Расчет загрязненности и шума от авто

РАБОТА № 4
Анализ загруженности улиц Великого Новгорода автотранспортом
с последующей оценкой уровня загрязнения атмосферного воздуха
отработанными газами по концентрации окиси углерода
Существенной
составляющей
загрязнения
воздушной
среды
городов,
особенно крупных, являются выхлопные газы автотранспорта, которые в ряде столиц
мира, административных центрах России и стран СНГ, городах-курортах составляют
60-80% от общих выбросов. Многие страны, в том числе и Россия, принимают
различные меры по снижению токсичности выбросов, путем лучшей очистки
бензина, замены его на более чистые источники энергии (газовое топливо, этанол,
электричество), снижения свинца в добавках к бензину. Проектируются более
экономичные двигатели с более полным сгоранием горючего, создание в городах зон
с ограниченным движением автомобилей и др. Несмотря на принимаемые меры, из
года в год растет число автомобилей, и загрязнение воздуха не снижается.
Известно, что автотранспорт выбрасывает в воздушную среду более 200
компонентов, среди которых угарный газ, углекислый газ, окислы азота и серы,
альдегиды, свинец, кадмий и канцерогенная группа углеводородов (бензопирен и
бензоантроцен).
При
этом
наибольшее
количество
токсичных
веществ
выбрасывается автотранспортом в воздух на малом ходу, на перекрестках,
остановках перед светофорами. Так, на небольшой скорости бензиновый двигатель
выбрасывает в атмосферу 0,05% углеводородов (от общего выброса), а на малом
ходу – 0,98%, окиси углерода соответственно – 5,1% и 13,8%. Подсчитано, что
среднегодовой пробег каждого автомобиля 15 тыс. км. В среднем за это время он
обедняет атмосферу на 4350 кг кислорода и обогащает ее на 3250 кг углекислого
газа, 530 кг окиси углерода, 93 кг углеводородов и 7 кг окислов азота.
Данная практическая работа дает возможность оценить загруженность участка
улицы разными видами автотранспорта, сравнить в этом отношении разные улицы и
изучить окружающую обстановку. Собранные параметры необходимы для расчетов
уровня загрязнения воздушной среды, предлагаемого в следующей работе
Ход работы
Студенты разделяются на группы по 3-4 человека (один считает, другой
записывает, остальные дают общую оценку обстановки). Студентов предварительно
инструктируют, затем размещают на определенных участках разных улиц с
односторонним движением. В случае двустороннего движения каждая группа
располагается на
своей
стороне.
Сбор
материала
по
загруженности
улиц
автотранспортом может проводиться как путем разового практического занятия, так и
более углубленно (для курсовых, дипломных работ) с замерами в 8, 13 и 18 часов, в
ночные часы. Из ряда замеров вычисляют среднее. Интенсивность движения
автотранспорта определяется методом подсчета автомобилей разных типов 3 раза
по 20 мин в каждом из сроков. Учет ведется способом точкования и «квадратиков».
Запись ведется согласно таблице 1:
Время
Тип автомобиля
Число единиц
Легкий грузовой
Средний грузовой
Тяжелый грузовой (дизельный)
Автобус
Легковой
На каждой точке наблюдений производится оценка улицы.
1.Тип улицы: городские улицы с односторонней застройкой (набережные,
эстакады, виадуки, высокие насыпи), жилые улицы с двусторонней застройкой,
дороги в выемке, магистральные улицы и дороги с многоэтажной застройкой с
двух сторон, транспортные тоннели и др.
2.Уклон. Определяется глазомерно или эклиметром.
3.Скорость ветра. Определяется анемометром.
4.Относительная влажность воздуха. Определяется психрометром.
5.Наличие защитной полосы из деревьев и др.
Автомобили разделяют на три категории: с карбюраторным двигателем,
дизельные, автобусы «Икарус», согласно данным, представленным в таблице.
Производят оценку движения транспорта по отдельным улицам. Строят графики.
Итогом
работы
является
суммарная
оценка
загруженности
улиц
автотранспортом согласно ГОСТ Р 51160 – 2003: низкая интенсивность движения –
2,7-3,6 тыс. автомобилей в сутки, средняя – 8-17 тыс. и высокая – 18-27 тыс.
Производится сравнение суммарной загруженности различных улиц города в
зависимости от типа автомобилей, дается объяснение различий.
Загрязнение атмосферного воздуха отработанными газами автомобилей
удобно оценивать по концентрации окиси углерода в мг/м3.
Например, магистральная улица города с многоэтажной застройкой с двух
сторон, продольный уклон 2°, скорость ветра 4 м/сек, относительная влажность
воздуха 70%, температура 20°С. Расчетная интенсивность движения автомобилей в
обоих направлениях – 500 автомашин в час (N). Состав автотранспорта: 10%
грузовых
автомобилей
с
малой
грузоподъемностью,
10%
со
средней
грузоподъемностью, 5% с большой грузоподъемностью с дизельными двигателями,
5% автобусов и 70% легковых автомобилей.
Формула оценки концентрации окиси углерода (КСО) (Бегма и др., 1984;
Шаповалов, 1990):


К

0
,
5

0
,
01

N

К

К

К

К

К

К
СО
Т
А
У
С
В
П
где
0,5 – фоновое загрязнение атмосферного воздуха нетранспортного
происхождения, мг/м3,
N – суммарная интенсивность движения автомобилей на городской дороге,
автом./час,
КТ – коэффициент токсичности автомобилей по выбросам в атмосферный
воздух окиси углерода,
КА – коэффициент, учитывающий аэрацию местности,
КУ – коэффициент, учитывающий изменение загрязнения атмосферного
воздуха окисью углерода в зависимости от величины продольного уклона,
КС – коэффициент, учитывающий изменения концентрации окиси углерода в
зависимости от скорости ветра,
КВ – то же в зависимости от относительной влажности воздуха,
КП – коэффициент увеличения загрязнения атмосферного воздуха окисью
углерода у пересечений.
Коэффициент токсичности автомобилей определяется как средневзвешенный
для потока автомобилей по формуле:
K
Р

Т
i K
T
i
где
Рi – состав автотранспорта в долях единицы, КTi – определяется по таблице 2.
Таблица 2
Тип автомобиля
Легкий грузовой
Средний грузовой
Тяжелый грузовой (дизельный)
Автобус
Легковой
Коэффициент КТ
2,3
2,9
0,2
3,7
1,0
Подставив значения согласно заданию (или собственные данные) получаем:
КТ = 0,1·2,3 + 0,1·2,9 + 0,05·0,2 + 0,05·3,7 + 0,7·1 = 1,41
Значение коэффициента КА, учитывающего аэрацию местности, определяется
по таблице 3.
Таблица 3
Тип местности по степени аэрации
Коэффициент КА
Транспортные тоннели
2,7
Транспортные галереи
1,5
Магистральные улицы и дороги с многоэтажной
застройкой с двух сторон
1,0
Жилые улицы с одноэтажной застройкой, улицы и
дороги в выемке
0,6
Городские улицы и дороги с односторонней
застройкой, набережные, эстакады, виадуки, высокие
0,4
насыпи
0,3
Пешеходные тоннели
Для магистральной улицы с многоэтажной застройкой КА = 1.
Значение коэффициента КУ, учитывающего изменение загрязнения воздуха
окисью углерода в зависимости от величины продольного уклона, определяем по
таблице 4.
Таблица 4
Продольный уклон, 0
0
2
4
6
8
Коэффициент КУ
1,00
1,06
1,07
1,18
1,55
Коэффициент изменения концентрации окиси углерода в зависимости от
скорости ветра КС определяется по таблице 5.
Таблица 5
Скорость ветра, м/с
1
2
3
4
5
Коэффициент КС
2,70
2,00
1,50
1,20
1,05
6
1,00
Значение коэффициента КВ, определяющего изменение концентрации окиси
углерода в зависимости от относительной влажности воздуха, приведено в таблице
6.
Таблица 6
Относительная
влажность
100
90
80
70
60
Коэффициент
увеличения
Коэффициент КВ
1,45
1,30
1,15
1,00
0,85
загрязнения
воздуха
окисью
углерода
у
пересечений приведен в таблице 7.
Таблица 7
Тип пересечения
Регулируемое пересечение:
- со светофорами обычное
- со светофорами
управляемое
- саморегулируемое
Нерегулируемое:
- со снижением скорости
- кольцевое
- с обязательной остановкой
Коэффициент КП
1,8
2,1
2,0
1,9
2,2
3,0
Подставим значения коэффициентов, оценим уровень загрязнения
атмосферного воздуха окисью углерода:
КСО = (0,5 + 0,01·500·1,4) ·1·1,06·1,20·1,00 = 8,96 мг/м3
ПДК выбросов автотранспорта по окиси углерода равно 5 мг/м3. Снижение
уровня выбросов возможно следующими мероприятиями:
–запрещение движения автомобилей;
–ограничение интенсивности движения до 300 автом./час;
–замена карбюраторных грузовых автомобилей дизельными;
–установка фильтров.
Сделать соответствующие выводы по анализируемым территориям.
2.1.2.2
Методика
обеспечению
№2
–
природоохранных
Методические
требований
рекомендации
при
по
проектировании
автомобильных дорог в центральной полосе Европейской части России,
1999
Расчетные формулы:
Прогнозирование эквивалентного уровня транспортного шума на
расстоянии 7,5 м от оси ближайшей полосы движения допускается
проводить по приближенной формуле:
LАэкв. = 50 + 8,8lgN,
(2.2)
где LАэкв. – уровень шума на расстоянии 7,5 м от оси ближайшей
полосы движения, дБА;
N – расчетная часовая интенсивность движения, авт/час.
Ожидаемый
уровень
звука
(LАр.т.)
в
расчетной
точке
рассчитывается по формуле:
LАр.т. = LАэкв.+ΔLv +ΔLi +ΔLd+ΔLk+ΔLдиз-ΔLL·Кр,
(2.3)
где ΔLv – поправка на скорость движения;
LАэкв. + ΔLv определяется по таблице 2.2 в зависимости от
интенсивности и скорости движения;
ΔLi – поправка на продольный уклон, принимается по таблице 2.3;
ΔLd – поправка на вид покрытия, принимается по таблице 2.4;
ΔLk – поправка на состав движения, принимается по таблице 2.5;
ΔLдиз
–
поправка
на
количество
дизельных
автомобилей,
принимается по таблице 2.6;
ΔLL – величина снижения уровня шума в зависимости от
расстояния L в метрах от крайней полосы движения, определяется по
таблице 2.7;
Кр – коэффициент, учитывающий тип поверхности между дорогой и
точкой измерения, принимается по таблице 2.8.
Таблица 2.2 – Значение величины LАэкв. + ΔLv
Интенсивность движения,
авт/час
50
100
230
500
880
1650
3000
Значения LАэкв. + ΔLv в зависимости от скорости движения, дБА
30
40
50
60
70
63,5
65,0
66,5
68,0
69,5
66,5
68,0
69,5
71,0
72,5
69,5
71,0
72,5
74,0
75,5
72,5
74,0
75,5
77,0
78,5
75,5
76,0
77,5
79,0
80,5
76,5
78,0
79,5
81,0
82,5
78,5
80,0
81,5
83,0
84,5
Таблица 2.3 - Значение поправок на продольный уклон (ΔLi)
Величина продольного уклона проезжей части,
‰
до 20
40
60
80
100
Величина поправки ΔLi, дБА
0
+1
+2
+3
+4
Таблица 2.4 - Значение поправок на вид покрытия (ΔLd)
Вид покрытия
Литой и песчаный асфальтобетон
Мелкозернистый асфальтобетон
Черный щебень
Цементобетон
Мостовая
Величина поправки ΔLd, дБА
0
-1,5
+1,0
+2,0
+6,0
Таблица 2.5 - Величины поправок на состав движения (ΔLk)
Относительное количество грузовых
автомобилей и автобусов (не дизельных),
%
Величина поправки ΔLk, дБА
5-20
20-35
35-50
50-60
65-85
-2
-1
0
+1
+2
Таблица 2.6 - Значение поправок на количество дизельных автомобилей
(ΔLдиз)
Относительное число грузовых автомобилей и
автобусов с дизельными двигателями, %
5-10
10-20
20-35
Величина поправки ΔLдиз, дБА
+1
+2
+3
Таблица 2.7 - Значение снижения уровня шума в зависимости от
расстояния от крайней полосы движения (ΔLL)
Величина поправки ΔLL, дБА
Число полос движения
4
6
Ширина разделительной полосы, метров
12
5
3,4
3,2
5,7
5,5
7,2
7,1
8,4
8,1
10,0
9,7
11,6
11,4
12,8
12,6
14,0
13,8
15,0
14,7
15,9
15,7
16,7
16,5
17,4
17,1
12
3,0
5,2
6,7
7,7
9,3
11,0
12,1
13,3
14,3
15,2
16,0
16,4
Величина поправки ΔLL, дБА
Число полос движения
4
6
Ширина разделительной полосы, метров
5
12
5
18,5
18,2
17,7
12
17,2
Расстояние L,
м
2
25
50
75
100
150
250
300
400
500
625
750
875
4,6
7,5
9,2
10,4
12,2
14,4
15,2
16,4
17,4
18,3
19,1
19,8
5
3,6
6,1
7,7
8,8
10,5
12,2
13,4
14,6
15,6
16,5
17,3
18,0
Окончание таблицы 2.7
Расстояние L,
м
2
1000
20,4
Таблица 2.8 - Коэффициенты, учитывающие тип поверхности между
дорогой и точкой замера (Кр)
Тип поверхности
Вспаханная
Асфальт, бетон, цементобетон, лед
Зеленый газон
Снег рыхлый
Кр
1,0
0,9
1,1
1,25