2.2. РАСЧЕТ ТОКСИЧНЫХ ВЫБРОСОВ В АТМОСФЕРУ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОМОБИЛЕЙ
С помощью расчета можно оценить уровень загрязнения воздушной среды отработавшими газами в зоне влияния дороги.
Основными токсичными компонентами отработавших газов двигателей внутреннего сгорания (ДВС) автотранспорта являются оксиды углерода, азота, углеводорода. Оценку уровня загрязнения воздушной среды отработавшими газами следует производить на основе расчета. Методика расчета включает поэтапное определение эмиссии (выбросов) отработавших газов и концентрации загрязнения воздуха этими газами на различном расстоянии от дороги, а затем сравнение полученных данных с ПДК данных веществ в атмосферном воздухе населенных пунктов. При расчете выбросов учитываются различные типы автотранспортных средств и конкретные дорожные условия [3].
Задание
- 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.
- Построить графики зависимости изменения концентрации ЗВ от расстояния от кромки дороги \(l\).
- Выбрать защитные мероприятия по снижению концентрации ЗВ в зоне жилой застройки, удаленной на расстоянии \(l\) от дороги, до допустимого уровня, если скорость господствующего ветра 3 м/с.
Параметры загрязнения рассчитываются в следующем порядке:
1. Определяем мощность эмиссии (миллиграмм на метр в секунду) ЗВ отдельно для каждого компонента (окиси углерода, оксидов азота, углеводородов) на конкретном участке дороги:
\[q_i = 0,206m \left[ \sum (G_k N_k K_k) + \sum (G_д N_д K_д) \right], \quad (2.4)\]
где \(m\) - коэффициент, учитывающий дорожные и транспортные условия, принимаемый по графику (см. рис. 2.1);
\(G_k\) и \(G_д\) - средний эксплуатационный расход топлива для данного типа карбюраторных и дизельных автомобилей соответственно, л/км;
\(N_k\) и \(N_д\) - интенсивность движения каждого выделенного типа карбюраторных и дизельных автомобилей в час;
\(K_k\) и \(K_д\) - коэффициенты, принимаемые для каждого компонента загрязнения в зависимости от типа автомобиля.
Исходные данные
Таблица 2.13
| Вариант | \(N_a\), автомобилей в час | Число автомобилей по группам, % | \(v\), км/ч | \(\varphi\) | \(l\), м | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |||||
| 12 | 200 | 20 | 20 | 20 | 10 | 10 | 70 | 80 | 40 | |
Примечание. \(N_a\) - интенсивность движения; \(v\) - средняя скорость потока движения; \(\varphi\) - угол направления ветра к оси трассы.
Рис. 2.1 Зависимость коэффициента \(m\) от средней скорости транспортного потока \(v\)
В таблице 2.14 учтены группы автомобильного транспорта.
Таблица 2.14
| Автомобиль | Группа |
| Легковой | 1 |
| грузовой карбюраторный грузоподъемностью, т: | |
| до 6 | 2 |
| 6 и более | 3 |
| грузовой дизельный | 4 |
| Автобус: | |
| карбюраторный | 5 |
| дизельный | 6 |
Средний эксплуатационный расход топлива для указанных групп автомобильного транспорта представлен в табл. 2.15.
Таблица 2.15
Средний эксплуатационный расход топлива
| Группа | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| \(G\), л/км | 0,11 | 0,16 | 0,33 | 0,34 | 0,37 | 0,28 |
Значения коэффициентов \(K_k\) и \(K_д\) в зависимости от вида выброса представлены в табл. 2.16.
Таблица 2.16
Значения коэффициентов \(K_k\) и \(K_д\)
| Выброс | Значения коэффициентов | ||
| Окись углерода | Углеводороды | Оксиды азота | |
| \(K_k\) | 0,6 | 0,12 | 0,06 |
| \(K_д\) | 0,14 | 0,037 | 0,015 |
2. Концентрация загрязнения атмосферного воздуха токсичными компонентами отработавших газов на различном расстоянии от дороги \(l\) (используется модель Гауссового распределения примесей в атмосфере на небольших высотах):
\[C_i = \frac{2q_i}{\sin \varphi \sqrt{2\pi} \delta v_в} + F_ф, \quad (2.5)\]
где \(\delta\) - стандартное отклонение Гауссового рассеивания в вертикальном направлении, м;
\(v_в\) - скорость ветра, преобладающего в расчетный период, м/с;
\(\varphi\) - угол, составляемый направлением ветра к трассе дороги, при \(\varphi < 30^\circ\) принять \(\sin \varphi = 0,5\);
\(F_ф\) - фоновая концентрация загрязнения воздуха, мг/м3.
Стандартное Гауссовое отклонение в зависимости от расстояния до кромки проезжей части и погоды устанавливается по табл. 2.17.
Таблица 2.17
Стандартное Гауссовое отклонение в зависимости от расстояния
| \(l\), м | 10 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 | 150 | 200 | 250 |
| \(\delta\) | |||||||||
| Солнечная погода | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 13 | 19 | 24 | 30 |
| Дождливая погода | 1 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 14 | 18 | 22 |
Примечание. В числителе Гауссовое отклонение – для солнечной погоды; в знаменателе – для дождливой.
Для токсичных составляющих отработавших газов тепловых двигателей в воздухе населенных мест регламентированы среднесуточные значения ПДК, представленные в табл. 2.18.
Таблица 2.18
среднесуточные значения ПДК
| Вещество | Класс опасности | ПДКсс, мг/м3 |
| Окись углерода | 4 | 3,0 |
| Углеводороды | 3 | 1,5 |
| Окислы азота | 2 | 0,04 |
Эти значения должны быть сопоставлены с полученными в расчете концентрациями каждого компонента ЗВ на различных расстояниях \(l\) в поперечном направлении и в зоне жилой застройки.
Таблица 2.19
| Концентрация, мг/м3 | \(L\), м | |||||
| 40 | 60 | 80 | 100 | 150 | 200 | |
| Окись углерода | 9,6 | 6,1 | 4,5 | 3,0 | 2,3 | 2,0 |
| Углеводороды | 8,8 | 5,0 | 4,1 | 2,3 | 2,1 | 2 |
| Окись азота | 11,2 | 4,7 | ||||