Шумовое загрязнение

Гражданская авиация развивается быстрыми темпами. В целом по миру темпы прироста налета самолетов в периоды, не затронутые экономическим кризисом, составляют по разным оценкам 5−10% в год. Это значительно больше темпов развития других видов транспорта, энергетики, а также многих других отраслей народного хозяйства. Соответственно, с каждым годом возрастает доля, которую вносит гражданская авиация в загрязнение окружающей среды.

При авиатранспортных процессах, включая полеты и обслуживание самолетов, функционирование аэропортов и работу авиаремонтных предприятий, имеют место различные виды загрязнений окружающей среды При взлете, полете и посадке воздушных судов происходит сильное акустическое (шумовое) загрязнение окружающей среды.

Рассматривая проблему загрязнения окружающей среды при авиатранспортных процессах, необходимо учитывать специфику гражданской авиации. Так, данная проблема особенно актуальна для крупных аэропортов с интенсивным воздушным движением.

Серьезной экологической проблемой является акустическое загрязнение окружающей среды в районах аэропортов, поскольку самолеты являются источниками сильного шума. При интенсивной эксплуатации аэропортов, как на их территории, так и в близлежащих районах, складывается весьма неблагоприятная акустическая ситуация, наносящая существенный вред здоровью населения.

1. Шум и его характеристики

Шумом называют любые нежелательные для человека звуки, мешающие трудовой деятельности или отдыху. Звуки возникают в результате возмущений физического состояния вещества среды. В упругой среде (газах, жидкостях, твердых телах) эти возмущения распространяются в виде акустических (или звуковых) волн. Внешние тела, вызывающие первичное возмущение среды и распространение акустических волн, называются источниками звука.

При нормальных атмосферных условиях скорость звука в воздухе составляет около 340 м/с (или 1225 км/ч).

Характер восприятия звука органами слуха во многом зависит от частоты колебаний акустических волн. Волны, частоты которых заключены в пределах от 16 Гц до 20 кГц, называются слышимыми звуками, так как, воздействуя на органы слуха человека, они вызывают звуковые ощущения. Акустические волны с частотами менее 16 Гц называются инфразвуком, а волны с частотами от 20 кГц до 10⁶ кГц — ультразвуком. Волны с более высокими частотами (гиперзвук) в воздухе не распространяются ввиду их сильного поглощения.

Важной характеристикой акустических волн является их интенсивность (или сила звука). Так называют количество энергии, переносимой волной за единицу времени через единичную площадь, нормальную к направлению распространения волны.

С увеличением расстояния от источника звука интенсивность акустической волны уменьшается в силу ряда причин. Одна из них — возрастание площади фронта волны при удалении от источника. Например, при распространении в воздухе сферических звуковых волн их интенсивность за счет данного эффекта уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния от источника.

К уменьшению силы звука с увеличением расстояния от источника приводит и рассеяние звука, т. е. процесс преобразования акустической волны во множество волн, распространяющихся во всевозможных направлениях. Рассеяние звука возникает в результате взаимодействия акустической волны с встречающимися на ее пути многочисленными препятствиями.

Мерой силы слухового ощущения является громкость звука. Величина громкости зависит от интенсивности и частоты акустических волн. Наименьшая интенсивность, при которой звук воспринимается органами слуха, называется порогом слышимости. Его величина, зависящая от частоты звука, достигает минимального значения около 10^-12 Вт/м² при частотах 700 6000 Гц.

Уровень громкости звука, как и уровень интенсивности акустической волны, обычно измеряют в белах (Б) или децибелах (дБ).

В таблице приведены уровни громкости шума от различных источников. Уровень громкости в ноль децибел (как, например, в зимнем лесу в безветренную погоду) соответствует порогу слышимости. Возрастание уровня громкости на 10 дБ (или на один бел) означает, что громкость шума увеличивается в 10 раз, поскольку ее уровень определяется по логарифмической шкале.

Уровни громкости шума от различных источников

Шум, уровень громкости которого не превышает 30 дБ, является безвредным, он не мешает полноценному отдыху и сну. Более громкий шум вреден для человека, в тем большей степени, чем он сильнее и продолжительнее.

Предельно допустимый уровень кратковременного шума оценивается в 80−110 дБ (в зависимости от длительности и частотных характеристик). Шум с уровнем громкости свыше 110 дБ является недопустимым.

Болевой порог, т. е. наибольший уровень громкости, при котором восприятие звука органами слуха еще не вызывает болевого ощущения, лежит обычно в пределах 120−130 дБ. Его величина зависит от частоты звука.

2. Влияние шума на организм человека

Как показывают многочисленные исследования, продолжительный шум наносит значительный вред организму человека. Воздействуя на центральную и вегетативную нервные системы, а через них — на внутренние органы, он становится причиной развития шумовой болезни. Снижая общую сопротивляемость организма внешним воздействиям, шум способствует также развитию инфекционных заболеваний.

При работе в условиях шума наблюдаются повышенная утомляемость и снижение работоспособности, ухудшаются внимание и речевая связь, создаются предпосылки к ошибочным действиям работающих. Являясь причиной частых головных болей, раздражительности, неустойчивого эмоционального состояния, шум создает предпосылки к ухудшению психологического климата в коллективе.

Клинические проявления шумовой болезни подразделяются на специфические, возникающие в слуховой системе человека, и неспецифические, затрагивающие другие органы и системы организма.

Длительное воздействие шума может привести к повышению порога слышимости, уменьшению слуховой чувствительности человека, глухоте. Стойкая потеря слуха наступает через 5−8 лет работы в условиях шума высокой интенсивности.

Значительно раньше могут развиться неспецифические проявления шумовой болезни, вызванные губительным влиянием шума на центральную и вегетативную нервные системы.

К основным сдвигам в центральной нервной системе под действием шума относятся замедление зрительно-моторной реакции, нарушение нервных процессов, биоэлектрической и биохимической активности мозга.

Реакции со стороны вегетативной нервной системы обнаруживаются даже при небольших уровнях громкости шума (40−70 дБ) независимо от его субъективного восприятия человеком. Например, шум с уровнем громкости 40−50 дБ может вызвать отрицательную вегетативную реакцию даже во сне.

Вегетативные реакции на шум зависят от его уровня громкости, спектра частот и характера (постоянный, импульсный и т. д.). Импульсный шум вызывает более тяжелые последствия по сравнению с непрерывным шумом при одинаковых уровнях громкости.

Привыкания вегетативной нервной системы к шуму не происходит. После прекращения действия шума вызванные им нарушения вегетативных функций сохраняются тем дольше, чем длительнее было шумовое воздействие или чем неожиданнее оно возникало.

Из вегетативных реакций на шум наиболее выраженной является нарушение периферического кровообращения за счет сужения капилляров кожного покрова и слизистых оболочек. У работающих в условиях интенсивного шума (85 дБ и более) чаще встречаются заболевания гипертонической и язвенной болезнями.

Действуя на слуховой анализатор, шум изменяет функциональное состояние многих систем и органов человека вследствие взаимодействия их через центральную нервную систему. Это приводит, в частности, к влиянию шума на органы зрения человека, а также снижает его мышечную работоспособность. Вредное воздействие шума на организм человека, как правило, усиливается при наличии других вредных или неблагоприятных факторов.

В частотном спектре звуков, формирующих шум, могут присутствовать акустические волны, не воспринимаемые органами слуха человека, а именно ультразвуки (с частотами свыше 20 кГц) и инфразвуки (с частотами менее 16 Гц). Установлено, что ультразвуки оказывают отрицательное воздействие на организм человека, вызывая расстройство нервной системы. Значительный вред здоровью могут нанести и инфразвуки, а также вызываемые ими вибрации.

Инфразвуки влияют на вестибулярный аппарат и приводят к снижению слуховой чувствительности. При уровне интенсивности инфразвука 100−120 дБ наблюдаются вибрации барабанных перепонок, затрудненное дыхание, головная боль. Инфразвуки с уровнем 120−140 дБ могут вызвать вибрацию грудной клетки, ощущение падения, летаргию, чувство страха.

Порог переносимости инфразвука находится в пределах 140−155 дБ. Верхний предел характеризует терпимость физически здоровых людей к высоким уровням интенсивности инфразвука при кратковременном действии. При длительном воздействии инфразвука такого уровня в организме развиваются устойчивые опасные психофизические отклонения от нормы.

Инфразвуки с более высоким уровнем интенсивности опасны для жизни человека. Даже кратковременное воздействие инфразвука с уровнем 180−190 дБ может привести к летальному исходу.

Кроме того, инфразвуки могут вызывать вибрации элементов зданий, сооружений, предметов, что также мешает труду и отдыху, негативно влияет на организм человека. Вибрации часто сопровождаются звуками слышимого диапазона частот, что усиливает их отрицательное воздействие.

Проблема шумового загрязнения окружающей среды и его влияния на здоровье людей является весьма актуальной для крупных аэропортов.

3. Источники шума на территории аэропорта

К основным источникам шума на территории аэропорта относятся авиационные двигатели, вспомогательные силовые установки самолетов, спецмашины аэродромного обслуживания различного назначения, станочное и технологическое оборудование производственных цехов и участков.

Шум, возникающий при работе авиационных двигателей, вносит наибольший вклад в шумовое загрязнение района аэропорта. Уровень громкости создаваемого ими шума превышает 140 дБ (см. табл.).

Из всех типов авиационных силовых установок наиболее шумными являются турбореактивные двигатели. Их шум генерируется в рабочем процессе многими источниками, имеющими различные характеристики интенсивности, спектра, направленности. Среди них — реактивные струи первого и второго контуров, вентилятор, компрессор, турбина, агрегаты, камера сгорания.

При работе авиационных силовых установок с турбовинтовыми и поршневыми двигателями основным источником шума является воздушный винт. Интенсивность шума, создаваемого пропеллером, зависит от угловой скорости вращения, мощности, подводимой к винту, его диаметра, числа лопастей и т. п.

Вспомогательные силовые установки самолетов представляют собой газотурбинные двигатели, энергия которых используется для автономного запуска авиационных двигателей, энергоснабжения, наземного кондиционирования воздуха в кабине пилотов и салоне самолета и других нужд.

Мощность вспомогательных силовых установок возрастает с увеличением размеров самолета. Это приводит к росту уровней громкости создаваемого ими шума и времени его воздействия на обслуживающий персонал, работников аэропорта и пассажиров. Вследствие большой частоты вращения газотурбинных двигателей шум от вспомогательных силовых установок имеет высокочастотный характер. Уровень громкости данного шума достигает 135 дБ, а на удалении 25 м составляет около 90 дБ.

К спецмашинам аэродромного обслуживания относятся аэродромные подвижные агрегаты, топливозаправщики, моторные подогреватели, тягачи, моечные машины, автопогрузчики, автолифты и другие. Среди них наиболее сильными источниками шума являются тепловые, ветровые и обдувочные машины. Они создаются на базе отработавших летный ресурс авиадвигателей, использующихся на режимах пониженной мощности.

Производственные цеха и участки аэропортов, как и любые другие механические предприятия, также являются существенными источниками шума. Он возникает при работе сверлильных, фрезерных, токарных и других станков, листовых ножниц и роликовых ножей, прессов, при штамповке, сварке, пневмоклепке и других производственных процессах.

К специфическому акустическому воздействию на окружающую среду приводит эксплуатация сверхзвуковой авиации.

При движении самолета со скоростью, большей скорости звука, возникает так называемая ударная волна (или скачок уплотнения) — тонкая переходная область, в которой происходит резкое увеличение давления и плотности воздуха. Ударная волна распространяется со сверхзвуковой скоростью в сторону, противоположную полету, образуя конус скачка уплотнения позади самолета.

Дошедшая до поверхности земли ударная волна воспринимается как резкий кратковременный звуковой импульс (наподобие звука выстрела). Данный импульс вызывает неблагоприятные реакции у человека и животных. Кроме того, он обычно приводит к вибрации отдельных элементов различных конструкций, зданий и сооружений, что усиливает негативное воздействие ударной волны на живые организмы, повышает шумовое, в том числе инфразвуковое загрязнение окружающей среды.

Интенсивность звукового импульса зависит от массы и конструкции самолета и траектории его движения со сверхзвуковой скоростью. Чем больше масса воздушного судна, тем интенсивнее звуковой импульс. При криволинейной траектории полета возможен приход нескольких ударных волн в одну и ту же область на поверхности земли, что усиливает акустическое воздействие сверхзвуковой авиации на живые организмы, здания и сооружения.

Вследствие наличия множества источников интенсивного шума в крупных аэропортах, как на их территории, так и в близлежащих районах, складывается, как правило, весьма неблагоприятная акустическая ситуация, влияющая на здоровье не только экипажей, работников аэропорта и пассажиров, но и населения прилегающих к аэропорту территорий. При этом существенно, что численность населения, страдающего от авиационного шума, как правило, возрастает с течением времени. Это связано с постоянным сближением границ жилой застройки и аэропортов, а также с увеличением количества жителей в населенных пунктах вблизи аэропортов.

Уровень громкости авиационного шума в окрестностях аэропортов зависит от направления взлетно-посадочных полос и трасс полетов самолетов, интенсивности полетов в течение суток, сезонов года, от типов самолетов, базирующихся на аэродроме, и других факторов.

Эксплуатация самолетов большого тоннажа с мощными турбореактивными и турбовинтовыми двигателями, увеличение интенсивности их полетов, рост парка и расширение сферы применения гражданских вертолетов приводит к значительному повышению уровня шума в окрестностях аэропортов.

Как показывают результаты измерений, населенные пункты, расположенные в радиусе 15 км от крупных аэропортов, находятся в дискомфортных акустических условиях. В некоторых из них первое место среди всех источников шума (автомобили, промышленные предприятия, коммунальное хозяйство и др.) занимает воздушный транспорт.

При круглосуточной интенсивной эксплуатации аэропортов уровни громкости шума в прилегающих населенных районах достигают в дневное время 80 дБ, а в ночное — 78 дБ. Максимальные уровни громкости колеблются в пределах 92−108 дБ.

Первая реакция населения на авиационный шум — это жалобы, количество которых растет из года в год. В них отмечается, что авиационный шум беспокоит, нервирует, утомляет, вызывает головную боль, сердцебиение, нарушает сон и отдых, не дает сосредоточиться на выполнении любой работы.

Для авиационного шума, как ни для какого другого, характерен раздражающий эффект. Шум самолетов при внезапном возникновении на тихом шумовом фоне вызывает у людей чувство тревоги и страха, особенно в ночное время. Вследствие этого полеты ночью причиняют жителям прилегающих к аэропорту районов намного больше беспокойства, чем днем. Так, на шум в дневное время при уровне его громкости 66 дБ жалуется 33% населения, а на ночной шум такого же уровня — 92%.

Наибольшее беспокойство испытывают люди, страдающие заболеваниями нервной и сердечно-сосудистой систем, желудочно-кишечного тракта и др. Количество жалоб от этой части населения (64−90%) намного больше, чем от здоровых людей (39−52%).

Городские жители чаще, чем сельские, жалуются на шум самолетов, что объясняется повышенной чувствительностью горожан к шуму вследствие воздействия на них еще и промышленного, транспортного, коммунального шумов.

4. Критерии оценки степени зашумленности территорий аэропортов и их окрестностей

шум аэропорт трудовой работник Для объективной оценки авиационного шума, его интенсивности, частотного спектра, продолжительности и степени воздействия на людей используются следующие критерии:

— максимальные уровни шума (в децибелах), определенные с учетом различных стандартных коррекций на влияние частотного спектра шума на психофизические реакции человека (например, максимальный уровень звука L_A и максимальный уровень воспринимаемого шума PNL);

— эффективные уровни шума, характеризующие его воздействие при единичном пролете воздушного судна, т. е. с учетом продолжительности шума (например, эффективный уровень звука L_AE и эффективный уровень воспринимаемого шума EPNL);

— эквивалентные уровни шума, в которых учитываются не только максимальные уровни шума при каждом пролете, но и число пролетов в различное (дневное или ночное) время суток (например, эквивалентный уровень звука L_Aэкв);

— площади контуров шума заданных уровней на земной поверхности, которые могут определяться по отдельности для взлета и посадки самолета или в целом для данных этапов полета;

— доля жителей населенных районов, страдающих от воздействия авиационного шума (в процентах).

Наряду с упомянутыми используются также комплексные критерии, представляющие собой комбинации критериев перечисленных выше типов. Они применяются, например, для оценки авиационного шума смешанного парка воздушных судов.

Рассмотренные критерии используются не только для оценки степени зашумленности территорий аэропортов и их окрестностей. Они широко применяются при нормировании предельно допустимых уровней шума в гражданской авиации, при сертификации воздушных судов по шуму.

Большой вклад в снижение шумового загрязнения окружающей среды воздушными судами вносят усилия Международной организации гражданской авиации (ИКАО) по разработке и внедрению ограничений на интенсивность шума для самолетов различных категорий и классов. Разработанные ИКАО международные стандарты по шуму воздушных судов представлены в Конвенции о международной гражданской авиации (Приложение 16. Том I. Авиационный шум). При этом существенно, что данные стандарты периодически ужесточаются.

5. Пути уменьшения шума

Проблема шумового загрязнения окружающей среды весьма актуальна для гражданской авиации. По оценкам, примерно 2−3% населения подвержено воздействию авиационного шума, превышающего нормативные требования. От авиационного шума страдает несколько миллионов человек.

Для уменьшения шума воздушных судов необходимы модернизация и развитие авиационной техники, в том числе:

— внедрение менее шумных воздухозаборников и выхлопных сопел;

— совершенствование аэродинамических форм и компоновки двигателей летательных аппаратов;

— использование шумопоглощающих и звукоизолирующих материалов и устройств;

— переход от шумных турбореактивных двигателей старого образца к менее шумным турбовентиляторным и двухконтурным двигателям, а также повышение степени двухконтурности последних.

Наряду с техническими методами для уменьшения авиационного шума и его влияния на население и окружающую среду в районе аэропортов используются также эксплуатационные и организационные методы.

Применение специальных приемов пилотирования при взлете и посадке позволяет снижать уровень шума на 5−15 дБ. К ним относятся, например, использование более крутых траекторий и уменьшение режима работы двигателей при наборе высоты и снижении.

Существенно уменьшает воздействие авиационного шума на жителей прилегающих территорий рациональная организация воздушного движения в районе аэропортов. Она предусматривает запрещение пролета самолетами населенных пунктов на малых высотах, выбор оптимальных трасс для воздушных судов, обеспечивающих наименьшее влияние шума на жителей, ограничение полетов и применение воздушных судов менее шумных типов в ночное время. Диспетчеры по возможности должны использовать взлетно-посадочные полосы аэропортов, которые как можно дальше уводят самолеты от населенных пунктов.

Особая проблема возникает при эксплуатации сверхзвуковых самолетов. При их переходе от дозвуковой к сверхзвуковой скорости образуется звуковая ударная волна. Для избежания ее неблагоприятного воздействия на людей, другие живые организмы, здания и сооружения самолеты должны преодолевать звуковой барьер только на большой высоте вне расположения населенных пунктов.

Уменьшение вредного воздействия авиационного шума на окружающую среду достигается также отказом от руления самолетов на аэродромах с работающими двигателями путем применения их буксировки на предварительный старт, уменьшением количества одновременно работающих силовых установок, использованием шумоглушащих ангаров и станций для испытания двигателей.

В целях защиты от шума в аэропортах применяются также специальные стационарные и передвижные глушители шума, создаются отражающие шум экраны, например, полосы лесных насаждений или высокие заборы вблизи взлетно-посадочных полос.

Важная роль в решении проблемы авиационного шума и его влияния на здоровье населения принадлежит строительной политике в районе аэропортов. Ограничение жилой застройки вблизи аэропортов является одним из наиболее эффективных путей решения данной проблемы. Между территорией, предназначенной для строительства жилых и других чувствительных к шуму помещений (селитебной территорией), и границами аэропортов необходимо выделять санитарно-защитные зоны, в которых в соответствии с реальной картиной степени зашумленности окрестностей аэропортов и санитарными нормами по шуму должна быть запрещена любая жилая застройка.

Заключение

Стремительный прогресс во всех областях жизни человека не обошел и авиационную отрасль. Новые технологические разработки увеличивают грузоподъемность, скорость, создают комфортные условия для пассажиров. Но за все это надо заплатить немалой ценой. Если не обращать на это внимания, то эта цена может оказаться слишком высокой. Я считаю, что в наше время экологической проблеме уделяется достаточное внимание: авиакомпании, экологические организации и правительства ведущих стран мира делают все возможное, чтобы максимально уменьшить неблагоприятное воздействие на окружающую среду. Главное не забывать: каким бы бесконечным не казалось небо, оно все-таки имеет границы, которые никак нельзя нарушать.

1. Асатуров М. Л. Основы экологии. Ч. II. Антропогенные экологические процессы / Учебное пособие. — СПб.: АГА, 2002.

2. Ененков В. Г. и др. Защита окружающей среды при авиатранспортных процессах. — М.: Транспорт, 1984.

3. Аксенов И. Я., Аксенов В. И. Транспорт и охрана окружающей среды. — М.: Транспорт, 1986.

4. Материалы сайта aircraft.ru Глухова О. В. «Авиационный шум на местности