числом зеленых фаз данного направления, которое требуется, чтобы последний в очереди автомобиль проехал через стоп-
линию. По проведенным наблюдениям при нормально работающей системе регулирования наблюдаются заторы до 6-8 степени. Затор может перерасти в полную блокировку движения, при которой перекрестки загружены неподвижными автомобилями, и за период зеленых сигналов вообще не проезжают автомобили. При блокировке фиксируется общая продолжительность такого состояния транспортного потока. УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ НАБЛЮДЕНИЙ Измерение интенсивности и состава транспортного потока на перегонах обследуемой УДС по встречным направлениям. Под интенсивностью движения понимается количество транспортных средств, проходящих заданное сечение в единицу времени (час). Для последующих расчетов необходима информация об интенсивности транспортного потока в физических единицах. Данные фиксируются раздельно по
|