1326

УДК 316.334.2

Т.Г. Середа

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Е.Н. Еланцева

Филиал ФБУ «Центр лабораторного анализа и технических измерений по Уральскому федеральному округу (по Курганской области)», г. Курган

ВЛИЯНИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОАО «АЭРОПОРТ “КУРГАН”» НА БЕЗОПАСНОСТЬ НАСЕЛЕНИЯ

Была выполнена оценка шума, выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от предприятия «Аэропорт “Курган”», установлены виды отходов производства и потребления, их количество. Использовалась нормативно-методическая база и современные программные средства. По полученным результатам был проведен расчет рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере.

Ключевые слова: авиасуда, предельно-допустимая концентрация, ПДК.

T.G. Sereda

Perm National Research Polytechnic University

E.N. Elanceva

Branch of the Federal budgetary establishment "Center of laboratory analysis and technical measurements in the Urals Federal District", the Kurgan region

INFLUENCE OF ACTIVITY OF OPEN SOCIETY «THE AIRPORT “KURGAN”»

ON SAFETY OF THE POPULATION

The estimation of emissions of polluting substances in atmospheric air from the enterprise «the Airport “Kurgan”» has been executed, kinds of waste products of manufacture and consumption, their quantity, an estimation of the enterprise as source of noise are established. The methodical base and modern software was used. By the received results calculation of dispersion of polluting substances in an atmosphere has been carried out.

Keywords: aircourt, emissions of polluting substances, maximum-permissible concentration, maximum concentration limit.

Для обеспечения безопасности населения необходима оценка состояния объекта защиты [1, 3]. Зная точное состояние параметров окружающей среды, таких, как состав загрязняющей части атмосферного воздуха, количество и состав отходов [2, 6, 8], качество сбрасываемых вод [5], уровень шума, можно определить план мероприятий по их снижению [4].

Важно выполнять такую оценку в местах с повышенной концентрацией источников негативного воздействия на человека и природные объекты, то есть на пред-

41

приятиях и организациях, чья деятельность связана с воздействием на окружающую среду [1, 2].

Данные исследования были выполнены с целью дать комплексную оценку состояния окружающей среды прилегающих территорий для конкретного предприятия – ОАО «Аэропорт “Курган”».

Основным видом деятельности ОАО «Аэропорт “Курган”» является техническое обслуживание авиасудов сторонних предприятий, обеспечение взлета и посадки авиасудов, оказание услуг населению по авиаперевозкам. Предприятие не имеет собственных авиасудов. Есть собственный автотранспорт, отапливаемые гаражи. С 2005 г. работает газовая котельная. Поскольку эти и другие источники выбросов являются типичными для многих предприятий, были использованы расчетные методы, апробированные на практике и позволяющие определять выбросы в атмосферу с погрешностью, не превышающей точность определения с помощью инструментальных методов.

Например, выброс оксида углерода при выезде с территории одной единицы дорожной техники с номинальной мощностью двигателя (M) свыше 260 кВт можно рассчитать по «Методике проведения инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для баз дорожной техники (расчетным методом)» [4]. Используется следующая формула:

M′ik = mnik · tп + mпpik · tпр + mдвik · tдв1 + mxxik · txxl,

где mnik – удельный выброс i-го вещества пусковым двигателем, г/мин;

mпpik – удельный выброс i-го вещества при прогреве двигателя машины k-й группы, г/мин;

mдвik – удельный выброс i-го вещества при движении машины k-й группы по территории с условно постоянной скоростью, г/мин;

mxxik – удельный выброс i-го компонента при работе двигателя на холостом ходу, г/мин:

tп, tпр – время работы пускового двигателя и прогрева двигателя, мин;

tдв1, tдв2 – время движения машины по территории при выезде и возврате, мин; tхx1, txx2 – время работы двигателя на холостом ходу при выезде и возврате = 1 мин. Подставив значения удельных выделений загрязняющих веществ, полученных на

основании результатов исследований и наблюдений, и время этих выделений, получим:

МICO = 90 · 1 + 9,9 · 2 + 5,3 · 4,8 + 9,92 · 1 = 145,16 г.

Определив валовые выбросы при выезде и возврате дорожной техники на территорию предприятия и умножив их сумму на число рабочих дней и количество единиц техники этой группы, получили годовой валовый выброс оксида углерода от данной группы дорожной техники.

Аналогичным образом были проведены расчеты выбросов приоритетных загрязняющих веществ от всех выявленных источников.

Расчеты показали, что ОАО «Аэропорт “Курган”» выбрасывает в атмосферу 26 наименований веществ, из которых 3 наименования относятся к первому классу опасности, 4 – ко второму, 12 – к третьему, 7 – к четвертому классу. По сравнению с периодом 2005 г. количество наименований загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферный воздух, уменьшилось на 14.

Валовый годовой выброс всех веществ в сумме уменьшился по сравнению с тем же периодом на 129,418 т. Это связано со значительным уменьшением количества ис-

42

точников загрязняющих веществ, что объясняется снижением производственных мощностей предприятия. Удельный выброс загрязняющих веществ снизился на 19,196 г/с.

По полученным результатам был проведен расчет рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере с помощью унифицированной программы расчета загрязнения атмосферы «Эколог», версия 3.0 [7].

На основании проведенных расчетов сделаны следующие выводы:

1.Для девяти веществ и одной группы суммации расчет рассеивания не целесообразен, так как отношение их максимальной концентрации к ПДК меньше 0,05: олова оксид, свинец и его соединения, азота оксид, углерод (сажа), серы диоксид, сероводород, метан, бенз(а)пирен, углеводороды (бензин), группа суммации (сера диоксид и сероводород).

2.Для 18 веществ и трех групп суммации концентрация в точках максимальных концентраций, создаваемых выбросами предприятий меньше 1 ПДК: железа оксид, марганец и его соединения, азота диоксид, углерод оксид, углеводороды предельные С1-С19, амилены, бензол, ксилол, толуол, этилбензол, этилмеркаптан, углеводороды (керосин), пыль неорганическая 20–70 %, пыль абразивная, пыль древесная, пыль резины, группы суммации 6034, 6043, 6046.

3.Для двух веществ отношение максимальной концентрации к ПДК на границе жилой зоны и СЗЗ больше 1: пыль неорганическая < 20 % и пыль неорганическая > 70 %.

4.Определен размер санитарно-защитной зоны, он составляет 500 м. В границы зоны попадают жилые дома. Это связано с изначальным зонированием окрестностей аэропорта.

5.Дана оценка предприятию как источнику образования отходов. В ОАО «Аэропорт “Курган”» имеется шестнадцать источников образования отходов производства

ипотребления. Общее количество мест временного накопления отходов составляет 17 мест. Осуществляются следующие мероприятия по обращению с отходами: сдача ртутьсодержащих ламп в МУП «Меркурий» г. Курган, нейтрализация отработанного аккумуляторного электролита, использование отработанных масел для приготовления битума при ремонте асфальтового покрытия взлетно-посадочной полосы и рулежной дорожки. Образующиеся отходы относятся к различным классам опасности.

6.Описаны особенности шумового воздействия аэропорта и современные методы оценки шумового воздействия. Основными источниками шума являются самолеты, автомобили и дорожная техника. Показано, что с переходом аэропорта на эксплуатацию современных малошумных воздушных судов CRJ-100 и малым годовым количеством рейсов, акустическое воздействие аэропорта на окружающую среду не превышает допустимых нормативов.

Список литературы

1.Костарев С.Н. Автоматизированное проектирование природно-технических систем утилизации отходов // Программные продукты и системы. – 2010. – № 1. – С. 22.

2.Костарев С.Н. Мониторинг и управление физико-химическими параметрами

вприродно-технических системах утилизации отходов: сб. науч. тр. Sworld. – 2013. –

Т. 5, № 3. – С. 78–82.

43

3.Костарев С.Н., Середа Т.Г., Михайлова М.А. Разработка автоматизированной системы мониторинга и управления природно-техническими системами утилизации отходов // Фундаментальные исследования. – 2013.– № 6–2. – С. 273–277.

4.Методика проведения инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для баз дорожной техники (расчетным методом). – М., 1998 [Электронный ре-

сурс]. – URL: www.bestpravo.ru/rossijskoje/hu-pravila/g3v.htm.

5.Середа Т.Г. Обоснование технологических режимов функционирования искусственных экосистем хранения отходов: дис. … д-ра техн. наук. – Пермь, 2006.

6.Середа Т.Г., Костарев С.Н. Разработка методов проектирования автоматизированных систем обработки информации и управления искусственными экосистемами хранения отходов // Экологические системы и приборы. – 2006. – № 11. – С. 21–24.

7.Унифицированная программа расчета загрязнения атмосферы «Эколог». – М.,

2011.

8.Kostarev S.N., Sereda T.G. Automated process control of sanitary municipal solid waste landfill // World Applied Sciences Journal. – 2013. – Т. 22, № SPL. Issue 2. – С. 64–69.

Получено 17.10.2013

УДК 614.8.084

А.Л. Долинов, А.Е. Шевченко

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

МОДЕЛИРОВАНИЕ ОПОЛЗНЕВЫХ ПРОЦЕССОВ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ

Для обеспечения безопасности при проектировании промышленных зданий и сооружений на склонах необходимо разрабатывать модель формирования оползня, которая позволит прогнозировать его скорость и площадь распространения. Одним из этапов моделирования является расчет устойчивости склона с использованием некоторых показателей физико-механических свойств пород, из которых состоит склон. В статье представлены методы расчета устойчивости склона, имеющих математическое решение.

Ключевые слова: оползни, опасность оползней, модель формирования оползня, устойчивость склона.

A.L. Dolinov, A.E. Shevchenko

Perm National Research Polytechnic University

MODELING LANDSLIDE PROCESSES FOR SAFE

OF INDUSTRIAL OBJECTS

To ensure safety in the design of industrial buildings and structures on the slopes of the need to develop a model of formation of the landslide, which will predict its speed and size distribution. One of the stages of modeling is to calculate the slope stability by using some indicators of physical and mechanical properties of the rocks that make up the slope. The paper presents methods for calculating the stability of a slope with a mathematical solution.

Keywords: landslides, the danger of landslides, a model of the landslide, slope sustainability.

Бурное промышленное развитие и связанное с ним глобальное освоение территорий, вызванное интенсивной разработкой месторождений полезных ископаемых, массовым промышленным, гражданским, гидротехническим и другими видами строительства, привело к развитию геологических процессов, меняющих сложившуюся геоэкологическую обстановку и вызывающих деформацию, а подчас и полное разрушение инженерных сооружений. Особенно широкое распространение во всем мире получили экзогенные гравитационные геодинамические процессы, проявляющиеся в виде эрозионных сколов, обрушений и оползней. Оползневые процессы имеют широкое распространение и на территории РФ.

Проблема оползнеобразования является актуальной и для Пермского края. Оползни представляют большую угрозу существованию гражданских и промышленных сооружений, инженерных коммуникаций, железных и автомобильных дорог, линий элек-

45

тропередач и других инженерных сооружений. Они наносят большой материальный ущерб и требуют огромных экономических затрат на ликвидацию последствий разрушения. При этом масштабы оползневых явлений, размеры и форма оползней, характер

искорость перемещения оползневых масс, а также факторы, их обусловившие, могут быть разные.

Оползни представляют собой гравитационные экзодинамические процессы, связанные с перемещением масс горных пород по склону под воздействием силы тяжести. Причины возникновения оползней, как правило, многофакторны, подчас накладываются и усиливают друг друга. Но во всех случаях они связаны с нарушением динамического равновесия горных пород на склонах и откосах искусственных сооружений, вызванного увеличением касательных напряжений, превышающих сопротивление пород сдвигу [3]. Оползни возникают тогда, когда природными процессами или людьми нарушается устойчивость склона. Силы связности грунтов или горных пород оказываются в какой-то момент меньше, чем сила тяжести, вся масса приходит в движение,

иможет произойти катастрофа.

Земляные массы могут сползать по склонам с едва заметной скоростью (такие смещения называют медленными, или криповыми). В других случаях скорость смещения продуктов выветривания оказывается более высокой (например, метры в сутки), иногда большие объемы горных пород обрушиваются со скоростью, превышающей скорость экспресса. Все это склоновые смещения – оползни. Они различаются не только скоростью смещения, но и масштабами явления. Специалисты по инженерной геологии используют для их классификации различные научные и технические термины.

Оползни могут разрушать жилища и подвергать опасности целые населенные пункты. Они угрожают сельскохозяйственным угодьям, губят их и затрудняют обработку. Они создают опасность при эксплуатации карьеров и добыче полезных ископаемых. Оползни повреждают коммуникации, туннели, трубопроводы, телефонные и электрические сети; угрожают водохозяйственным сооружениям, главным образом плотинам. Кроме того, они могут перегородить долину, образовывать временные озера и способствовать наводнениям, а также порождать губительные волны в озерах и заливах. Подводные оползни рвут телеграфные кабели. Этого перечисления достаточно для того, чтобы понять, чем угрожают оползни. Эти процессы не являются катастрофическими, такими, при которых гибнут сотни людей, тем не менее ущерб, наносимый ими народному хозяйству, может быть значителен.

Оползание происходит в рыхлых слабосцементированных породах вследствие того, что крутой и высокий склон по мере подрезания его рекой, водохранилищем, морем теряет свою устойчивость, и значительные горные массы крупными блоками начинают смещаться вниз по склону [1]. Оползневое движение всегда связано с наличием грунтовых вод. Их обилие – необходимое условие оползания. Однако надо себе ясно представлять, что не грунтовые воды служат причиной оползня. Часто мы видим, что крутой склон долин подвержен оползням, а рядом выше или ниже по течению при том же геологическом строении, при таком же водообилии водоносных горизонтов и одинаковой высоте уровня подземных вод никаких оползней нет просто потому, что склон чутьчуть более отлог. Оползни редко отмечаются на склонах крутизной менее 10–12 град.

И при уклоне 15 град оползни возникают только при благоприятных геологических

игидрогеологических условиях. Но достаточная влажность пород, обеспечивающая их пластичность, всегда необходима. Можно сказать, что при соблюдении ряда необходи-

46

мых условий оползни есть функция крутизны и высоты склона. Но нельзя сказать что оползень – есть функция наличия грунтовых вод. Для возникновения оползней наиболее благоприятны такие геологические условия, когда в основании оползневого склона залегают водоупорные пласты, а выше лежат водоносные породы. Но даже если склон и сложен только водоносными породами, а водоупорного пласта нет, все равно будет происходить разгрузка подземных вод, уровень которых будет плавно снижаться от междуречий в сторону долины или берега моря (озера). При достаточной крутизне и высоте склонов оползни неизбежно возникнут.

Оползни могут быть вызваны действием разных факторов. Земная поверхность состоит главным образом из склонов. Некоторые из них устойчивы, другие в силу различных условий становятся неустойчивыми. Это происходит тогда, когда изменяется угол наклона откоса склона или если склон оказывается отягощен рыхлым материалом. Тем самым сила тяжести оказывается больше силы связности грунта [2]. Склон становится нестабильным и при сотрясениях. Поэтому каждое землетрясение в условиях горного рельефа сопровождается смещениями по склону. Образованию оползней особенно благоприятствует такое залегание пород, при котором падение кровли водоупорных пород совпадает с направлением уклона поверхности. Водоупорный горизонт при этом служит поверхностью скольжения, по которой более или менее значительный блок породы соскальзывает вниз по склону. Неустойчивости склона способствует и повышение обводненности грунтов, рыхлых отложений или горных пород. Вода заполняет поры и нарушает сцепление между частицами грунта. Межпластовые воды могут действовать подобно смазке и облегчать скольжение. Связность горных пород может быть нарушена при замерзании и в процессах выветривания. Неустойчивость склонов может быть связана с изменением вида насаждений либо уничтожением растительного покрова.

Дело обстоит серьезно и тогда, когда скальные горные породы на склоне бывают перекрыты рыхлым материалом или почвой. Рыхлые отложения легко отделяются от подстилающих пород, особенно если плоскость скольжения «смазана» водой. Неблагоприятны (с точки зрения возможности возникновения оползней) и те случаи, когда горные породы представлены пластами крепких известняков или песчаников с подстилающими более мягкими глинистыми сланцами. В результате выветривания образуется плоскость раздела, и пласты скользят по склону.

Вэтом случае все зависит главным образом от ориентировки пластов. Когда направление их падения и наклон параллельны склону, это всегда опасно. Сложно точно определить значение угла откоса, более которого склон неустойчив, а менее которого устойчив. Иногда такой критический угол определяют в 25 градусов. Более крутые склоны, по-видимому, уже не устойчивы.

Впрактике проектирования зданий и сооружений на склонах обычно не ограничиваются общей геологической оценкой их устойчивости. Необходимо создать модель формирования оползня, которая позволит прогнозировать его скорость и площадь распространения [4]. Одним из этапов моделирования является расчет устойчивости склона

сиспользованием некоторых показателей физико-механических свойств пород, из которых состоит склон.

Есть много способов расчета устойчивости склонов. Одни из них сложные, они требуют больших вычислительных операций, другие – менее сложные. Однако если учесть, что показатели сопротивления пород оползней, входящих в расчет, устанавли-

47

ваются в лабораториях и потому не вполне отражают природные условия, то становится очевидным, что оправдывают себя только самые простые методы и решения.

Требование о необходимости достаточной простоты расчета диктуется и тем, что полевая обстановка всегда вносит в расчетные схемы существенные коррективы. Следует всегда помнить, что любой механико-математический способ оценки устойчивости склона может лишь с большим или меньшим приближением отразить реальную обстановку и является всегда только вспомогательным средством в общем инженерногеологическом анализе природных условий.

Расчет устойчивости склона сводится к определению суммы сил, которые пытаются сдвинуть массив пород (ΣТ), и суммы сил, оказывающих сопротивление сдвигу (ΣR); это силы сцепления и трения. Как показатель устойчивости склона используется отношение Kуст = (ΣR)/(ΣТ), то есть отношение сил, удерживающих массив в равновесии, к силам, которые пытаются вызвать сдвиг в склоне. При K = 1 склон находится в состоянии предельного равновесия, при K < 1 склон находится в неустойчивом состоянии, потому ΣR меньше ΣТ, и наоборот.

Рассмотрим условия устойчивости некоторых типичных случаев геологического строения склона.

Склон состоит из толщи чередующихся глинистых и песчаных пород, наклоненных в сторону склона (рис. 1).

Рис. 1. Схема поверочного расчета устойчивости склона при наклонном залегании пластов

Условия устойчивости склона в данном случае подобны условиям равновесия тела, лежащего на наклонной плоскости.

Чтобы выяснить устойчивость массива, разложим силу Q, выражающую вес массива в слое 1 м в ширину, на составляющие: нормальную N и параллельную к склону Т. Эти силы по-разному действуют на массив: первая прижимает его к откосу, а вторая пытается сдвинуть его вдоль откоса вниз, чему мешают силы трения и сцепления.

Условия устойчивости склона будут:

T < N tgφ + cL,

где tgφ – коэффициент внутреннего трения породы; φ – называют углом внутреннего трения; с – величина сцепления в Т на 1 м 2;

L – длина контакта сползающего массива с поверхностью смещения (ab).

48

С точки О проводят радиусы в точки в, г, д, е, находящиеся на середине кривой скольжения каждой призмы. С этих точек откладывают вес каждой призмы q и силы, которые ее составляют N и T. Условием равновесия для каждой призмы будет:

T = N tgφ + cL,

где Т – сила, сдвигающая массив;

N– нормальное давление;

φ– угол внутреннего трения породы;

с– сцепление породы.

Тогда граница устойчивости всего массива выразится уравнением ΣT = ΣNtgφ + ΣcL. Это уравнение является уравнением устойчивого равновесия склона и показывает, что при увеличении сил, которые пытаются сдвинуть массив, он теряет равновесие и сдвигается.

Степень устойчивости склона определяется коэффициентом устойчивости: Kуст = = (ΣNtgφ + ΣcL)/(ΣT), выражающим отношение всех сил, удерживающих массив, к силам, которые пытаются его сдвинуть.

Очевидно, что при значении Kуст = 1 массив находится в состоянии неустойчивого (предельного) равновесия, и только при Kуст > 1 равновесие будет устойчивым. При расчетах обычно коэффициент устойчивости принимают с запасом, равным от 1,2 до 1,5.

Расчет, как видно, сам по себе довольно прост, но определенные затруднения составляет определение центра поверхности скольжения, что требует много времени (методика подается в курсах механики грунтов).

Таковы простейшие способы поверочного расчета устойчивости естественных склонов. Однако, для решения вопроса о выборе наиболее экономичной и наименее сложной с технической точки зрения схемы противооползневых мероприятий одной только оценки устойчивости склона недостаточно. В этом случае есть необходимость построить профиль откоса, находящегося в состоянии равновесия.

Самый простой и в то же время такой, который дает вполне удовлетворительное совпадение с реальными условиями, является способ, разработанный Н.Н. Масловым [2], который он назвал методом равнопрочного откоса (метод Fp).

Этот метод основан на представлении автора, что углом естественного откоса для связной породы является угол сопротивления сдвигу данной породы ψ, определяемый в лаборатории с помощью приборов. Угол сопротивления сдвигу зависит от нагрузки, поэтому его надо определять в лаборатории при давлениях, равных давлениям вышележащих пород в каждой точке естественного склона. Отсюда следует, что откос в стадии равновесия имеет переменный угол по высоте. Исходя из этих выводов, Н.Н. Маслов дает такую расчетную формулу:

Fp = tgφ + c/P,

где Fp – тангенс угла откоса, находящегося в устойчивом состоянии, то есть: Fp = tgα =

=tgψ;

φ– угол внутреннего трения породы;

с– сцепление;

Р – нормальное давление, отождествляемое с естественным давлением.

50