Решение задачи: Расчет загрязнения атмосферного воздуха

Хорошо, продолжим решение задачи.

Задание

1. Определить концентрации загрязнения атмосферного воздуха окисью углерода, оксидами азота и углеводородами в солнечную и дождливую погоду в расчетном поперечнике на расстояниях \(l\) от кромки дороги, указанных в табл. 2.13.

Для решения этой задачи нам понадобятся следующие данные из таблиц и формулы: Из Таблицы 2.13 (Исходные данные) для варианта 12: Интенсивность движения \(N_a = 200\) автомобилей в час. Распределение автомобилей по группам, %: Группа 1: 20% Группа 2: 20% Группа 3: 20% Группа 4: 10% Группа 5: 10% Группа 6: 20% Средняя скорость потока \(v = 70\) км/ч. Угол направления ветра к оси трассы \(\varphi = 80^\circ\). Расстояние \(l = 40\) м. Из Таблицы 2.14 (Группы автомобилей): Группа 1: Легковой Группа 2: Грузовой карбюраторный грузоподъемностью до 6 т Группа 3: Грузовой карбюраторный грузоподъемностью 6 т и более Группа 4: Грузовой дизельный Группа 5: Автобус карбюраторный Группа 6: Автобус дизельный Из Таблицы 2.15 (Средний эксплуатационный расход топлива \(G\), л/км): Группа 1: 0,11 Группа 2: 0,16 Группа 3: 0,33 Группа 4: 0,34 Группа 5: 0,37 Группа 6: 0,28 Из Таблицы 2.16 (Значения коэффициентов \(K_k\) и \(K_d\)): Окись углерода: \(K_k = 0,6\); \(K_d = 0,14\) Углеводороды: \(K_k = 0,12\); \(K_d = 0,037\) Оксиды азота: \(K_k = 0,06\); \(K_d = 0,015\) Из Таблицы 2.17 (Стандартное Гауссово отклонение \(\delta\) в зависимости от расстояния \(l\)): Для \(l = 40\) м: \(\delta\) для солнечной погоды = 6 \(\delta\) для дождливой погоды = 4 Из Таблицы 2.18 (Среднесуточные значения ПДК): Окись углерода: ПДК = 3,0 мг/м³ Углеводороды: ПДК = 1,5 мг/м³ Оксиды азота: ПДК = 0,04 мг/м³ Из Рисунка 2.1 (Зависимость коэффициента \(m\) от средней скорости транспортного потока \(v\)): Для \(v = 70\) км/ч, по графику \(m \approx 1,2\). Формулы: Мощность эмиссии \(q\) (мг/м·с): \[q = 0,206m \left[ \sum (G_k N_k K_k) + \sum (G_d N_d K_d) \right]\] Концентрация загрязнения \(C_l\) (мг/м³): \[C_l = \frac{2q}{\sin \varphi \sqrt{2\pi} v_e \delta} + F_l \quad (2.5)\] где \(F_l\) - фоновая концентрация загрязнения воздуха, мг/м³. В данном случае, если не указано, принимаем \(F_l = 0\). Скорость ветра \(v_e = 3\) м/с (указано в пункте 3 задания). \(\sin \varphi\) при \(\varphi = 80^\circ\): \(\sin(80^\circ) \approx 0,9848\).

Расчет мощности эмиссии \(q\) для каждого компонента

Сначала определим интенсивность движения для каждой группы автомобилей: \(N_a = 200\) авт/час. \(N_1 = 200 \times 0,20 = 40\) авт/час \(N_2 = 200 \times 0,20 = 40\) авт/час \(N_3 = 200 \times 0,20 = 40\) авт/час \(N_4 = 200 \times 0,10 = 20\) авт/час \(N_5 = 200 \times 0,10 = 20\) авт/час \(N_6 = 200 \times 0,20 = 40\) авт/час Теперь рассчитаем сумму \(\sum (G_k N_k K_k)\) для карбюраторных автомобилей и \(\sum (G_d N_d K_d)\) для дизельных автомобилей для каждого компонента.

1. Окись углерода (CO)

\(K_k = 0,6\); \(K_d = 0,14\) Карбюраторные автомобили (Группы 1, 2, 3, 5): \[\sum (G_k N_k K_k)_{CO} = (G_1 N_1 K_k) + (G_2 N_2 K_k) + (G_3 N_3 K_k) + (G_5 N_5 K_k)\] \[= (0,11 \times 40 \times 0,6) + (0,16 \times 40 \times 0,6) + (0,33 \times 40 \times 0,6) + (0,37 \times 20 \times 0,6)\] \[= (2,64) + (3,84) + (7,92) + (4,44) = 18,84\] Дизельные автомобили (Группы 4, 6): \[\sum (G_d N_d K_d)_{CO} = (G_4 N_4 K_d) + (G_6 N_6 K_d)\] \[= (0,34 \times 20 \times 0,14) + (0,28 \times 40 \times 0,14)\] \[= (0,952) + (1,568) = 2,52\] Мощность эмиссии \(q_{CO}\): \[q_{CO} = 0,206 \times 1,2 \times (18,84 + 2,52)\] \[q_{CO} = 0,206 \times 1,2 \times 21,36\] \[q_{CO} = 5,281 \text{ мг/м·с}\]

2. Углеводороды (УВ)

\(K_k = 0,12\); \(K_d = 0,037\) Карбюраторные автомобили (Группы 1, 2, 3, 5): \[\sum (G_k N_k K_k)_{УВ} = (G_1 N_1 K_k) + (G_2 N_2 K_k) + (G_3 N_3 K_k) + (G_5 N_5 K_k)\] \[= (0,11 \times 40 \times 0,12) + (0,16 \times 40 \times 0,12) + (0,33 \times 40 \times 0,12) + (0,37 \times 20 \times 0,12)\] \[= (0,528) + (0,768) + (1,584) + (0,888) = 3,768\] Дизельные автомобили (Группы 4, 6): \[\sum (G_d N_d K_d)_{УВ} = (G_4 N_4 K_d) + (G_6 N_6 K_d)\] \[= (0,34 \times 20 \times 0,037) + (0,28 \times 40 \times 0,037)\] \[= (0,2516) + (0,4144) = 0,666\] Мощность эмиссии \(q_{УВ}\): \[q_{УВ} = 0,206 \times 1,2 \times (3,768 + 0,666)\] \[q_{УВ} = 0,206 \times 1,2 \times 4,434\] \[q_{УВ} = 1,096 \text{ мг/м·с}\]

3. Оксиды азота (NOx)

\(K_k = 0,06\); \(K_d = 0,015\) Карбюраторные автомобили (Группы 1, 2, 3, 5): \[\sum (G_k N_k K_k)_{NOx} = (G_1 N_1 K_k) + (G_2 N_2 K_k) + (G_3 N_3 K_k) + (G_5 N_5 K_k)\] \[= (0,11 \times 40 \times 0,06) + (0,16 \times 40 \times 0,06) + (0,33 \times 40 \times 0,06) + (0,37 \times 20 \times 0,06)\] \[= (0,264) + (0,384) + (0,792) + (0,444) = 1,884\] Дизельные автомобили (Группы 4, 6): \[\sum (G_d N_d K_d)_{NOx} = (G_4 N_4 K_d) + (G_6 N_6 K_d)\] \[= (0,34 \times 20 \times 0,015) + (0,28 \times 40 \times 0,015)\] \[= (0,102) + (0,168) = 0,27\] Мощность эмиссии \(q_{NOx}\): \[q_{NOx} = 0,206 \times 1,2 \times (1,884 + 0,27)\] \[q_{NOx} = 0,206 \times 1,2 \times 2,154\] \[q_{NOx} = 0,533 \text{ мг/м·с}\]

Расчет концентрации загрязнения \(C_l\) для каждого компонента

Используем формулу (2.5): \[C_l = \frac{2q}{\sin \varphi \sqrt{2\pi} v_e \delta} + F_l\] где \(F_l = 0\), \(v_e = 3\) м/с, \(\sin \varphi = \sin(80^\circ) \approx 0,9848\). \(\sqrt{2\pi} \approx \sqrt{2 \times 3,14159} \approx \sqrt{6,28318} \approx 2,5066\). Знаменатель без \(\delta\): \(\sin \varphi \sqrt{2\pi} v_e = 0,9848 \times 2,5066 \times 3 \approx 7,402\).

1. Окись углерода (CO)

\(q_{CO} = 5,281\) мг/м·с

Солнечная погода (\(\delta = 6\)):

\[C_{CO,солн} = \frac{2 \times 5,281}{0,9848 \times 2,5066 \times 3 \times 6} = \frac{10,562}{7,402 \times 6} = \frac{10,562}{44,412} \approx 0,238 \text{ мг/м}^3\]

Дождливая погода (\(\delta = 4\)):

\[C_{CO,дожд} = \frac{2 \times 5,281}{0,9848 \times 2,5066 \times 3 \times 4} = \frac{10,562}{7,402 \times 4} = \frac{10,562}{29,608} \approx 0,357 \text{ мг/м}^3\]

2. Углеводороды (УВ)

\(q_{УВ} = 1,096\) мг/м·с

Солнечная погода (\(\delta = 6\)):

\[C_{УВ,солн} = \frac{2 \times 1,096}{0,9848 \times 2,5066 \times 3 \times 6} = \frac{2,192}{44,412} \approx 0,049 \text{ мг/м}^3\]

Дождливая погода (\(\delta = 4\)):

\[C_{УВ,дожд} = \frac{2 \times 1,096}{0,9848 \times 2,5066 \times 3 \times 4} = \frac{2,192}{29,608} \approx 0,074 \text{ мг/м}^3\]

3. Оксиды азота (NOx)

\(q_{NOx} = 0,533\) мг/м·с

Солнечная погода (\(\delta = 6\)):

\[C_{NOx,солн} = \frac{2 \times 0,533}{0,9848 \times 2,5066 \times 3 \times 6} = \frac{1,066}{44,412} \approx 0,024 \text{ мг/м}^3\]

Дождливая погода (\(\delta = 4\)):

\[C_{NOx,дожд} = \frac{2 \times 0,533}{0,9848 \times 2,5066 \times 3 \times 4} = \frac{1,066}{29,608} \approx 0,036 \text{ мг/м}^3\]

Сравнение с ПДК

Окись углерода (CO):

ПДК = 3,0 мг/м³ \(C_{CO,солн} = 0,238\) мг/м³ < ПДК \(C_{CO,дожд} = 0,357\) мг/м³ < ПДК

Углеводороды (УВ):

ПДК = 1,5 мг/м³ \(C_{УВ,солн} = 0,049\) мг/м³ < ПДК \(C_{УВ,дожд} = 0,074\) мг/м³ < ПДК

Оксиды азота (NOx):

ПДК = 0,04 мг/м³ \(C_{NOx,солн} = 0,024\) мг/м³ < ПДК \(C_{NOx,дожд} = 0,036\) мг/м³ < ПДК

Вывод:

Во всех случаях (для окиси углерода, углеводородов и оксидов азота, как в солнечную, так и в дождливую погоду) концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе на расстоянии 40 м от кромки дороги ниже предельно допустимых концентраций (ПДК). Это означает, что уровень загрязнения воздуха в данном расчетном поперечнике находится в пределах нормы.