Министерство образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Кафедра прикладных и естественнонаучных дисциплин

РАСЧЕТ ОЖИДАЕМОГО УРОВНЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА ВБЛИЗИ АВТОДОРОГИ

Учебно-методическое пособие

Уфа 2015

Рассматриваются методики расчета ожидаемого уровня загрязнения атмосферного воздуха при проектировании автомобильных дорог в населенных пунктах и курортных зонах.

Учебно-методическое пособие рекомендовано для проведения практического занятия либо самостоятельного выполнения домашнего задания (расчетно-графической работы) по дисциплине «Экология», обучающимся очной, очно-заочной и заочной форм обучения. Учебно-методическое пособие может быть использовано в выпускной квалификационной работе при решении аналогичных задач.

Составители: Буйлова Е.А., доц., канд. хим. наук,

Сухарева И.А., доц., канд. хим. наук,

Садыкова Д.Р., доц., канд. хим. наук

Рецензент Недопекин Д.В., доц., канд. хим. наук,

Каримов Ф.Ч., доц., канд. техн. наук

© Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2015

Содержание

Цель работы……………………………………………………………….....4

Введение………………………………………………………………….…..4

1 Расчет концентрации токсичных выбросов по модели гауссовского распределения примесей в воздухе………………………………………..4

2 Расчет концентрации оксида углерода вблизи автодороги по методике В.Ф. Сидоренко..………………………………………………………….......8

3 Варианты заданий……………………………………………….………...11

4 Контрольные вопросы……………………………………………….……14

Приложение………………………………………………………………….15

Библиографический список…………………………………………..……16

Цель работы:

- ознакомиться с методиками расчета ожидаемого уровня загрязнения атмосферного воздуха в придорожном пространстве (при проектировании автомобильных дорог) токсичными выбросами;

- приобрести практические навыки экологических расчетов.

Введение

При сравнении вариантов проектных решений по прокладке автомобильных дорог, особенно в населенных пунктах и курортных зонах, важное значение придается мимизации загрязнения приземного слоя атмосферы токсичными выбросами автотранспорта.

Процессы сгорания топлив, эмиссии (выделения) токсичных веществ, их диффузии в придорожном пространстве чрезвычайно сложны и до настоящего времени недостаточны изучены. Применение точных методов расчета в таких условиях весьма проблематично. В практике экологических расчетов широкое применение находят упрощенные методы, основанные на экспериментальных данных и эмпирических зависимостях. По вполне понятным причинам такие методики не могут быть универсальными и имеют ограниченную область применения. Поэтому, в зависимости от конкретной ситуации, проектировщику следует правильно выбрать наиболее подходящую методику расчета.

1. Расчет концентрации токсичных выбросов по модели гауссовского распределения примесей в атмосфере

Данный метод наиболее удобен при расчете ожидаемой концентрации токсичных веществ вдоль автотрассы, пересекающей населенные пункты, для принятия соответствующих проектных решений.

При определении уровня концентрации токсичных выбросов от автомобилей на небольших высотах, на различном расстоянии от дороги применяют модель гауссовского распределения примесей в воздухе. В этом случае уровень концентрации загрязнений воздуха окисью углерода, углеводородами, окислами азота соединениями свинца рассчитывается по формуле:

, (1)

где С – концентрация данного токсичного вещества в воздухе, мг/м³;

q – интенсивность выброса токсичного вещества автотранспортными средствами, г/м·с;

 – стандартное отклонение гауссовского рассеяния в вертикальном направлении, м (таблица 2);

u – скорость ветра, учитываемая при угле к дороге  не менее 30⁰ (u умножается на sin ), м/с;

Интенсивность выброса токсичного вещества (q) в атмосферу зависит от состава автотранспортного потока, интенсивности движения автомашин, уклона дороги, режима работы двигателя. Она складывается из q₁ – интенсивности выделения токсичных веществ определенной группы при движении N₁ автомобилей на подъем и q₂ – при движении N₂ автомобилей на спуск и, соответственно, может быть рассчитана по формуле:

, (2)

где N₁ – общее число автомобилей в сутки, идущих на подъем;

N₂ – общее число автомобилей в сутки, идущих на спуск;

pi – часть (в долях единицы) автомобилей i-го типа в составе потока;

T₁ – эмиссия токсичных веществ определенной группы при движении автомобиля i-го типа на подъем, г/100м;

T₂ – т эмиссия токсичных веществ определенной группы при движении автомобиля i-го типа на спуске, г/100м.

Экспериментальные данные по эмиссии основных токсичных веществ от типовых автомобилей в зависимости от величины продольного уклона – основного фактора, определяющего режим работы двигателя автомобиля, приведены в таблице 1 [1].

Значения стандартного отклонения  в формуле (1) существенно зависят от погодных условий. Для скорости ветра 2 м/с и летних условий значения  приведены в таблице 2. Для зимних условий можно использовать третью сверху строку таблицы 2 (ночь, облачно) [1].

Скорость ветра в значительной степени влияет на перенос токсичных веществ в придорожном пространстве. Ее следует учитывать при угле направления ветра по отношению к дороге более 30⁰. В формулу (1) подставляется значение нормальной составляющей скорости ветра по отношению к направлению дороги.

Таблица 1

Эмиссия токсичных веществ автомобилями различных типов

Тип авто-мобиля	Токсичные вещества	Эмиссия ТВ (г/100 м) при продольном уклоне, ‰
		-80	-60	-40	-20	0	20	40	60	80
ГАЗ - 53	окись углерода	2,7	2,6	3,8	10,5	8,1	8,8	10,8	13,2	14,2
	окислы азота	0,2	0,2	0,3	1,5	3,7	5,4	5,9	7,8	9,1
	углеводороды	0,4	0,3	1	1,5	1,6	2	2,4	3	3,4
ЗИЛ - 130	окись углерода	3,5	3,3	10,6	10,8	9,5	11,2	15,3	16,2	22
	окислы азота	0,3	0,6	2,6	2,6	4,8	6,4	7,4	9,3	10,9
	углеводороды	0,5	0,4	1,6	1,7	2	2,6	3,2	3,7	4,6
КамАЗ	окись углерода	0,2	0,2	0,2	0,2	0,4	0,3	0,6	1,2	1,8
	окислы азота	0,8	0,7	0,6	1,5	4,9	3,8	5,3	7,1	9,2
	сажа	0,1	0,1	0,1	0,1	0,2	0,2	0,2	0,5	0,7
ЛАЗ - 697	окись углерода	3,5	3,2	2,5	13,9	12	13,7	21,8	23,4	29
	окислы азота	0,3	0,3	0,2	3	5,8	8,8	9,8	14,9	17,8
	углеводороды	0,5	0,4	0,3	2,2	2,5	3,3	4,4	5,5	6,8
ВАЗ - 2103	окись углерода	1	0,9	1	5,1	3,8	4,1	4,8	7	10,7
	окислы азота	0,1	0,1	0,2	0,2	0	1,2	1,2	0,9	0,3
	углеводороды	0,1	0,1	1	0,7	0,6	0,7	0,8	1	1,4

Таблица 2

Стандартное отклонение гауссовского рассеяния σ в зависимости от удаления от дороги

Время суток	Удаление от дороги, м
	10	20	40	60	80	100
День, солнечная радиация: - сильная - слабая	2 1	4 2	6 4	8 6	12 8	16 10
Ночь: - облачно - ясно	0,3 0,1	0,6 0,2	1 0,4	1,8 0,8	2,5 1	3,1 1,4

Пример расчета

Исходные данные:

1. Интенсивность потока автомашин N = 2000 авт./сут..

2. Состав потока: ГАЗ-53 – 15 %, ЗИЛ-130 – 25 %, КамАЗ – 10 %, автобус ЛАЗ-697 – 10 %, легковые автомобили – 40 %.

3. Продольный уклон дороги 4 ‰.

4. Нормальная составляющая скорости ветра 2 м/с.

5. Время суток – день, солнечная радиация слабая.

Решение:

1. Принимаем, что N₁ = N₂ = 1000 авт./сут..

2. По формуле (2) вычисляем эмиссию токсичных веществ (г/(с·м)): оксид углерода – 0,0038; оксидов азота – 0,0014; углеводородов – 0,0008; сажи – 0,000008.

3. По формуле (1) вычисляем концентрацию токсичных веществ в воздухе в зависимости от расстояния от дороги. Результаты расчета приведены в таблице 3.

Таблица 3

Результаты расчетов

Наименование вещества	ПДКсс	Концентрации токсичных веществ (мг/м3) на расстоянии от оси дороги, м
		20	40	60	80	100
1. Оксид углерода	3	0,75	0,38	0,25	0,19	0,15
2. Оксиды азота	0,06	0,28	0,14	0,09	0,07	0,06
3. Углеводороды	1,5	1,60	0,80	0,53	0,4	0,32
4. Сажа	0,05	0,02	0,01	-	-	-

Вывод: анализируя результаты расчетов, приходим к выводу, что на данном участке дороги при заданной ее загрузке транспортным потоком концентрация оксида углерода и сажи практически допустима, окислов азота допустима на расстоянии более 100 м от дороги, углеводородов допустима на расстоянии более 30 м от дороги.