Обоснование программы мониторинга шумового воздействия в городской среде

      С 2004 года в Ростовском государственном строительном университете (РГСУ) на кафедре городского строительства и хозяйства проводятся теоретические и экспериментальные исследования шумового загрязнения города. Они включают:

• разработку методики ведения мониторинга акустического состояния территории г. Ростова-на-Дону;
• разработку и внедрение комплекса эффективных методов ведения акустического мониторинга;
• разработку информационного обеспечения системы мониторинга акустического состояния территории города;
• комплексный анализ и оценку уровня акустического загрязнения территории города;
• разработку акустической модели города;
• разработку мероприятий по снижению акустического загрязнения территории г. Ростова-на-Дону.

      Методология разработки акустической модели города базируется на использовании программного комплекса ArcGIS для создания и ведения электронных карт акустической обстановки города. Такой подход позволяет проанализировать пространственно-распределенную информацию об источниках шумового загрязнения, отслеживать изменения шумовой обстановки города. Он также способствует эффективному выполнению работ по мониторингу на основе постоянно действующей акустической модели города, более точному прогнозированию изменений шумовой обстановки и эффективному принятию решений, связанных с выбором шумозащитных мероприятий. Система управления базами данных (СУБД), как носитель информационных ресурсов, позволяет вести базу данных и увязывать ее с пространственной информацией о положении источников шумового загрязнения и их характеристиками.

      Шумовая обстановка г. Ростова-на-Дону определяется рядом специфических факторов: узкие улицы; насыщенные движением автотранспорта внутригородские автомагистрали; наличие аэропорта в городской черте; высокая степень концентрации промышленных предприятий, особенно в центральной части города; недостаточное количество зеленых насаждений. Основными источниками шумового загрязнения в городе является автотранспорт, рельсовый транспорт, машиностроение и стройиндустрия, а также суда воздушного транспорта.

      Наиболее значительным источником шумового загрязнения в городе является автотранспорт. Результаты исследований шума от автотранспорта показали, что интенсивность и структура транспортных потоков на автомагистралях города создают различия в уровнях шума не только у его источника, но и на прилегающей к ним жилой территории. Проводимые исследования предполагали получение в натурных условиях шумовых характеристик рассматриваемых стационарных и мобильных источников при помощи специализированного прибора (шумомера ВШВ 003-М3) по методикам, установленным ГОСТом 20444-85 «Шум. Транспортные потоки. Методы измерения шумовой характеристики» и ГОСТом 23337-78 «Методы измерения шума на селитебной территории и в помещениях жилых и общественных зданий». Этот метод был использован, как наиболее точный и надежный, поскольку он позволяет учесть многообразные натурные условия: транспортные, железнодорожные потоки, жизнедеятельность населения, шум ветра, листвы. Так как доминирующим по интенсивности шума является городской транспорт, при выборе пунктов измерения максимальное число контрольных точек было привязано к транспортным магистралям. Остальные точки привязаны к железнодорожному вокзалу, объектам промышленного комплекса, аэровокзалу, лесопарковой зоне, местам отдыха, спальным районам (рис. 1.1.).

Рис. 1.1. – Карта точек измерения шума в г. Ростов-на-Дону.

      Результаты натурных измерений, представленные в виде эквивалентных уровней шума, были нанесены на электронную карту города с основными магистралями и проинтерполированы. На основе анализа проведенных исследований получена “Карта плотности шумового загрязнения“ (рис. 1.2.).

Рис.1.2. – Карта плотности шумового загрязнения г. Ростова-на-Дону.

      Высокая интенсивность движения, повышенный уровень шума на примагистральной территории и, как следствие, наиболее неблагоприятный акустический режим в целом наблюдаются по проспектам М. Нагибина, Буденновском, Ворошиловском, Стачки, Космонавтов; площади Ленина; ул. Королева, Добровольского, Красноармейской, Шолохова, Вятской.

Таким образом, в среде  ArcGIS разработана акустическая модель города, которая может быть использована для принятия управленческих решений по охране и улучшению окружающей среды, то есть среды обитания горожан.[18]

Акустический  мониторинг городской среды на примере  г. Барнаула.

      В городе Барнауле,  к негативным условиям повышения уровня шумового загрязнения следует отнести:

• низкую пропускную способность автомагистралей;
• отсутствие развязок на основных магистралях;
• уменьшение числа зеленых насаждений;
• архитектурно-планировочные недостатки (город разделен на две части железнодорожным полотном).

      Для оценки экологической обстановки и мониторинга шумовых полей был предложен  комплексный подход с применением геоинформационных систем (ГИС).

      В ГИС основой является система сбора информации о состоянии уровней шума и классификация объектов. Наличие классификаторов позволяет сформировать системы баз данных для накопления сведений об объектах исследования, а система сбора информации позволяет наполнить эти базы данными, отображающими состояния шумового загрязнения сложившейся застройки, промышленной зоны, и дать оценку распространения шумовых полей в планируемых градостроительных решениях.

      Для решения поставленной задачи в ГИС были включены следующие модули:

1. введения и отображения источников шума территории города и их характеристик;
2. отображения зданий, сооружений и других объектов, которые определяют
3. условия распространения шумовых полей;
4. расчета и сравнение с экспериментальными данными уровней звука в заданный период на территории города, а также их оценки на уровне жилых зданий и в закрытых помещениях;
5. оценки экологического ущерба в случае превышения допустимых нормативов шумового загрязнения с учетом плотности населения в жилых кварталах города;
6. обоснования градостроительных решений и других методов регулирования шумовой нагрузки с целью снижения воздействия шумовых полей и улучшение экологической ситуации;
7. хранения, обработки и отображения данных шумового загрязнения города и его кварталов, реализованных с помощью соответствующих ГИС технологий.

      Натурные измерения уровней шума проводились метрологически обеспеченным шумомером ВШВ – 003 – М2. Для наиболее полного отображения акустической ситуации на  территории города измерения проводились в разное время суток, на перекрестках, внутри кварталов, в промышленной зоне, также отслеживалась суточная динамика изменения звукового давления. Измерения проводились с 2002 г., в среднем на 20 объектах, по 18 измерений на каждом. Для проверки расчетов уровней шума использовалась экспериментальная площадка, выбранная таким образом, чтобы была возможность получить оценки расчетов, как на открытой местности, так и  в сложившейся городской застройке.

      Для хранения данных натурных измерений была создана система управления базами данных (СУБД) на основе программного продукта Microsoft Access. Данные хранятся в такой базе в виде таблиц.

      Разработанная модель базы данных уровней шумового загрязнения имеет два основных блока: исследуемый район города и уровни шумового загрязнения. В базу данных о населенном пункте входит название административной территории (района), улицы или перекрестка, точная дата проводимых измерений, а также картографическая привязка местности. Уровни шумового загрязнения представлены измеренными значениями шума при корректирующих фильтрах,  а также на среднегеометрических частотах (31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000). Заполненная форма базы данных представлена на рисунке 1.3.

Рис.1.3. – Заполненная форма базы данных

       Объекты наблюдения представляют собой системы линейных и точечных источников, расположенных на территории города. В качестве основных объектов были выбраны главные магистрали города: пр. Ленина, пр. Красноармейский, пр. Комсомольский, пр. Строителей и др.

       На экспериментальном участке проводится серия наблюдений в различных точках, которые обеспечивают репрезентативность наблюдений на участках и достоверность (в пределах допустимых отклонений) картирования объектов наблюдения (эталонный участок). Сопоставляя полученные результаты измерений уровня шума с предельно допустимыми  санитарными нормами, были выявлены зоны акустического дискомфорта на территории жилой застройки и примагистральных территориях города.    Предложена схема размещения стационарных постов экологического мониторинга акустического загрязнения индустриального центра на наиболее нагруженных участках, где наблюдается наибольшее превышение допустимых уровней шума. В частности, предполагается размещение 7 шу-момерных постов, работающих в автоматическом режиме (Новый рынок, пл. Октября, Вокзал, перекрестки пр. Ленина  – ул. Молодежная, пр. Строителей  - ул. Сов. Армии -Павловский тракт, пр. Красноармейский - ул. Партизанская, пр. Ленина - ул. Партизанская). Посты предлагается разместить  на площади в 14 км², и таким образом один пост будет охватывать в среднем 2  км².  Эти наблюдения дополняются замерами на маршрутных постах в разных точках города.

     В качестве примера в таблице 1.6. приведены экспериментальные данные уровней шума на  площади Октября, полученные в разное время суток, в разные сезоны года, на протяжении нескольких лет.

Таблица 1.6. – Уровень шума на пл. Октября

      Проводя сравнение экспериментальных данных можно увидеть, что  уровень шума на частотах до 31 Гц   соответствует нормам СанПиНа, на остальных частотах наблюдается превышение допустимого уровня шумового загрязнения.

       В летние месяцы отмечается уменьшение уровня шума по сравнению с весеннее-осенним периодом на 15-20 дБА на различных частотах, что объясняется поглощающим эффектом зеленых насаждений.

      На основании проведенных исследований установлено, что уровень шума на магистрали зависит не только от интенсивности, но и от состава транспортного потока. В будние дни, в дневное время, несмотря на увеличение интенсивности движения транспортных средств, уровни шума остаются практически постоянными за счет уменьшения доли грузового транспорта в потоке (исключение составляет «красная» линия  – пр. Ленина, где уровень шума с 8 до 20 часов остается практически постоянным). В вечернее время, при существенном снижении интенсивности движения транспортных средств, уровень шума у транспортных магистралей остается практически постоянным.

       ГИС «Шумовая карта г. Барнаула», связанная с базой данных натурных измерений, и использующая эти данные для проведения расчетов, позволяет проводить анализ акустической ситуации на примагистральных территориях и внутри жилых кварталов. Разработанная ГИС позволяет рассчитывать зоны акустического комфорта и дискомфорта, а также уровни шума на различных расстояниях от источников шума.

      В результате проведенных исследований было установлено, что в дневное время суток в различных районах города наблюдается превышение санитарных норм уровня шума. Поэтому для города Барнаула является актуальной задачей снижение уровня шумового загрязнения.[2]

Акустический  мониторинг городской среды на примере  г. Волгограда

       Для г.  Волгограда,  являющегося мощным транспортным узлом, пунктом пересечения автомобильных,  железнодорожных,  водных и воздушных путей,  проблема высокой транспортной загруженности является одной из наиболее острых.  Ежегодно количество городского транспорта постоянно увеличивается,  прежде всего,  за счет увеличения числа легковых автомобилей,  а вместе с этим растет и уровень шумовой нагрузки на горожан. [7]

       Оценка шумового загрязнения окружающей среды г.  Волгограда проводилась по методике В.И.  Стурмана [16].  Для исследования были выбраны транспортные перекрестки города,  имеющие различные характеристики транспортного состава, пропускной способности и улично-дорожной территории  (рис.1.4).  Подсчеты интенсивности движения проводились в будние дни в часы пиковой загруженности транспортных магистралей.  Под интенсивностью движения понимается количество транспортных единиц,  проходящих через сечение дороги в обоих направлениях за единицу времени. Результаты представлены в таблице 1.7.