Na wielkość, zasięg zanieczyszczeń emitowanych przez pojazdy do atmosfery oraz ogól­ny stan za­nie­czysz­czo­ne­go po­wie­trza wpływają m.in. parametry silników i stosowanego paliwa, struktura ruchu drogowego oraz warunki klimatyczne, wielkość i struk­tu­ra emi­sji, lo­ka­li­za­cja emi­to­rów, jak również to­po­gra­fia oraz spo­sób za­go­spo­da­ro­wa­nia te­re­nu czy czyn­ni­ki me­te­oro­lo­gicz­ne. W tym wie­lo­pa­ra­me­tro­wym układzie, jedynym parametrem, na który można wpływać jest wielkość emisji.

 

Ilość zanieczyszczeń emitowanych przez pojazdy uzależniona jest od wielu czynników, między innymi od:

—     rodzaju spalanego paliwa,
—     rozwiązań konstrukcyjnych silnika i układu paliwowego,
—     pojemności i mocy silnika oraz związanego z nimi zużycia paliwa,
—     konstrukcji układu wydechowego (obecności katalizatora),
—     stanu technicznego podzespołów pojazdu
 

Zanieczyszczenia powietrza są emitowane przez silniki pojazdów. Na wielkość zanieczyszczeń mają więc wpływ przede wszystkim parametry silników i stosowanego paliwa. Jednakże struktura ruchu drogowego oraz warunki klimatyczne również rzutują na wielkość i zasięg rozprzestrzeniających się zanieczyszczeń. Istnieje zatem szereg aspektów wpływających na parametry emisji oraz imisji zanieczyszczeń.

Emisja (łac. emissio – wysłanie) zgodnie z definicją jest ilością zanieczyszczeń pyłowych lub gazowych wprowadzanych do powietrza atmosferycznego w jednostce czasu (może być wyrażana np. w tonach na rok). Źródło, które emituje zanieczyszczenia to emitor. (droga jest emitorem liniowym złożonym z wielu pojedynczych emitorów punktowych - silników pojazdów. Z kolei imisja (pochłanianie, przyjęcie) jest to ilość zanieczyszczeń pyłowych lub gazowych odbierana przez środowisko. Jest to stężenie zanieczyszczeń w powietrzu wyrażane w jednostkach masy danego zanieczyszczenia na jednostkę objętości powietrza (zwykle w µg/m3).

Na ogól­ny stan za­nie­czysz­czo­ne­go po­wie­trza wpły­wa wiele czyn­ni­ków. Po pierw­sze: wielkość i struk­tu­ra emi­sji oraz lo­ka­li­za­cja emi­to­rów, po dru­gie: to­po­gra­fia oraz spo­sób za­go­spo­da­ro­wa­nia te­re­nu, po trze­cie: czyn­ni­ki me­te­oro­lo­gicz­ne. To wie­lo­pa­ra­me­tro­wy układ, w którym na bar­dzo mało czyn­ni­ków można mieć wpływ. Jedynym parametrem, na który można wpływać jest wielkość emisji.

Emisja zanieczyszczeń zależna jest także od czynników meteorologicznych, takich jak: dyfuzja atmosferyczna, pionowy gradient temperatury, prędkość i kierunek wiatru, grubość warstwy mieszania, opady atmosferyczne, przemiany zanieczyszczeń w atmosferze oraz inne czynniki meteorologiczne. Wszystkie one wpływają na stan zanieczyszczenia powietrza.

Na wielkość zanieczyszczeń mają wpływ również czynniki topograficzne, ukształtowanie terenu, występowanie niecek / wyniesień terenu, umożliwiających lub utrudniających mieszanie się i przepływ powietrza lub jego stagnację.

Parametry emisji oraz emitora

Na wielkość oddziaływania zanieczyszczeń powietrza ma wpływ: wielkość emisji, rodzaj i parametry jej źródła (wysokość emitora, czas trwania emisji, prędkość i temperatura gazów odlotowych itp.). Na rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń w powietrzu atmosferycznym mają również wpływ same właściwości fizykochemiczne substancji zanieczyszczających. Niemałe znaczenie dla wielkości zanieczyszczenia powietrza ma charakterystyka emitorów – w przypadku wysokich kominów przemysłowych dymy mogą przemieszczać się na znaczne odległości, często wpływ ten jest transgraniczny. Inaczej bywa z emitorami zlokalizowanymi blisko powierzchni ziemi, jak choćby pojazdami silnikowymi. W tym przypadku na rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń wpływ mają nie tylko warunki meteorologiczne, ale także ukształtowanie terenu. W nieckach i zagłębieniach terenu oraz w miastach zanieczyszczenia mogą stagnować, co ma ujemny wpływ na komfort życia i zdrowie ludzi. 

W przypadku temperatury gazów odlotowych emitowanych z silników pojazdów istotna jest różnica pomiędzy temperaturą emitowanych zanieczyszczeń, a otaczającym powietrzem. Im większa jest ta różnica, tym dłuższa jest smuga zanieczyszczeń. Istnieje także inny aspekt związany z emisją gorących zanieczyszczeń do atmosfery. Na drodze poniżej emitora następuje w takim przypadku szybkie rozprężanie gazów, czemu towarzyszy znaczne obniżenie gęstości powietrza.

Na wielkość zanieczyszczeń ma wpływ także rodzaj spalanego paliwa. Obecnie stosowane są benzyny bezołowiowe, co obniża emisję tego związku do atmosfery. Inne zanieczyszczenia, w innych proporcjach emitowane będą podczas spalania gazu LPG, benzyny różnych typów oraz oleju opałowego. W analizach określa się więc rodzaj oraz szacuje ilość spalanego paliwa.

Na wielkość emisji bardzo znaczący wpływ ma sam układ, w którym następuje spalanie paliw. Niemałe znaczenie ma wiek pojazdu (kategorie EURO) oraz związane z nim: rodzaj silnika, rozwiązania konstrukcyjne silnika i układu paliwowego, pojemność i moc silnika oraz związane z nimi zużycie paliwa, konstrukcja układu wydechowego (obecność katalizatora), stan techniczny podzespołów pojazdu.

Innymi czynnikiem wpływającym na wielkość zanieczyszczeń jest struktura ruchu drogowego i związane z nią parametry: prędkość pojazdów, natężenie ruchu z podziałem na różne kategorie pojazdów, płynność ruchu i kultura jazdy kierowców.

Można zapytać, przy jakiej prędkości zanieczyszczenia są najmniejsze? Odpowiedź nie jest jednoznaczna, bo kształtuje się to inaczej w odniesieniu do różnych substancji: np. emisja węglowodorów jest najmniejsza przy około 50-60 km/h, gdyż właśnie wtedy zachodzi pełne spalanie, a więc najwięcej paliwa przechodzi w wodę i dwutlenek węgla. Przy niższych prędkościach, zimnym silniku emisja jest większa. Przy wyższych prędkościach i nagrzanym silniku emisja również jest większa, gdyż silnik nie nadąża spalać paliwa w całości i powstają dodatkowo inne związki.

Ważna jest również struktura ruchu pojazdów. W analizach przyjmuje się zatem średnioroczny dobowy ruch pojazdów z podziałem na różne kategorie: samochody osobowe, dostawcze, ciężarowe z przyczepami i bez przyczep, autobusy, motocykle, motorowery. Ze względu na różne typy silników, rodzaje używanych paliw i rozwijane prędkości pojazdy te emitują do atmosfery inne wielkości zanieczyszczeń.

Warunki meteorologiczne

Wpływ czynników meteorologicznych jest niezwykle istotny. Od nich zależy stężenie zanieczyszczeń i wartość opadu pyłu na danym obszarze. Zależnie od rodzaju emitora oraz czynników meteorologicznych obszar oddziaływania źródła emisji zanieczyszczeń może wynosić nawet setki kilometrów, czasami przekraczając granice państw.

W analizie oddziaływania inwestycji drogowej na powietrze atmosferyczne uwzględniane są dane meteorologiczne, w tym prędkości i kierunki wiatru (róża wiatrów), średnia temperatura powietrza dla okresu obliczeniowego (roku, sezonu lub podokresu). Dane te opracowywane są przez państwową służbę meteorologiczną. W obliczeniach zaleca się stosowanie róży wiatrów najbardziej odpowiedniej dla podokresów (np. zimowej).

Zasadniczymi elementami wpływającymi na zanieczyszczenia wyemitowane do atmosfery mają prędkość i kierunek wiatru oraz charakter turbulencji powietrza, temperatura powietrza, opady atmosferyczne, zachmurzenie i ciśnienie atmosferyczne.

Pojęcie wiatru dotyczy zarówno poziomej składowej ruchu oraz składowej ruchów pionowych, zróżnicowanej w zależności od miejsca i czasu. Na rożnych terenach dominuje pionowy lub poziomy ruch powietrza. Przez wiatr rozumiemy zatem także ruchy w innych kierunkach niż kierunek poziomy, choć w odniesieniu do formuły Pasquilla zjawisko wiatru jest upraszczane do poziomego przemieszczania się mas powietrza. Istnieje możliwość, że w przypadku wystąpienia określonych warunków smuga zanieczyszczeń jest dłuższa, przy większej prędkości wiatru. W innych przypadkach silniejszy wiatr może wspomagać dyfuzję turbulencyjną, wskutek czego zanieczyszczenia łatwiej ulegają rozpraszaniu. Parametr prędkości wiatru jest ściśle związany ze stabilnością atmosfery. Wprowadzenie większej prędkości wiatru w warunkach atmosfery niestabilnej spowoduje zmniejszenie długości smugi. Natomiast w atmosferze stabilnej długość smugi będzie większa przy większej prędkości wiatru.

Wzrost prędkości wiatru powoduje obniżenie stężenia składników zanieczyszczających w powietrzu. Prędkość wiatru jest zatem parametrem wpływający korzystnie na spadek stężenia substancji szkodliwych w powietrzu. Należy zauważyć, że największe stężenia zanieczyszczeń atmosferycznych występują w przyziemnej, najniższej warstwie powietrza. Wraz ze wzrostem odległości od źródła emisji można obserwować wzrost stężenia w wyższych warstwach atmosfery. Z drugiej strony wzrost prędkości wiatru zmniejsza możliwość oderwania się „obłoku” zanieczyszczeń od powierzchni ziemi, co prowadzi do zwiększenia zasięgu i powierzchni strefy rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń. Przy braku wiatru zanieczyszczenia zalegają w miejscu gdzie zostały wyemitowane.

Wielkość stężenia zanieczyszczeń przy powierzchni terenu jest uwarunkowana odległością od emitora (źródła emisji). W bezpośrednim sąsiedztwie źródła emisji, w rezultacie działania wiatru, stężenie zanieczyszczeń jest małe. W miarę zwiększania się odległości koncentracja zanieczyszczeń szybko wzrasta do wartości maksymalnej, a następnie stopniowo maleje do wartości bliskich zeru.

Opady atmosferyczne oraz wilgotność powietrza stanowią dodatkowy element decydujący o przemieszczaniu się i zasięgu zanieczyszczeń. Opady, głównie deszcze, powodują zmniejszenie stężenia zanieczyszczeń powietrza, w wyniku rozpuszczania ich w wodzie, absorpcji zanieczyszczeń na powierzchni kropel i mechanicznego działania opadów.

Warunki topograficzne

            Podczas opracowywania analizy oddziaływania inwestycji drogowej na stan atmosfery należy także brać pod uwagę parametry trasy oraz ukształtowanie i zagospodarowanie otaczającego terenu. Przyjmuje się różne parametry do obliczeń imisji zanieczyszczeń powietrza w zależności od: wysokości trasy nad poziomem terenu (wykop, nasyp, most / estakada, w poziomie terenu), zagospodarowania terenu otaczającego – pokrycie terenu: pola uprawne, łąki, nieużytki, lasy, tereny wiejskie lub miejskie, zabudowa (niska, średnia, wysoka), obszar otwarty lub zabudowany. Parametry te wpływają, np. poprzez aerodynamiczną szorstkość terenu (dla lasu wyższy współczynnik aerodynamicznej szorstkości terenu niż dla pól uprawnych) na możliwość, kierunek i zasięg „przemieszczania się” – imisji zanieczyszczeń.

            Zawirowania powietrza, tworzące się wokół nierówności terenowych, zabudowań, pasów zieleni o dużej zwartości, prowadzą do silniejszego rozpływania się obłoku zanieczyszczeń. Ruch powietrza nad przeszkodą odbywa się ze zwiększoną prędkością, natomiast za przeszkodą prędkość wiatru zmniejsza się. Strefa za przeszkodą, o małej prędkości wiatru, nazywana jest cieniem aerodynamicznym. Długość cienia aerodynamicznego zależy od wysokości i szerokości przeszkody oraz prędkości wiatru. Średnią długość cienia przyjmuje się jako sześciokrotną wysokość przeszkody. Cień aerodynamiczny może spowodować oderwanie się obłoku zanieczyszczeń powietrza od powierzchni ziemi. Przeszkodami terenowymi mogą być: rzeźba terenu, lasy, zbiorniki wodne, budynki itp.

            W przypadku występowania w terenie przeszkody (np. wzniesienia) mogą występować zakłócenia kierunku i prędkości wiatru. Nasłonecznione zbocza tego wzniesienia, wskutek nagrzewania się od promieniowania słonecznego, mogą wytworzyć pionowy gradient temperatury, wpływający na działanie wiatru w skali lokalnej. Wzniesienie terenowe stanowi przeszkodę nieprzepuszczalną. Inaczej na przepływ wiatru wpływają naturalne przeszkody przepuszczalne, do których zalicza się pokrycia leśne, pasy zadrzewień, plantacje roślinne, sady itp. W przypadku inwestycji drogowej przeszkodą terenową mogą być także ekrany akustyczne, wpływające na warunki przewietrzania pasa drogowego. W otoczeniu dróg duże budowle, a w szczególności grupy budynków, tworzą przeszkody terenowe, których opływ powoduje powstawanie wielu stref zawirowań, w których pogarszają się warunki rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń powietrza. Jest to widoczne szczególnie w obszarach miast, gdzie kierunek wiatru jest zmienny (uwarunkowany zabudową, kierunkami ulic, itp.). Są to czynniki decydujące o rozkładzie stężeń substancji zanieczyszczających oraz mogą powodować wtórne porywanie osadzonych na powierzchni terenu pyłów.

Podsumowanie

Z uwagi na mnogość czynników wpływających na emisję oraz imisję zanieczyszczeń do atmosfery, analizy oddziaływania na powietrze, wykonywane w ramach opracowań środowiskowych obarczone są pewną niepewnością obliczeniową, niezwykle trudną do oszacowania. Błędy obliczeniowe wynikać mogą z różnych elementów, np. opartej na założeniach prognozy ruchu, uwarunkowań terenowych etc. Metodyka tych obliczeń jest jednak zgodna z przyjętymi normami, przez co analizy mogą być traktowane jako podstawa do stwierdzenia wpływu inwestycji drogowej na stan powietrza atmosferycznego, stanowiącego jeden z elementów oceny oddziaływania inwestycji na środowisko.

 

Literatura:

1)    Ustawa z dnia 27 kwietnia 2001 r. Prawo ochrony środowiska (Dz. U. z 2013 r. poz. 1232 ze zm.).

2)    Ustawa z dnia 3 października 2008 r. o udostępnianiu informacji o środowisku i jego ochronie, udziale społeczeństwa w ochronie środowiska oraz o ocenach oddziaływania na środowisko (Dz. U. z 2013 r. poz. 1235 ze zm.).

3)    Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 13 września 2012 r. w sprawie dokonywania oceny poziomów substancji w powietrzu (Dz. U. z 2012 r. poz. 1032).

4)    Bohatkiewicz J. [red.], Podręcznik dobrych praktyk wykonywania opracowań środowiskowych dla dróg krajowych. Biuro Ekspertyz i Projektów Budownictwa Komunikacyjnego „EKKOM” Sp z o.o. Kraków 2008r.

5)    Michalczyk J. K., Transport gazowych zanieczyszczeń w powietrzu – symulacje numeryczne w skali lokalnej. Rozprawa doktorska przygotowana pod opieką naukową dr hab. Krzysztofa Murawskiego, prof. UMCS. Politechnika Lubelska, Instytut Inżynierii Ochrony Środowiska. Lublin 2003 r.

6)    http://www.gios.gov.pl/(sierpień 2014 r.)

7)    www.ochronaprzyrody.republika.pl(sierpień 2014 r.)

Komentarze  
alan
0 #1 alan 2015-11-02 19:11
Ustawa z dnia 27 kwietnia 2001 r. Prawo ochrony środowiska (Dz. U. z 2013 r. poz. 1232 ze zm.).

zgadzam się
Cytować | Zgłoś administratorowi
Dodaj komentarz
Komentarze do artykułów może dodać każdy użytkownik Internetu. Administrator portalu nie opublikuje jednak komentarzy łamiących prawo oraz niemerytorycznych, tj. nieodnoszących się bezpośrednio do treści zawartych w artykule. Nie będą również publikowane komentarze godzące w dobre imię osób czy podmiotów, rasistowskie, wyznaniowe czy uwłaczające grupom etnicznym, oraz zawierają treści nieetyczne albo niemoralne, pornograficzne oraz wulgarne. Z komentarzy zostaną usunięte: reklamy towarów, usług, komercyjnych serwisów internetowych, a także linki do stron konkurencyjnych.