Пути снижения влияния авиационного шума на территории жилых застроек

1. 
   Научно-исследовательский испытательный центр (авиакосмическая медицина и военная эргономика) 4 ЦНИИ МО РФ (г. Москва)
   
2. 
   ФГУ Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И.Бурназяна (г. Москва)
   

На ряде территорий жилой застройки определяющим источником физического загрязнения окружающей среды в современных условиях являются авиационный шума. Это связано с быстрым ростом объема воздушных пассажирских перевозок в мире и расширением городского строительства часто без учета реестра государственных объектов, располагающихся на прилегающих территориях.

Существенному влиянию авиационного шума вблизи аэропортов подвержено около 3% граждан России, при этом численность населения, на которое влияет шум с превышением установленных гигиенически допустимых значений вблизи крупных аэропортов Федерального значения, достигает 1,5 млн. человек, а суммарная площадь территорий с фиксированным повышением уровня авиационного шума составляет более 5,8 тыс.км² [1–3] .

Шум относится к главному фактору риска здоровью населения в окружении аэропортов. По результатам социально-гигиенических исследований 72 % населения, проживающего на территориях около аэропортов, предъявляют жалобы на нарушение условий отдыха, труда и быта. Количество жалоб находится в прямой зависимости от величины эквивалентного уровня звука на жилой территории [2, 3, 4–7].

Наличие двух действующих документов: ГОСТ 22283-88 «Шум авиационный. Допустимые уровни шума на территории жилой застройки и методы его измерения» [8] и СН 2.2.4/2.18.562-96 «Шум на рабочих местах, в помещениях, общественных зданий и на территории жилой застройки» [9], создает трудности в регламентировании акустической обстановке на территориях жилой застройки, прилегающих к аэропортам.
Цель работы: изучить влияние полетов самолетов различных типов на акустическую обстановку на территории жилой застройки различных районов города, находящегося вблизи от аэродрома, и разработать предложения для снижения негативного влияние авиационного шума с учетом безопасности полетов.
Материалы и методы исследования

Объектом исследования был выбран аэродром, функционирующий вблизи одного из городов России. Официальные жилые застройки города находятся на удалении 8 км от военного аэродрома. К особенностям этого аэродрома нужно отнести следующее. Во-первых, аэродром как военный объект построен в 40-ые годы прошлого века. Во-вторых, географическая ось взлетно-посадочной полосы проходит через несколько районов города, поэтому взлет и, особенно, посадка самолетов осуществляется над территорией жилой застройки. В-третьих, на аэродроме базируется одновременно несколько типов военных самолетов.

Исследования, выполненные в рамках социально-гигиенического мониторинга, так как полеты самолетов над городом вызывают напряженность среди населения вплоть до политических спекуляций и угрозы риска его здоровью населения.

Работа проводилась в два этапа. На первом этапе проведено исследование акустической обстановки в четырех точках города, попадающие в проекцию взлета и посадки самолета различных типов (транспортный, пассажирский, истребитель). Две точки располагались на удалении 10 км от торца взлетно-посадочной полосы (ВПП) аэродрома справа и слева от оси глиссады, две на удалении 12-13 км. На основании предварительного анализа акустической обстановки установлено, что наиболее неблагоприятная акустическая обстановка возникает при снижении истребителя по глиссаде в точках, расположенных в 10 км от ВВП.

На втором этапе вносили изменения в режимы посадки истребителя для снижения повышенного уровня авиационного шума на территории жилой застройки.

Измерения фонового и авиационного шума проводили с помощью шумомера фирмы Брюль и Къер тип 2250 в соответствии с [8]. Обработка записанных информации проводилась с использованием компьютерных программ с определением следующих параметров: максимальный уровень звука (L_А, дБА), эквивалентный уровень звука (L_Аэкв., дБА), общий уровень звукового давления (L_экв., дБ Лин), которые рекомендованы для санитарно-гигиенической оценки акустической обстановки [9] и [10]. Для определения характера шума использовали спектральный анализ.

Результаты исследования

В таблице 1 представлены результаты исследования параметров фонового и авиационного шума на территории жилой застройки при снижении по глиссаде самолетов трех типов. Условия полета самолета в точке измерения были следующими: угол наклона глиссады 2⁰ 40′, удаление 10 км от ВВП, высота полета 470 м.

** - эквивалентный уровень определен за 40 пролетов самолетов за летную смену с учетом фактического фона.

При пролете самолета независимо от типа значения всех акустических параметров на территории жилой застройки увеличивались по сравнению с фоновыми значениями. Максимальные параметры наблюдались при пролете над этой точкой самолета Су-24 (см. таблицу 1).

Из этого следует, что снижение самолетов по глиссаде приводит к усилению шума на территории жилой застройки, находящейся в проекции глиссады. Акустические параметры этого шума превышают ПДУ, что требует проведения мероприятий для устранения этого нарушения. При пролете самолета Су-24 параметры шума достигают наибольших значений. На рисунке 1 представлены спектры шумов, образующиеся на территории жилой застройки при снижении самолетов по глиссаде.


Рисунок 1 – Влияние типа самолета при посадке на фоновые величины акустического спектра на территории жилой застройки

Анализ спектров шума показал, что при снижении самолетов по глиссаде образуется широкополосный низкочастотный шум с инфразвуковой составляющей, на что указывает максимум УЗД в диапазоне 31,5–500 Гц и разница между величиной L_экв. и L_Аэкв. более 10 дБ. Спектр шумов сплошной. УЗД этого шума превышают ПДУ в звуковом диапазоне от 125 до 8000 Гц. В области инфразвука УЗД были ниже ПДУ. Наиболее высокие УЗД образуются от самолета Су-24. Независимо от типа самолета их спектры имеют сходство, что можно объяснить тем, что при посадке преобладает аэродинамический шум, образующийся преимущественно за счет характеристик планера.

Для подтверждения этого положения в таблице 2 представлены некоторые тактико-технические характеристики самолетов, осуществляющих полеты с военного аэродрома.
Таблица 2 – Тактико-технические характеристики самолетов, влияющие на шумовые характеристики при полете

Таким образом, если прогнозировать уровень шума исходя из тактико-технических характеристик, то самолет Су-24 при снижении по глиссаде будет источником наиболее высокого уровня шума, что нашло свое подтверждение при измерениях (см. таблицу 1).

На втором этапе для снижения повышенного уровня шума на территории жилой застройки, особенно при полетах самолета Су-24, было предложено несколько путей (регулировка интенсивности полетов, курса взлета и посадки и др.). В том числе в качестве перспективного рассматривались варианты по изменению режимов полета самолета при снижении по глиссаде:

первый – это повышение угла наклоны глиссада до 3⁰ 30′, что приведет к повышению высоты снижения самолета и увеличению расстояния прохождения до земли, а, следовательно, усилению затухания распространения шума;

второй – это задержка времени включения взлетно-посадочной механизации (ВПМ) до 10 км удаления от ВПП, то есть практически самолет выходил из зоны жилой застройки;

третий - это комбинация двух вышеописанных способов, то есть повышение угла наклоны глиссады и задержка включения ВПМ.

Результаты исследования представлены в таблицах 3.

Подъем угла глиссады самолета Су-24 с 2⁰ 40′ до 3⁰ 30′ привел к подъему высоты снижения с 470 м до 610 м над контрольной точкой измерения, находящейся на удалении 10 км от торца ВПП. Исходя из уравнения, можно прогнозировать величину спада уровня звука [11]:

D = 20 lg A_l / A_l+λ ,

где D – спад уровня, дБ/м;

A_l - амплитуда колебания на расстоянии L, дБ;

A_l+λ – амплитуда колебания на расстоянии L +λ , дБ;

λ – расстояние от источника волны, м.

Таблица 3 – Влияния различных режимов полета самолета Су-24 на глиссаде на акустические параметры территории жилой застройки

При натурных измерениях спад L_А составил 2,4 дБ. С учетом погрешности измерения шумомера (±0,5 дБ) оба результаты имеют хорошую сходимость. Следовательно, полученные данные подтвердили правильность первого пути по снижению уровня авиационного шума на территории жилой застройки, но его эффективности мала, чтобы соблюдать ПДУ.

Задержка времени включения ВПМ самолета Су-24 до 10 км от ВПП показала, что при угле глиссаде 2⁰ 40′ L_А уменьшился до 74,5 дБА и достиг уровня ПДУ для дневного времени (75 дБА), при угле глиссаде 3⁰ 30′ величина снижения этого параметра была меньшей и составила 79,3 дБА. Объяснить это можно тем, что при снижении по глиссаде основным источником шума является аэродинамический шум за счет турбулентности воздушных потоков, образующихся вокруг планера самолета. Выпуск шасси и закрылок необходимо рассматривать как появление дополнительных препятствий, что значительно усиливает турбулентность воздуха и как следствие происходит усиления шума при выпуске шасси и закрылок и наоборот. Таким образом, этот путь необходимо рассматривать эффективным, так как достигнуто снижение авиационного шума на 6,0 – 12,8 дБА на территории жилой застройки.

Комбинация поднятия угла наклоны глиссады и задержки включения ВПМ тоже приводит к снижению L_А на территории жилой застройки до 79,3 дБА. Это достигли за счет двух факторов: поднятия высоты снижения по глиссаде и снижения сопротивления воздушных потоков, которое появляется при выпущенных шасси и закрылках. Эффективность этого пути по снижению шума была меньшей чем задержка включения ВПМ при угле наклона глиссады 2⁰ 40′. Можно предположить, что увеличение угла наклона глиссады без шасси и закрылок необходимо рассматривать с позиции аэродинамики менее эффективным, что возможно связано с увеличением поперечной площади при увеличении угла наклона планера.

Таким образом, путем изменения режимов полета самолета Су-24 при снижении по глиссаде удалось улучшить акустическую обстановку на территории жилой застройки, о чем свидетельствовало снижение величины L_Аэкв. на 2,6 дБА и L_А на 13 дБА. Наилучшие результаты получены при снижении самолета по глиссаде с углом ее наклона 2⁰ 40′ и задержкой включения ВПМ. Расчет показывает, что при таких условиях полета даже при максимальном количестве вылетов за летную смену (40 полетов) акустические параметры на территории жилой застройки по всей оси проекции глиссады будут соответствовать требования ПДУ для дневного времени [8], а для ночного времени превышение значение L_Аэкв. будет выше 2 дБА. Уменьшение количества вылетов до 20 полетов за ночную смену приведет к снижению параметра на 3 дБА, а значит и его нормализации.

По сравнению с [8] в [9] нормативные требования для L_Аэкв. снижены на 10 дБА и L_Аэкв. – 15дБА, поэтому, предложенные способы по изменению режима полетов и оптимизации их количества будут не эффективными.

Анализ спектра шума, образующегося при снижении самолета Су-24 по глиссаде, показал следующее (см. рисунок 2). При снижении по глиссаде независимо от выбора режима образуется широкополосный шум и инфразвук. УЗД в инфразвуковом диапазоне не превышали ПДУ, а в большинстве октавных полос звукового диапазона они были значительно выше. В спектре шума при снижении по глиссаде доминируют низкие частоты. Повышение угла наклона глиссады и задержка включения ВПМ во всех случаях изменяли характеристики спектра (уменьшались УЗД практически во всех октавных полосах звукового диапазона, максимум УЗД по октавным полосам становилось более равномерным).

Таким образом, все это свидетельствовало об улучшении аэродинамики самолета и уменьшении турбулентности воздушных потоков, а значит снижении аэродинамического шума. Условия режима самолета при снижении по глиссаде оказывают влияние на спектр шума на территории жилой застройки. Наименее неблагоприятное влияние на фоновые акустические характеристики территории жилой застройки выявлены при снижении самолета по глиссаде с углом ее наклона 2⁰ 40′ и без включения ВПМ. Спектр был сплошным, равномерным, с широким максимумом в области инфразвука и низких частот, максимально снижены УЗД во всех октавных полосах звукового диапазона, в том числе и в области высоких частот.

Рисунок 2 – Влияния различных режимов полета самолета Су-24 на глиссаде на фоновые значения акустического спектра территории жилой застройки

Заключение

Проведены исследования акустической обстановки на территории жилой застройки, находящийся удалении 10-12 км от города. Основное внимание уделено обследованию жилых районов, попадающие в ось проекции глиссады самолетов. Исследования показали, что именно в этих местах наблюдаются наиболее высокие акустические параметры при полетах самолета.

Установлено, что в ряде районов города акустическая обстановка в городе не соответствует требованиям СН 2.2.4/2.18.562-96, что связано с интенсивностью движения автотранспорта и наличием близко расположенных производственных объектов.

Наиболее неблагоприятное влияние на акустическую обстановку на территорию города оказывают полеты самолета Су-24, что связано с рядом тактико-технических особенностей его. При снижении по глиссаде на территории жилой застройки образуется низкочастотный широкополосный шум с инфразвуковой составляющей. УЗД превышают ПДУ во всем звуковом диапазоне, в том числе и в области высоких частот. На последнее обстоятельство необходимо обратить особое внимание, так как известно, что при равных уровнях авиационный шум вызывает чувство раздражения у гораздо большего числа обследуемых по сравнению с шумом от автомобильного и железнодорожного транспорта. Объяснением этому является наличие в спектре авиационного шума высоких частот звукового диапазона, действие которого сопровождается неприятными субъективными ощущениями [12–16].

Подтверждают это исследования, в которых было установлено, что наиболее неприятные эмоции у человека появляются при звуках в диапазоне 2-5 кГц. Исследователи с помощью МРТ-сканера на добровольцах зарегистрировали реакцию в области мозжечковой миндалины, отвечающей за эмоции. Похоже, в этот момент включается какой-то эволюционно сформировавшийся процесс и неприятный звук воспринимается как сигнал возможной опасности [17].

На основании проведенных нами акустических измерений и их анализе были предложены пути по улучшению акустической обстановки на территории города:

изменения режимов при снижении по глиссаде;

оптимизации количество полетов в летную смену;

выбор направления взлета и посадки.

При полетах самолета Су-24 было показано, что изменением режимов полета при снижении по глиссаде можно добиться снижения шума (до 10 дБА) на территории жилых районов города и акустические параметры будут соответствовать требованиям ГОСТ 22283-88.

Предложенные способы снижения авиационного шума носят предварительный характер и необходимо проведение дальнейших работ в этом направлении с учетом следующего. Во-первых, режимы полета самолетов на различных этапах регламентируются соответствующими руководящими документами. Для внесения в них изменений требуется проведение комплекса специальных мероприятий, в первую очередь, с точки зрения обеспечения безопасности полетов при внесении изменений и дополнений в руководство по эксплуатации самолетов.

Во-вторых, наличие в настоящее время двух действующих руководящих документов по нормированию шума на территории жилой застройки, прилегающей к аэропортам, ГОСТ 22283-88 и СН 2.2.4/2.18.562-96. Требования последнего к ПДУ параметров шума более жесткие и снижены на 10-15 дБА, тем самым не позволяя предложенными мероприятиями достичь нормативных значений, особенно для параметра L_А. Анализ нормативных значений шума для территории жилой застройки из условий авиационного шума, которые в настоящее время действуют в различных стран мира, показывает, что рекомендовано использовать, как правило, один параметр L_Аэкв., уровень которого соответствует 75 дБА и выше [18]. Как видно, в нашей стране оба нормативных документа для авиационного шума являются самыми жесткими.

Поэтому необходимо признать, что действующая для территории жилой застройки в настоящее время система нормирования для авиационного шума требует обновления и разработки нового нормативного документа, учитывающего реалии и международный опыт. Кроме того, в спектре авиационных шумов имеется инфразвук, для регламентации воздействия которого в нашей стране разработаны санитарные нормы для различных условий, в том числе и для территории жилой застройки [10].

Все вышеизложенное в полной мере относится и к военным аэродромам, которые в большинстве случаев относятся к аэродромам с низкой интенсивностью полетов (менее 40) и с различным максимумом времени загрузки полетов (день, вечер, ночь). Учитывая экологические и социальные негативные аспекты, необходимо в Вооруженных силах РФ разработать систему мониторинга за контролем акустической обстановкой на прилегающих территориях к военным авиационным объектам (аэродромы, полигоны, заводы и др.).

2. Почекаева Е.В. Здоровье населения и гигиеническая безопасность территорий, прилегающих к аэропортам: Автореф. дис.…д-ра мед. наук. – М., 2008. – 48 c.

3. Зинкин В.Н., Ахметзянов И.М, Солдатов С.К., Свидовый В.И. Риск развития шумовой патологии как критерий нормирования шума на территории жилой застройки // Экология. Риск. Безопасность / Мат. междун. науч. – практ. конф. – Курган, 2010. – Т.2. – С.120-123.

4. McLean E.K., Tarnopolsky A. Noise, discomfort and mental health: a review of the socio-medical implications of disturbanceby noise // Psychological Medicine. – 1977. – № 7. – P. 19-62.

5. Passchier-Vermeer W., Passchier W.F. Noise exposure and public health // Environmental health perspect. – 2000. – Vol.108, Sup.1. – P.123-131.

6. Зинкин В.Н., Солдатов С.К., Богомолов А.В., Кукушкин Ю.А., Ахметзянов И.М., Шешегов П.М. Авиационный шум как фактор эколого-социального неблагополучия // Проблемы безопасности полетов. – 2010. – Вып.10. – С.3-13.

7. Зинкин В.Н., Богомолов А.В., Кукушкин Ю.А., Солдатов С.К. Медико-социальные аспекты экологической безопасности населения, подвергающегося кумулятивному воздействию авиационного шума // Экология промышленного производства . – 2011. – №2. – С. 9-14.

8. ГОСТ 22283-88. Шум авиационный. Допустимые уровни шума на территории жилой застройки и методы его измерения. – Введ.1988–12–22. – М.: Госстандарт России: Изд-во стандартов, 1988.

9. Шум на рабочих местах, в помещениях, общественных зданий и на территории жилой застройки: Санитарные нормы. СН 2.2.4/2.18.562–96. – М.: Информационно-издательский центр Минздрава России, 1997. – 20 с.

10. Инфразвук на рабочих местах, в жилых и общественных помещениях и на территории жилой застройки: Санитарные нормы. СН 2.2.4/2.18.583–96. – М.: Информационно-издательский центр Минздрава России, 1997. – 11 с.

11. Борьба с шумом на производстве: Справочник / Под общ. ред. Е.Я.Юдина. – М.: Машиностроение, 1985. – 400 с.

12. Богомолов А.В., Кукушкин Ю.А., Солдатов С.К., Ахметзянов И.М., Зинкин В.Н., Шешегов П.М. Экологические аспекты безопасности жизнедеятельности населения, подвергающегося кумулятивному воздействию авиационного шума // Защита населения от повышенного шумового воздействия / III Всерос. науч.–практ. конф. с междун. участием. – СПб.: Балтийский гос.тех. ун-т, 2011. – С.670-677. – 1 электронный опт. диск.

13. Зинкин В.Н., Богомолов А.В. Ахметзянов И.М., Шешегов П.М. Авиационный шум: специфические особенности биологического действия и защиты // Авиакосм. и эколог. медицина. – 2012. – Т.46, №2. – С.9-16.

14. Crocker M.J. Introduction to community noise and vibration prediction and control // Защита населения от повышенного шумового воздействия / III Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Защита населения от повышенного шумового воздействия». / Балтийский гос. тех. ун-т (Военмех). – СПб., 2011. – С. 33-58. – 1 электрон. опт. диск.

15. Finegold L.S., Harris S.C., von Gierke H.E. Community annoyance and sleep disturbance: updated criteria for assessing the impacts of general transportation noise on people // Noise Control Eng. J. – 1994. – Vol.42, №1. – Р. 25-30.

16. Miedema H.M.E., Vos H. Exposure-response relationships for transportation noise // J. Acoust. Soc. Am. – 1998. – Vol.104, №6. – P.3432-3445.