Расчет котегории дороги. курсовая. В стране сложилась сложная и неблагоприятная, а в некоторых районах даже острая экологическая обстановка. Около 73 всего населения, проживают в неблагоприятной санитарногигиенической обстановке
 Скачать 279.5 Kb.
|
|
Введение В стране сложилась сложная и неблагоприятная, а в некоторых районах даже острая экологическая обстановка. Около 73 % всего населения, проживают в неблагоприятной санитарно-гигиенической обстановке. Серьезные экологические проблемы характерны и для Оренбурга. Поэтому экологическая оценка состояния среды обитания и поиск способов управления ею являются приоритетными направлениями в деятельности инженеров-экологов, а также специалистов разных отраслей промышленности. Значительный вклад в загрязнение атмосферного воздуха вносит автотранспорт. Уже сегодня вклад автотранспорта в общий выброс в атмосферу, учитываемых вредных веществ, в среднем по стране составляет 47 %. Однако, кроме прямого загрязнения окружающей среды автомобильным транспортом, есть косвенное загрязнение, которое связано с изготовлением, эксплуатацией, техническим обслуживанием и ремонтом автомобилей. Следовательно, оценка экологических последствий комплексного воздействия автотранспорта на среду является актуальной задачей. Техногенная система «автомобильная дорога – автомобильный транспорт» оказывает многоаспектное воздействие на придорожные зоны: химическое (продукты сгорания топлива, истирания шин, износ покрытия) и физическое (механическое, звуковое). Суммарный экологический эффект этого воздействия может быть установлен на основании изучения отклика экосистем придорожных зон. Вещества автотранспорного происхождения воздействуют прежде всего на человека и растительный покров как на один из основных элементов придорожной экосистемы и на основу трофических цепей. Таким образом, для управления состояния окружающей среды необходимо совместное рассмотрение дорожной и транспортной систем с экосистемами придорожной зоны. Эти две системы – природная и техногенная - оказывают взаимное влияние друг на друга, что позволяет теоретически обосновать принципы их сопряжения, то есть развитие автомобилизации в пределах экологической емкости ландшафта, а выделение условных блоков «дорожная сеть», «автотранспортные средства» и «придорожные экосистемы», позволяет изучить связь между ними и их составляющими. Глава 1.Автотранспорт как источник загрязнения окружающей среды 1.1 Воздействие автотранспорта на окружающую среду Первым виновником порчи атмосферного воздуха является детище научно-технического прогресса - автомобиль. Поглощая столь необходимый для жизни кислород, он интенсивно «обогащает» воздушную среду токсичными компонентами, наносящими вред всему живому и неживому. Угарный газ и окислы азота, выделяемые из глушителя автомобиля, выступают причинами головных болей, усталости, немотивированного раздражения, низкой трудоспособности. Сернистый газ воздействует на святая святых - генетический аппарат, способствуя бесплодию и врожденным уродствам. «Вклад» автомобильного транспорта в атмосферу составляет 90% по окиси углерода и 70% по окиси азота. Автомобиль добавляет в почву и воздух тяжелые металлы. В результате сжигания жидкого топлива в воздух ежегодно выбрасывается от 180 тыс. до 260 тыс. т свинцовых частиц, что в 60-130 раз превосходит естественное поступление свинца в атмосферу при вулканических извержениях (2-3 тыс. т/год). При вдыхании городского воздуха крупные свинцовые аэрозоли задерживаются в бронхах и носоглотке, (их примерно 70- 80%), попадают в легкие, а затем проникают в капилляры и, соединяясь с эритроцитами, отравляют кровь.. Признаки свинцового отравления - анемия, постоянные головные боли, мышечная боль - проявляются при содержании в крови свинца 80 мкг/100 мл. Это опасный рубеж, начало болезни [6]. Токсичные вещества нарушают и рост растений, способствуя снижению урожаев, потерям в животноводстве, постепенной гибели деревьев. В растениях может аккумулироваться значительное количество свинца. Необходимы широкомасштабные и комплексные меры по предотвращению, нейтрализации тех негативных последствий, которые порождаются автомобилизацией общества. Для предупреждения загрязнения воздушного бассейна в нашей стране в законодательном порядке установлены предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в атмосфере. Для каждого вещества, загрязняющего атмосферный воздух, установлены разовые и среднесуточные ПДК. Разовая ПДК устанавливается при кратковременном воздействии (до 20 мин) загрязнения, а среднесуточная - при постоянном, ПДК устанавливается на основе высокочувствительных методов анализа, позволяющих определить физиологические пределы приспособления организма; коэффициент запаса при этом изменяется от 2 до 100 в зависимости от токсичности конкретного элемента [4]. Следует заметить, что ПДК разработаны только применительно к организму человека, хотя от загрязнения атмосферы страдает все живое. Предпринимаются попытки разработать новый показатель - предельно допустимую экологическую нагрузку (ЦДЭН) на окружающую среду, который позволит учитывать воздействия на любой живой организм [17]. Современное состояние атмосферного воздуха представляет большую угрозу здоровью населения Оренбурга. Наибольший вклад (63%) в загрязнение воздуха на сегодняшний день вносят передвижные источники загрязнения - автотранспорт. Под выбросами автотранспорта подразумеваются отработавшие газы (выхлопные газы) - это продукты окисления и неполного сгорания углеводородного топлива. Выбросы отработавших газов (ОГ) - основная причина превышения допустимых концентраций токсичных веществ и канцерогенов [15]. Один легковой автомобиль в среднем поглощает ежегодно из атмосферы больше 4 тонн кислорода, выбрасывая с ОГ примерно 800 кг оксида углерода, около 40 кг оксидов азота и почти 200 кг различных углеводородов. При дальнейшем окислении углеводороды образуют токсичные кислородсодержащие соединения. На масштаб и степень токсичности загрязнения воздуха от выбросов автотранспорта влияют следующие составляющие: 1. Техническое состояние автомобилей, системы снижения токсичности, качество применяемого топлива, использование альтернативных видов транспорта. 2. Развитие транспортной инфраструктуры и организация дорожного движения. 1.2 Техническое состояние автомобилей 1.2.1. Двигатель, его настройки по «экологичным» и экономичным показателям. Самое перспективное и эффективное направление экологической политики - это двигатели. Под токсичностью двигателя внутреннего сгорания понимается негативное воздействие, оказываемое на окружающую среду вредными веществами, содержащимися в ОГ. Способ реализации рабочего процесса двигателя обуславливает характер развития процессов в камере сгорания двигателя и образования вредных веществ. Рассматривая экологические показатели двигателей, следует различать двигатели дизельные и бензиновые, т.к. значительная часть автобусов (32%) и грузовых автомобилей (18 %) используют дизельные двигатели. Нормы Евро-1-5 - это нормы к двигателям и топливу одновременно. Не обеспечив экологическое качество двигателя, невозможно обеспечить соответствие нормам выброса даже при потреблении топлива соответствующего качества. 1.2.2 Системы снижения токсичности отработавших газов Нейтрализаторы ОГ – устройства, в которых реализуется способность вредных веществ ОГ окисляться или восстанавливаться до безвредных диоксида углерода, воды и азота. Нейтрализаторы выделяют трех типов: каталитические (могут совмещать функции окисления и восстановления), термические (основаны на ускорении окисления продуктов горения, нейтрализует оксид углерода, альдегиды, частицы сажи), жидкостные (ОГ пропускают через слой жидкости, как правило, воды, поглощаются сажа, бензапирен, окислы серы, формальдегид). Как правило, применяют каталитические нейтрализаторы. Нейтрализация вредных веществ – качественный способ снижения токсичности. Этот способ имеет большое преимущество: он не требует вмешательства в конструкцию двигателя. И при этом никакого влияния на конструкцию и регулировки двигателя не происходит. Единственный показатель, требующий внимания – сопротивление потоку отработавших газов. Фильтры твердых частиц, нацелены на снижение содержания в ОГ дизелей частиц сажи, твердых сульфатов. Фильтры, как и катализаторы устанавливаются на пути выхода отработавших газов из камеры внутреннего сгорания. Таким образом, существуют эффективные системы снижения токсичности для обоих типов двигателей. Сегодня на подавляющее большинство отечественных и импортных автомобилей катализаторы устанавливаются еще при производстве. Однако со временем, в том числе и из-за применения некачественного топлива нейтрализаторы выходят из строя, что приводит к превышению допустимых значений выбросов, причем это может сопровождаться сбоями в двигателе, снижением мощности, увеличением расхода бензина, что выяснится при прохождении техосмотра. Использование нейтрализаторов и фильтров зависит от личной ответственности водителя, а не от мер, предпринятых органами власти на каком-либо уровне. Итог: применение систем снижения токсичности происходит в массе своей только в первые несколько лет эксплуатации автомобиля. 1.2.3. Технические неисправности автотранспортного средства Для уменьшения загрязнения атмосферного воздуха отработанными газами необходим повседневный технический контроль состояния автомобилей. Низкий уровень технического обслуживания, отсутствие контроля приводят к расстройству систем автомобиля, а выбросы вредных веществ в атмосферный воздух возрастают. В результате усилия автомобильной промышленности по совершенствованию двигателей для обеспечения требований экологических стандартов, высокое качество топлива, применение нейтрализаторов сводятся на нет. Поэтому сегодня особенно актуальной становится задача не только совершенствовать конструкцию автомобиля с точки зрения ограничения токсичности, но и повышать уровень технического обслуживания и совершенствовать контроль за их техническим состоянием. Одна из основных проблем заключается в том, что региональные органы экологического контроля полномочны, контролировать лишь состояние муниципального транспорта, автобусных парков. А ведь более 90% автомобильного парка находится в личной, частной и смешанной собственности. Это уже сфера федеральных полномочий, а именно органов Госавтоинспекции, у которых нет соответствующей приоритетной задачи оценки уровня выбросов автотранспорта. 1.3 Качество применяемого топлива Несмотря на введение новых норм к выпускаемым двигателям, постепенному переходу на Евро-4 и в ближайшем будущем на Евро-5, качество топлива остается прежним. Таблица 1. Превышение выбросов легковыми автомобилями норм Евро-4 в 2017 году
Эти данные свидетельствуют о резком отставании в решении проблемы повышения экологичности автомобилей. С 2008 года в РФ вступил в силу технический регламент «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту». Нормы в регламенте соответствуют высокому уровню. Но против нововведений выступили региональные НПЗ которые, в отличие от гигантов, неспособны производить качественное топливо. Недовольны и некоторые автопроизводители, для которых повышение стандартов связано с необходимостью улучшения качества продукции. 1.4 Развитие транспортной инфраструктуры и организация дорожного движения Даже при условии соответствия двигателей и топлива соответствующим стандартам, при интенсивном движении автомобилей уровни ПДК веществ в воздухе будут сильно превышены. Проблема упирается в высокую концентрацию автомобилей, Во время стояния в пробках, в момент увеличения скорости на старте, а именно при передвижении небольшими участками, резко возрастает доля углеводородов и оксида азота. Именно в момент старта выделяется примерно в 10 раз больше несгоревших частиц, чем при работе двигателя в обычном режиме. В отработавших газах двигателя, работающего на качественном бензине и при нормальном режиме, содержится в среднем 2,7% оксида углерода. При снижении скорости, эта доля увеличивается до 3,9 %, а на малом ходу - до 6,9 %. В Оренбурге ситуация располагает сильным превышением норм ПДК. Транспортные потоки на улицах города в утренние и вечерние часы сильно превышают пропускную способность . В городе не хватает транспортных развязок. Это многократно способствует усилению загрязнения атмосферы продуктами неполного сгорания топлива. В связи с этим необходимо уделять повышенное внимание эффективности организации дорожного движения, с целью увеличения пропускной способности дорог, делать акцент на развитии комфортного и быстрого общественного транспорта, ограничивать в разумных пределах использование личного транспорта в наиболее проблемных зонах, в частности – в центре города. 1.5 Альтернативные виды топлива До конца XX столетия двигатель внутреннего сгорания оставался основной движущей силой автомобиля. В связи с этим единственный путь решения энергетической проблемы автомобильного транспорта - это создание альтернативных видов топлива. Новое горючее должно удовлетворить многим требованиям: иметь необходимые сырьевые ресурсы, низкую стоимость, не ухудшать работу двигателя, мало выбрасывать вредных веществ, сочетаться со сложившейся системой снабжения топливом. В больших масштабах в качестве топлива для автомобилей будут использоваться заменители нефти: метанол и этанол, синтетические топлива, получаемые из углей. Их использование поможет существенно снизить токсичность и отрицательное воздействие автомобиля на окружающую среду. Их главные достоинства - высокая детонационная стойкость и хороший КПД рабочего процесса, недостаток - пониженная теплотворная способность, что уменьшает пробег между заправками и увеличивает расход топлива в 1,5-2 раза по сравнению с бензином. Из-за плохой испаряемости метанола и этанола затруднён запуск двигателя. В последнее время широкое распространение получила идея использования чистого водорода в качестве альтернативного топлива. Водород - один из главных претендентов на звание топлива будущего. Для получения водорода могут быть применены различные термохимические, электрохимические и биохимические способы с использованием энергии Солнца, атомных и гидравлических электростанций. Вывод: Естественно, цивилизацию не заставишь отказаться от автомобилей, самолетов и ракет. Основные меры по снижению вредного воздействия автомобильного транспорта, на атмосферный воздух следующие: перевод автомобилей на газовое топливо, улучшение качества дорожного покрытия, строительство подземных пешеходных переходов, контроль и регулировка токсичности и дымности отработавших газов при выезде автомобилей из автопредприятий, при техническом осмотре, а такжена автодорогах. Предложенные меры по снижению отравляющих веществ в выхлопных газах автомобилей помогут улучшить состояние атмосферного воздуха, а значит, и сохранить здоровье. Глава 2. Исследование влияния выбросов от автомобильного транспорта на качество атмосферного воздуха улицы. Одним из основных источников загрязнения окружающей среды является автотранспорт. Загрязнение поверхности земли транспортными и дорожными выбросами накапливается постепенно, в зависимости от числа проходов транспортных средств [4]. К основным токсичным выбросам автомобиля относятся: отработавшие газы (ОГ), картерные газы и топливные испарения. Отработавшие газы, выбрасываемые двигателем, содержат окись углерода (СО), углеводороды, окислы азота, бенз(а)пирен, альдегиды и сажу [4]. Для изучения влияния выбросов от автотранспорта на качество атмосферного воздуха взята улица Терешковой. На данной территории подсчитали интенсивность движения автотранспорта за одну единицу времени . Весь транспортный поток распределяется по типам автомобиля: легковые автомобили; грузовые автомобили; автобусы; газель. Определено число единиц автотранспорта, проходящего по улице за час. Легковые автомобили: Nj = 311*3 =933; Грузовые автомобили: Nj = 37 *3 = 111 Автобусы: Nj = 31*3 = 93; Газель: Nj =34*3 = 102. Общий путь, пройденный количеством автомобилей каждого типа за 1 час L = N*l, где N – кол-во автомобилей, проходящих за 1 час; l – длина дороги км. Легковые автомобили: L = 933*6 = 5598 км; Грузовые автомобили: L = 111*6 = 666 км; Автобусы: L = 93*6 = 558 км; Газель: L = 102*6 = 612 км; Таблице 1. Результат рачетов
2.1. Расчет выбросов загрязняющих веществ от автомобильного транспорта Количество топлива (Q), сжигаемого двигателями автомашин по формуле: Q = L * V, где V – удельный расход топлива на 1 км, л/км. Таблица 2. Удельный расход топлива
Условно принимаем: - 90% легковых автомобилей используют в качестве топлива бензин, а 10 % - газ; - грузовые автомобили используют дизельное топливо; - газели используют газ. - 50% автобусов используют бензин, а 50% - газ. Количество топлива (Q), сжигаемого двигателями автомашин на выбранной улице: Легковые автомобили (бензин): Qj = 5598 * 0,9 * 0,12 = 604,584 л Легковые автомобили (газ): Qj = 5598 * 0,1 * 0,12 = 671,76 л Грузовые автомобили: Qj = 666 * 0,33 = 219,78 л Автобусы (бензин): Qj =558* 0,42 * 0,5 =117,18 л Автобусы (газ): Qj =558 * 0,42 * 0,5= 117,18 л Газель: Qj = 612 * 0,17 = 104,04 л Расчётные значения расхода топлива заносим в таблицу 3. Таблица 3. Расчётные значения расхода топлива
Рассчитываем объем выделившихся вредных веществ в литрах при нормальных условиях по каждому виду топлива К*Q. Значения эмпирических коэффициентов К, определяющих выброс вредных веществ от автотранспорта в зависимости от вида горючего, приведены в таблице 4. Таблица 4. Значения эмпирических коэффициентов К
Объем вредных веществ, выделившихся двигателями автомашин на выбранной улице: Угарный газ (СО): а) при сгорании бензина: 72,1764* 0,6 = 43,306 л б) при сгорании газообразного топлива: 28,8396 * 0,2=5,768 л в) при сгорании дизельного топлива: 21,978 *0,1 = 2,198 л Углеводороды (С6 Н6 ): а) при сгорании бензина: 72,1764* 0,1= 7,218 л б) при сгорании газообразного топлива: 28,8396 * 0,04= 1,154 л в) при сгорании дизельного топлива: 21,978 * 0,03= 0,659 л Диоксид азота (NО2): а) при сгорании бензина: 72,1764* 0,04 = 2,887 л б) при сгорании газообразного топлива: 28,8396 * 0,016= 0,461 л в) при сгорании дизельного топлива: 21,978 * 0,04=0,879 л Таблица 5. Результаты, полученные при расчёте объёмов выброса
На магистрали выделяется много вредных веществ, так как сильнее движение. Рассчитываем массу выделившихся вредных веществ (m, г) по формуле:  ,где М – молекулярная масса, г; V – объём, м3. Рассчитываем количество чистого воздуха, необходимое для разбавления выделившихся вредных веществ для обеспечения санитарно допустимых условий окружающей среды по формуле:  ,где m – масса вредных веществ (г), ПДК – предельно допустимая концентрация вредных веществ (мг/м3). Таблица 6.
Расчёт массы выделившихся вредных веществ: На улице Угарный газ (СО):  Углеводороды (С6 Н6 ):  Диоксид азота (NО2):  Расчёт объёма воздуха, необходимого для разбавления: На магистрали Угарный газ (СО):  м3Углеводороды (С6 Н6 ):  Диоксид азота (NО2):  м3Суммарное количество чистого воздуха, необходимое для разбавления выделившихся вредных веществ:  Учитывая рост человека (1,85 м), ширину дороги (4*3=12 м) и протяжённость (6000м), рассчитываем доступное количество воздуха для разбавления выделившихся вредных веществ:  м3Вывод: на рассматриваемой автомобильной дороге чистого воздуха недостаточно для разбавления вредных веществ, выделяющихся при работе двигателей автотранспорта. Учитывая близость к автомагистрали жилых и общественных зданий, район можно отнести к экологически вредным. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||