Лабораторная работа оценка уровня шумового и химического загрязнения городской среды в результате работы автотранспорта
Цель работы: получить навыки по проведению оценки уровня химического загрязнения атмосферного воздухаоксидами углерода (СО), над магистралями и перекрёстками дорог, а также навыки по определению уровня транспортного шума.
Задания к работе:
Ознакомьтесь с теоретической частью лабораторной работы и письменно дайте ответы на вопросы:
Какие вредныехимические вещества поступают в атмосферный воздух вместе с выхлопными газами автомобилей и в каких количествах.
Какие меры принимает Россия для предотвращения негативного влияния выхлопных газов на окружающую природную среду и здоровье граждан.
Приведите примеры негативного влияния шума на организм человека при воздействии волн разной силы (дБ).
Выполните задания из практической части работы.
На основании полученных результатов напишите вывод о состоянии условий среды. В выводе необходимо отразить следующие положения:
Величину, отражающую концентрацию СО над магистралью в задаче 1 и 2.
Наблюдаемое превышение СО уровня ПДК (или его отсутствие).
Какие меры необходимо предпринять в случае высокого уровня загрязнения.
Величину, отражающую уровень шума в задаче 3 и 4.
Если бы данные величины наблюдались в ночное время суток, то превышали ли они ПДУ.
Теоретическая часть
Выхлопные газы — продукты окисления и неполного сгорания углеводородного топлива. Выбросы выхлопных газов — основная причина превышения ПДК токсичных веществ и канцерогенов в атмосфере крупных городов, образования смога, являющихся частой причиной отравления в замкнутых пространствах.
В состав автомобильных выхлопных газов для бензиновых двигателей,которые являются основными загрязнителями, входят такие токсичные вещества как: CO(0,1% - 5,0%),оксиды азота(0,0% - 0,8%),углеводороды(0,2% - 3,0%),альдегиды(0,0% - 0,2%), а также канцерогенные вещества:сажа(0,0 - 0,04 г/м3) и бензапирен-3,4 (10 – 20*10−6)
Однако с каждым годом в России и в большинстве других стран мира наблюдаются планомерные снижения негативного воздействия химических веществ от сжигаемого автомобильного топлива. Например, для повышения качества бензина с середины 90-х годов начали отказываться от применения соединений свинца, сокращая его концентрацию. В России к 2007 году доля присадок в бензине снизилась в десятки раз, а от свинца полностью отказались, начав применять метилтретбутиловый эфир (МТБЭ). Одновременно с этим, в стране вводят новые экологические нормы на топливо. Уже введены нормы по Euro-2 и Euro-3, а в будущем запланирован новый стандарт Euro-4. Однако быстрый рост единиц автотранспорта эффективно противодействует улучшению состояния окружающей среды.
Среди группы токсических химических веществ поступающих в атмосферу в наибольшем количестве в результате работы автотранспорта следует упомянуть оксид углерода. Однако кроме химического загрязнения, негативное воздействие на природную среду также оказывают физические загрязнения, например шумовое (основной загрязнитель), тепловое, вибрационное и пр. В ходе данной лабораторной работы будут рассмотрены способы количественной и качественной оценки основныхнеблагоприятных факторов воздействия.
Оксид углерода (монооксид углерода,угарный газ) — бесцветный газ без вкуса и запаха, поступающий в окружающую среду с выхлопными газами автомобилей (основной антропогенный источник). Оксид углерода образуется при сгорании углеводородного топлива в двигателях внутреннего сгорания при недостаточных температурах или плохой настройке системы подачи воздуха (при недостатке кислорода для окисления СО в СО2).
Угарный газ очень опасен, так как не имеет запаха и вызывает отравление и даже смерть. Признаками отравления служат головная боль, головокружение и потеря сознания. Токсическое действие CO основано на том, что он связывается с гемоглобином крови прочнее, чем кислород (при этом образуется карбоксигемоглобин), таким образом, блокируя процессы транспортировки кислорода и клеточного дыхания.
Негативное воздействие на окружающую природную среду транспортными средствами формируется в основном на магистралях городов. Автомобильный парк характеризуется многообразием подвижного состава. В транспортном потоке одновременно движутся автомобили, отличающиеся типом двигателя, расходом топлива, техническим состоянием, грузоподъемностью и пр. Водители также имеют разную квалификацию. Движение машин по дорожной сети города в результате задержек на перекрестках носит циклический характер: движение с постоянной скоростью, торможение, остановка, набор скорости.
Время движения с постоянной скоростью, частота и длительность задержек зависят от класса магистрали, частоты расположения перекрестков, интенсивности движения, параметров светофорного регулирования. Характеристики транспортных потоков на магистралях города учитываются при проектировании по действующим строительным нормам и правилам (СНиП).
Высокая интенсивность движения на магистралях приводит к тому, что продолжительность движения с постоянной скоростью составляет не более 30% от общего времени движения.
Концентрация вредных веществ в воздухе над магистралью также зависит от метеоусловий. Характер примагистральной застройки воздействует на условия рассеивания выхлопных газов автомобилей, поэтому плотность застройки нормируется строительными нормами и правилами в зависимости от этажности зданий.
Концентрацию оксида углерода (СО) над магистралью можно приблизительно оценить:
(1)
F- фоновое загрязнение воздуха (обычно берут величину 0,5 мг/м3);
N - суммарная интенсивность движения автомобилей на дороге, авт./час;
Кt - коэффициент токсичности автомобиля по выбросам в атмосферный воздух СО;
Кa - коэффициент аэрации местности;
Кy - коэффициент изменения загрязнения воздуха СО в зависимости от продольного уклона;
Кc - коэффициент изменения концентрации СО в зависимости от скорости ветра;
Квл - коэффициент изменения концентрации в зависимости от влажности воздуха;
Кп - коэффициент увеличения загрязнения атмосферного воздуха СОвозле пересечений дорог.
Коэффициент токсичности автотранспортного потока (Kt) определяется как:
(2)
Pi- состав автотранспорта в долях единицы,
Kti - коэффициент токсичности автомобилей определённого типа.
Шумовое загрязнение. Шум является одной из форм физического (волнового) загрязнения окружающей среды, нарушающий жизнедеятельность живых организмов и человека. В современный период шум рассматривается как существенный загрязнитель биосферы. Раздражающие шумы существуют и в природе (абиотические и биотические), однако считать загрязнением их неверно, поскольку живые организмы адаптировались к ним в процессе эволюции и поэтому их воздействия не несут вреда.
Главным источником шумового загрязнения являются транспортные средства среди которых отдельно следует упомянуть автомобили (до 50% общего шумового загрязнения). В городах уровень шумового загрязнения в жилых районах может быть сильно увеличен за счёт неправильного городского планирования (например, расположение аэропорта в черте города).
Более половины населения Западной Европы проживает в районах, где уровень шума составляет 55÷70 дБ. В больших городах шум сокращает продолжительность жизни человека. По данным австрийских исследователей, это сокращение колеблется в пределах 8-12 лет. Хроническая подверженность шуму на уровне более 90 дБ может привести к потере слуха. При шуме на уровне более 110 дБ у человека возникает звуковое опьянение, по субъективным ощущениям аналогичное алкогольному или наркотическому. При шуме на уровне 145 дБ у человека происходит разрыв барабанных перепонок.
Женщины менее устойчивы к сильному шуму, чем мужчины. Кроме того, восприимчивость к шуму зависит также от возраста, темперамента, состояния здоровья, окружающих условий и т. д.
Вредное воздействие шума известно издревле. Например, в Средние века существовала казнь «под колоколом». Звон колокола медленно убивал человека. Одними из самых известных случаев ущерба, наносимых шумовым загрязнением природе, являются многочисленные случаи, когда дельфины и киты выбрасывались на берег, теряя ориентацию из-за громких звуков военных гидролокаторов (сонаров).
В настоящее время проблеме шума уделяется большое внимание как со стороны ученых экологов, так и со стороны представителей дорожной отрасли. Вопросами шумообразования и измерения уровня шума занимались такие известные ученые как Скорченко В.Ф., Поспелов П.И., Орнатский Н.А. и др. Ими были предложены различные математические модели определения шума. Скорченко В.Ф. предложил определять эквивалентный уровень шума от движения транспортных потоков без пересечений по эмпирической формуле:
(3)
Lэкв – эквивалентный уровень шума от движения транспортных потоков, дБА
Х1 – интенсивность движения, авт./ч.;
Х2 – доля грузовых автомобилей, автобусов, мотоциклов в общем потоке, %;
X3 – продольный уклон дороги, %;
Х4 – этажность застройки, этаж;
Х5 – ширина улиц в красных линиях, м.;
Х6 – ширина проезжей части, м.;
Х7 – средневзвешенная скорость транспортного потока, км./ч.;
Х8 – показатель линейной плотности уличной застройки;
Кш – коэффициент приведения потока.