Акустическое воздействие железнодорожного транспорта на селитебные территории города Воронежа

Введение. Одним из приоритетных факторов, негативно влияющих на окружающую среду и человека, является шум, создаваемый непосредственно железнодорожным (ж/д) подвижным составом, а также при эксплуатации объектов инфраструктуры железнодорожного транспорта [1–3].

Среди причин возникновения шума можно выделить следующие: шум от стука стыков рельсов под действием подвижного состава; шум от механизмов локомотива и вагонов; шум от звукового сигнала; аэродинамические воздействия подвижного состава, создающие и усиливающие шумовое воздействие; шум от вентиляционных систем объектов инфраструктуры ж/д транспорта; шум от громкоговорящих систем оповещения на железнодорожной станции; шум от прохождения поезда по железнодорожным мостам [4][5].

Зарубежные и отечественные исследования воздействия шума от ж/д транспорта на население, проживающее вблизи ж/д путей и станций, показывают, что отсутствие тишины долгое время, особенно ночью, может привести к усталости, а также ухудшению состояния здоровья, риску развития заболеваний сердечно-сосудистой и нервной систем. В частности, в систематическом обзоре и метаанализе, представленном в статье M.G. Smith et al. (2022) по материалам 36 исследований, делается вывод, что группы населения, подвергающиеся воздействию высоких уровней транспортного ночного шума, в том числе и железнодорожного, могут подвергаться большему риску нарушения сна: относительный риск нарушения сна при превышении рекомендаций ВОЗ (свыше 40 дБ) на 10 дБ от воздействия железнодорожного шума составляет 2,97 единицы [6]. В исследованиях M. Ögren et al. (2017), A. Pultznerova et al. (2018) на основе анкетирования жителей, проживающих в районах, подверженных воздействию шума от железной дороги, и инструментальных измерений достоверно показано раздражающее действие ночного шума, эквивалентный уровень которого возле фасадов зданий достигал 72 дБ [7]; при уровне шума 59 дБ вероятность раздражающего действия составляет 20 %, 63 дБ – около 40 % [8]. Наиболее часто респонденты отмечали, что воздействие шума, создаваемого проезжающими поездами, вызывало раздражительность, головную боль, плохую концентрацию внимания и бессонницу.

Результаты работ M.S. Ragettli (2015), A.L. Brown et al. (2017) также свидетельствуют о неблагоприятном влиянии ж/д шума на состояние здоровья жителей, проживающих вблизи ж/д путей [9][10]. При этом из числа заболеваний, причинами которых наряду с другими факторами может являться транспортный шум, в том числе железнодорожный, отмечаются болезни сердечно-сосудистой и нервной систем как в зарубежных [11–14], так и отечественных работах [15][16].

Некоторые исследования, в частности N. Vincens et al. (2022), M.L. Cantuaria et al. (2023), указывают на наличие влияния ж/д шума на распространенность диабета и ожирения [17][18], рака молочной железы [19], хотя такие результаты, по нашему мнению, еще требуют верификации на основе проведения метаанализа по мере накопления данных.

В этой связи оценка уровня железнодорожного шума на территории жилой застройки является актуальной гигиенической задачей.

Цель исследования: оценка шумового воздействия железнодорожного транспорта и его вклада в создание зоны акустического дискомфорта на селитебных территориях города Воронежа.

Материалы и методы. В качестве объекта исследования выбрана жилая зона объектов индивидуального жилищного строительства (частного сектора), расположенная в городе Воронеже, в микрорайоне Березовая роща по ул. Фронтовой с переулками, общей площадью 1,0 га, состоящая из одно- и двухэтажной застройки. Исследовался участок индивидуального жилищного строительства длиной 120 м (параллельно ж/д полотну).

Железнодорожное полотно, по которому активно курсируют пассажирские поезда дальнего и пригородного сообщения, расположено в непосредственной близости от жилых домов (25–30 м) и имеет следующие характеристики: тип шпал – железобетонные, тип пути – бесстыковой. На участке имеется остановочная платформа (о.п.) «Березовая роща» для поездов пригородного сообщения. Примерно в 70 м от исследуемого участка железной дороги параллельно проходит одна из загруженных магистралей города – улица Ломоносова, относящаяся к категории 1В (обычная, не скоростная дорога, с общим количеством полос движения в двух направлениях – 4, центральной разделительной полосой, с расчетной пропускной способностью более 14 тыс. автомобилей в сутки). По классификации, предложенной Н.Н. Мининой (2012), такая автомагистраль характеризуется как шумная и относится к 3-му классу шумности [24].

Таким образом, на жилую зону ул. Фронтовой оказывают влияние одновременно два мощных источника шума (автомобильный и ж/д транспорт), поэтому исследуемая селитебная территория нуждается в контроле уровня акустической нагрузки.

В ходе исследования влияния ж/д шума на акустический фон жилой городской застройки в период ноябрь 2023 – январь 2024 года проведены измерения уровня комбинированного шума (автотранспортный и ж/д) в 9 мониторинговых точках контроля (м. т. к.), количество которых подобрано таким образом, чтобы полностью покрыть территорию объекта исследования и проанализировать вклад движения ж/д транспорта в уровень шума по мере удаления жилых домов от железнодорожного полотна (25 – 50 – 75 м) (рис. 1).

В зоне расположения м. т. к. № 1–3 имеется шумозащитный экран из профилированного металлического листа высотой 2 м и длиной до 50 м, который заканчивается на границе остановочной платформы.

Измерительная часть работы выполнена сотрудниками кафедры геоэкологии и мониторинга окружающей среды Воронежского государственного университета. Для измерения уровня шума использован шумомера «Ассистент» (1-й класс точности). Измерения и анализ результатов проводились в соответствии с требованиями нормативных документов^1,2.

В качестве шумовой характеристики движения ж/д транспорта установлен эквивалентный уровень шума (дБА), измеренный на расстоянии 25 м от оси ближнего к точке измерения магистрального железнодорожного пути и на высоте 1,5 м над уровнем головки рельса. Для проходящего поезда шум измеряют до тех пор, пока уровень звука по меньшей мере снизится на 10 дБА относительно наибольшего мгновенного уровня звука в момент прохода поезда мимо точки измерения.

Всего выполнено 36 измерений (по 18 замеров днем и ночью) для двух видов подвижного состава (пассажирские поезда дальнего следования и поезда пригородного сообщения на электрической тяге) в выходные дни в разное время суток.

Дневной шум измерялся с 16:00 до 18:00 часов, ночной шум – с 06:00 до 06:50 часов. Следует отметить, что выбор времени выполнения измерений связан с расписанием движения поездов. Известно, что ночным считается шум, измеренный с 23:00 до 07:00 часов. Однако пригородные поезда прекращают свое движение в 22:00 часа, а возобновляют в 06:00 часов, поэтому ночной шум электропоездов измерялся в раннее утреннее время с 06:00 до 07:00 часов.

Выбор выходных дней (суббота и воскресенье) связан с тем, чтобы снизить влияние автотранспортного шума при оценке шумового фактора от движения поездов, т. к. в выходные дни поток автомобилей значительно меньше. В связи с тем что при оценке уровня шума железнодорожного транспорта полностью исключить автотранспортный шум в исследуемых точках не представляется возможным, оценивался комбинированный шум.

Вместе с тем при измерении уровня ж/д шума невозможно полностью отделить его от шума автотранспортного, поэтому после проведения измерений определение значений уровня ж/д шума производили расчетным путем по адаптированной формуле, опубликованной в статье А.Л. Пономарева и соавт. (2022) [25]:

Для определения вклада ж/д транспорта в уровень общего шума необходимо путем логарифмического вычитания из комбинированного шума отнять рассчитанный уровень ж/д шума по формуле:

К_ж/д =100 – lg(L_общ/L_ж/д) × 100%,

где К_ж/д – вклад уровня шума от железнодорожного транспорта, %;

L_общ – общий (комбинированный) шум, дБА;

L_ж/д – уровень шума от железнодорожного транспорта, дБА.

По данным изменения уровня шумового воздействия составлены карты акустической нагрузки на территории объекта исследования. Построение карт акустической нагрузки осуществлялось в картографической программе Quantum GIS³.

Работа одобрена экспертной комиссией факультета географии, геоэкологии и туризма ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет» (заключение от 30.01.2024).

Результаты. Анализ результатов выполненных измерений шумового фактора показал, что в связи с удаленностью ул. Ломоносова от оцениваемой

территории индивидуальной жилой застройки уровень автотранспортного шума в течение суток практически находится в пределах нормы, за исключением м. т. к. (№ 1, 4, 7), в которых ПДУ в дневное время превышен на 1,4–1,7 дБА, в ночное – на 2,2–3,2 дБА. При прохождении поездов уровень шума резко увеличивается с 54,9–56,7 до 69,0–73,6 дБА (табл. 1 и 2).

Установлено, что в ночное время уровень комбинированного шума (при прохождении поезда) выше, чем днем. В дневное время вдоль ж/д полотна уровень шума регистрировался в интервале от 69 до 73,6 дБА, что превышает ПДУ на 14–18,6 дБА (ПДУ = 55 дБА). В ночное время эквивалентный уровень шума находится в интервале от 70 до 74,9 дБА, что превышает установленные нормативы на 25–29,9 дБА (ПДУ = 45 дБА).

В зависимости от вида проходящих поездов, уровень шума от ж/д транспорта превышает установленные нормативы на 16,8–18,6 дБА (для пассажирских поездов дальнего сообщения) и на 14–15,3 дБА (для пассажирских поездов пригородного сообщения с остановкой на платформе на 1–2 мин). Разница ж/д шума объясняется тем, что масса подвижного состава пассажирского поезда дальнего сообщения больше (13–18 вагонов), а пассажирских поездов пригородного сообщения (электропоездов) – меньше (4–8 вагонов). Кроме того, более продолжительный шум накапливается.

Экран, установленный вдоль ж/д полотна, незначительно снижает уровень комбинированного шума – на 1,5–2 дБА.

Наблюдается закономерное снижение уровня комбинированного шума, в том числе от ж/д транспорта, с увеличением расстояния от железной дороги до жилой застройки примерно на 12–13,5 дБА на расстоянии 50 м и на 18,2–20,4 дБА на расстоянии 75 м от ж/д полотна.

В дневное время комбинированный шум превышает ПДУ вдоль ж/д полотна (25 м) и на территории жилых домов (50 м), на расстоянии 75 м шумовая нагрузка в пределах нормы. Однако в ночное время комбинированный шум превышает ПДУ на всей территории индивидуальной жилой застройки (25 – 50 – 75 м).

Установлено, что вклад шума от ж/д транспорта при прохождении подвижного состава в общее акустическое состояние территории составляет от 99,31 до 99,99 %.

Оценка акустического воздействия комбинированного шума (автотранспортный + железнодорожный) на селитебную территорию города Воронежа показала, что жители, проживающие вблизи ж/д полотна (на расстоянии до 25 м) в момент прохождения поездов, испытывают большой дискомфорт, особенно в ночное время. Это объясняется тем, что, с одной стороны, ночью затихают или вовсе исчезают посторонние шумы, а с другой – ночной воздух более холодный, значит и более плотный, звуки в таком воздухе более слышны.

По данным изменения уровня шумового воздействия с помощью программного обеспечения Quantum GIS составлены карты акустической нагрузки на территории объекта исследования (рис. 2, 3).

Полученные карты позволяют оценить влияние комбинированного шума на селитебную зону по мере удаления от источника акустического воздействия.

Анализ шумового состояния в дневное время показал, что в периоды отсутствия железнодорожного движения большая часть исследуемой территории находится в зоне акустического комфорта, лишь 30 % участка подвержена повышенному воздействию шума от автотранспорта. При прохождении железнодорожных составов через селитебную территорию зона дискомфорта возрастает до 60 %.

В ночное время в периоды отсутствия железнодорожного движения, аналогично дневному времени, зона дискомфорта составляет 30 %. Железнодорожный транспорт при прохождении через селитебные территории образует 100 % зону дискомфорта.

Обсуждение. Исследования показывают, что существенное влияние на распространение звуковой волны от железнодорожного транспорта в городской черте оказывает тип городской застройки и проведение шумозащитных мероприятий (установка шумозащитных экранов вдоль ж/д путей, организация озелененных санитарных разрывов между ж/д путями и жилой застройкой [20–22], а из числа реализуемых в современном строительстве ж/д путей – использование рельсов без стыков и шумо-виброгасящих матов из композитных полимерных материалов под ж/д полотном [23]. Учитывая материалы данных исследований и наш опыт, при планировании измерений уровня железнодорожного шума в условиях города в общем случае следует иметь в виду следующие методические моменты: 1) при измерении ж/д шума необходимо учитывать тип шпал (железобетонные или деревянные) и тип пути (бесстыковой или звеньевой), от которых зависит создаваемый уровень шумовой нагрузки; 2) шум от ж/д транспорта формируется поездами различного вида пассажирскими и грузовыми (или товарными); в пассажирских перевозках различают скоростные, скорые и пассажирские подвижные составы в зависимости от скорости их движения; дальние и пригородные в зависимости от расстояния следования, что обусловлено массой и длиной подвижного состава. Поэтому при измерениях ж/д шума необходимо учитывать различные типы поездов. Последнее подтверждается исследованиями О.И. Копытенковой и соавт. (2019), установившей в частности, что на расстоянии 25 м от железнодорожного полотна для грузового подвижного состава, а также скоростных электропоездов типа «Сапсана», «Ласточки», «Аллегро» эквивалентный уровня звука составляет до 77 дБА, максимальный – до 83 дБА, для пассажирских поездов эквивалентный уровень звука составлял до 71 дБА, для электропоездов пригородного сообщения – 66–69 дБА [26].

Установить фактическую долю вклада ж/д транспорта в общую акустическую нагрузку на селитебные территории города, примыкающие к ж/д путям, достаточно сложно, так следует учитывать, что шум от автотранспорта носит практически постоянный характер, а ж/д шум возникает периодически. В этой связи, как аргументированно предложено Пономаревым А.Л. и соавт. (2022), возможно дополнение результатов натурных измерений расчетным методом, позволяющим оценить вклад в формирование шумовой нагрузки конкретного источника из нескольких [25]. Этот подход использован и в нашем исследовании.

Заключение. Результаты исследования показали значимость проведения мониторинговых работ на селитебных территориях города Воронежа по определению уровня шумовой нагрузки при формировании зоны акустического дискомфорта. Натурные измерения показали, что эквивалентный уровень шума вдоль железнодорожного полотна в дневное время превышает гигиенические нормативы на 1,4–1,7 дБА – без ж/д движения, и на 14–18,6 дБА при движении ж/д составов, а ночью – на 2,2–3,2 дБА – без ж/д движения, и на 25–29,9 дБА – при движении ж/д составов. В результате объект исследования в течение суток при отсутствии ж/д транспорта находится в зоне шумового воздействия выше ПДУ на 30 % своей территории, во время прохождения пассажирских поездов дальнего сообщения и пассажирских электропоездов пригородного сообщения зона дискомфорта днем возрастает до 60 %, ночью – до 100 %.

Интенсивность шума зависит от скорости движения и вида подвижного состава. При снижении скорости движения поезда можно уменьшить уровень шума. Поэтому скорость поездов, если подвижной состав находится в черте города, ограничена. Снижение шума, производимого железнодорожным транспортом, в нашем случае может быть достигнуто путем установки дополнительных светопрозрачных шумозащитных экранов, озеленением придомовой территории, отделяющей селитебную застройку от ж/д путей, древесно-кустарниковой растительностью. В общем случае при проектировании железнодорожных путей сообщения и объектов их инфраструктуры необходимо предусматривать санитарно-защитные разрывы с современными шумозащитными мерами.