Приложение

П.1. Определение концентраций загрязняющих веществ в атмосфере для точечного источника.

Рассматривается одиночный точечный источник (например, заводская труба) с круглым устьем, выбрасывающий газовоздушную смесь, содержащую вредные примеси. При определенных метеорологических ситуациях на некотором расстоянии х_м от источника достигается максимальная приземная концентрация вредного вещества с_м (мг/м³), которая определяется по формуле:

, (мг/м³) (1)

где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы;

М – масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, г/с;

F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в воздухе;

m, n – коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса;

Н – высота источника над уровнем земли (для наземных источников принимается Н = 2 м), м;

η – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности; в случае ровной или слабо пересеченной местности с перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км, η = 1;

∆Т – разность между температурой выбрасываемой газообразной смеси Т_Г и температурой окружающего наружного воздуха Т_В, ⁰С;

V₁ – расход газовоздушной смеси (ГВС), м³/с, определяемый по формуле:

(2)

где D – диаметр устья источника выброса (диаметр выходного отверстия трубы), м;

w₀ - средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса (трубы), м/с.

Значение коэффициента А, соответствующие повторяемости неблагоприятных метеоусловий (инверсии температуры), при которых концентрация вредных веществ в воздухе максимальна, определяются для территории России по таблице П.1.

Таблица П.1

№ вари-анта	Территория	Коэффи-циент А
1-5	Бурятия и Читинская обл.	250
6-10	Районы Европейской территории России (ЕТР) южнее 500 с.ш., включая Кавказ и Нижнее Поволжье; Азиатская территория России, включая Сибирь и Дальний Восток	200
11-15	ЕТР и Урал от 50 до 520 с.ш.	180
16-20	ЕТР и Урал севернее 520 с.ш. за исключением центра ЕТР	160
21-25	Центр ЕТР (Московская, Тульская, Рязанская, Владимирская, Калужская, Ивановская области)	140

Эмиссия выбросов загрязняющих веществ М и расход газовоздушной смеси V₁ для вновь строящихся предприятий определяются исходя из конкретных особенностей технологического процесса с помощью специальных методик расчета, которые разработаны для ряда типовых технологий. При отсутствии таких методических разработок приходится проводить специальные научные исследования и инженерные расчеты. Для действующих предприятий эти величины, как правило, уже известны и могут быть проконтролированы путем непосредственных измерений.

Значение коэффициента F принимается:

1. для газообразных примесей и мелкодисперсных аэрозолей (пыли, золы и т.п., скорость оседания которых практически равна нулю) F = 1 (вариант 1-10);

2. для мелкодисперсных аэрозолей, кроме указанных выше, при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов не менее 90% F = 2 (вариант 11-15); от 75 до 90% F = 2,5 (вариант 16-20); менее 75% и при отсутствии очистки F = 3 (вариант 21-25).

Температуру Т_В принимают равной средней максимальной температуре наружного воздуха наиболее жаркого месяца. Для котельных, работающих по отопительному графику, допускается принимать Т_В равной средней температуре наружного воздуха за самый холодных месяц. Температура выходящей газовоздушной смеси Т_Г определяется по технологическим расчетам и действующим для данного производства нормативам.

Расстояние х_м от источников выбросов, на котором концентрация вредных веществ при неблагоприятных метеоусловиях достигает максимального значения с_м определяется формулой:

(3)

где d – безразмерный коэффициент.

Алгоритм расчета коэффициентов m, n, d, а также опасной скорости ветра u_м (м/с), зависит от параметров f, f_e,,v_м , v^*_м и определяется по формулами, приведенными в таблицах П.2 и П.3.

(4)

(5)

(6)

(7)

Таблица П.2

	при	(8)
	при	(9)

Таблица П.3

при	при		(10)
			(11)
			(12)
	при		(13)
			(14)
			(15)
	при		(16)
			(17)
			(18)
при или	при		(19)
			(20)
			(21)
	при		(22)
			(23)
			(24)
	при		(25)
			(26)
			(27)

В предельных случаях (холодные выбросы, предельно малые опасные скорости ветра) максимальная концентрация загрязняющего вещества определяется не по формуле (1), а с помощью соотношений (28), (30).

Так, при (или ) и (холодные выбросы) для расчета используется формула:

, (28)

где

, (29)

причем здесь определяется по формулам (19), (22), (25).

При и или и , (случаи определенно малых опасных скоростей ветра) расчет вместо (1) производится по формуле:

, (30)

где при и (31)

при и (32)

Если мы хотим вычислить приземную концентрацию вредных веществ по оси факела на различных расстояниях (м) от источника выбросов при опасной скорости ветра , то необходимо воспользоваться формулой (33):

, (33)

где - безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения и .

Для газообразных примесей ( ) величину вычисляют по формулам (34) – (36), где через обозначено относительное расстояние :

при (34)

при (35)

при (36)

При значениях для низких и наземных источников (высотой не более 10 м) величину в формуле (33) определяются по формуле:

при ,

В более общем случае, когда требуется определить также и концентрации на некотором расстоянии (м) по перпендикуляру к оси факела выброса, следует использовать формулу (37):

, (37)

где функцию ( ) определяют с помощью формулы (40) в зависимости от скорости ветра (м/с) и параметра :

, (38)

, (39)

(40)

П.2 Расчет концентраций загрязняющих веществ в воздухе около автомагистрали

При расчете рассеяния выбросов от автомобилей для определения концентрации токсичных веществ на различном удалении от дороги используется модель гауссового распределения примесей в атмосфере на небольших высотах.

Концентрация загрязняющего вещества вдоль автомобильной дороги определяется по формуле:

, (41)

где: - концентрация го загрязняющего вещества в воздухе, мг/м³;

- мощность эмиссии го загрязнителя, выбрасываемого транспортным потоком, мг/м*с;

- стандартное отклонение гауссового рассеивания в вертикальном направлении, м; определяется по табл. П.4;

- скорость ветра, преобладающего в расчетный месяц летнего периода, м/с;

- угол, составляемый направлением ветра к трассе дороги (при угла от 90 до 30 градусов скорость ветра следует умножить на синус угла, при угле неблагоприятная ситуация возникает при

№ варианта	φ
1-5	90
6-10	75
11-15	60
16-20	45
21-25	30

- фоновая концентрация загрязнения воздуха, мг/м³.

Мощность эмиссии загрязняющего вещества (мг/м*с), обусловленная транспортным потоком, определяется из формулы:

, (42)

где - эмиссия го загрязняющего вещества одним автомобилем ой группы (г/км);

- интенсивность движения ой группы автомобилей (авт. в час);

- число групп автомобилей ( - легковые, - грузовые карбюраторные, - грузовые дизельные и т.д.);

- коэффициент пересчета одних единиц измерения в другие.

Таблица П.4

Значения стандартного гауссового распределения

при удалении от кромки проезжей части

№ варианта	Приходящая солнечная радиация	Удаление от кромки проезжей части, метры
		10	20	40	60	80	100	150	200	250	300
1-13	Сильная	2	4	6	8	10	13	19	24	30	36
14-25	Слабая	1	2	4	6	8	10	14	18	22	26

Эмиссия диоксида азота (NO₂) для автомобиля (масса загрязняющего вещества, выбрасываемая на единице пути) в расчетах считается независящей от скорости в широком диапазоне скоростей и принимается:

1,7 г/км – для одного легкового автомобиля;

5,2 г/км – для одного грузового карбюраторного автомобиля;

7,8 г/км – для одного дизельного автомобиля.

Для других загрязняющих веществ их эмиссия существенно зависит от скорости движения автомобиля.

П. 3. Расчет загрязнения почвы соединениями свинца около автомагистрали

В марте 2003 года принят закон, запрещающий обращение и использование этилированного бензина на территории Российской Федерации, начиная с 1 июля 2003 года. Таким образом, загрязнение придорожного пространства соединениями свинца, которые в значительном количестве содержались в этилированном бензине, должно существенно сократиться. Однако, это не исключает полностью присутствия соединений свинца в бензине. Согласно современным стандартам и техническим условиям содержание свинца в неэтилированных бензинах различных марок должно составлять не более 0,013 г/л.

Расчетная оценка загрязнения почв свинцом, выполняется на 20-летний период, причем полагается, что 20 % общего количества соединений свинца разносится в атмосфере, а 80 % выпадает в виде твердых частиц на поверхность земель.

Расчетное определение уровня загрязнения свинцом поверхностного слоя почвы выполняется по формуле:

, (43)

где - уровень загрязнения поверхностного слоя почвы свинцом, мг/кг;

- толщина почвенного слоя (в метрах), в котором располагаются выбросы свинца, для пахотных земель принимается 0,2 м, для остальных угодий – 0,1 м;

- плотность почвы, кг/м³ (в среднем кг/м³)

	№ варианта
1400	1-5
1500	5-10
1600	11-15
1700	16-20
1800	21-25

- фоновое загрязнение почвы свинцом, мг/кг;

- отложение свинца на поверхности земли (мг/м²), определяемое по формуле:

, (44)

где - коэффициент, учитывающий расстояние от проезжей части и принимаемый по таблице П.5.

Таблица П.5

Значение коэффициента К_l

Расстояние от края проезжей части, м	10	20	30	40	50	60	80	100
Кl	0,05	0,10	0,06	0,04	0,03	0,02	0,01	0,005

U_ν – коэффициент, зависящий от взаимной ориентации дороги и среднего многолетнего направления ветров, принимается равным отношению площади розы ветров со стороны дороги, противоположной рассматриваемой зоне, к общей площадки;

T_p – расчетный срок эксплуатации дороги в сутках, принимается равным 7300 суток, что соответствует 20 годам;

P_э – мощность эмиссии свинца при данной среднесуточной интенсивности движения (в мг/м сут) определяется формулой:

P_э = K_n ·K_o ·m_p ·K_T ·Σ (G_i ·P_i ·N_i ) (45)

где P_э – измеряется в мг/м в сутки;

m_p – коэффициент, учитывающий дорожные условия и зависящие от скорости транспортного потока, определяется с помощью табл. П.6;

Таблица П.6

Значение коэффициента m_p

в зависимости от скорости движения транспортного потока

Скорость движения, км/час	10	20	30	40	50	60	70	80	100
mp	3,0	3,8	4,0	3,4	2,1	1,4	1,2	1,0	1,2

K_n = 0,74 – коэффициент пересчета единиц измерения;

K_o = 0,8 – коэффициент, учитывающий оседание винца в системе выпуска отработавших газов;

K_T = 0,8 – коэффициент, учитывающий долю выбрасываемого свинца в виде твердых частиц в общем объеме выбросов;

N_i – среднесуточная интенсивность движения автомобилей соответствующей i–ой группы;

P_i – содержание добавки свинца в топливе, применяемом на автомобилях рассматриваемой группы, г/л;

G_i – средний эксплуатационный расход топлива для соответствующей группы автомобилей, л/км, определяется в соответствии с табл. П.7.

При расчете загрязнения почв соединениями свинца дизельные автомобили не учитываются.

Таблица П.7

Средний эксплуатационный расход бензина на 1 км пути

Группа автомобилей	Средний эксплуатационный расход топлива, л/км
Легковые	0,11
Грузовые карбюраторные	0,33
Автобусы карбюраторные	0,37

Полученные расчетом уровни загрязнения почвы свинцом сопоставляются с ПДК, которая равна 32 мг/кг.

П. 4. Расчет уровней шума от автомобильной магистрали

Расчетная величина эквивалентного шума транспортного потока определяется формулой:

L_Р = L_mpn + ΔL_тяж + ΔL_диз + ΔL_ск + ΔL_ук + ΔL_пок – ΔL_хK_п – ΔL* (46)

где

L_Р - эквивалентный уровень звука в расчетной точке;

L_mpn – расчетный эквивалентный уровень звука транспортного потока на расстоянии 7,5 метра от оси ближайшей полосы движения и состав транспортного потока;

ΔL_тяж – поправка, учитывающая долю грузовых автомобилей с карбюраторными двигателями в транспортном потоке;

ΔL_диз – поправка, учитывающая долю грузовых автомобилей с дизельным двигателями в транспортном потоке;

ΔL_ск – поправка на изменение средней скорости движения по сравнению с расчетной;

ΔL_ук – поправка на продольный уклон;

ΔL_пок – поправка на шероховатость дорожного покрытия;

ΔL_хK_п – поправка на снижение эквивалентного уровня звука за счет удаление расчетной точки;

K_п – коэффициент, учитывающий тип поверхности между дорогой и точкой замера;

ΔL* - снижение уровня шума за счет молекулярного поглощения.

Значение расчетного эквивалентного уровня звука транспортного потока, интенсивностью N, на расстоянии 7,5 метра от оси ближайшей полосы движения - L_mpn определяется по формуле:

L_mpn = 50 + 8,8·lgN (47)

Поправка на уменьшение уровня звука ΔL_х, обусловленная удаление от проезжей части, определяется формулой:

ΔL_х = 10 lg (48)

r_o - стандартное расстояние, равное 7,5 м от оси крайней полос движения, на котором в соответствии с ГОСТом определятся

L_mpn – уровень шума транспортного потока;

R – произвольное расстояние от автомобильной дороги (м), на котором определяется уровень шума.

Поправка, учитывающая изменение числа грузовых автомобилей с карбюраторным типом двигателя в транспортном потоке, ΔL_тяж определяется из таблицы П.8.

Таблица П.8

Поправка на грузовые карбюраторные автомобили ΔL_тяж

Число грузовых автомобилей и автобусов в потоке, %	<5	5-20	20-35	35-50	50-60	65-85	85-100
Поправка ΔLтяж, дБА	-3	-2	-1	0	+1	+2	+3

Поправка, усчитывающая изменение числа грузовых автомобилей с дизельным двигателем в транспортном потоке, ΔL_диз определяется из таблицы П.9.

Таблица П.9

Поправка на грузовые дизельные автомобили ΔL_диз,

Число дизельных грузовых автомобилей в потоке, %	<5	5-10	10-20	20-35
Поправка ΔLдиз, дБА	0	-1	+2	+3

Таблица П.10

_{Поправка на скорость движения ΔL}ск

Скорость потока, км/час	30	40	500	60	70	80
Поправка ΔLск, дБА	-1,5	0	1,5	3,0	4,5	6,0

Таблица П.11

Поправка на вид покрытия ΔL_пок

№ варианта	Вид покрытия	ΔLпок,, дБА
1-5	Литой и песчаный асфальтобетон	0
6-10	Мелкозернистый асфальтобетон	-1,5
11-15	Черный щебень	+1,0
16-20	Цементобетон	+2,0
21-25	Мостовая	+6,0

Таблица П.12

_{Поправка на продольный уклон ΔL}ук

№ варианта	Величина продольного уклона проезжей части, 0/00	ΔLук, дБА
1-5	До 20	0
6-10	40	+1
11-15	60	+2
16-20	80	+3
21-25	60	+2

Таблица П.13

_{Значение коэффициента K}п

№ варианта	Тип поверхности между дорогой и точкой замера	Kп
1-5	Вспаханная	1,0
6-10	Асфальтобетон, цементобетон, лед	0,9
11-15	Зеленый газон	1,1
16-20	Рыхлый снег	1,25
21-25	Асфальтобетон, цементобетон, лед	0,9

Снижение уровня шума за счет молекулярного поглощения ΔL* в зависимости от расстояния определяется формулой:

ΔL*=5,2· (49)

где r – расстояние от расчетной точки до оси ближайшей полос движения, м.

П 5. Расчет разбавления сточных вод в реке

Рассмотрим следующую ситуацию: в реку сбрасывается сточная вода, в которой присутствует загрязняющее вещество (ЗВ) с концентрацией С_зв. Источник загрязнения рассматривается как точечный. Будем полагать, что это же загрязняющее вещество присутствует в реке изначально и его концентрация в створе выше места поступления сточных вод равна С_ф.

С_ф – фоновая концентрация загрязняющего вещества, определяемая как средняя величина концентраций, измеряемая при неблагоприятных или некоторых заданных гидрологических условиях.

Створ реки ниже точки сброса, где в результате перемешивания концентрация загрязняющего вещества практически сравнивается с фоновой, отличаясь от нее не более, чем на 5 – 10%, называется створом полного перемешивания. Понятно, что расположение этого створа зависит от расхода воды в реке и ряда других причин.

Введем обозначения:

L – расстояние вниз по реке от места выпуска сточных вод;

- средняя концентрация загрязняющего вещества на расстоянии L.

Для того, чтобы определить во сколько раз уменьшилось превышение концентрации сточных вод в створе L над фоновой по сравнению с местом сброса, вводится отношение:

, (50)

которое называется кратностью разбавления.

Концентрация загрязняющего вещества в воде может изменяться не только за счет разбавления, но и в результате процессов самоочищения. Удаление загрязняющего вещества может происходить по разным причинам.

Это могут быть сорбция на взвешенных частицах и осаждение на дно, либо разложение в результате жизнедеятельности водной микрофлоры, окислительные и восстановительные химические процессы. Если вещество не участвует в таких превращениях, его называют консервативным, подчеркивая тем самым неизменность концентрации во времени. Для неконсервативных веществ вводится понятие коэффициента самоочищения К (часто его называют коэффициентом неконсервативности). Как показывают многочисленные исследования, скорость убывания концентрации загрязняющих веществ со временем пропорционально самой концентрации:

, (51)

где t – время.

Интегрируя это простейшее уравнение, легко найти:

, (52)

где - концентрация загрязняющего вещества в начальном створе реки;

- концентрация загрязняющего вещества на расстоянии L от начального створа;

t – время добегания воды от створа 0 до створа L (обычно измеряется в сутках; очевидно, что , где - средняя скорость течения реки на рассматриваемом участке).

Для створа, расположенного по реке ниже точки выпуска сточных вод, справедливо уравнение баланса веществ:

• для консервативного вещества

; (53)

• для неконсервативного вещества

. (54)

Уравнение (53), (54) имеет смысл для створа, расположенного ниже створа полного перемешивания. В левой части уравнений:

- расход воды в фоновом створе ( );

- расход воды в трубе, сбрасывающей сточные воды ( ).

Очевидно, что - масса загрязняющего вещества, проходящая через сечение реки за единицу времени в фоновом створе; - масса загрязняющего вещества, попадающая за единицу времени в реку со сточными водами. Понятно, что в створе L мы должны иметь сумму этих масс.

Из (53) и (54) можно найти соответственно искомые концентрации на расстоянии L от точки сброса:

• для консервативного вещества

; (55)

• для неконсервативного вещества

(56)

Формулы (55), (56) также имеют смысл лишь для участков ниже створа перемешивания.

Наибольший интерес для оценки загрязнения представляет участок реки между выпуском сточных вод и створом полного перемешивания. Для того чтобы определить концентрацию загрязняющего вещества в максимально загрязненной струе на этом участке, советский гидролог И.Д. Родзиллер предложил следующую формулу, справедливую для консервативного вещества:

(57)

Как видим, формула (57) очень похоже на (55), но в отличие от последней здесь введен коэффициент , который показывает, какая часть расхода воды в реке участвует в разбавлении сточных вод ( называют коэффициентом смешивания).

(58)

где (59)

- множитель, учитывающий гидравлические условия смешения, который определяется по формуле:

(60)

- коэффициент, зависящий от местоположения выпуска ( =1 при выпуске у берега; =1,5 при выпуске на фарватере);

- коэффициент извилистости русла (определяется как отношение расстояния от места выпуска сточных вод до расчетного створа по фарватеру к расстоянию между этими пунктами по прямой);

D – коэффициент турбулентной диффузии ( )

(61)

Здесь g=9, 81 - ускорение силы тяжести;

- коэффициент Шези ( ), определяющий гидравлическое сопротивление русла.

Коэффициент Шези определяется по формуле Шези:

, (62)

где - средняя скорость течения (м/с);

I – уклон водной поверхности на рассматриваемом участке (отношение перепада высот в метрах на 1000 метров длины);

- средняя глубина реки (м).

Метод Родзиллера применим при 0,0025< <1,0.

В том случае, если рассматривается неконсервативное вещество, по аналогии с формулой (57) можно записать:

(63)

Полученные формулы дают возможность определить концентрацию в максимально загрязненной струе на расстоянии L от точки сброса. Если на рассматриваемом участке находится пункт водопользования, например водозабор или пляж, то в створе этого пункта необходимо выполнить условия

,

где ПДК – предельно допустимая концентрация.

Подставляя в (57) вместо величину ПДК и решая уравнение относительно , можно определить, какова допустимая концентрация загрязняющего вещества в сточных водах. Это позволяет подобрать необходимые способы очистки сточных вод, обеспечивающие допустимую концентрацию в сбросе :

(64)