Задание
1. Определить концентрации загрязнения атмосферного воздуха оксисью 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°.
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/м\(^3\)
Углеводороды: ПДК = 1,5 мг/м\(^3\)
Оксиды азота: ПДК = 0,04 мг/м\(^3\)
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):
\[q = 0,206m \left[ \sum (G_k N_k K_k) + \sum (G_d N_d K_d) \right] \quad (2.4)\]
Концентрация загрязнения \(C_l\) (мг/м\(^3\)):
\[C_l = \frac{2q}{\sin \varphi \sqrt{2\pi} v_e \delta} + F_l \quad (2.5)\]
где \(F_l\) - фоновая концентрация загрязнения воздуха, мг/м\(^3\). 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°: \(\sin(80^\circ) \approx 0,9848\).
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 \(q_{CO}\):
\(q_{CO} = 0,206 \times 1,2 \times (18,84 + 2,52)\)
\(q_{CO} = 0,206 \times 1,2 \times 21,36\)
\(q_{CO} = 5,281\) мг/м·с
2. Углеводороды (УВ)
\(K_k = 0,12\); \(K_d = 0,037\)
Карбюраторные автомобили (Группы 1, 2, 3, 5):
\(\sum (G_k N_k K_k)_{УВ} = (0,11 \times 40 \times 0,12) + (0,16 \times 40 \times 0,12) + (0,33 \times 40 \times 0,12) + (0,37 \times 20 \times 0,12)\)
\(= (0,528) + (0,768) + (1,584) + (0,888) = 3,768\)
Дизельные автомобили (Группы 4, 6):
\(\sum (G_d N_d K_d)_{УВ} = (0,34 \times 20 \times 0,037) + (0,28 \times 40 \times 0,037)\)
\(= (0,2516) + (0,4144) = 0,666\)
Мощность эмиссии \(q_{УВ}\):
\(q_{УВ} = 0,206 \times 1,2 \times (3,768 + 0,666)\)
\(q_{УВ} = 0,206 \times 1,2 \times 4,434\)
\(q_{УВ} = 1,096\) мг/м·с
3. Оксиды азота (NOx)
\(K_k = 0,06\); \(K_d = 0,015\)
Карбюраторные автомобили (Группы 1, 2, 3, 5):
\(\sum (G_k N_k K_k)_{NOx} = (0,11 \times 40 \times 0,06) + (0,16 \times 40 \times 0,06) + (0,33 \times 40 \times 0,06) + (0,37 \times 20 \times 0,06)\)
\(= (0,264) + (0,384) + (0,792) + (0,444) = 1,884\)
Дизельные автомобили (Группы 4, 6):
\(\sum (G_d N_d K_d)_{NOx} = (0,34 \times 20 \times 0,015) + (0,28 \times 40 \times 0,015)\)
\(= (0,102) + (0,168) = 0,27\)
Мощность эмиссии \(q_{NOx}\):
\(q_{NOx} = 0,206 \times 1,2 \times (1,884 + 0,27)\)
\(q_{NOx} = 0,206 \times 1,2 \times 2,154\)
\(q_{NOx} = 0,533\) 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 (\(\delta = 6\)):
\(C_{CO, солн} = \frac{2 \times 5,281}{0,9848 \times 2,5066 \times 3 \times 6} = \frac{10,562}{7,402 \times 6} = \frac{10,562}{44,412} \approx 0,238\) мг/м\(^3\)
Дождливая погода (\(\delta = 4\)):
\(C_{CO, дожд} = \frac{2 \times 5,281}{0,9848 \times 2,5066 \times 3 \times 4} = \frac{10,562}{7,402 \times 4} = \frac{10,562}{29,608} \approx 0,357\) мг/м\(^3\)
2. Углеводороды (УВ)
\(q_{УВ} = 1,096\) мг/м·с
Солнечная погода (\(\delta = 6\)):
\(C_{УВ, солн} = \frac{2 \times 1,096}{0,9848 \times 2,5066 \times 3 \times 6} = \frac{2,192}{44,412} \approx 0,049\) мг/м\(^3\)
Дождливая погода (\(\delta = 4\)):
\(C_{УВ, дожд} = \frac{2 \times 1,096}{0,9848 \times 2,5066 \times 3 \times 4} = \frac{2,192}{29,608} \approx 0,074\) мг/м\(^3\)
3. Оксиды азота (NOx)
\(q_{NOx} = 0,533\) мг/м·с
Солнечная погода (\(\delta = 6\)):
\(C_{NOx, солн} = \frac{2 \times 0,533}{0,9848 \times 2,5066 \times 3 \times 6} = \frac{1,066}{44,412} \approx 0,024\) мг/м\(^3\)
Дождливая погода (\(\delta = 4\)):
\(C_{NOx, дожд} = \frac{2 \times 0,533}{0,9848 \times 2,5066 \times 3 \times 4} = \frac{1,066}{29,608} \approx 0,036\) мг/м\(^3\)
Сравнение с ПДК
Окись углерода (CO):
ПДК = 3,0 мг/м\(^3\)
\(C_{CO, солн} = 0,238\) мг/м\(^3\) \(\lt\) ПДК
\(C_{CO, дожд} = 0,357\) мг/м\(^3\) \(\lt\) ПДК
Углеводороды (УВ):
ПДК = 1,5 мг/м\(^3\)
\(C_{УВ, солн} = 0,049\) мг/м\(^3\) \(\lt\) ПДК
\(C_{УВ, дожд} =