POLITECHNIKA WROCŁAWSKA

WYDZIAŁ GÓRNICZY

PROJEKT NR 3 Z OCHRONY ŚRODOWISKA

temat:

Skrzyżowanie autostrad

Rok akademicki: Wykonał:

1996/97 Adrian Wójcik

SZKODLIWE ODDZIAŁYWANIE TRANSPORTU SAMOCHODOWEGO NA ŚRODOWISKO

Szkodliwe oddziaływanie transportu samochodowego na środowisko przejawia się w różnych formach i w różnym nasileniu w zależności od obszaru oraz rodzaju środków transportowych używanych do przemieszczania osób i ładunków. Najpowszechniejszymi przejawami tego oddziaływania są :

• zajmowanie terenu i odbieranie glebie jej produkcyjnej funkcji,

• wyczerpywanie nieodnawialnych surowców zużywanych przez transport,

• zużywanie tlenu zawartego w powietrzu atmosferycznym,

• zanieczyszczanie atmosfery,

• zanieczyszczanie wód podziemnych oraz odkrywkowych,

• zmiana stosunków wodnych wskutek powstawania lub modernizowania powiązań transportowych,

• wycinanie drzew i krzewów,

• niszczenie roślinności przez środki transportowe,

• zatruwanie roślinności szkodliwymi substancjami za pośrednictwem atmosfery, wody i gleby,

• naruszanie kompleksów roślinnych wskutek powstawania lub modernizacji powiązań transportowych oraz związane z tym zmiany w szacie roślinnej,

• szkody wyrządzone zwierzynie w wyniku ruchu środków transportowych,

• odbieranie zwierzętom typowych dla nich warunków bytowania,

• wdzieranie się wytworów cywilizacji (przedmiotów, obiektów, ścieków, hałasu) do miejsc, które powinny zachować swój naturalny urok,

• zeszpecenie sieci osadniczej (miast, osiedli, wsi) budowlami transportowymi nie dostosowanymi do charakteru otoczenia,

• szkody wyrządzone zabytkom kultury materialnej (uszkodzenia wskutek wibracji
  i zanieczyszczenia),

• wypadki śmiertelne, obrażenia i inne choroby powodowane przez transport,

• pogorszenie warunków życia ludzi w sieci osadniczej wskutek tworzenia skomplikowanych układów transportowych.

ZANIECZYSZCZANIE ATMOSFERY PRZEZ ŚRODKI TRANSPORTOWE

Intensywny rozwój motoryzacji bezpośrednio wiąże się z zanieczyszczeniem powietrza atmosferycznego. Motoryzacja wywiera znaczący wpływ na kształtowanie warunków zdrowotnych wielu miast i osiedli. Zagrożenie wytwarzane przez spaliny silników jest tym większe, jeśli zważyć, że ich toksyczne składniki są wydalane bezpośrednio do atmosfery, często na obszarach gęsto zaludnionych, gdzie zabudowa znacznie ogranicza naturalną wymianę powietrza.

Pierwszym sygnałem alarmowym o zagrożeniu środowiska życia człowieka przez spaliny były odnotowane w latach pięćdziesiątych zjawiska rozległego smogu połączone z pogorszeniem stanu zdrowotnego mieszkańców niektórych rejonów stanu Kalifornia w USA. Ustalono, że te niekorzystne zjawiska mają istotny związek właśnie ze wzrostem ilości spalin silnikowych wprowadzanych do atmosfery. Efektem tych ustaleń było wprowadzenie w USA, już w 1959 roku przepisów, w których zostały określone dopuszczalne wartości stężeń toksycznych składników spalin motoryzacyjnych.

Powstawanie związków chemicznych podczas spalania paliwa w silniku spalinowym przedstawiono na poniższym schemacie.

PALIWO + POWIETRZE SPALINY

1 : 14,7

HC + S O₂ +N₂

N₂ O₂ H₂ HC PAH CO NO_x PM SO_x Pb

CO₂ + H₂O + energia

(hałas)

HC, CO aldehydy

HC, COOH HC,CHO

Ilości reprezentacyjnych składników toksycznych wydalanych z 1 Mg paliwa przedstawiono w tablicy 1.

Tablica 1 Ilości składników toksycznych wydalanych przy spalaniu 1 Mg paliwa

Substancja toksyczna	Po spaleniu 1 Mg oleju napędowego	Po spaleniu 1 Mg benzyny
Tlenek węgla Węglowodory Tlenki azotu Tlenki siarki Ołów	20,81 4,16 18,01 7,80 *	378,00 21,20 14,50 1,86 0,50

Silniki gaźnikowe wydzielają do atmosfery przeszło 8 razy więcej toksycznych substancji z 1 Mg spalanych materiałów pędnych aniżeli silniki wysokoprężne. udział poszczególnych komponentów w ogólnej masie substancji toksycznych emitowanych w wyniku spalania 1 Mg materiałów pędnych przedstawiono w tablicy 2.

Tablica 2

Udział poszczególnych składników w ogólnej masie substancji toksycznych
emitowanych w wyniku spalania 1 Mg materiałów pędnych

Substancja toksyczna	Silniki wysokoprężne	Silniki gaźnikowe
Tlenek węgla Węglowodory Tlenki azotu Tlenki siarki Ołów	41,0 % 8,2 % 35,4 % 15,4 % *	90,9 % 5,1 % 3,5 % 0,4 % 0,1 %

Jak z powyższego wynika najbardziej reprezentatywnymi substancjami toksycznymi wydalanymi przez środki transportowe są: tlenek węgla, dwutlenek azotu oraz dwutlenek siarki.

OŁÓW

Odrębnym problemem są emitowane w spalinach związki ołowiu. Ich obecność w spalinach wynika ze stosowania dodatków do paliwa, mających na celu osiągnięcie dostatecznie dużej liczby oktanowej. Najbardziej rozpowszechnionym z tych dodatków jest czteroetylek ołowiu {Pb(C₂H₅)₄}, stosowany jako dodatek przeciwstukowy w ilości 0,15 * 1,5 g/kg benzyny, wykazujący zarazem zdolność do podwyższenia liczby oktanowej benzyny. Ołów w paliwie w procesie spalania tworzy połączenia z bromem i chlorem dodawanymi w celu ułatwienia wydalania ołowiu w postaci tlenku PbO₂ z komory spalania, oraz z fosforem i siarką (zanieczyszczeniami w paliwie). Część tlenku ołowiu osadza się na ściankach komory spalania oraz w układzie wylotowym silnika. Około 70 * 80 % ołowiu zawartego w paliwie emitowane jest z gazami wylotowymi do atmosfery.

W Polsce w 1991 roku zostało wyemitowane przez samochody 2100 Mg ołowiu. W Warszawie na 1 km drogi przypada 20 kg ołowiu.

Badania, które przeprowadzono w USA w celu ustalenia w jakim stopniu pojazdy samochodowe uczestniczą w zanieczyszczeniu atmosfery związkami ołowiu wykazały, że w okolicach Cincinatti w odległości około 10 m od szosy po stronie zawietrznej najwyższe stężenie ołowiu wynosiło 0,0078 mg/m³, podczas gdy w odległości 400 m od szosy stężenie ołowiu spadło do 0,0017 mg/m³ . Charakterystycznym jest fakt, że w tej odległości od szosy cząstki ołowiu były małe, o przeciętnej średnicy 0,3 μm, podczas gdy 70 % wyodrębnionych cząstek ołowiu miało średnicę około 1 μm. Badania przeprowadzone w Warszawie wykazały różnice w stężeniach związków ołowiu w miesiącach chłodnych i miesiącach ciepłych. Na przykład średnie stężenie Pb w powietrzu na ulicy Puławskiej w miesiącach letnich wynosiło 0,0004 mg/m³, a w miesiącach zimowych 0,0008 mg/m³ . Badania przeprowadzone w latach siedemdziesiątych w Niemczech przez Kellera wykazały, że w odległości 50 m od skraju drogi zawartość ołowiu w lecie była 25 razy mniejsza, a na otwartym terenie 5 razy mniejsza niż bezpośrednio przy drodze.

Aktualnie w krajach Europy Zachodniej, a w niedalekiej przyszłości również w Polsce, problem emisji ołowiu przez środki transportu samochodowego uważa się za rozwiązany w wyniku wprowadzenia paliw bezołowiowych. Na Europejskiej Konferencji Ministrów Transportu w 1988 roku przyjęto, że stosowane będą paliwa o maksymalnej zawartości ołowiu 0,015 g/dm³ i siarki 0,05 % wagowo.

ZANIECZYSZCZENIE ATMOSFERY

Pomiary koncentracji CO oraz SO₂ przeprowadza się przyrządem TMX -410, natomiast koncentracji NO₂ przyrządem STX-70 produkcji firmy Industrial Scientific Corpporation (USA). Z przyrządów pomiarowych odczyty dokonywane są w ppm, wartości poszczególnych składników w mg/m³ uzyskuje się z zależności:

(1)

gdzie:

C − stężenie zanieczyszczenia gazowego wyrażonego w odpowiednich
jednostkach, mg/m³ lub ppm,

M − masa molowa zanieczyszczenia gazowego.

Dopuszczalne stężenia substancji zanieczyszczających powietrze wynikają
z Rozporządzenia Ministra Ochrony Środowiska, Zasobów Naturalnych i Leśnictwa
z dnia 12 lutego 1990 roku w sprawie ochrony powietrza przed zanieczyszczeniem, zamieszczonego w Dzienniku Ustaw nr 15 z dnia 14 marca 1990 roku, poz. 92. Zgodnie z tym rozporządzeniem dopuszczalne stężenia rozpatrywanych gazów dla tzw. pozostałych obszarów (* 1.1) kształtują się następująco:

tlenek węgla: D₃₀ = 5,0 mg/m³, D₂₄ = 1,00 mg/m³, D_r = 0,120 mg/m³;

dwutlenek azotu: D₃₀ = 0,5 mg/m³, D₂₄ = 0,15 mg/m³, D_r = 0,050 mg/m³;

dwutlenek siarki: D₃₀ = 0,6 mg/m³, D₂₄ = 0,20 mg/m³, D_r = 0,032 mg/m³.

NATĘŻENIE HAŁASU

W silnikach spalinowych istnieje wiele źródeł hałasu. Hałas powstały w czasie pracy silników spalinowych wywołany może być procesami aerodynamicznych oraz może mieć pochodzenie mechaniczne. Hałas o charakterze aerodynamicznym generowany jest podczas procesu ssania, spalania i wydechu, a także podczas procesu odprowadzania spalin. Na hałas powstały w procesie spalania zasadniczy wpływ ma przebieg w czasie zmian ciśnienia wewnątrz cylindra. Związane jest to ze sposobem przejścia procesu sprężania w proces spalania oraz z szybkością narastania ciśnienia. Przejście procesu sprężania w proces spalania związane jest ze zjawiskiem tzw. niekontrolowanego spalania. Spalanie to przebiega z bardzo dużymi prędkościami zbliżonymi do prędkości w czasie wybuchu. Powstają wówczas fale zmiennego ciśnienia, które są źródłami fal dźwiękowych. W procesie wydechu powstaje również hałas, który spowodowany jest głównie wypływem gazów, mających dużą energię wewnętrzną, poprzez kanał wydechowy. Hałas pochodzenia mechanicznego powstaje na skutek pracy różnych zespołów silników, jak np. układu korbowo-tłokowego, mechanizmu rozrządu, pompy paliwowej i innych podzespołów .

Pomiary poziomu hałasu drogowego wykonuje się w punktach pomiarowych zlokalizowanych na poboczu w odległości 1 m od krawędzi jezdni . W każdym punkcie dokonuje się ocenę hałasu w 10-minutowym przedziale czasu pomiaru w dzień w okresie maksymalnego natężenia ruchu komunikacyjnego. Na podstawie pomiarów hałasu drogowego z analizy statystycznej wyznaczona się wartości tzw. parametrów pozycyjnych rozkładu statystycznego L₁₀ oraz L₅₀. Parametry te wskazują, że określone wartości poziomu dźwięku występują co najmniej przez 10 % lub 50 % przedziału czasu, w którym wykonywane były pomiary. Podczas pomiarów należy policzyć liczbę przejeżdżających pojazdów i zaszeregować je do dwóch grup:

• pojazdy lekkie,

• pojazdy ciężkie (hałaśliwsze).

Ekwiwalentny poziom hałasu drogowego wyznacza się na podstawie wyrażenia:

L_eqd = 0,5(L₁₀ + L₅₀) + ΔL_Q + ΔL_P [dB] (2)

gdzie: L_eq − wartość poziomu równoważnego A dla 8 h w dB,

L₁₀ − wartość poziomu równoważnego A występującego przez 10 %
przedziału czasu, w którym były wykonywane pomiary,

L₅₀ − wartość poziomu równoważnego A występującego przez 50 %
przedziału czasu, w którym były wykonywane pomiary,

ΔL_Q − poprawka zależna od natężenia ruchu w zależności od Q_z/Q_śr
w dB,

przy czym: Q_z − natężenie ruchu w okresie wykonywania pomiarów(liczba pojazdów na godzinę),

Q_śr − średnia wartość godzinowa natężenia ruchu dla okresu, w którym wyznacza się wartość L_eqd (liczba pojazdów na godzinę),

ΔL_P − poprawka związana z liczbą pojazdów hałaśliwych w potoku ruchu.

Wartości ΔL_Q są ujemne, gdy Q_z/Q_śr > 1, a dodatnie, gdy Q_z/Q_śr < 1.

Poprawkę związaną z liczbą pojazdów hałaśliwych w potoku ruchu oblicza się
z wyrażenia:

ΔL_P = 0,15 Δp +B (3)

gdzie: Δp = p_śr − p_z

przy czym: p_śr − średnia wartość procentowego udziału pojazdów hałaśliwych w potoku ruchu w okresie, dla którego określona jest wartośc poziomu L_eqd,

p_z − procentowy udział pojazdów hałaśliwych wyznaczony w trakcie wykonywania pomiarów poziomu hałasu,

B − wartość określona jako funkcja p_z.

Poziom dźwięku w odległości r_x od źródła tzn. drogi został obliczony z zależności:

L_AWeq,r = L_AWeq + K_o − ΔL_r − ΔL_z − ΔL_p (4)

gdzie: L_AWeq - maksymalny poziom dźwięku A w miejscu emisji, dB/A,

K_o - poprawka uwzględniająca wpływ kąta przestrzennego

zewnętrznych źródeł hałasu,

ΔL_r - poprawka uwzględniająca wpływ odległości, określana z zależności:

ΔL_r = 20 log r_x / r_o (5)

gdzie: r_x - odległość od źródła do granicy obiektu chronionego,

r_o - odległość odniesienia, r_o = 1m,

ΔL_z - poprawka uwzględniająca wpływ zieleni, określana z zależności:

ΔL_z = α_z ⋅ l (6)

gdzie: α_z - współczynnik tłumienia,

l - długość pasa zieleni,

ΔL_p - poprawka uwzględniająca pochłanianie dźwięku przez powietrze,
określone z zależności:

ΔL_p = σ_p ⋅ r_x (7)

gdzie: σ_p - współczynnik pochłaniania przez powietrze, dB/m,

r_x - odległość od źródła do granicy obiektu chronionego.

Dopuszczalne natężenia hałasu określa Rozporządzenie Rady Ministrów z dnia 30.09. 1980 roku w sprawie ochrony środowiska przed hałasem i wibracjami, zamieszczone w Dzienniku Ustaw nr 24 z 1980 roku, poz. 90. Zgodnie z tym rozporządzeniem dla rozpatrywanego rejonu dopuszczalne natężenie hałasu przy obiektach chronionych powinno wynosić dla pory dziennej 50 dB/A, dla pory nocnej 40 dB/A oraz maksymalnej krótkotrwałej poziom dźwięku: 75 dB/A.

PROGNOZOWANE ZANIECZYSZCZENIE ATMOSFERY SPALINAMI ORAZ ZAGROŻENIA HAŁASEM

Z uwagi na obowiązek produkowania w Polsce samochodów wyposażonych
w katalizatory (z wyjątkiem samochodów FIAT 126) w najbliższych latach będzie się znacznie zmniejszał odsetek samochodów bez katalizatorów, których silniki będą pracowały na benzynie ołowiowej. Wielkość emisji poszczególnych związków przedstawiona została w poniższej tablicy z rozbiciem na lata 1995, 2000, 2005 oraz 2010.

Emisja związków toksycznych przez środki transportowe [g/dobę](ocena na podstawie wykresu natężeń ruchu dla stanu istniejącego na rok 1994, przyjmując natężenia ruchu:

1994r. - 1800poj/dobę

1996r. - 4000poj/dobę

2005r. - 8600poj/dobę

		Rok
Rodzaj pojadu	Związek	1995	2000	2005	2010
Motocykle	Pb SO2 Nox CO	0,76 5,28 154,44 828,96	1,24 5,52 15,73 1829,8	1,33 5,92 16,87 1962,48	1,41 6,24 17,78 2068,56
Samochody osobowe	Pb SO2 Nox CO	150.81 1043,64 16906,97 147153,24	128,89 892,0 14450,4 125772,0	148,04 1024,56 16597,87 144462,56	167,76 1161,0 18808,2 163701,0
Samochody dostawcze	Pb SO2 Nox CO	72,56 321,08 6598,19 48643,62	117,97 522,0 10727,1 79083,0	134,73 596,16 12251,08 90318,24	151,96 672,52 13786,66 101886,78
Samochody ciężarowe	Pb SO2 Nox CO	− 3406,32 14647,18 11808,58	− 4032,0 17337,6 13977,6	− 4432,32 19058,97 15365,37	− 4829,04 20764,87 16740,67
Autobusy	Pb SO2 Nox CO	− 623,70 3603,60 5613,30	− 498,96 2882,88 4490,64	− 515,97 2981,16 4643,73	− 498,96 2882,88 4490,64
RAZEM	Pb SO2 Nox CO	224,14 5399,94 41910,38 214047,70	248,1 5950,48 45413,71 225153,04	284,1 6574,93 48215,95 256752,78	321,13 7166,88 56260,39 288887,65

Jak wynika z powyższej tablicy w roku 2015 do atmosfery emitowane będą:

• związki ołowiu 0,3 kg/dobę,

• dwutlenek siarki 7,2 kg/dobę,

• tlenki azotu 56,3 kg/dobę,

• tlenek węgla 288,9 kg/dobę.

Wyniki badań natężenia dźwięku oraz koncentracji gazów w badanym rejonie

Nr punktu pomiaro-wego wg załącz. 1	Ekwiwa-lentny poziom dźwięku [dB/A]	Wartość maksymalna natężenia dźwięku [dB/A]	Wartość średnia koncentracji CO [mg/m^3]	Wartość średnia koncentracji NO2 [mg/m^3]	Wartość średnia koncentracji SO2 [mg/m^3]
1.	45	55	1,66	0,06	0,09
2.	54	79	3,12	0,10	0,19
3.	54	74	3,12	0,10	0,19
4.	54	79	3,12	0,10	0,19
5.	54	79	3,12	0,10	0,19
6.	54	74	3,12	0,13	0,19
7.	54	59	2,5	0,06	0,0
8.	44	52	2,5	0,0	0,0
9.	43	48	2,5	0,0	0,0
10.	44	48	2,5	0,0	0,0
11.	4,5	49	2,5	0,0	0,0
12.	41	48	2,5	0,0	0,0
13.	58	81	3,75	0,10	0,19
14.	59	82	3,75	0,13	0,19
15.	57	82	3,75	0,10	0,19
16.	58	83	3,75	0,10	0,19
17.	60	81	3,75	0,13	0,19

POLITYKA TRANSPORTOWA

W ostatnich latach w Polsce obserwujemy bardzo przyspieszony rozwój motoryzacji, a co za tym idzie i ruch drogowego. Jednocześnie drastycznie maleją nakłady finansowe na drogi. Powoduje to „rozwieranie się nożyc”

między jakością dróg a intensywnością ruchu. Po coraz bardziej zaniedbanych i zniszczonych drogach jeździ coraz więcej intensywnie eksploatujących je samochodów.

Polska ciągle nie należy jeszcze do krajów najbogatszych, chociaż tempo wzrostu wskaźnika nasycenia samochodami osobowymi mogłoby sugerować,

że społeczeństwo jest zasobne. Kuriozalnie najwięcej samochodów kupiliśmy w roku 1991, w rok najgłębszej recesji w gospodarce.

W 1960 roku na 1 samochód przypadało 257.7 osób, w 1990 roku już tylko

osób. W tym samym czasie we Francji wskaźnik ten wzrósł z 8.2 do 2.4 osób

a w Niemczech z 12.3 do 2.0 osób.

W efekcie gwałtownie rosnącej liczby samochodów w Polsce mamy coraz większe zatłoczenie ulic w miastach i poza miastami, coraz gorsze drogi (większe obciążenia, intensywniejsza eksploatacja, mniejsze nakłady na remonty, coraz większą degradację środowiska, wzrost liczby wypadków, a także wydłużenie czasu przejazdów.

Badanie CBOS pokazuje, jaki jest stan polskich samochodów. Aż 45 % aut wyprodukowano ponad 10 lat temu, są one głównym źródłem zanieczyszczeń związanych z komunikacją. 1/3 aut to fiaty 126p., przestarzałe, hałaśliwe i o niskim komforcie podwozia. Jednocześnie wyniki te pokazują dlaczego nasz kraj jest tak bardzo atrakcyjny dla koncernów samochodowych, widzących w nim zbyt dla tysięcy swoich aut.

Plany Unii Europejskiej dotyczące Polski

Sieci transeuropejskie:

autostrady:

A2- Berlin- Poznań- Warszawa- Moskwa

A4- Drezno- Wrocław- Katowice- Kijów

A1 i A3- „Via Baltica”

Przebieg planowanych sieci transeuropejskich odpowiada potrzebie komunikacji wschód - zachód. Nie są to linie łączące najważniejsze ośrodki kraju, co odpowiadałoby potrzebom Polski.

Międzynarodowe fundusze i banki stanowią znaczące źródło finansowania sektora transportu w Polsce. Jak do tej pory największą aktywnością wykazuje się Europejski Bank Inwestycyjny, który największą część inwestycji chce przeznacza na rozwój transportu drogowego i budowę autostrad.

RZĄDOWY PROGRAM TRANSPORTOWY

Program budowy autostrad:

2600 km autostrad w ciągu 15-20 lat

koszt: 7.8 - 8.0 mld USD (175 -180 bln zł)

ODDZIAŁYWANIE KOMUNIKACJI NA ŚRODOWISKO

* Obciążenia chemiczne

- Zużyte oleje

- Pestycydy

- Kadm / Ozon

- Azbest

- Materiały niebezpieczne

- Freon / 0zon

ODDZIAŁYWANIE SAMOCHODU NA ŚRODOWISKO

Udział komunikacji samochodowej w emisji zanieczyszczeń ogółem w Polsce:

WĘGLOWODORY	35.0 %
TLENEK WĘGLA	38.0 %
TLENKI AZOTU	29.0 %
OŁÓW	35.0 %
DWUTLENEK SIARKI	1.2 %

Pojazdy samochodowe emitują ponadto:

92 tys. ton sadzy rocznie

22 tys. ton pyłu azbestowego rocznie

Średni krajowy udział komunikacji samochodowej w emisji zanieczyszczeń oscyluje w granicach 29 - 38 %, a w dużych miastach udział ten szacowany jest na około 70 - 80 %. Jeden samochód w ciągu godziny zamienia w spaliny tyle tlenu, ile zużywa 200 osób i tyle ile produkuje 5 dorodnych drzew.

Na każdy km² powierzchni Polski spada rocznie 5 kg ołowiu, a na każdy kilometr ulic w dużym mieście - 20 kg olowiu.

Statystyczny autobus emituje rocznie:

266 kg CO i 58 kg No_x.

Statystyczny samochód osobowy emituje rocznie:

144 kg CO i 13 kg No_x.

Autobus przewozi tyle osób ile 92 samochody w mieście lub 40 samochodów poza miastem.

W przeliczeniu na 1 pasażera autobus emituje 9 razy mniej spalin niż samochód osobowy.

---