МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ АВТОМОБІЛЬНО-ДОРОЖНІЙ УНІВЕРСИТЕТ

На правах рукопису

УЖВІЄВА ОЛЕНА МИКОЛАЇВНА

УДК 625.7/8:614.7 

УДОСКОНАЛЕННЯ МЕТОДУ ОБҐРУНТУВАННЯ БУДІВНИЦТВА ОБХОДІВ НАСЕЛЕНИХ ПУНКТІВ З УРАХУВАННЯМ ЕКОЛОГІЧНИХ ПОКАЗНИКІВ

Спеціальність: 05.22.11. – Автомобільні шляхи та аеродроми

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Науковий керівник:
Угненко Євгенія Борисівна,
доктор технічних наук, професор кафедри вишукувань та проектування доріг і аеродромів

Харків – 2014

ЗМІСТ

Вступ	5
Розділ 1 Огляд досліджень існуючих методів обґрунтування 
будівництва обходів населених пунктів	12
1.1 Аналіз державної програми та концепції розвитку 
автомобільних доріг загального користування 	12
1.1.1 Аналіз Міжнародних стандартів екологічної безпеки при 
будівництві, реконструкції автомобільних доріг та обґрунтуванні 
обходів населених пунктів	17
1.2 Існуючі методи обґрунтування будівництва обходів
населених пунктів з урахуванням режимів руху транспортних 
потоків та пропускної здатності автомобільних доріг	20
1.3 Аналіз існуючих однокритеріальних та багатокритеріальних 
моделей оцінки стану транспортного потоку	33
Висновки по розділу	54
Розділ 2 Теоретичне обґрунтування будівництва обходів 
населених пунктів з урахуванням екологічних показників	56
2.1 Обґрунтування будівництва обходів населених пунктів із 
застосуванням методу аналізу ієрархій	56
2.2 Визначення зони проектування обхідних доріг та
 розрахунок екологічно – допустимої інтенсивності руху
автомобільного транспорту 	67
2.3 Математична модель розповсюдження шкідливих складових 
відпрацьованих газів автомобілів при обґрунтуванні будівництва 
обходів населених пунктів	76
Висновки по розділу	86
Розділ 3 Експериментальні дослідження щодо урахування
 інгредієнтного та параметричного (акустичного) забруднення при 
обґрунтуванні будівництва обходів населених пунктів	88
3.1 Програма експериментальних досліджень	88
3.2 Аналіз методик визначення інгредієнтного та параметричного (акустичного) забруднення у придорожньому просторі	90
3.3 Оцінка потенційних екологічно небезпечних ділянок 
інгредієнтного та параметричного (акустичного) забруднення на 
автомобільних дорогах Р06 Ульяновка - Миколаїв в межах м. Нова 
Одеса та М03 Київ – Харків – Довжанський км 424+200 – км 429+000
в межах м. Валки	101
3.4 Визначення комплексного показника забруднення 
навколишнього природного середовища при обґрунтуванні 
будівництва обходів населених пунктів	112
Висновки по розділу	117
Розділ 4 Практичне використання методу обґрунтування 
будівництва обходів населених пунктів з урахуванням екологічних 
показників	119
4.1 Метод обґрунтування будівництва обхідних автомобільних 
доріг з урахуванням еколого- енергетичних показників	119
4.2 Метод визначення радіусів обходів населених пунктів
з урахуванням еколого- енергетичних показників	133
4.3 Обґрунтування будівництва обхідних автомобільних 
доріг в населених пунктах, витягнутих у довжину	141
Загальні висновки	151
Література	154
Додаток А – Акти впровадження	167
Додаток Б – Обчислення пріоритетів за методом аналізу ієрархій	176
Додаток В – Інтенсивність руху на автомобільних дорогах 
Р06 Ульяновка - Миколаїв км 185+080 – км 192+670  в межах м. Нова 
Одеса та М03 Київ – Харків – Довжанський в межах м. Валки 
км 424+200 – км 429+000 в межах м. Валки	180
Додаток Ґ – Результати визначення інгредієнтного та 
параметричного (акустичного) забруднення на ділянках автомобільних доріг Р06 Ульяновка – Миколаїв км 185+080 – км 192+670 в межах 
м. Нова Одеса та М03 Київ – Харків – Довжанський км 424+200 – 
км 429+000 в межах м. Валки	182
Додаток Д – Розрахункові результати інгредієнтного та параметричного (акустичного) забруднення ділянок автомобільних доріг 
в межах населених пунктів м. Нова Одеса та м. Валки	189
Додаток Е – Картографування полів розповсюдження 
забруднюючих речовин та карти шуму	192
Додаток Ж – Розрахункові результати визначення радіусів 
обходів населених пунктів в межах м. Нова Одеса та в межах 
м. Валки	204
Додаток З – Обхідні автомобільні дороги ділянок доріг 
Р06 Ульяновка – Миколаїв км 185+080 – км 192+670 в межах 
м. Нова Одеса та М03 Київ – Харків – Довжанський км 424+200 – 
км 429+000 в межах м. Валки	206

ВСТУП

Автомобілізація, збільшення обсягів перевезень вантажів і пасажирів призводять до зниження ефективності роботи вулично-дорожньої мережі, підвищення інгредієнтного та параметричного забруднення придорожнього простору, зростання числа дорожньо-транспортних пригод. Величина негативного ефекту транспортного процесу залежить від інтенсивності руху транспортного потоку, обумовленої станом системи «дорожні умови – транспортний потік – навколишнє середовище». Підсистема «середовище» залежить не тільки від стану навколишнього середовища, погодно-кліматичних умов, але й від соціальних факторів, що впливають на дорожні умови, створюючи можливість їх удосконалення, на характер складу транспортного потоку. Це виявляється в розподілі типів автомобілів у потоці та транзитних транспортних засобів на вулично-дорожній мережі. 
Наявність різних груп автомобілів у складі потоку визначає різні режими руху. У зв’язку з цим при вирішенні питань, пов’язаних з удосконаленням дорожніх умов у населених пунктах необхідно уточнення характеру підсистеми «навколишнє середовище». 
У такому випадку особливість соціальних факторів і специфіка питань, що вирішуються, найбільш адекватно відображається поняттям «населений пункт». 
Один із методів зменшення негативного впливу на населені пункти транзитних автомобілів – будівництво обхідних доріг (складних інженерних споруд), що дозволяють зменшити антропогенний негативний вплив автомобільної дороги. Для цього доводиться досить часто вилучати з обігу цінні землі, що призводить до зростання негативних наслідків впливу транспортного процесу на навколишнє середовище. Тому необхідні точність обґрунтування будівництва обхідних доріг і визначення їх геометричних параметрів, що може бути досягнуто моделюванням функціонування систем «дорожні умови – транспортний потік – населений пункт». Адекватність такої моделі реальним властивостям системи залежить від точності вхідних параметрів системи. Модель повинна представляти деяку систему цільових функцій і їх обмежень. При цьому для цільової функції базовим повинно бути рівняння руху транспортного потоку, основним параметром якого є характер швидкісного режиму автомобілів.
Для обґрунтування обходів населених пунктів необхідно проведення дослідження інтенсивності руху автомобілів на під’їзних дорогах до населених пунктів. При обґрунтуванні будівництва обходів населених пунктів, виборі напрямку траси і визначенні її геометричних параметрів необхідна інформація про інтенсивність руху транзитних автомобілів, напрямках їх кореспонденцій. Ці параметри залежать від адміністративно-господарського значення населеного пункту, його транспортних зв’язків і географічного положення.
Методи оптимізації заходів щодо зниження енерговитрат на автомобільному транспорті, а також питання щодо охорони навколишнього природного середовища при проектуванні, будівництві та реконструкції автомобільних доріг були розглянуті О.К. Біруля, О.А. Бєлятинським, 
М.Ф. Хорошиловим, Є.М. Лобановим, Я.В. Хом’яком, А.П. Васильєвим, 
В.Ф. Бабковим, В.П. Старовойдою, В.В. Сільяновим, Ю.Ф. Гутаревичем, 
Д.А. Вулісом, О.М. Домбровським, М.Я. Говорущенком, Я.А. Калужським, 
О.О. Дивочкиним, О.Т. Лановим, А.А. Шестокасом, В.В. Філіповим, 
В.Ф. Скорченком, Є.Б. Угненко. 
Обґрунтування обходів населених пунктів базується на діючому нормативному документі ДБН В 2.3–4:2007, що враховує пропускну здатність автомобільних доріг. Але базовий документ не враховує еколого-енергетичні показники, що впливають на стан навколишнього середовища. Нагальність вирішення задач, пов’язаних з покращенням екологічного стану придорожнього простору та обґрунтування будівництва обходів населених пунктів з урахуванням основних екологічних показників, зумовлює актуальність теми.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційну роботу виконано в Харківському національному автомобільно-дорожньому університеті згідно з тематикою науково-дослідної роботи «Визначення екологічного стану ділянки автомобільної дороги 
Р06 Ульяновка – Миколаїв км 185+080 – км 192+670 в межах м. Нова Одеса», (2008р. договір № 43-08-08, номер державної реєстрації 3358/07 від 21.10.08).
Мета роботи – удосконалення методу обґрунтування будівництва обходів населених пунктів з урахуванням екологічних показників за різних режимів руху транспортних потоків.
Відповідно до мети роботи визначено основні задачі дослідження:
1. Провести аналіз існуючих методів обґрунтування будівництва обходів населених пунктів з урахуванням інтенсивності руху транспортних потоків.
2. Провести аналіз існуючих однокритеріальних та багатокритеріальних моделей оцінки стану транспортного потоку.
3. Провести теоретичне обґрунтування будівництва обходів населених пунктів із застосуванням метода аналізу ієрархій.
4. 	Виконати експериментальні дослідження по визначенню інгредієнтного та параметричного (акустичного) забруднення при обґрунтуванні будівництва обходів населених пунктів.
5. Удосконалити метод визначення радіусів обходів населених пунктів з урахуванням еколого- енергетичних показників.
Об’єкт дослідження – обходи населених пунктів.
Предмет дослідження – екологічні показники навколишнього природного середовища населених пунктів за різних режимів руху транспортних потоків.
Методи дослідження – теоретико-експериментальні із застосуванням системного підходу, метод аналізу ієрархій при отриманні відносного ступеню взаємодії елементів у поданому ієрархічному рівні або «важливість» (перевага) одних елементів по відношенню до інших попарним порівнянням.
Оцінка екологічної безпеки проводилась з використанням методів математичного моделювання, теорії ймовірності за окремими інтегральними критеріями.
Побудова математичної моделеі виконувалась з урахуванням універсальності шляхом опису окремих підсистем та елементів за допомогою теоретичних та емпіричних залежностей. Перевірка адекватності математичної моделі виконувалась шляхом порівняння розрахункових результатів з експериментальними даними. Розрахункові результати отримано за допомогою програми МatLab. 
Наукова новизна роботи:
- удосконалено метод обґрунтування будівництва обходів населених пунктів з урахуванням екологічних показників із застосуванням методу аналізу ієрархій;
- удосконалено математичну модель розповсюдження шкідливих складових відпрацьованих газів автомобілів з урахуванням рельєфу місцевості та приземних інверсій при обґрунтуванні будівництва обходів населених пунктів;
- удосконалено метод визначення радіусів обходів населених пунктів витягнутих у довжину із застосуванням методу одночасного доступу.
Практичне значення одержаних результатів:
- для обґрунтування будівництва обходів населених пунктів розроблено ієрархічну систему ранжування критеріїв із застосуванням методу аналізу ієрархій; 
- за результатами експериментальних досліджень, у відповідності з науково-дослідною роботою «Визначення екологічного стану ділянки автомобільної дороги Р06 Ульяновка – Миколаїв км 185+080 – км 192+670 в межах м. Нова Одеса» впроваджено метод обґрунтування будівництва обходів населених пунктів при будівництві обхідної автомобільної автомобільної дороги в межах м. Нова Одеса;
- обґрунтовано будівництво обходу населеного пункту з урахуванням екологічних показників ділянки автомобільної дороги М03 Київ – Харків – Довжанський км 424+200 – км 429+000 в межах м. Валки.
Особистий внесок здобувача в отриманні наукових результатів, викладених у дисертаційній роботі, полягає в:
- 	розробці ієрархічної системи ранжування критеріїв для обґрунтування будівництва обходів населених пунктів із застосуванням методу аналізу ієрархій;
-	удосконаленні методу визначення радіусів обходів населених пунктів з урахуванням еколого- енергетичних показників (метод одночасного доступу). Метод одночасного доступу використано для обґрунтування обхідних автомобільних доріг в населених пунктах витягнутих у довжину;
- удосконаленні методу обґрунтування будівництва обхідних автомобільних доріг з урахуванням еколого- енергетичних показників.
Апробація результатів дисертації. Результати дисертаційної роботи доповідались та обговорювались на V Международной научно-практической конференции при участии молодых ученых и студентов «Эколого-правовые и экономические аспекты техногенной безопасности регионов», Харьков, 
20-22 октября 2010г.; на міжнародній науково-технічній конференції, яка присвячена 80-річчю ХНАДУ та дорожньо-будівельного факультету «Проектування, будівництво і експлуатація нежорстких дорожніх одягів», Харків, 2010р; на Всеукраїнській міжвузівській науково - практичній конференції «Сучасні технології в промисловому виробництві», Суми, 
19-23 квітня 2010р.; на ІІ Міжнародній науково-практичній конференції «Аеропорти – вікно в майбутнє», Київ, 27-28 травня 2010р.; на І Міжнародній науково-практичній конференції студентів, аспірантів і молодих вчених «Трансфер технологій: від ідеї до прибутку», Дніпропетровськ, 27-29 квітня 2010р.; на дев’ятій міжнародній науково-методичній конференції «Безпека життя діяльності людини – освіта, наука, практика», Львів, 20-22 травня 
2010р., на Х Международной научно-практической конференции «АВИА-2011», Киев, 19-21 апреля 2011г.; на Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием «Современные научные исследования в дорожном и строительном производстве», Пермь, 28-29 апреля 2011г.; the 7th International Scientific Conference TRANSBALTICA 2011, Vilnius, 5-6 mау 2011; на Міжнародній науково – практичної конференції «Забезпечення руху та комфорту дорожнього руху: проблеми та шляхи вирішення», Харків, 17-18 травня 2011р.; на Международной научно-практической конференции «Транспортные системы мегаполисов. Проблемы и пути решения», Харьков, 11-12 октября 2011г.; на Международной конференции «НОВЫЕ ДОРОГИ РОССИИ», Пенза, 14-17 ноября 2011г.; на VII Міжнародній науково – практичній конференції за участю молодих науковців, яка присвячена 
20-річчю кафедри екології «Еколого-правові та економічні аспекти техногенної безпеки регіонів», Харків, 17-19 жовтня 2012р.; на Международной научно-практической конференции с участием студентов и молодых ученых «Современные компьютерно- инновационные технологии проектирования, строительства, эксплуатации автомобильных дорог и аэродромов», Харьков, 1-4 ноября 2012г.; на VIII Міжнародній науково-практичній конференції за участю молодих науковців «Еколого-правові та економічні аспекти екологічної безпеки регіонів», Харків, 16-18 жовтня 2013р; на Міжнародній науково-технічній конференції «Сучасні технології будівництва та експлуатації автомобільних доріг», Харків, 13-15 листопада 2013р; на Международной научно-практической конференции «Инновационные материалы, технологии и оборудование для строительства современных транспортных сооружений», Белгород, 2013г.; на І Міжнародний науково-практичний конгрес «Міське середовище – XXI сторіччя» – «Архітектура. Будівництво. Дизайн», Київ, 10-14 лютого 2014р.; 17th Conference for Junior Researchers «Science - Future of Lithuania. Transport Engineering and Management», Vilnius, 2014.
Публікації. Усього за матеріалами дисертації опубліковано 39 публікацій, основних публікацій за дисертаційною роботою 18, з них: 10, що входять у перелік ВАК України, 3 роботи у закордонних виданнях. 
Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів та 8 додатків. Загальний обсяг 207 сторінок, з них 
166 основного тексту, який містить 20 рисунків, 23 таблиці та список використаних джерел з 129 найменувань.