Расчет рассеивания окиси углерода на улицах Лениногорская и Грейдерная

 

При движении автомобилей по магистрали за транспортными средствами образуется зона турбулентного перемешивания. При этом турбулентность, которая ведет к выравниванию концентрации вредного вещества во всей зоне механического перемешивания, преобладает над параметрами региональных метеорологических условий (скоростью ветра, турбулентность за счет солнечной радиации и др.). Зона механического перемешивания может быть представлена как туннель, в котором воздух тщательно перемешан и концентрация вредных веществ одинакова во всех точках. Таким образом, автомобильная дорога, как источник загрязнения может быть представлена в виде линейного источника.

Величину концентрации окиси углерода складывается из значения фоновой концентрации, то есть концентрации, формируемой всеми другими источниками данного вредного вещества в данной местности и значения концентрации, которая зависит от количества вредного вещества, выделяемого автомобилями и от рассеивающей способности атмосферы.

При максимальной устойчивости атмосферы (отсутствие ветра и солнца, т.е. сильной облачности) величина концентрации будет максимальной.

В другом случае, при высокой турбулентности атмосферы ее рассеивающее действие будет значительным и концентрация вредного вещества в приземном слое – низкой.

Концентрация окиси углерода в любой точке Х от дороги может быть рассчитана по формуле:

 (5.1)

 

где М – мощность выброса вредного вещества транспортными средствами, г/с;

δ_z – вертикальная дисперсия, значение которой зависит от расстояния от расчетной точки до зоны механического перемешивания;

Z – высота расчетной точки над уровнем земли, м;

Н – эффективная высота выброса над уровнем земли;

U ^/ - средняя скорость ветра, м/с;

В случае, когда направление ветра совпадает с направлением прямого участка дороги, то алгоритм расчета концентрации окиси углерода следующий. Вся дорога представляет собой площадной вытянутый источник загрязнения. Прямой участок работы разбивается на отдельные сектора со стороны квадрата, равной ширине дороги. Каждая секция является источником выброса окиси углерода. Для того, чтобы произвести расчет концентрации каждая секция заменяется виртуальным (воображаемым) источником загрязнения, так что по мощности загрязнения выброса этот виртуальный источник совершенно эквивалентен квадратной секции, то есть в результате выброса виртуальным источником, на площадке секции создается концентрация вредного вещества, равная концентрации в зоне механического перемешивания.

Концентрация окиси углерода в любой точке вблизи автомобильной дороги может быть определена по формуле:

 

, (5.2)

где δ_{у i}– дисперсия по оси у для каждого из виртуальных источников;

Мощность выброса транспортных средств Q, г/с км можно определить по формуле:

Q =(7.33+0.026* N )* K ₁ * K ₂ * K ₃,(5.3)

 

где N – приведенная часовая интенсивность автомобилей с карбюраторными двигателями ед/час;

К₁ – коэффициент, учитывающий влияние состава транспортного потока и его среднетехнической скорости, определяемый по таблице 5.1;

К₂ – коэффициент, учитывающий влияние продольного уклона дороги.

при і < 10% К₂ = 1

10% < i < 30% К ₂ = 1,02

30% < i < 50% К ₂ = 1,04

50% < i < 70% К₂ = 1,06

К3 – коэффициент, учитывающий ожидаемое снижение содержания концентрации СО в отработавших газах. К₃ = 0,17

К₁=0.65; К₂=1; К₃=0.17;

Q=(7.33+0.026*2182)*0.65*1*0.17=7.0789 г/с км

 

Таблица 5.1 – Влияние скорости транспортного потока на выброс СО

Для грузовых автомобилей в потоке, %	К1 при скорости транспортного потока, км/ч
	20	30	40	50	60	70	80
80	1,17	1,11	1,05	0,90	1,02	1,11	1,21
70	1,14	1,06	1,00	0,87	0,95	1,04	1,12
60	1,12	1,04	0,95	0,83	0,89	0,93	1,03
50	1,11	1,04	0,91	0,80	0,84	0,90	0,95
40	1,09	0,97	0,86	0,76	0,77	0,78	0,85
30	1,08	0,95	0,82	0,73	0,70	0,66	0,75
20	1,05	0,91	0,7	0,69	0,62	0,57	0,67
10	1,02	0,87	0,72	0,65	0,54	0,46	0,58

Последовательность расчета концентрации окиси углерода следующая:

1 Исходными данными для расчета являются:

N – часовая интенсивность движения, N = 2182 ед/ч;ед/час;

W ^/ - ширина автомобильной магистрали, W = W^/ =27 м;

Н – высота дороги над уровнем рельефа, м (или глубина выемки) H=0 м;

Х – расстояние от нижней внешней кромки зоны механического перемешивания по перпендикуляру к дороге до расчетной точки;

i – уклон дороги, %.

Доля грузовых автомобилей 10 %;

Cредняя скорость движения 50 км/ч;

Значение фоновой концентрации составляет С_ф=2 мг/м³;

Расчет производим для точек, расположенных на расстоянии 10 и 50 м по перпендикуляру к дороге.

2 Определяем ширину зоны механического перемешивания W.

В случае если ширина разделительной полосы менее или равна 9 м:

 

W = W ^/ +6.

 

В случае, если ширина разделительной полосы более 9 м, расчет проводится для разных направлений движения по принципу суперпозиции.

3 Рассчитываем мощность выброса по формуле (5.3).

4 Для случая перпендикулярного ветра, получаем отношение:

P ₁=5792.4*Q /10⁵, (5.4)

P ₁=5792.4*7.0789/10⁵=0.41 г/с км

и определяем концентрацию окиси углерода в зоне смешивания по формулам:

С_м1 = 4,28 * Р₁ при Р₁ < 3 (5.5)

С_м1 = 0,6829+4,3296* Р₁ при Р₁ < 4,4 (5.6)

С_м1 = 1,3624+3,8648 * Р₁ при Р₁ > 4,4 (5.7)

С_м1=4.28*0.41=1.7548 мг/м³

5 Для случая продольного ветра получаем отношение:

P ₂=1765.52*Q*(1.05-0.00328*W)/10⁴, (5.8)

Р₂=1765.52*7.0789*(1.05-0.00328*27)/10⁴=1.202 г/с км

Определяем концентрацию окиси углерода в зоне механического перемешивания по формулам:

для сельской местности С_м2 = 13.47* Р₂ (5.9)

для городской С_м2 = 4.8565 * Р₂ (5.10)

С_м2=4.8565*1.202=5.8356 мг/м³

6 Определяем по графику коэффициент высоты источника по сравнению с местностью – К_н (в нашем случае К_н=1).

7 Находим промежуточный фактор умножением концентрации в зоне механического перемешивания на коэффициент К_н (2).

 

F ₁ = С_м1 * К_н и F ₂ = С_м1 * К_н (5.11)

К_н=1

F ₁=1.7548 мг/м³

F ₂=5.8356 мг/м³

8 Находим коэффициент удаления (К₁ и К₂) расчетной точки от магистрали.

9 Определяем концентрацию окиси углерода в расчетной точке по формуле:

 

С= F ₁ *К₁ и С=К₂* F ₂ (5.12)

 

При продольном ветре:

Х=10 м К₁=0.7 С=1.7548 *0.7=1.2284мг/м³

Х=50 м К₁=0.62 С=1.7548 *0.62=1.0880 мг/м³

При поперечном ветре:

Х=10 м К₁=0.6 С=5.8356 *0.6=3.5014 мг/м³

Х=50 м К₁=0.23 С=5.8356 *0.23=1.3422 мг/м³

Аналогичным методом рассчитываем концентрацию окиси углерода на улице Грейдерная.

N = 990 ед/ч;

W = W ^/ =9 м;

H=0 м;

Доля грузовых автомобилей 10 %;

Cредняя скорость движения 50 км/ч;

Значение фоновой концентрации составляет С_ф=2 мг/м³;

Расчет производим для точек, расположенных на расстоянии 10 и 50 м по перпендикуляру к дороге.

К₁=0.65; К₂=1; К₃=0.17;

Q=(7.33+0.026*990)*0.65*1*0.17=3.6542 г/с км

P ₁=5792.4*3.6542/10⁵=0.2117 г/с км

С_м1=4.28*0.2117=0.9059 мг/м³

Р₂=1765.52*3.6542 *(1.05-0.00328*9)/10⁴=0.6584 г/с км

С_м2=4.8565*0.6584=3.1974мг/м³

К_н=1 F ₁=0.9059 мг/м³ F ₂=3.1974 мг/м³

При продольном ветре:

Х=10 м К₁=0.7 С=0.9059*0.7=0.6341 мг/м³

Х=50 м К₁=0.62 С=0.9059*0.62=0.5617 мг/м³

При поперечном ветре:

Х=10 м К₁=0.6 С=3.1974*0.6=1.9184 мг/м³

Х=50 м К₁=0.23 С=3.1974*0.23=0.7354 мг/м³

На оснований вышеуказанных расчетов можно сделать вывод, что на пересечении улиц Грейдерная и Лениногорская концентрация окиси углерода при продольном и поперечном ветре не превышает С=3.5014 мг/м³, когда как предельно-допустимая концентрация составляет С=5 мг/м³. Таким образом, концентрация рассеивания окиси углерода на пересечении улиц Грейдерная и Лениногорская и никакой экологической опасности не представляет.