Экология. Методическое пособие по выполнению лабораторных работ и самостоятельной работы по дисциплине Экология для студентов очной и заочной форм обучения специальности 23. 05. 06 Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей Чита
 Скачать 1.47 Mb.
|
|
1.2. Исходные материалы для расчета уровня шума Между автомобильной дорогой и жилым массивом открытый грунт, заканчивающийся двурядной полосой деревьев шириной 6 м, средней густоты, с кустарником.Между автомагистралью и жилищным комплексом находится газон сменяющийся двумя рядами деревьев шириной 6 мс сомкнутыми кронами высотой 7 мс подлеском и кустарником (см. табл. 1). Пример выполнения задания поданным первого варианта. Для расчета величины шума А.Я. Гаев и др. (1990) приводят следующую схему снижения шума в городских условиях, предложенную Карагодиной и др. (1972): (1.1) где У уровень на интересующем нас расстоянии n метров от источника шума У величина шума, измеренная шумомером на каком-то расстоянии от источника шума x 1 – снижение шума под влиянием сферического характера распространения звуковых волн в атмосфере x 2 - уменьшение шума, обусловленное типом земной поверхности x 3 – снижение шума, определяемое земными насаждениями 13 x 4 – уменьшение шума экранирующими устройствами. Таблица 1 Исходные материалы для расчета уровня шума (варианты задания) Вариант Расстояние от источника шума до шумомерам Величина шума по шумомеру, дБ Расчетное расстояние от источника шума до жил.массива, м Величины л при 500 Гц, мамб, мм 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 80 81 82 83 84 85 87 89 91 93 95 97 99 101 103 104 105 106 107 108 109 110 109 108 107 106 105 104 103 102 100 100 110 120 130 140 150 155 160 165 170 175 180 185 190 195 200 190 180 170 160 150 140 130 120 119 118 117 116 115 114 113 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 29 28 27 26 25 24 23 93 102 111 120 129 138 142 146 150 154 158 162 166 170 174 178 167 156 145 134 123 112 101 90 88 86 84 82 80 78 76 4,6 4,7 4,8 4,9 5,0 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 5,6 5,7 5,8 5,9 6,0 6,0 5,9 5,8 5,7 5,6 5,5 5,4 5,3 5,2 5,1 5,0 4,9 4,8 4,7 4,6 4,5 0,68 Значения по первому варианту заимствованы у А.Я. Гаева и др) В первом варианте уровень шума, замеренный шумомером в 7 мот автомагистрали в часы пик ( У ) составил 80 дБ. Величина шума на интересующем нас расстоянии от автодороги r n =100 м снизится назначении) где r 100 – точка, удаленная нам от автомобильной дороги r 7 – точка, расположенная на расстоянии 7 мот источника шума, в которой осуществился замер шумомером. (1.3) где коэффициент поглощения шума, составляющий для асфальта, открытого грунта – 1.0 , газона – 1.1. (1.4) где коэффициент снижения звуковой энергии зелѐными насаждениями, составляющий 1,2 для двухрядной полосы деревьев шириной 6 м средней густоты, с кустарником и 1,5 – для той же полосы с сомкнутыми кронами высотой не менее 7 мс подлеском и кустарником. Для расчета вычисляется эмпирический параметр снижения уровня шума W, зависящий от высоты экранам (им может служить жилое или административное здание, сплошной забор, полосы из деревьев с подлеском и кустарником или без подлеска и кустарника и т.д.); длины звуковой волны, λ, м ( при 500 Гц - 0,68 м) ; расстояния от источника шума до экранам расстояние от источника шума до исследуемой точки, b, мВ параметр включается постоянный коэффициент, равный. Зависимость выражается формулой (Гаев и др. , 1990): √ √ (1.5) В нашем задании прим мм м. √ При W = 3,1; x 1 = 23 дБ (табл. 2). Таблица 2 Снижение уровня шума за счет экранирующего устройства (Гаев и др, 1990) 15 Эмпирический параметр, W Снижение уровня шума, x 4 , дБ Эмпирический параметр Снижение уровня шума, x 4 , дБ 1,0 1,5 2,0 2,5 14 17 19 22 3,0 3,5 4,0 23 24 25 В решаемом примере расчетный уровень шума на расстоянии 100 мот шумового источника составил У = 80-11,5-11,5-3,8- 23=30,2 дБ (1.6) При отсутствии измерений шумомером в исследуемой точке (в нашем случаем) для расчета величины шума А.Я. Гаев и другие (1990) предлагают использовать формулу НИ. Орнайского (1982) ∑ (1.7) где N – интенсивность движения транспорта, авт./ч (определяется путем непосредственного подсчета количества автомобилей, проследовавших по автодороге в среднем за 1 час дневного и за тот же период ночного времени ∑ – сумма поправок, учитывающая отклонения условий от типичных и рассматриваемая по формуле ∑ (1.8) где соотношение общего и тяжелого грузового транспорта в потоке, изменяется на +1 дБ на каждые 10% отклонения от 60- процентного соотношения x V - поправка на уклон дороги, +1 дБ на каждые 10% от 40 км/ч; поправка на уклон дороги, +1 дБ на каждые 2%; x тр –при наличии трамвая по оси улицы поправка составляет +3 дБ. 1.3. Отрицательное влияние шума на здоровье людей В жилых домах, расположенных вблизи предприятий и транспортных магистралей, уровень шума в соответствии с Санитарными нормами допустимого шума (СН 872-70)» не должен превышать в дневное время 35, ночное – 25 дБ. В случае, если уровень шума в жилищном массиве не соответствует нормативным величинам, то разрабатывается план мероприятий по его уменьшению. Обоснование осуществляется путем дополнительных 16 расчетов с использованием вышеприведенной схемы (21) и переменных величин х, х, хи х. Нужно добиться, чтобы уровень шума не превышал предельно допустимую величину. В плане следует предусмотреть создание шумопоглощающих и шумоотражающих барьеров в виде земляных валов, растительных посадок различной степени густоты с разнообразным сочетанием древесных и кустарниковых видов и др. Если жене представится возможным снизить шум до предельно допустимого уровня мерами, указанными выше, тов плане нужно рекомендовать строительство обходной автомобильной дороги. В выполненном первом задании уровень шума в жилищном массиве составил 30,2 дБ. Это меньше предельно допустимого уровня днем, но больше его ночью. Следовательно, необходимо принять меры для уменьшения величины ночного шума. В нашем случае можно увеличить коэффициент нате. принять его равным 1,8. Для чего нужно между автомобильной дорогой и районом жилой застройки посадить дополнительно один ряд деревьев шириной 6 м, средней густоты, с кустарником. Благодаря этому уровень шума в пределах жилой территории, находящейся на расстоянии 100 мот автомагистрали, уменьшится до 13,3 дБ (У 80 – 11,5 – 20,7 – 23 = 13,3), что соответствует нормальному уровню и днем, и ночью. ВЫВОД предусмотренное мероприятие - создание шумопо- глощающих и шумоотражающих барьеров в виде земляных валов, растительных посадок различной степени густоты с разнообразным сочетанием древесных и кустарниковых видов и др. позволило снизить величину шума до нормативных требований 2. Лабораторная работа № 2 2.1. Тема Расчет уровня загрязнения атмосферы оксидом углерода при проектировании автомобильной дороги, поселка и социально–культурных объектов Задание 1. Изучить теоретический материал по загрязнению атмосферы оксидом углерода при проектировании автомобильной дороги, поселка и социально–культурных объектов. 2. По одному из вариантов (табл. 3) рассчитать максимальную концентрацию оксида углерода у проезжей части дороги, возникающую при движении автомобилей по асфальтированной дороге, на территории жилой застройки города. Рассчитать ширину санитарной зоны (акустического разрывах м проектируемой автомобильной дороги. 17 Для расчета максимальной концентрации оксида углерода у проезжей части дороги необходимо замерить 1) величину интенсивности перемещения автомобилей в часы пик N , авт./ч.; 2) определить долю грузового транспорта в общем потоке автомобилей) установить скорость движения транспортного потока V, км/ч. 3. Составить план мероприятий по снижению загрязнения атмосферы оксидом углерода при проектировании автомобильной дороги, поселка и социально–культурных объектов. Сделать вывод по работе. ХОД РАБОТЫ. Теоретический материал по загрязнению атмосферы оксидом углерода при проектировании автомобильной дороги, поселка и социально–культурных объектов. Выхлопные газы Одним из основных загрязнителей атмосферы являются автомобили. Выхлопные газы (отходящие газы) — отработавшее в двигателе рабочее тело. Являются продуктами окисления и неполного сгорания углеводородного топлива. Выбросы выхлопных газов – основная причина превышения допустимых концентраций токсичных веществ и канцерогенов в атмосфере крупных городов, образования смогов, являющихся частой причиной отравления в замкнутых пространствах (рис. 2). Количество выделяемых в атмосферу автомобилями загрязняющих веществ определяется массовым выбросом газов и составом отходящих газов (табл. 3, В основном определяется массовым расходом топлива автомобилями. Расход по расстоянию нормируется и обычно указывается производителями (одна из потребительских характеристик) [1-5]. В отношении суммарного объема выходящих из глушителя выхлопных газов приблизительно можно ориентироваться на такую цифру один литр сжигаемого бензина приводит к образованию примерно 16 кубометров или 16000 литров смеси различных газов (табл. 4). Состав газов приведен в табл. 5. 18 Рис. 2. Дым из выхлопных труб дизельного грузовика Наибольшую опасность представляют оксиды азота, примерно враз более опасные, чем угарный газ, доля токсичности альдегидов относительно невелика и составляет 4 – 5 % от общей токсичности выхлопных газов. Токсичность различных углеводородов сильно отличается. Непредельные углеводороды в присутствии диоксида азота фотохими- ческиокисляются образуя ядовитые кислородсодержащие соединения – составляющие смогов. Таблица 3 Расход топлива автомобилями ВАЗ 2110 1,5k литра ВАЗ 2110 1,5k литра Colt 5-D 1.1k литра ВАЗ 11113 0,75k литра ВАЗ 21055 1,5D литра Расход в городском режиме, л км 8,6 7,0 6,4 8 Расход, равномерно 60 км/ч, л км 3,5 3,7 3,2 6,7 k — карбюраторный двигатель i — инжекторный двигатель D — дизельный двигатель плотность бензина при +С колеблется от 0,69 до 0,81 г/см³; плотность дизельного топлива при +С по ГОСТ 305-82 не более 0,86 г/см³. 19 Таблица 4 Состав автомобильных выхлопных газов Показатели Бензиновые двигатели Дизели N 2 , об 74 —77 76 —78 O 2 , об 0,3 —8,0 2,0 —18,0 H 2 O (пары, об 3,0 —5,5 0,5 —4,0 CO 2 , об 0,0 —16,0 1,0 —10,0 CO *, об 0,1 —5,0 0,01 —0,5 Оксиды азота, об 0,0 —0,8 0,0002 —0,5 Углеводороды, об 0,2 —3,0 0,09 —0,5 Альдегиды, об 0,0 —0,2 0,001 —0,009 Сажа, гм 0,0 —0,04 0,01 —1,10 Бензпирен-3,4**, гм 10 —20×10 −6 10×10 −6 * Токсичные компоненты ** Канцерогены Качество дожигания на современных катализаторах таково, что доля СО после катализатора обычно менее 0,1 %. Обнаруженные в газах полициклические ароматические углеводороды – сильные канцерогены. Среди них наиболее изучен бензпирен, кроме него обнаружены производные антрацена 1,2 –бензантрацен; 1,2,6,7 – дибензантрацен; 5,10 – диметил – 1,2–бензантрацен. Кроме того при использовании сернистых бензинов в отходящие газы могут входить оксиды серы, при применении этилированных бензинов свинец (тетраэтилсвинец, бром, хлор, их соединения. Считается, что аэрозоли галоидных соединений свинца могут подвергаться каталитическими фотохимическим превращениям, участвуя в образовании смога. Длительный контакт со средой, отравленной выхлопными газами автомобилей, вызывает общее ослабление организма – иммунодефицит. Кроме того, газы сами по себе могут стать причиной различных заболеваний. Например, дыхательной недостаточности, гайморита, ларинготрахеита, бронхита, бронхопневмонии, рака лѐгких. Ещѐ выхлопные газы вызывают атеросклероз сосудов головного мозга. Опосредованно через легочную патологию могут возникнуть и различные нарушения сердечнососудистой системы. Довольно часты случаи отравления выхлопными газами, в том числе с летальными исходами автомобилистов в гаражах, закрытых стоянках и внутри автомобилей (утечки в салон) при отсутствии или плохой вентиляции. Для борьбы с такими случаями вводятся строительные нормы на вентиляцию сооружений, связанных с 20 эксплуатацией и обслуживанием автомобилей, а также рекомендации автомобилистам. Стимулом к сокращению объѐмов предполагается заинтересованность в сокращении расхода топлива (крупная статья расходов в автомобильном транспорте. Колоссальное влияние на количество выбросов не считая сжигания топлива и времени) играет организация движения автомобилей в городе (значительная часть выбросов происходит в пробках и на светофорах. При удачной организации возможно применение менее мощных двигателей, при невысоких (экономичных) промежуточных скоростях. Существенно снизить содержание углеводородов в отходящих газах, более чем в 2 раза, возможно применением в качестве топлива попутных нефтяных (пропан, бутан, или природного газов, притом, что главный недостаток природного газа – низкий запас хода, для города не столь значим. Кроме состава топлива, на токсичность влияет состояние и настройка двигателя (особенно дизельного – выбросы сажи могут увеличиваться до 20 рази карбюраторного – до 1,5 – 2 раз изменяются выбросы окислов азота. Значительно снижены выбросы (снижен расход топлива) в современных конструкциях двигателей с инжекторным питанием стабильной стехиометрической смесью неэтилированного бензина с установкой катализатора, газовых двигателях, агрегатах с нагнетателями и охладителями воздуха, применением гибридного привода. Однако подобные конструкции сильно удорожают автомобили. Испытания SAE показали, что эффективный способ снижения выбросов окислов азота (дои в целом токсичных газов – впрыск в камеру сгорания воды. Контролируется качественный состав изготавливаемого и реализуемого топлива (в России это стандарты на топливо, региональные требования, в Европе – нормативы ЕВРО. Предусмотрен контроль за состоянием и регулировками автомобилей. В России является обязанностью органов технического осмотра периодически контролировать доли оксидов углерода и углеводородов в выхлопе на двух частотах вращения, состояние предусмотренных систем нейтрализации на бензиновых двигателях (по ГОСТ Р 52033-2003), на газобаллонных (по ГОСТ Р 17.2.02.06-1999 ) и дымность на дизельных двигателях (по ГОСТ Р 52160-2003 ). В России вводятся повышенные ставки транспортного налога на мощность двигателя автомобиля. Топливо облагается специальными акцизами. Предусмотрены нормативы на выпускаемые автомобили. В России и европейских странах приняты стандарты ЕВРО, задающие как токсичность, таки количественные показатели, например – по Евро выбросы СН до 0,2 г/км, CO до 2,3 г/км и NOy до 0,15 г/км; – по Евро выбросы СН до 0,1 г/км, CO до 1,0 г/км и NOy до 0,08 г/км. 21 В некоторых регионах вводятся ограничения на движение большегрузного автотранспорта. 2.2. Исходные данные Расчет максимальной концентрации оксида углерода у проезжей части дороги, возникающей при движении автомобилей по асфальтированной дороге, на территории жилой застройки города. Расчет ширины санитарной зоны (акустического разрывах автомобильной дороги Таблица 5 Исходные материалы для расчета уровня шума (варианты задания) №п/п Интенсивность перемещения автомобилей в часы пик N , авт./ч Доля грузового транспорта, % Скорость движения транспортного потока, км/ч 1 658 73 42 2 660 70 40 3 610 71 51 4 680 79 45 5 673 77 44 6 682 69 41 7 657 65 53 8 649 71 55 9 701 73 57 10 689 78 47 11 666 79 46 12 688 66 43 13 678 68 53 14 659 69 52 15 662 62 51 16 640 72 41 17 675 74 42 18 702 73 48 19 681 68 44 20 688 71 39 1. Величина интенсивности перемещения автомобилей в часы пик N =691 авт./ч.; 2. Доля грузового транспорта 67%; 3. Скорость движения транспортного потока V=37 км/ч. 22 Пример расчета Максимальная концентрация оксида углерода у проезжей части дороги рассчитывается по формуле Рябикова: СО (2.1) где СО о – максимальная концентрация оксида углерода у проезжей части дороги, мг/м³; N – интенсивность движения автомашин с карбюраторными двигателями, авт./ч.; K1 – коэффициент учета состава транспортного потока и его средней скорости K2 – коэффициент влияния продольного уклона дороги (прогнозная величина, принятая 1). По исходным данным получаем СО мг/м³ (2.2) Полученная концентрация оксида углерода у проезжей части автодороги сравнивается с ПДК для атмосферы в районах жилищной застройки и социально – культурных объектов (3 мг/м³), и определяется кратность превышения нормативной величины. Расчетный уровень загрязнения воздуха оксидом углерода на будущей дороге при принятых нами прогнозных значениях превысил ПДК более чем в 62 раза. Совершенно очевидно, что автодорогу надо проектировать в обход населенного пункта, в 900 – 1000 мот жилых массив и социально – культурных объектов. На участках, где магистраль пересекает лесные территории, села и города, трассу, по возможности, следует прокладывать в направлении господствующих ветров с целью лучшего проветривания. Ширина санитарной зоны (акустического разрыва) – хм проектируемой автомобильной дороги рассчитывается по формуле СОх=0,5*СО 0 - 0,1*х м (2.3) где СОх - ПДК оксида углерода в атмосфере на расстоянии хм от дороги, 3 мг/м³; СО максимальная концентрация оксида углерода у проезжей автотрассы, мг/м³. Из уравнения (2.2) находится хм х м =(0,5*СО 0 - СОх)/0,1 (2.4) 23 Подставляя известные величины, получаем хм м (2.5) 2. 3. План мероприятий по снижению загрязнения атмосферы оксидом углерода при проектировании автомобильной дороги, поселка и социально–культурных объектов При максимальных величинах концентрации оксида углерода, больших ПДК загрязненность воздуха данными ингредиентом снижают защитными лесопосадками, создаваемыми вдоль автомобильной трассы. Это позволяет уменьшить размеры санитарно – защитной зоны при проектировании жилых зданий и объектов социально–культурной инфраструктуры. Необходимо, чтобы расстояние от проектируемого объекта до проезжей части дороги было экологически обосновано, а качество атмосферы соответствовало нормативным величинам. Вывод Расчетный уровень загрязнения воздуха оксидом углерода на будущей дороге при принятых нами прогнозных значениях превысил ПДК более чем в 62 раза. Совершенно очевидно, что автодорогу надо проектировать в обход населенного пункта, в 900 – 1000 мот жилых массивов и социально–культурных объектов. На участках, где магистраль пересекает лесные территории, села и города, трассу, по возможности, следует прокладывать в направлении господствующих ветров с целью лучшего проветривания. Список литературы 1. Банников А. Гидр. Основы экологии и охрана окружающей среды. е изд. М Колосс. Воронков НА. Основы общей экологии Учеб.пос. для студентов вузов и учителей. - М Агар, 1997. – с. 3. Горелов А. А. Экология Учеб.пос. – М Центр, 1998. – с. 4. Касьяненко А. А. Контроль качества окружающей среды М Изд- во РУДН, с. |