Влияние погодно-климатических факторов на принятие решений при проектировании автомобильных дорог

Высокие требования к уровню содержания дорог делают необходимым проведение научных  исследований по более широкому использованию  имеющихся информационных ресурсов (как погодных, так и дорожных) в системе оперативного управления работами по борьбе с зимней скользкостью [59].

Оценка состояния  внешней среды осуществляется посредством  анализа метеорологической информации и прогнозов погоды. Вопросам специализированного  дорожного метеорологического обеспечения (СДМО) в системе оперативного управления зимним содержанием дорог уделяется  особое внимание во многих странах, и  информация о внешних воздействиях поступает из двух источников - Национальной службы погоды и с сети специальных  автоматических дорожных метеостанций (АДМС) [60]. Их подробное описание приводится в разделе 3.1.

Управляющая подсистема в системе оперативного управления работами по борьбе с зимней скользкостью на дорогах

При оперативном  управлении зимним содержанием дорог  к основным управляющим воздействиям можно отнести работы по поддержанию  требуемого уровня содержания дороги - ликвидация или профилактика образования  зимней скользкости. Действующие нормативные  документы по ликвидации зимней скользкости  регламентируют выбор норм распределения  противогололедных материалов в  зависимости от их вида, температуры  воздуха и количества выпавших осадков, профилактические операции рекомендуются  для предупреждения образования  снежного наката. Эти работы не увязаны  с прогнозами погоды, не учитывают  динамику изменения погодных факторов, которая может существенно повлиять на эффективность работ по ликвидации скользкости. Несмотря на то, что рыхлый снег отнесен к одному из видов  зимней скользкости, технологические  операции по проведению патрульной снегоочистки не входят в состав работ, отмеченных в Руководстве [53]. Таким образом, задача выбора управляющих воздействий  при организации работ по борьбе с зимней скользкостью требует своего уточнения, более четкой «привязки» к специализированной метеорологический  информации, которая может быть доступна дорожным организациям с различным  уровнем оснащения информационными  ресурсами. Опыт функционирования таких  подсистем приведен в главе 4.

Связь в оперативном  управлении зимним содержанием автомобильных дорог

Система связи  должна удовлетворять потребности  в информационном обеспечении процессов  оперативного управления зимним содержанием  дорог, она позволяет организовать своевременный сбор и обработку  данных о погодных и дорожных условиях, обеспечивает производственные процессы и пользователей дорог необходимой  информацией о состоянии проезда  и условиях движения по дорогам.

Вопросам совершенствования  систем связи уделяется большое  значение в дорожном хозяйстве России [24, 37, 57, 58, 61]. Проведенный анализ показывает, что уровень развития различных  средств связи создает необходимые  технические предпосылки для  создания полноценной системы оперативного управления работами по борьбе с зимней скользкостью на автомобильных дорогах и позволяет развивать и внедрять системы погодного дорожного мониторинга.

2.3. ВЛИЯНИЕ ПОГОДНЫХ  УСЛОВИЙ НА ПРОИЗВОДСТВЕННУЮ  ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ДОРОЖНЫХ ОРГАНИЗАЦИЙ,  БЕЗОПАСНОСТЬ ДВИЖЕНИЯ, ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ  СОСТОЯНИЕ ПРИДОРОЖНЫХ ТЕРРИТОРИЙ

Совокупность  показателей автомобильной дороги, влияющих на эффективность работы автомобильного транспорта, безопасность движения и  отражающих интересы пользователей  дорог, называют потребительскими свойствами дороги [10]. К основным потребительским  свойствам относятся:

• обеспечение  непрерывности проезда в любые периоды года;

• обеспечение  необходимой скорости, пропускной способности  и уровня загрузки;

• безопасность и удобство движения;

• экологическая  безопасность.

Потребительские свойства меняются по сезонам года, но наиболее сложным для участников движения и службы содержания дорог  является зимний период, когда под  воздействием неблагоприятных погодных факторов изменяются условия видимости, сцепные качества покрытий. На дорогу оказывают воздействие атмосферные  явления в виде выпадающих осадков, метелей, туманов, гололедных отложений.

На все потребительские  свойства автомобильной дороги оказывает  воздействие температурный режим, который влияет на условия и частоту  образования различных видов  зимней скользкости на дорожном покрытии, состояние снежного покрова и  заносимость дорог метелевым  снегом. При устойчивой отрицательной  температуре воздуха в зимний период снижается вероятность обледенения  дорожных покрытий, однако снег становится более сухим, подвижным и легко  переносится ветром, повышая вероятность  снежных заносов. В районах с  частыми переходами температуры (воздуха  через 0°С повышается вероятность образования  скользкости на дорожном покрытии.

На режимы движения автомобиля оказывает влияние ветер, причем наиболее опасно сочетание высокой  скорости ветра и скользкого покрытия, что может привести к потере устойчивости автомобиля при движении его по открытым участкам дороги. Ветровой режим является основной причиной переноса снега при метелях.

Такие виды осадков  и атмосферных явлений, как снегопады, летели, туманы, жидкие осадки, приводят к образованию зимней скользкости. Режим выпадения осадков определяет такие процессы, как снежные заносы, интенсивность снежных и гололедных отложений на дорожных покрытиях, а  также дальность видимости.

Скользкость и  снежные заносы приводят к значительному  снижению скорости движения одиночных  автомобилей и транспортных потоков, следовательно, к снижению пропускной способности дорог, увеличению стоимости перевозок.

В связи с  ростом интенсивности движения проблема обеспечения безопасности движения привлекает к себе все большее  внимание. В зарубежных странах одним  из основных принципов обеспечения  безопасности движения является приоритет  жизни и здоровья пользователей  дорог над экономическими результатами хозяйственной деятельности. Погодные факторы оказывают непосредственное влияние на безопасность движения. Вероятности возникновения ДТП  повышают факторы, зависящие напрямую от погодных условий:

• низкие сцепные качества покрытия;

• сужение проезжей части при наличии снега на дорожном покрытии;

• наличие снежных  валов на пересечениях в одном  уровне в зоне треугольника видимости;

• ограничение  видимости по погодным условиям.

Развитие систем погодного мониторинга будет  способствовать повышению безопасности движения в сложных погодных условиях за счет:

• профилактики или своевременной ликвидации скользкости  на дорожном покрытии;

• информации для  водителей о состоянии проезда  по дорогам и безопасным маршрутам движения;

• средств дополнительной информированности водителей о  рекомендуемых режимах движения в сложных погодных условиях (знаки  со сменной информацией, информационные табло, временные дорожные знаки, устанавливаемые  в зимний период).

По экспертным оценкам зарубежных специалистов, развитая система погодного мониторинга  на автомобильных дорогах снижает уровень аварийности на 10-15%.

Проходящие по автомобильным дорогам автомобили, а также противогололедные материалы, применяемые при зимнем содержании, являются одними из основных источников загрязнения атмосферного воздуха, почв, поверхностных и грунтовых  вод на прилегающих к дорогам  территориях. Экологические аспекты  зимнего содержания дорог достаточно подробно рассмотрены в обзорной информации «Экология зимнего содержания автомобильных дорог», изданной Информавтодором [54]. Наиболее значительное влияние  на экологическое состояние придорожных  территорий оказывают такие погодные факторы, как скорость и направление  ветра, температура воздуха, атмосферные  осадки, относительная влажность  воздуха, атмосферное давление. Это  влияние отражается на характере  распределения загрязняющих веществ, а также изменении состояния  дорожного покрытия и прилегающих  к дороге территорий.

Уровень экологического загрязнения зимой зависит также  от особенностей технологий содержания дорог. Улучшению экологического состояния  придорожных территорий способствует переход на профилактику образования  зимней скользкости, для реализации которой необходимы специализированные прогнозы состояния дорожного покрытия.

Таким образом, практически все указанные выше погодные факторы могут оказать  неблагоприятное воздействие на потребительские свойства дорог  и условия движения в зимний период, которое проявляется, в основном, через состояние дорожного покрытия. На формирование различных видов  зимней скользкости оказывают влияние  не только погодные, но и дорожные условия. (Сложность прогнозирования состояния  покрытия состоит в том, что эти  воздействия не учитываются в  полной мере данными наблюдений на метеорологических станциях и постах Государственной наблюдательной сети. Это приводит к необходимости  развития специальных дорожных систем погодного мониторинга.

Классификация видов зимней скользкости искусственных покрытий

Рассмотрим физические процессы формирования состояния дорожных покрытий в зимний период под совместным воздействием погодных факторов и дорожных условий. К зимней скользкости относят  все виды снежно-ледяных отложений, снижающие сцепление искусственного покрытия с покрышками колес транспортных средств. Скользкость на искусственном  покрытии можно рассматривать как  разновидность обледенения наземных предметов, которое характеризуется  многообразием видов и форм.

Существует несколько  классификаций гололедно-изморозевых  явлений и различных видов  зимней скользкости дорожных и аэродромных  покрытий, в основу которых положены определенные понятия: процессы образования, структура отложений, физические свойства, технологии работ по ликвидации и  т.д. Их условно можно объединить в три группы:

• классификации  видов наземного обледенения, используемые в метеорологии [62, 63, 64];

• подробные  классификации видов обледенения  дорожных покрытий и взлетно-посадочных полос (ВПП) аэродромов [10, 65, 66, 67, 68, 69, 70];

• простейшие классификации  видов зимней скользкости по внешним  признакам или технологиям работ  для службы содержания дорог и  аэродромов [11, 53, 71, 72, 73, 74].

Все многообразие видов зимней скользкости на искусственных  покрытиях в зависимости от условий  образования разделяют, в основном, на пять групп.

Первая группа включает те виды зимней скользкости, к образованию которых приводит замерзание влаги, имеющейся на покрытии. Такой вид обледенения синоптики  называют гололедицей в узком  смысле слова [64].

Ко второй группе обледенения относятся те виды зимней скользкости, которые возникают  на сухой поверхности дороги за счет кристаллизации влаги из воздуха  при температуре покрытия ниже точки  росы (радиационный иней, кристаллический налет, черный лед и т.д.).

Третью группу обледенения составляют те виды, которые  образуются при выпадении жидких осадков на покрытие, имеющее отрицательную  температуру. В нее входят твердый, зернистый и ледяной налет.

В четвертую  группу объединены такие виды скользкости, которые образуются при выпадении  переохлажденных осадков. К ним  относят гололед, зернистую изморозь. 

Пятую группу составляют все виды зимней скользкости, образующиеся при уплотнении и укатывании снега  на покрытии дороги. В нее входят снежный накат, обледенелый и  тающий снег, оплавленный снег.

Все виды обледенения  искусственных покрытий имеют свои отличительные признаки - цвет, структуру  поверхности и физические свойства - плотность, прочность, адгезию к  покрытиям. Достоинство этих классификаций  состоит в том, что кроме физики обледенения и метеорологических  условий, они учитывают такой  фактор, как температура покрытия. На их основе были выявлены наиболее значимые погодные и дорожные факторы, влияющие на образование различных видов  зимней скользкости, исследованы динамика их изменения и условия образования  скользкости.

В нормативно-технических  документах используется более простая  классификация, в основу которой  положено довольно четкое различие видов  зимней скользкости как по внешним  признакам, так и по физическим свойствам. Выделяют три вида скользкости: рыхлый снег, уплотненный снег и стекловидный лед. Классификация удобна для организации  работ по борьбе с зимней скользкостью, так как каждый ее вид легко  определяется визуально. Однако она  ориентирована на технологии работ, в основе которых лежит ликвидация уже образовавшейся скользкости, а не ее профилактика.

Для совершенствования  процессов управления зимним содержанием  аэродромов В.Р. Лежоевым предложена классификация  осадков, учитывающая технологии их удаления с искусственных покрытий. Все виды скользкости он объединил  в две большие группы . К первой отнесены все виды скользкости, обладающие повышенной адгезией к покрытию, удаление которых осуществляется переводом  их любыми путями в другое агрегатное состояние. Ко второй группе отнесены те виды скользкости, удаление которых  с искусственных покрытий возможно механическим путем. Эта классификация  отражает принципиальные различия в  технологиях и организации процесса производства работ, позволяет отразить различия в таких аспектах оперативного управления при зимнем содержании, как: