EKOLOGIYa

ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ
С. Л. Яблочников, В. В. Ерофеева,
К. Ф. Шакиров
ЭКОЛОГИЯ
Практикум
Вузовское образование
Саратов • 2020
УДК 574
ББК 20.1
Я15
Авторы:
Яблочников С. Л. — д-р пед. наук, профессор, зав. кафедрой
экологии, безопасности жизнедеятельности и электропитания
Московского технического университета связи и информатики (МТУСИ);
Ерофеева В. В. — канд. биол. наук, доцент кафедры
экологии, безопасности жизнедеятельности и электропитания
Московского технического университета связи и информатики (МТУСИ),
ассистент кафедры судебной экологии с курсом экологии человека
Российского университета дружбы народов (РУДН);
Шакиров К. Ф. — ассистент кафедры экологии,
безопасности жизнедеятельности и электропитания
Московского технического университета связи и информатики (МТУСИ)
Рецензент:
Костюк Е. В. — канд. техн. наук, доцент кафедры ЭБЖиЭ
Яблочников, С. Л.
Я15
Экология [Электронный ресурс] : практикум / С. Л. Яблочников,
В. В. Ерофеева, К. Ф. Шакиров. — Электрон. дан. и прогр. (7 Мб). — Саратов : Вузовское образование, 2020. — 84 с. — (Высшее образование)
ISBN 978-5-4487-0602-8
В практикуме представлены ситуационные задачи по экологии различного рода. Ситуационные задачи могут выполняться как студентами
самостоятельно, так и при помощи преподавателя.
Издание подготовлено в соответствии с ФГОС ВО и позволяет
сформировать профессиональные компетенции, указанные в стандартах
небиологических направлений.
Предназначен для изучения дисциплины «Экология» по направлениям
подготовки высшего образования 11.03.01 «Радиотехника», 09.03.02
«Информационные системы и технологии», 11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи», 15.03.04 «Автоматизация
технологических процессов», 27.03.04 «Управление в технических
системах». Кроме того, практикум будет полезен студентам других
небиологических направлений, изучающим данную дисциплину.
Учебное электронное издание
© Коллектив авторов, 2020
© Оригинал-макет, оформление.
ООО «Вузовское образование», 2020
СОДЕРЖАНИЕ
1. Практическое задание № 1. Оценка уровня выбросов вредных веществ в атмосферу .......4
2. Практическое задание № 2. Расчет характеристик сбросов
сточных вод предприятий в водоемы .......................................................................................7
3. Практическое задание № 3. Нормирование загрязняющих веществ в почве ...................10
4. Практическое задание № 4. Оценка воздействия на окружающую среду.
Определение демографической емкости района застройки ...................................................13
5. Практическое задание № 5. Очистка воздуха от аэрозольных примесей.
Типовой расчет циклона .............................................................................................................16
6. Практическое задание № 6. Расчет и оценка токсичных выбросов
в атмосферу при эксплуатации автомобилей ...........................................................................20
7. Практическое задание № 7. Расчет и оценка поверхностного стока
с автомобильной дороги .............................................................................................................25
8. Практическое задание № 8. Расчет и оценка загрязнения почв вдоль автодорог ............29
9. Практическое задание № 9. Расчет и оценка
шумового воздействия транспорта............................................................................................31
10. Практическое задание № 10. Оценка уровня воздействия
электростатического поля ..........................................................................................................41
11. Практическое задание № 11. Оценка уровня воздействия
электромагнитных полей (ЭМП) на рабочем месте ................................................................42
12. Практическое задание № 12. Оценка уровня воздействия
электромагнитных полей (ЭМП) диапазона частот 30 кГц – 300 ГГц ..................................44
13. Практическое задание № 13. Оценка воздействия
импульсных электромагнитных полей (РТО и ЭМП) .............................................................49
14. Практическое задание № 14. Анализ гетерогенности популяции ...................................53
15. Практическое задание № 15. Изучение динамики численности популяции ..................58
16. Практическое задание № 16. Оценка качества воды .........................................................62
17. Практическое задание № 17. Расчёт выбросов загрязняющих веществ
в атмосферу при неконтролируемом горении нефти и нефтепродуктов ..............................67
18. Практическое задание № 18. Оценка исчерпаемости природного ресурса ....................70
19. Практическое задание № 19. Расчет выбросов загрязняющих веществ
в атмосферу от котельной ..........................................................................................................71
20. Практическая задание № 20. Оценка качества атмосферного воздуха ...........................76
Список литературы .....................................................................................................................83
Практическое задание №1.
Оценка уровня выбросов вредных веществ в атмосферу.
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Для промышленного предприятия, расположенного на ровной местности,
1) рассчитать величину максимальной концентрации вредного вещества у
земной поверхности, прилегающей к предприятию, при выбросе из трубы
нагретой газовоздушной смеси;
2) определить расстояние от источника выброса, на котором достигается
величина максимальной приземной концентрации вредных веществ (по оси
факела);
3) определить фактическую концентрацию вредного вещества у поверхности
земли с учетом фонового загрязнения воздуха и дать оценку рассчитанного
уровня загрязнения воздуха в приземном слое промышленными выбросами
путем сравнения со среднесуточной предельно допустимой концентрацией
(ПДК);
4) определить опасную скорость ветра и рассчитать значения приземных
концентраций вредных веществ в атмосфере по оси факела выброса на
расстояниях X= 50, 500 м. от источника выброса;
5) рассчитать предельно допустимый выброс вредного вещества.
2. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.
1. Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества
См,мг/м3 , при выбросе нагретой газовоздушной смеси из одиночного
источникапри неблагоприятных метеорологических условиях определить по
формуле:
А∙М∙𝐹∙𝑚∙𝑛∙𝜂
См=
3
𝐻 2 √𝑄∙∆𝑇
;
(1.1)
где А - коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы и
определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных
веществ в атмосферном воздухе (для Московского региона равен 140).
F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных
веществ в атмосферном воздухе (для газообразных вредных веществ F = 1);
𝜂 - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности (в
случае ровной местности 𝜂=1);
m, n - безразмерные коэффициенты, вычисляемые согласно пункту б).
Для определения См необходимо:
а) рассчитать среднюю линейную скорость 𝜔0 , м/с, выхода газовоздушной
смеси из устья источника выброса:
4∙𝑄
𝜔0 = 2 ;
(1.2)
𝜋∙𝐷
4
Рис. 1.1. Распределение приземной концентрации загрязняющего вещества в
атмосфере на оси факела выброса из точечного источника (по Н.А. Бродской,
О.Г. Воробьевой и др. М., 2006)
б) значения коэффициентов m и n определить в зависимости от параметров f
и 𝜈м :
f=1000∙
𝜔02 ∙𝐷
𝐻 2 ∙∆𝑇
3
𝜈м = 0,65 ∙ √
;
𝑄∙∆𝑇
𝐻
(1.3)
;
в) коэффициент m определить в зависимости от f по формуле:
1
𝑚=
;
0,67 + 0,1 ∙ √𝑓 + 0,34 ∙ 3√𝑓
(1.4)
(1.5)
г) коэффициенты n и d для п.2 определить в зависимости от величины 𝜈м :
при 𝜈м ≥ 2; n=1; d=7∙ √𝜈м ∙ (1 + 0,28 ∙ 3√𝑓);
при 0,5 ≤ 𝜈м < 2; n=0,532∙ 𝜈м2 − 2,13 ∙ 𝜈м + 3,13;
d=4,95∙ 𝜈м ∙ (1 + 0,28 ∙ 3√𝑓);
при 𝜈м < 0,5;
n=4,4∙ 𝜈м ;
d=2,48∙ (1 + 0,28 ∙ 3√𝑓);
5
(1.6)
(1.7)
(1.8)
2. При неблагоприятных метеорологических условиях максимальная
приземная концентрация вредных веществ достигается на расстоянии от
источника выброса:
Хм = (5 – F) · d · 𝐻⁄4 , м.
(1.9)
Вышеприведенные формулы для расчета См и Хм справедливы при опасной
скорости ветра:
𝑢м = 0,5м/с, если 𝜈м ≤ 0,5;
𝑢м = 𝜈м , если 0,5 < 𝜈м ≤ 2;
𝑢м = 𝜈м ∙ (1 + 0,12 ∙ √𝑓) для нагретых выбросов при 𝜈м > 2.
3. Значения приземных концентраций вредных веществ Сх в атмосфере по
оси факела выброса на различных расстояниях от источника выброса при
опасной скорости ветра определяется по формуле Сx =S1 ·См,
где S1 –безразмерная величина, определяемая в зависимости от соотношения
X/Хм .
При X/Хм≤1;
𝑆1 = 3(𝑋⁄𝑋м )4 − 8(𝑋⁄𝑋м )3 + 6(𝑋⁄𝑋м )2 ;
(1.10)
2
При 1<X/Хм≤8; 𝑆1 = 1,13⁄(0,13 (𝑋⁄𝑋м ) + 1) .
(1.11)
Результаты занести в таблицу:
Х
X/Хм
S1
Сx
50
4. Расчет предельно допустимого
вещества(ПДВ) производится по формуле:
500
выброса
ПДВ = (ПДКсс − Сф ) ∙
𝐻 2 ∙ 3√𝑄∙∆𝑇
𝐴∙𝐹∙𝑚∙𝑛∙𝜂
нагретого
(г⁄с).
вредного
(1.12)
Таблица 1.1
Предельно допустимая концентрация вредного вещества
№ Наименование
п.п. вещества
1
2
3
4
Азота оксид NO
Углерода оксид CO
Азота диоксид NO2
Серы диоксид SO2
Класс
опасности
ПДК, мг⁄ 3
м
Максимальная среднесуточная
разовая
0,6
0,06
5,0
3,0
0,085
0,04
0,5
0,05
3
4
2
3
6
Таблица 1.2
Варианты для выполнения задания
Исходные
данные
к
заданию
Фоновая
концентрация
вредного
вещества
в
приземном
воздухе
Сф,
мг/м3
Масса вредного
вещества,
выбрасываемого
в атмосферу, М,
г/с
Объем
газовоздушной
смеси,
выбрасываемой
из трубы, Q,
м 3 ⁄с
Разность между
температурой
выбрасываемой
смеси
и
температурой
окружающего
воздуха Δ𝑇, ℃
Высота трубы
H,м
Диаметр устья
трубы D, м
Тип
выбрасываемого
вредного
вещества
1
2
3
4
№ варианта
5
6
7
8
9
0
0,02
0,9
0,01
0,01
0,01
1,5
0,01
0,01
0,03
0,6
0,8
7,6
0,4
0,2
0,7
7,5
0,3
0,7
0,9
7,6
2,4
2,7
3,1
3,3
2,9
2,4
2,8
2,9
3,2
2,4
12
14
16
18
13
15
17
12
16
14
21
23
25
22
24
21
23
24
25
21
1,0
0,9
0,8
1,0
0,9
0,8
1,0
0,9
0,8
1,0
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
Примечание. В таблице цифрами обозначены выбрасываемые вещества:
1 - оксид азота (NO); 2 - оксид углерода (CO); 3 - диоксид азота (NO2);
4 - диоксид серы (SO2).
Практическое задание №2.
Расчет характеристик сбросов сточных вод предприятий в водоемы.
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Технологический цикл одного из предприятий требует потребления
значительных количеств воды. Источником является расположенная недалеко от
предприятия река. Пройдя технологический цикл, вода почти полностью
возвращается в реку в виде сточных вод промышленного предприятия. В
зависимости от профиля предприятия сточные воды могут содержать самые
7
различные вредные по санитарно-токсикологическому признаку химические
компоненты. Их концентрация, как правило, во много раз превышает
концентрацию этих компонентов в реке. На некотором расстоянии от места
сброса сточных вод вода реки берется для нужд местного водопользования
самого разного характера (например, бытового, сельскохозяйственного). В
задаче необходимо вычислить концентрацию наиболее вредного компонента
после разбавления водой реки сточной воды предприятия в месте
водопользования и проследить изменение этой концентрации по фарватеру реки.
А также определить предельно допустимый сток (ПДС) по заданному
компоненту в стоке.
Характеристика реки: скорость течения – V, средняя глубина на участке –H,
расстояние до места водопользования – L, расход воды водотока в месте
водозабора – Q, шаг, с которым необходимо проследить изменение
концентрации токсичного компонента по фарватеру реки – LS.
Характеристика стока: вредный компонент, расход воды предприятием
(объем сточной воды) –q, концентрация вредного компонента – C, предельно
допустимая концентрация– ПДК.
2. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.
Многие факторы: состояние реки, берегов и сточных вод влияют на быстроту
перемещения водных масс и определяют расстояние от места выпуска сточных
вод (СВ) до пункта полного смешивания. Выпуск в водоемы сточных вод
должен, как правило, осуществляться таким образом, чтобы была обеспечена
возможность полного смешивания сточных вод с водой водоема вместе их
спуска (специальные выпуски, режимы, конструкции). Однако приходится
считаться с тем фактом, что на некотором расстоянии ниже спуска СВ
смешивание будет неполным. В связи с этим реальную кратность разбавления в
общем случае следует определять по формуле:
𝛾∙𝑄+𝑞
𝐾=
,
(2.1)
𝑞
где γ – коэффициент, степень разбавления сточных вод в водоеме.
Условия спуска сточных вод в водоем принято оценивать с учетом их
влияния у ближайшего пункта водопользования, где следует определять
кратность разбавления. Расчет ведется по формулам:
1−𝛽
3
𝛾=
; 𝛽 = exp(−𝑎 ∙ √𝐿),
(2.2)
1 + (𝑄/𝑞) ∙ 𝛽
где α – коэффициент, учитывающий гидрологические факторы смешивания;
L – расстояние до места водозабора.
3
𝛼 = 𝜀 ∙ (𝐿ф ⁄𝐿пр ) ∙ √𝐷⁄𝑞 ,
(2.3)
где ε – коэффициент, зависящий от места стока воды в реку: при выпуске у
берега ε=1, при выпуске в стрежень реки (место наибольших скоростей) ε=1,5;
𝐿ф ⁄𝐿пр – коэффициент извилистости реки, равный отношению расстояния
пофарватеру𝐿ф полной длины русла от выпуска СВ до места ближайшего
8
водозабора к расстоянию𝐿пр между этими двумя пунктами по прямой; D –
коэффициент турбулентной диффузии:
𝑉∙𝐻∙𝑔
D=
(2.4)
2∙𝑚∙𝑐
где V – средняя скорость течения, м/с; H – средняя глубина, м; g – ускорение
свободного падения, м/с 2 ; m – коэффициент Буссинского, равный 24; с –
коэффициент Шези, который выбирают по таблицам. Однако, в данной задаче
предполагается, что исследуемые реки являются равнинными, поэтому
справедливо приближение:
D=
𝑉∙𝐻
200
.
(2.5)
Реальная концентрация вредного компонента в водоеме в месте
ближайшего водозабора вычисляется по формуле:
𝐶в =
С
𝐾
(2.6)
Эта величина не должна превышать ПДК (предельно допустимая
концентрация).
Необходимо также определить, какое количество загрязняющих веществ
может быть сброшено предприятием, чтобы не превышать нормативы. Расчеты
проводятся только для консервативных веществ, концентрация которых в воде
изменяется только путем разбавления, по санитарно-токсилогическому
показателю вредности. Расчет ведется по формуле:
𝐶ст.пред = 𝐾 ∙ ПДК,
(2.7)
где 𝐶ст.пред – максимальная (предельная) концентрация, которая может
бытьдопущена в СВ или тот уровень очистки СВ, при котором после их
смешивания с водой у первого (расчетного) пункта водопользования степень
загрязнения не превышает ПДК.
Предельно допустимый сток рассчитывается по формуле:
ПДС = 𝐶ст.пред · 𝑞 / 𝐶.
(2.8)
Далее, необходимо построить график функции распределения концентрации
вредного компонента в зависимости от расстояния до места сброса СВ по руслу
реки с шагом LS, указанным в варианте: C=f(L).
В результате вычислений должны быть получены следующие
характеристики СВ:
- кратность разбавления К;
- концентрация в месте водозабора – Св, мг/л;
9
- предельная концентрация в стоке – Сст.пред., мг/л;
- предельно допустимый сток – ПДС, мг/с;
- график функции C=f(L).
Таблица 2.1
Варианты для выполнения задания.
Параметр
Вредный
компонент
ПДК мг/л
Q,м3 /𝑐
q,м3 /𝑐
V, м/c
H, м
L, м
LS
C мг/л
Для всех
вариантов
1
2
3
4
Керосин
Cu
Cr
Фенол
0,7
20
1
1,2
0,5
500
0,02
30
0,5
1,1
0,7
1000
0,01
40
0,7
1,0
0,9
1500
0,35
50
1,2
0,9
1,1
2000
1,5
0,1
0,06
Вариант №№
5
6
7
Pb
Zn
Cl
0,01 0,02 1
60
70
80
1
0,8
1,1
0,8
0,7
0,6
1,3
1,5
2
1000 3000 1500
LS=L/10
2,0
0,04 0,18 5,5
𝜀 = 1;Lф/Lпр=1
8
9
0
NaOH
Hg
H2 PO3
0,5
10
0,4
1,5
0,5
500
0,01
20
1
1
2
1000
1
30
0,8
0,7
1,5
1500
1,5
0,06
6
Практическое задание №3.
Нормирование загрязняющих веществ в почве.
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ.
Определить массу и объем осадка, образовавшегося после очистки бытовых
сточных вод, который допустимо использовать в качестве удобрения для
сельскохозяйственного объекта.
2. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.
Расчет количества осадка, который возможно использовать в качестве
удобрения, проводится по следующей методике:
1. Составляется уравнение материального баланса, исходя из условия
равномерного смешивания осадка с плодородным слоем почвы
СФ· М + СОС· m = ССМ(М + m) ,
где СФ – фоновая концентрация i-го вещества в почве, мг/кг почвы;
М – масса плодородного слоя почвы, кг;
СОС – концентрация i-го вещества в осадке, мг/кг осадка;
m - масса осадка, кг;
ССМ – концентрация i-го вещества в почве после смешивания ее с осадком,
мг/кг почвы.
10
Для того чтобы осадок можно было использовать в качестве удобрения,
необходимо соблюдение следующего основного условия для каждого вещества:
ССМ ≤ ПДК,
где ПДК – предельно-допустимая концентрация i-го вещества в почве, мг/кг
почвы.
2. Определяется объем W и масса М плодородного слоя почвы на участке по
формулам:
W = H · S, M = W · pП,
где H – мощность почвенного слоя, м;
S – площадь с/х объекта (участка), м2,
pП – плотность почвы, т/м3.
3. Масса осадка m, подлежащего размещению на участке, определяется по
вышеприведенной формуле материального баланса:
𝑀 ∙ (𝐶см − 𝐶оф )
𝑚=
.
(3.1)
𝐶ос − 𝐶см
4. Максимальный объем осадка V, предназначенного для размещения на
участке, составит:
𝑚
𝑉=
,
(3.2)
𝑝ос
где 𝑝ос – плотность осадка, т/м3.
Высота осадка будет равна:
𝑉
ℎ= .
(3.3)
𝑆
Пример:
Осадок, образовавшийся при очистке бытовых сточных вод, содержит медь в
концентрации С(Cu)=14г/м3, и нитраты в концентрации С(NO3ˉ)=450г/м3.
Плотность осадка 𝑝ос = 1,30т/м3. Плодородный слой участка представлен серыми
лесными почвами суглинистого механического состава мощностью H=0,3м и
плотностью pп= 1,55т/м3. Фоновая концентрация меди в почве по данным
санитарно-эпидемиологической службы равна Сф(Cu)=0,3мг/кг почвы, нитратов
– Сф(NO3ˉ)=40мг/кг.
Требуется определить массу m, объем V и высоту h осадка, который
допустимо использовать в качестве удобрения для с/х объекта на площади
S=0,5га.
Решение.
Объем и масса плодородного слоя почвы на участке площадью S=0,5га
составят:
W = 0,3м · 5000м2= 1500м3, M = 1500м3· 1,55т/м3. = 2325т.
Для определения массы осадка по уравнению материального баланса
сначала необходимо найти концентрацию меди и нитратов из расчета на кг
осадка:
𝐶(𝐶𝑢) 14 ∙ 103 мг/м3
𝐶ос (𝐶𝑢) =
=
= 10,8 мг/кг
𝑝ос
1,3 ∙ 103 кг/м3
11
𝐶ос (𝑁𝑂3− ) =
𝐶ос (𝑁𝑂3− ) 450 ∙ 103 мг/м3
=
= 346,2 мг/кг.
𝑝ос
1,3 ∙ 103 кг/м3
Для определения максимально допустимой массы осадка для меди и
нитратов, принимаем концентрацию каждого из них после смешивания равной
ПДК.
𝑚(𝐶𝑢) =
𝑀 ∙ (𝐶см − 𝐶ф ) 2325 ∙ (3 − 0,3)
=
= 804,8 т
𝐶ос − 𝐶см
10,8 − 3
𝑚(𝑁𝑂3− ) =
𝑀 ∙ (𝐶см − 𝐶ф ) 2325 ∙ (130 − 40)
=
= 967,9 т
𝐶ос − 𝐶см
346,2 − 130
Расчеты показывают, что для меди и нитратов максимально допустимая
масса осадка различна, поэтому для размещения осадка следует выбирать
минимальное значение размещаемой массы осадка, т.е.
𝑚ос = min{𝑚(𝐶𝑢), 𝑚(𝑁𝑂3− )} = 804,6 т.
При выборе массы осадка, рассчитанной для меди и равной 804,8 т,
концентрация нитратов в осадке после смешивания составит:
𝐶ос (𝑁𝑂3− ) ∙ 𝑚ос + 𝐶ф (𝑁𝑂3− ) ∙ 𝑀
−
𝐶ос (𝑁𝑂3 ) =
=
𝑚ос + 𝑀
=
346,2
мг
кг
∙ 804,8 ∙ 103 кг + 40 мг/кг ∙ 2325 ∙ 103 кг
804,8 ∙ 103 кг + 2325 ∙ 103 кг
= 92 мг/кг
т.е. меньше ПДК.
Максимальный объем V и высота h осадка, предназначенного для
размещения на участке, составят:
𝑚
804,8
𝑉=
=
= 619,1 м3
𝑝ос
1,3
ℎ=
𝑉 619,1
=
= 0,124 м = 12,4 см
𝑆 5000
Задание. Определить массу m, объем V и высоту h осадка, а также
концентрацию всех компонентов в осадке, который допустимо использовать в
качестве удобрения для с/х объекта на площади S согласно данным варианта,
выбранного по последней цифре в номере списка группы.
12
Таблица 3.1
Варианты для выполнения задания
Данные для
расчета
Площадь участка S, га
Мощность почвенного
слоя H, м
Площадь почвенного
слоя рп , т/м3
Фоновое
Cu
содержание
в Mn
почвенном слое V
Сф(X), мг/м3
𝑁𝑂3−
Содержание
в Cu
осадке
Mn
C(x), г/кг
V
𝑁𝑂3−
Плотность осадка 𝑝ос ,
1
0,5
0,2
2
0,6
0,25
3
0,7
0,3
4
0,8
0,25
Вариант №
5
6
7
0,9
1,0
1,1
0,3
0,2
0,25
8
1,2
0,3
9
1,3
0,2
0
1,4
0,3
1,50
1,51
1,52
1,53
1,54
1,55
1,56
1,57
1,58
1,59
0,20
200
50
30
14
1600
500
300
1,35
0,30
220
60
35
15
1700
600
400
1,30
0,40
240
70
40
16
1800
700
500
1,25
0,50
260
80
45
17
1900
800
600
1,40
0,60
280
90
50
18
2000
900
700
1,20
0,70
300
100
55
19
2100
1000
800
1,30
0,80
350
110
60
20
2200
1100
900
1,22
0,20
400
120
65
21
2300
1200
1000
1,26
0,30
450
130
70
22
2400
1300
1100
1,28
0,40
500
140
75
23
2500
1400
1200
1,32
т/м3
Предельно допустимые концентрации веществ в почве.
Наименование
вещества
ПДК, мл/кг
почвы
Медь
Марганец
Ванадий
нитраты
3,0
1000
150
130
Практическое задание №4.
Оценка воздействия на окружающую среду.
Определение демографической емкости района застройки.
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ.
Для сохранения экологического равновесия в районе застройки определить
его демографическую емкость. Итоговые результаты расчета изобразить в виде
гистограммы, сделать их анализ и дать рекомендации.
2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.
Для прогнозирования экологической ситуации в районе застройки проводят
определение его демографической емкости. Демографическая емкость – это
максимальное число жителей района, которое может быть в его границах при
условии обеспечения наиболее важных повседневных потребностей населения
за счет ресурсов рассматриваемой территории с учетом необходимости
сохранения экологического равновесия. Под последним понимают такое
состояние природной среды района, при котором может быть обеспечена
саморегуляция и воспроизводство основных ее компонентов, т.е. атмосферного
13
воздуха, водных ресурсов, почвенного покрова, растительности и животного
мира. При нарушении экологического равновесия на территории возможно
возникновение экологического кризиса и даже экологического бедствия.
3. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.
Методика состоит в определении и сопоставлении между собой шести
частных демографических емкостей рассматриваемого района в следующем
порядке.
1. Демографическая емкость, чел., по наличию территорий, пригодных
для
промышленного и гражданского строительства, определяется как:
Д1 =ТР × К1 × 1000 / Н1 ,
(4.1)
где ТР – территория района, га; К1 – коэффициент, показывающий долю
территории, получившей наивысшую оценку по пригодности для
промышленного и гражданского строительства (принимается в пределах
0,03...0,06); Н1 – ориентировочная потребность в территории 1000 жителей в
зависимости от характера производственной базы района (берется 20...30 га).
Этот показатель чаще всего бывает наибольшим. Однако в горных районах он
может оказаться лимитирующим и обусловить демографическую емкость
района застройки. В небольших по территории, но плотно заселенных районах
целесообразно определять этот показатель дифференцированно для
промышленности и населения.
2. Емкость территории, чел., по поверхностным водам определяется как
Д2 = Е × К2 × 1000 / Р ,
(4.2)
где Е – сумма расходов в водотоках при входе в район, м3/сут; К2 –
коэффициент, учитывающий необходимость разбавления сточных вод
(принимают на реках южного стока К2 = 0,25, а северного стока К2 = 0,10; Р =
нормативная водообеспеченность 1000 жителей (принимают от 1000 до 2000
м3/сут.).
3. Емкость территории, чел., по подземным водам определяется как
Д3 = Э × ТР × 1000 / РС ,
(4.3)
3
где Э – эксплуатационный модуль подземного стока, м (сут.га); РС –
специальный норматив водоснабжения 1000 жителей (принимают 40 м3/сут.).
4. Емкость территории, чел., по условиям организации отдыха в лесу
определяется как
Д4 = ТР × Л × 0,5 × 10 / (Н2 × М1) ,
(4.4)
где Л – лесистость района, %; 0,5 – коэффициент, учитывающий необходимость
зеленых зон городов средней полосы России (для других районов он может
существенно меняться); Н2 – ориентировочный норматив потребности 1000
жителей в рекреационных территориях (принимают 200га); М1 – коэффициент,
учитывающий распределение отдыхающих в лесу и у воды (принимают для
районов с умеренным климатом М1 = 0,3, а с жарким климатом (М1 = 0,1).
14
5. Емкость территории, чел., по условиям организации отдыха у воды
определяется как
Д5 = 2В×С×1000 / (0,5 × М2) ,
(4.5)
где В – длина водотоков, пригодных для купания, км; С – коэффициент,
учитывающий возможность организации пляжей (принимают для районов
лесной и лесостепной зон С = 0,5, а степной зоны С = 0,3); 0,5 – ориентировочный
норматив потребности 1000 жителей в пляжах, км; М2 – коэффициент,
учитывающий распределение отдыхающих в лесу и у воды (принимают для
районов с умеренным климатом М2 = 0,1...0,15, а с жарким климатом М2 = 0,3–
0,4).
6. Емкость территории, чел., по условиям организации пригородной
сельскохозяйственной базы определяется как
Д6 = ТР ×К3 ×К4 ×1000 / П ,
(4.6)
где К3 – коэффициент, учитывающий долю территории района, включенную по
результатам комплексной оценки в категории "благоприятные" и "ограниченно
благоприятные" для сельского хозяйства; К4 – коэффициент, учитывающий
возможность использования сельскохозяйственных земель под пригородную
базу (принимают для районов средней полосы России К4 = 0,2...0,3); П –
ориентировочный показатель, отражающий потребности 1000 жителей района в
землях пригородной сельскохозяйственной базы (принимают в зависимости от
агроэкономических характеристик территории П = 500...2000 га). Полученные
расчетные значения величин Д1...Д6 необходимо представить в виде
гистограммы, сопоставить между собой и в качестве окончательного показателя
демографической емкости района застройки принять наименьшее значение.
Таблица 4.1
Варианты для выполнения задания
№
Тр, га
К1
Э,
Е,
Л,%
В, км К3
К4
3
3
варианта
м /сут. м /сут
га
1
305000 0,05
0,09
3600000 57
23
0,27
0,25
2
280000 0,03
0,10
4300000 65
25
0,32
0,30
3
175800 0,06
0,08
5100000 43
24
0,48
0,20
4
240700 0,05
0,07
3300000 32
27
0,29
0,25
5
200450 0,04
0,08
4200000 77
28
0,25
0,30
6
195111 0,03
0,08
5700000 58
21
0,51
0,25
7
470666 0,05
0,10
3200000 62
20
0,24
0,25
8
216890 0,06
0,08
3300000 41
23
0,37
0,20
9
176669 0,03
0,07
3900000 37
29
0,28
0,20
0
550056 0,04
0,09
4200000 70
27
0,46
0,20
15
Практическое задание №5.
Очистка воздуха от аэрозольных примесей.
Типовой расчет циклона.
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.
Аэрозоли – дисперсные системы, которые состоят из взвешенных в
газовой среде (чаще всего в воздухе) мелких частиц. Аэрозоли могут
содержаться в выбросах в виде пыли (аэрозоль с твердой дисперсной фазой)
или тумана (аэрозоль с твердой дисперсной фазой).
Для очистки от пыли используют четыре класса аппаратов: сухие
пылеуловители, мокрые пылеуловители, фильтры и электрофильтры.
Циклоны – наиболее распространенные установки сухого
пылеулавливания (рис. 5.1).
Рис. 5.1. Принципиальная схема циклона.
Газовый поток вводится в циклон через патрубок 1 по касательной к
внутренней поверхности корпуса 2 и совершает вращательно-поступательное
движение вдоль корпуса к бункеру 4. Под действием центробежной силы
частицы пыли образуют на стенке циклона пылевой слой, который вместе с
частью газа попадает в бункер. Отделение частиц от газа происходит за счет
поворота газового потока в бункер на 180 градусов. Освободившись от пыли,
газовый поток образует вихрь и выходит из бункера, давая начало вихрю газа,
покидающему циклон через выходную трубу 3.
2. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.
Цель работы - вычислить параметры, необходимые для выбора
оборудования:
- диаметр циклона 𝐷ц, м;
- реальная эффективность очистки воздуха (газа) 𝜂р;
16
- мощность привода устройства для подачи воздуха к циклону N, Вт;
- концентрация пыли на выходе аппарата Свых, г⁄ 3.
м
Для расчета циклона необходимо знать:
- тип циклона;
- количество очищаемого воздуха при рабочих условиях Q, м3 /с;
- плотность газа при рабочих условиях 𝜌, кг⁄ 3 ;
м
- динамическая вязкость газа 𝜇, Па ∙ с, при рабочей температуре;
- концентрация пыли на входе циклона Свх, г⁄ 3 ;
м
кг
- плотность частиц 𝜌ч , ⁄ 3 ;
м
- требуемая эффективность очистки газа 𝜂;
- диаметр частиц, реально осаждаемых с эффективностью 50% 𝑑зд , мкм;
- дисперсное состояние пыли 𝑙𝑔𝛿, 𝑙𝑔𝛿𝑇 .
Расчет циклона проводится методом последовательных приближений в
следующем порядке:
1. Зная тип циклона, по таблице 1 выбрать: 𝑑т 50 - диаметр, мкм, частиц,
осаждаемых с эффективностью 50%, и 𝜔опт , м/с – оптимальную скорость
воздуха (газа) в аппаратуре.
2. Определить внутренний диаметр циклона D по формуле:
𝐷=√
4𝑄
,
𝜋𝜔опт
(5.1)
где Q, количество очищаемого воздуха, м3 /с; 𝜔опт - скорость движения газа в
циклоне.
Таблица 5.1
Характеристики циклона.
Параметр
𝜔опт м/с
dТ 50 мкм
𝑙𝑔𝛿
𝑙𝑔𝛿𝑇
ЦН-24
4,5
8,5
0,8
0,308
ЦН-15
3,5
4,5
0,8
0,352
ЦН-11
3,5
3,65
0,8
0,352
3. По таблице 2 выбирается значение внутреннего диаметра циклона Dц,
ближайшее к полученному значению диаметра D.
Таблица 5.2
Типовые значения внутреннего диаметра циклона.
Па
рам
етр
Dц,
м
Типовые значения
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,2
17
1,4
1,6
1,8
2,0
2,2
2,4
2,6
2,8
3,0
4. По выбранному диаметру циклона определяется действительная
скорость движения воздуха в циклоне:
4𝑄
𝜔р =
,
𝜋𝐷ц2
5. Действительная скорость в циклоне не должна откланяться от
оптимальной более чем на 15%:
𝜔р − 𝜔опт
100 ∙ |
| ≤ 15%.
𝜔опт
При отклонении более чем 15% выбирают другой тип циклона.
6. Диаметр частиц, реально осаждаемых с эффективностью 50% при
рабочих условиях, 𝑑50 определяют по формуле:
𝐷ц ∙ 1930 ∙ 𝜇 ∙ 10−6 ∙ 3,5
𝑑50 = 𝑑т 50 ∙ √
.
0,6 ∙ 𝜌ч ∙ 22,6 ∙ 10−6 ∙ 𝜔р
(5.2)
(5.3)
(5.4)
Полученное значение 𝑑50 должно быть меньше заданного 𝑑зд . Если это
условие не выполняется, то необходимо выбрать циклон с меньшим значением
𝑑т 50 .
7. Необходимо рассчитать параметр X по формуле:
𝑑
lg( зд )
𝑋=
𝑑50
.
(5.5)
√𝑙𝑔𝛿 2 + 𝑙𝑔𝛿𝑇 2
8. По величине X определяют значение нормальной функции распределения
Ф(X) – полный коэффициент очистки газа, выраженный в долях:
0,3762X+0,5, если 0 < 𝑋 ≤ 0,6,
(5.6)
Ф(𝑋) =
1−
1
5,8𝑋+0,5
,
если X> 0,6.
9. Эффективность очистки воздуха в циклоне:
1 + Ф(𝑋)
𝜂р =
.
(5.7)
2
Полученное значение 𝜂р необходимо сопоставить с требуемым 𝜂.
Если 𝜂р < 𝜂, то следует выбрать другой циклон – с меньшими значениями 𝜔опт
и 𝑑т 50 .
10. Концентрация пыли на выходе из циклона:
Свых = Свх ∙ (1 − 𝜂р ).
(5.8)
11. Для определения гидравлического сопротивления циклона необходимо
найти коэффициент гидравлического сопротивления циклона:
𝜉 = 𝐾1 ∙ 𝐾2 ∙ 𝜉500 ,
(5.9)
18
Где K1 – поправочный коэффициент на диаметр циклона (табл. 5.3); K2 –
поправочный коэффициент на запыленность воздуха (табл. 5.4); 𝜉500 коэффициент гидравлического сопротивления одиночного циклона диаметром
500 мм (табл. 5.5).
Таблица 5.3
Поправочный коэффициент К1
Dц, ЦН-11
ЦН-15, ЦН-24
м
0,2
0,95
0,90
0,3
0,96
0,93
0,4
0,99
1,00
1,00
≥0,5 1,00
Таблица 5.4
Тип
циклона
ЦН-11
ЦН-15
ЦН-24
Поправочный коэффициент К2
Свх г⁄ 3
м
0
1,00
1,00
1,00
10
0,96
0,93
0,95
20
0,94
0,92
0,93
40
0,92
0,91
0,92
80
0,90
0,90
0,90
120
0,87
0,87
0,87
150
0,85
0,86
0,86
Таблица 5.5
Коэффициент гидравлического сопротивления 𝜉500
Тип циклона
ЦН-24
ЦН-15
ЦН-11
75
155
245
𝜉500
12. Гидравлическое сопротивление циклона:
𝜌𝜔р2
∆𝑃 = 𝜉
,
(5.10)
2
где 𝜌 - плотность газа при рабочих условиях кг⁄ 3 , 𝜔р - реальная скорость
м
воздуха в циклоне, м/с.
13. Величина гидравлического сопротивления ∆𝑃 и объемный расход Q
очищаемого газа (воздуха) определяют мощность N привода устройства для
подачи газа к циклону:
𝐾3 ∙ ∆𝑃 ∙ 𝑄
𝑁=
,
(5.11)
𝜂м ∙ 𝜂в
где K3 – коэффициент запаса мощности, K3=1,2; 𝜂м - КПД передачи
мощности от электродвигателя к вентилятору (𝜂м = 0,8); 𝜂в - КПД вентилятора
(𝜂в = 0,8).
3. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА.
Отчет должен содержать:
1. Цель работы.
19
2. Чертеж аппарата.
3. Алгоритм вычисления.
4. Таблицу заданий.
5. Расчеты.
6. Основные результаты, сведенные в таблицу.
7. Вывод.
Таблица 5.6
Исходные данные для расчета циклона
Вариант
Тип
Q
𝜌,
𝜇,
𝑑зад ,
С вх ,
г⁄
3
кг
циклона м /с
м3
мкм
⁄м3 Па ∙ с
1
ЦН-24
20
1,29
17,3
50
30
2
ЦН-24
16
1,29
17,3
30
10
3
ЦН-24
13
1,29
17,3
18
25
4
ЦН-24
10
1,29
17,3
15
20
5
ЦН-15
8
1,29
17,3
25
100
6
ЦН-15
12
1,29
17,3
16
10
7
ЦН-15
15
1,29
17,3
14
20
8
ЦН-11
11
1,29
17,3
15
50
9
ЦН-11
14
1,29
17,3
16
20
0
ЦН-11
16
1,29
17,3
17
40
𝜌ч ,
кг⁄
м3
2000
2000
2000
2000
2240
2600
2600
1350
2900
2000
𝜂
0,85
0,80
0,75
0,75
0,85
0,80
0,80
0,80
0,80
0,70
Практическое задание №6.
Расчет и оценка токсичных выбросов в атмосферу при эксплуатации
автомобилей.
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.
Основными токсичными компонентами отработавших газов двигателей
внутреннего сгорания (ДВС) автотранспорта являются оксиды углерода, азота и
углеводороды. 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 удалении 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.
2. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.
Расчет выполняют в следующей последовательности:
20
1. Определяют мощность эмиссии qi(мг/м∙с) загрязняющих веществ отдельно
для каждого компонента (оксида углерода (II), оксидов азота, углеводородов) на
конкретном участке дороги по формуле:
𝑖
𝑖
𝑞𝑗 = 0,2 ∙ 𝑚 [(∑ 𝐺𝑖𝐾 𝑁𝑖𝐾 𝐾𝐾 ) + (∑ 𝐺𝑖Д 𝑁𝑖Д 𝐾Д )] ,
1
(6.1)
1
где m – коэффициент, учитывающий дорожные и транспортные условия,
принимается по рис. 6.1. в зависимости от средней скорости транспортного
потока V (км/ч);
𝐺𝑖𝐾 , 𝐺𝑖Д – средний эксплуатационный расход топлива для данного типа
карбюраторных и дизельных автомобилей соответственно, л/км. Принимается
по табл. 1.1.
𝑁𝑖𝐾 , 𝑁𝑖Д – интенсивность движения каждого выделенного типа
карбюраторных и дизельных автомобилей соответственно, авт./час;
𝐾𝐾 , 𝐾Д – коэффициенты, принимаемые для данного компонента загрязнения с
карбюраторными и дизельными типами ДВС соответственно. Принимается по
табл. 6.2.
Рис. 6.1. Зависимость коэффициента т от средней скорости
транспортного потока V.
Таблица 6.1
Средние эксплуатационные нормы расхода топлива
№
1
2
3
4
5
6
Тип автомобиля
Легковые автомобили
Малые грузовые автомобили карбюраторные
(до 5 тонн)
Грузовые автомобили карбюраторные (5 тонн и
более)
Грузовые автомобили дизельные
Автобусы карбюраторные
Автобусы дизельные
21
Gi, л/км
0,11
0,16
0,33
0,34
0,37
0,28
Таблица 6.2
Значения коэффициентов Kк и Kд
Вид выбросов
Тип ДВС
Карбюраторный
0,6
0,12
0,06
Окись углерода
Углеводороды
Оксиды азота
Дизельный
0,14
0,037
0,015
2. Рассчитывают концентрации Cj(мг/м3), загрязнение атмосферного воздуха
токсичными компонентами отработавших газов на различном удалении от
дороги, используя модель Гауссового распределения примесей в атмосфере на
небольших высотах, по формуле:
2𝑞𝑗
𝐶𝑗 =
+ 𝐹𝑗 ,
(6.2)
√2𝜋𝜎𝜈𝐵 sin 𝜑
где σ – стандартное отклонение Гауссового рассеивания в вертикальном
направлении (табл. 6.3), м;
𝜈𝐵 – скорость ветра, преобладающего в расчетный период, м/с;
φ – угол, составляемый направлением ветра к трассе дороги, при φ ≤ 30°
принять sin φ = 0,5;
Fj- фоновая концентрация загрязнения воздуха, мг/м3.
Таблица 6.3
Значение стандартного Гауссовского отклонения в зависимости от расстояния
до кромки проезжей части и состояния погоды.
Состояние
погоды
Солнечная
Дождливая
Величина σ при удалении l (м) от кромки проезжей части
10
2
1
20
4
2
40
6
4
60
8
6
80
10
8
100
13
10
150
19
14
200
24
18
250
30
22
3. Результаты расчета по формуле (6.2) сопоставляют с предельно
допустимыми концентрациями (ПДК), установленными для токсичных
составляющих отработавших газов тепловых двигателей в воздухе населенных
мест, которые приведены в табл. 6.4.
Таблица 6.4
ПДК токсичных составляющих отработавших газов
в воздухе населенных мест.
Вид вещества
Окись углерода
Углеводороды
Оксиды азота
Класс опасности
ПДКСС , мг/м3
4
3
2
3.0
1.5
0.04
22
4. По полученным данным строятся графики загрязнения придорожной
зоны токсичными компонентами отработавших газов.
Значения ПДКСС сопоставляются с полученными в расчете концентрациями
каждого компонента загрязняющих веществ на различных расстояниях l в
поперечном направлении и в зоне жилой застройки. Такое сопоставление лучше
всего проводить по графикам загрязнения придорожной зоны токсичными
компонентами отработавших газов. С помощью этих графиков следует
определить концентрации загрязняющих веществ над кромкой дороги и в начале
зоны жилой застройки. В случае превышения ПДКСС необходимо предложить
мероприятия по нормализации концентраций загрязняющих веществ в жилой
зоне.
5. При необходимости уменьшения ширины распространения загрязняющих
веществ необходимо предусматривать защитные зеленые насаждения, экраны,
валы и др. Снижение концентрации загрязняющих веществ за защитными
сооружениями приведено в табл. 6.5.
Таблица 6.5
Снижение концентрации загрязняющих веществ различными мероприятиями.
Мероприятия
Снижение концентрации загрязняющих
веществ, %
Один ряд деревьев с кустарником высотой до
1,5 м на полосе газона 3-4 м
Два ряда деревьев без кустарника на газоне 810 м
Два ряда деревьев с кустарником на газоне 1012 м
Три ряда деревьев с двумя рядами кустарника
на полосе газона 15-20 м
Четыре ряда деревьев с кустарником высотой
1,5 м на полосе газона 25-30 м
Сплошные экраны, стены зданий высотой
более 5 м от уровня проезжей части
Земляные насыпи, откосы при приложении
дороги в выемке при разности отметок (м):
2-3
3-5
Более 5
10
15
30
40
50
70
50
60
70
Инженерные решения по результатам расчета, направленные на снижение
концентрации токсичных компонентов отработавших газов в зоне влияния
дороги, следует осуществлять на основе технико-экономического сравнения
следующих вариантов защитных мероприятий:
• изменение параметров дороги, направленное на повышение средней
скорости транспортного потока (эффективность мероприятия составляет
30-60 %);
23
• ограничение движения отдельных типов автомобилей полностью или в
отдельные интервалы времени (эффективность мероприятия составляет
30-40 %);
• усиление контроля за движением автомобилей с неотрегулированными
ДВС в целях минимизации токсичных выбросов (эффективность
мероприятия составляет порядка 35 %);
• применение неэтилированного бензина и каталитического дожигания
выхлопных газов карбюраторных ДВС (эффективность мероприятия
составляет 50 %);
• устройство защитных сооружений.
Главным критерием при таком сравнении служит степень уменьшения
концентрации загрязняющих веществ в расчетных точках при минимально
возможной площади отвода земель под защитные сооружения и наименьших
приведенных затратах на обустройство 1 км дороги, достигнутое без снижения
ее пропускной способности. Наиболее эффективными, с позиций экологии, но
требующими значительных капиталовложений на реконструкцию дорожной
сети, являются первый и пятый варианты защитных мероприятий. Второй и
третий варианты относятся к организационным мероприятиям, не требуют
больших затрат, но дают значительно меньший экологический эффект.
Реализация второго варианта ведет к преднамеренному снижению
интенсивности движения по сравнению с проектной. Внедрение четвертого
варианта по всей территории РФ будет возможно лишь после внедрения новых
стандартов на автомобильные бензины, поэтому защитные мероприятия следует
применять в комплексе и с учетом специфики местных условий.
6. В выводе приводятся основные результаты по расчету токсичных выбросов
в атмосферу автотранспортом и указываются защитные экономически и
экологически целесообразные природоохранные мероприятия, осуществить
которые следует в первую очередь, и какой при этом будет эффект.
3. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.
Используя данные таблицы 6.6, определить концентрации загрязнения
атмосферного воздуха окисью углерода, оксидами азота и углеводородами в
солнечную и дождливую погоду в расчетном поперечнике на расстояниях l (м)
от кромки автомобильной дороги. Построить графики зависимости изменения
концентрации ЗВ от расстояния l (м) (кромки дороги). Выбрать защитные
мероприятия по снижению концентрации ЗВ в зоне жилой застройки, удаленной
на расстояние l (м) от дороги, до допустимого уровня, если скорость
господствующего ветра 3 м/с.
Таблица 6.6
№
1
2
N а,
авт/ч
125
500
1
45
35
2
5
10
Число автомобилей по группам
3
4
5
30
20
5
15
20
10
24
𝜈, км/ч
6
10
10
60
60
𝜑
20
70
L, м
60
70
3
4
5
6
7
8
9
0
350
50
800
600
700
900
1000
800
40
30
40
50
20
25
30
35
15
5
10
20
15
10
5
20
15
15
25
10
20
10
5
15
20
15
20
20
15
25
15
20
5
10
5
5
5
10
5
5
10
5
5
5
10
5
10
5
40
75
35
55
50
35
40
35
30
35
40
45
55
50
65
30
90
95
40
50
60
60
70
50
Практическое задание №7.
Расчет и оценка поверхностного стока с автомобильной дороги.
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.
Оседающие на покрытии автомобильных дорог пыль, продукты износа
покрытий, шин и тормозных колодок, выбросы от работы ДВС автомобилей,
материалы, используемые для борьбы с гололедом, и т.д. приводят (при смыве
дождевыми и талыми водами) к насыщению вод поверхностного стока
различными загрязняющими веществами, которые затем могут попасть в
водотоки и водоемы.
2. ЦЕЛЬ РАБОТЫ.
Используя данные таблицы 7.4, определить параметры поверхностного стока
и НДС загрязняющих веществ (взвешенные вещества, нефтепродукты, свинец) в
водоток с автодороги в Свердловской области. Оценить величину фактического
сброса этих веществ с поверхностными сточными водами по каждому
ингредиенту. Изобразить в виде гистограммы результаты расчета, провести их
анализ для обоснования вариантов сброса сточных вод в водоток без
предварительной очистки или через очистные сооружения и предложить
соответствующие инженерные решения.
3. МЕТОДИКИ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.
Оценку загрязнения поверхностного стока (сброса) с автомобильных дорог и
определение необходимости его очистки следует производить расчетом. Он
выполняется в следующей последовательности.
1. Определяют расход дождевых вод (л/с), согласно СНиП 2.04.03-85, по
формуле:
𝑔
𝑄𝑐 = 𝑔уд 𝐹𝐾,
(7.1)
где 𝑔уд – удельный расход дождевых вод, л/(с·га), для Свердловской области
при времени поверхностной концентрации 5 мин 𝑔уд = 4 л/(с га);
F – площадь участка автодороги (моста), равная произведению длины
участка на ширину части дороги, с которой вода будет поступать в водоток, или
на расстояние в свету между перилами мостов (но не более 5 га), га;
25
К – коэффициент, учитывающий изменение удельного расхода воды в
зависимости от среднего продольного уклона участка дороги или моста и
принимаемый по табл. 7.1.
Таблица 7.1
Значения коэффициента К в зависимости от среднего продольного уклона
дороги i
i, %
K
0,1
0,56
0,3
0,8
0,4
0,87
0,5
0,94
0,6
1,0
0,7
1,05
1,0
1,18
1,5
1,35
i, %
K
2,0
0,56
2,5
0,8
3,0
0,87
3,5
0,94
4,0
1,0
4,5
1,05
5
1,18
6,0
1,35
2. Рассчитывают расход талых вод 𝑄𝑐𝑇 (л/с), по формуле:
𝑄𝑐𝑇 = 0,5𝐹ℎ𝑐 𝐾𝑐 ,
(7.2)
где F – площадь участка автодороги, га;
ℎ𝑐 – слой стока за 10 дневных часов, мм, ℎ𝑐 = 20 мм;
𝐾𝑐 – коэффициент, учитывающий окучивание снега. 𝐾𝑐 = 0,8.
3. Определяют величину фактического сброса (ФС), г/ч, загрязняющих
веществ с поверхностными сточными водами по каждому ингредиенту
(взвешенные вещества, свинец, нефтепродукты) загрязнения по формуле:
ФС=3600 СЗВ 𝑄𝑚𝑎𝑥 ,
(7.3)
где СЗВ – фактическая концентрация загрязняющих веществ (мг/л) в
поверхностном стоке по каждому ингредиенту загрязнений, согласно табл. 2.2;
𝑄𝑚𝑎𝑥 – расчетный расход поверхностных сточных вод (принимают
наибольший из рассчитанных выше расходов дождевых и талых вод), л/с.
Таблица 7.2
Концентрации загрязнений в поверхностном стоке (СЗВ , мг/л), с покрытий
автодорог.
Категори Дождевые воды
Талые воды
я
Взвешенн Свине Нефтепроду Взвешенн Свине Нефтепроду
автодоро
ые
ц
кты
ые
ц
кты
ги j
вещества
вещества
1300
0,28
24
2700
0,3
26
I
1040
0,22
19,2
2160
0,24
20,8
II
780
0,17
14,4
1620
0,18
15,6
III
520
0,11
9,6
1080
0,12
10,4
IV
390
0,08
7,2
810
0,09
7,8
V
4. Определяют коэффициент турбулентной диффузии D при заданной 𝜗𝑛 по
формуле:
𝜗 ∙ℎ
D= 𝑛 ,
(7.4)
200
где 𝜗𝑛 – средняя скорость потока в русле, м/с,
h – глубина в русле водотока, м.
26
5. Рассчитывают коэффициент α, учитывающий влияние гидравлических
факторов смешения, принимая 𝑄𝑚𝑎𝑥 = 𝑄𝑐 (л/с) по формуле:
3
𝛼 = 𝑓 ∙ √𝐷⁄𝑄𝑚𝑎𝑥 ,
(7.5)
где f – коэффициент извилистости реки.
6. Определяют коэффициент смешения сточных вод с водой водотока γ по
формуле Фролова–Родзиллера:
1−𝛽
𝛾=
,
(7.6)
𝑄
1 + ( 𝑚𝑖𝑛 ) ∙ 𝛽
𝑄𝑚𝑎𝑥
где 𝑄𝑚𝑖𝑛 – среднемесячный (минимальный) расход воды в водотоке 95 %
обеспеченности, л/с;
𝑄𝑚𝑎𝑥 = 𝑄𝑐 – максимальный расход сточных вод, л/с.
Величина β определяется по формуле:
3
𝛽 = exp(−𝑎 ∙ √𝐿),
(7.7)
где L – расстояние от места выпуска сточных вод до контрольного створа по
течению реки, м.
7. Определяют предельно допустимое содержание (концентрацию)
загрязняющего вещества в поверхностном стоке с учетом смешения его с
водами водотока, мг/л, по формуле Фролова–Родзиллера:
𝛾 ∙ 𝑄𝑚𝑖𝑛
(7.8)
(𝐶ПДК − 𝐶Ф ) + 𝐶ПДК
𝑄𝑐
где 𝐶ПДК – предельно допустимая концентрация (ПДК) данного
загрязняющего вещества в водотоке, мг/л, принимают согласно табл. 7.3;
𝐶Ф – фоновая концентрация данного загрязняющего вещества в водотоке, мг/л
(для взвешенных веществ – 15 мг/л; для нефтепродуктов – 0 мг/л, для свинца –
0,05 мг/л).
Таблица 7.3
ПДК загрязняющих веществ в воде водных объектов рыбохозяйственного
назначения
Наименование вещества
𝐶ПДК , мг/л
Взвешенные вещества
𝐶Ф + 𝐶ПДК
Нефтепродукты
0,05
Свинец
0,1
𝐶ПДС =
8. Определяют величину нормативно допустимого сброса (НДС, г/ч)
загрязняющих веществ по каждому ингредиенту загрязнения по формуле:
НДС=3600 𝑄𝐶 𝐶ПРД .
9. Полученные величины НДС и ФС по каждому ингредиенту загрязнения
изображают в виде гистограммы и анализируют результаты расчетов.
27
Если ФС ≤ НДС, то может быть допущен сброс поверхностных сточных вод
с автодороги без очистки непосредственно в водоток. В этом случае при
проектировании автомобильных дорог и мостовых переходов применяют
обычные схемы водоотвода в соответствии с действующими нормами на
проектирование и типовыми решениями.
Если ФС > НДС, сброс поверхностных сточных вод без очистки не
допускается. В данном случае следует применять схемы поверхностного
водоотвода с покрытия автомобильных дорог и мостов, обеспечивающие сбор
вод поверхностного стока и направляющие их на очистные сооружения,
обеспечивающие на выходе концентрацию ЗВ, не превышающую СПДК.
Допускается применение индивидуальных очистных сооружений, например
камерных и тонкослойных отстойников, нефтеловушек.
Сброс дождевых и талых вод с поверхности автомобильных дорог за пределами
водоохранных зон и населенных пунктов производится кюветами, лотками, по
откосам на рельеф без дополнительной очистки, но со скоростями меньше
размывающих для грунтов в месте выпуска воды.
В проектах автомобильных дорог и мостов не следует предусматривать
устройство мойки автомобилей в пределах водоохранной зоны водотока и
водоемов.
10. В выводе приводятся результаты расчета токсичных сбросов в
поверхностный сток при эксплуатации автомобилей и принятие решения о
целесообразности или нецелесообразности очистки сточных вод с автодороги.
Таблица 7.4
Задание.
№
F, га
j
i,%
𝜗𝑛 , м/с h, м
lф,
f
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
1.93
1.99
2.52
1.36
1.56
2.81
2.11
1.86
1.79
2.76
I
II
I
IV
III
V
I
II
III
IV
1.3
1.6
1.2
0.6
6.1
0.4
0.6
0.7
0.8
1.0
0.9
1.1
0.8
0.7
1.0
0.8
0.7
1.0
0.6
0.7
310
330
360
290
340
310
335
300
320
390
1.02
1.04
1.06
1.07
1.03
1.05
1.08
1.02
1.03
1.04
28
1.8
2.1
3.1
3.6
2.9
3.0
1.9
2.0
2.2
2.3
𝑄𝑚𝑖𝑛,
л/с
62
66
85
90
76
64
69
71
68
70
Практическое задание №8.
Расчет и оценка загрязнения почв вдоль автодорог.
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.
При работе двигателей внутреннего сгорания (ДВС) автомобилей
образуются «условно твердые» выбросы, состоящие из аэрозольных и
пылевидных частиц. В наибольших количествах выбрасываются соединения
свинца и сажа. При интенсивности движения более 40 тыс. авт/сут
существенными становятся выбросы кадмия и цинка. Наибольшую опасность
для биосферы представляет накопление в почве соединений свинца, что
обусловлено высокой доступностью его растениям и переходом по звеньям
пищевой цепи в животных, птиц и человека. Выбросы соединений свинца
происходят при работе ДВС автомобилей на этилированном бензине (в бензине
марок А-76 и АИ-93 содержится, соответственно, 0,17 г/кг и 0,37 г/кг
соединений свинца). Около 20 % общего количества свинца разносится с
отработавшими газами в виде аэрозолей, а 80 % выпадает в виде твердых
частиц размером до 25 мкм и водорастворимых соединений на поверхности
прилегающих к дороге земель. Они накапливаются в почве на глубине
пахотного слоя или фильтрации воды атмосферных осадков вдоль автодорог.
Оценку загрязнения придорожных земель выбросами свинца и выбор
защитных мероприятий по уменьшению ширины их распространения следует
вести на основе расчета уровня загрязнения поверхностного слоя почвы (УЗП)
2. МЕТОДИКА ВЫЧИСЛЕНИЙ.
1. Мощность эмиссии свинца – количество выпавшего свинца за сутки на
единицу длины автотрассы, мг/(м ∙сут), определяется следующим образом:
𝑃э = 0,592 ∙ 𝑚𝑝 ∙ 𝑘т ∑ 𝑁𝑖 ∙ 𝐺𝑖 ∙ 𝑃𝑖 ,
(8.1)
𝑖
где 𝑚𝑝 − безразмерный коэффициент, учитывающий среднюю скорость
движения транспортного потока 𝜗 (км/ч), определяемый с помощью графика,
изображенного на рис. 8.1;
𝑘т − безразмерный коэффициент, учитывающий долю выбрасываемого
свинца в виде условно твердых частиц, принимаемый равным 0,8;
𝑁𝑖 − средняя интенсивность движения автомобилей различных классов в оба
направления, авт/сут (или сут−1);
𝐺𝑖 − средний расход бензина для карбюраторных автомобилей различных
классов, л/км определяемый по табл. 8.1.;
𝑃𝑖 – содержание свинца в бензине.
2. Далее рассчитывается величина отложений свинца на поверхности почвы
𝑃п , мг/м2 :
𝑃п = 0,4 ∙ 𝑘𝑖 ∙ 𝜑 ∙ 𝑇𝑝 ∙ 𝑃э + 𝐹,
(8.2)
где 𝑘𝑖 − коэффициент с размерностью м−1, зависящий от расстояния x от
кромки дороги, определяемый с помощью табл. 3;
𝜑 − безразмерный коэффициент, зависящий от розы ветров, принимется
равным 0,7;
𝑇𝑝 − расчетный срок эксплуатации автодороги, в нашем случае принимается
равным 365 дней (1 год);
29
F – фоновое загрязнение пахотного слоя почвы свинцом, примем равным 8
мг/м2 .
3. На следующем этапе определяется уровень УЗП, мг/кг, на различных
расстояниях от кромки дороги:
𝑃п
𝑃с =
,
(8.3)
ℎ𝜌
где 𝜌 − плотность почвы, кг/м3 ; h – глубина пахотного слоя почвы,
принимается равным 0,2 м.
4. Проведя расчеты УЗП на различных расстояниях от кромки дороги и
построив график зависимости 𝑃с = 𝑓(𝑥), легко определить зону загрязнения
почвы из сравнения УЗП с ПДК (ПДК свинца в пахотном слое составляет 32
мг/кг).
В случае превышения ПДК на заданном расстоянии от дороги необходимо
предусмотреть инженерные мероприятия по защите почвы от свинца.
Рис.8.1. Зависимость величины коэффициента 𝑚𝑝 от средней скорости
транспортного потока 𝜗 (км/ч).
Таблица 8.1
Средний эксплуатационный расход топлива 𝐺𝑖 для карбюраторных
автомобилей
i Типы автомобилей
𝐺𝑖 , л/км
1
Легковые
0,11
2
Малые грузовые (до 5 т)
0,16
3
Грузовые (более 5т)
0,33
4
Автобусы
0,37
Марка бензина
АИ-80
АИ-92
Таблица 8.2
Содержание свинца в бензине 𝑃𝑖 , г/л
0,17
0,37
30
Таблица 8.3
Зависимость коэффициента к𝑖 от расстояния x от края дороги.
х, м
к𝑖
10
0,50
20
0,10
30
0,06
40
0,04
50
0,03
60
0,02
80
0,01
100
150
200
0,005 0,001 0,0002
Таблица 8.4
Исходные данные для расчета УЗП.
Вариант
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
Тип
Интенсивность
автомобиля
движения
N, 1/сутки
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
1000
600
500
700
1200
700
600
750
900
400
Средняя
Марка Плотность
скорость
бензина
почвы
Движения
𝜌, кг/м3
транспортного
потока
𝜗 , км/ч
90
АИ-92
1100
80
АИ-92
800
70
АИ-80
900
60
АИ-80
950
80
АИ-92
900
70
АИ-92
850
50
АИ-80
800
60
АИ-80
1100
70
АИ-92
1200
50
АИ-80
1300
Практическое задание №9
Расчет и оценка шумового воздействия транспорта.
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.
Оценка уровня шумового воздействия транспорта на окружающую среду
производится при наличии в зоне влияния дороги мест, чувствительных к
шумовому воздействию селитебных и промышленных территорий населенных
пунктов, санитарно-курортных зон, территорий сельскохозяйственного
назначения (при наличии специальных требований), заповедников, заказников, а
также в других случаях специально обусловленных заданием на проектирование.
Возникающий при движении транспортных средств шум ухудшает качество
среды обитания человека и животных на прилегающих к дороге территориях.
Шум действует на нервную систему человека, снижает трудоспособность,
уменьшает сопротивляемость сердечно-сосудистым заболеваниям.
31
2. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.
Выполнение данного задания начинается с изображения расчетной схемы
взаимного расположения транспортных магистралей, полос зеленых
насаждений, экранирующих сооружений и расчетной точки, выполненной в
произвольном масштабе (рис. 9.1).
Рис. 9.1. Расчетная схема:
1 – автомобильная магистраль; 2 – i-рядная полоса зеленых насаждений;
3 – экран; 4 – расчетная точка; R – расстояние от автомобильной дороги с n
полосами движения до экрана; L – расстояние от автомобильной дороги до
расчетной точки.
Ожидаемый уровень звука в расчетной точке, обусловленный шумом
транспортных потоков, рассчитывают по следующей методике.
1. Уровень звукового давления LР (дБ) определяется по формуле:
𝑃
𝐿𝑝 = 10 lg ( ) ,
𝑃0
(9.1)
где P – интенсивность действующего звука (шума), Вт/м2;
P0 – интенсивность звука, соответствующая порогу слышимости при частоте
звука 1000 Гц; принимается равной 10-12 Вт/м2.
Из данной формулы видно, что увеличение интенсивности звука в 10 раз дает
рост уровня звука на 10 дБ.
Оценку производственного шума в соответствии со СНиПом II-12-77
проводят по величине эквивалентного уровня измерением в дБА, что позволяет
учесть неоднородность интенсивности шума во времени.
Величина эквивалентного уровня транспортного шума, образующегося на
эксплуатируемой дороге, зависит от приведенных ниже факторов.
• Транспортные факторы:
- количество транспортных средств (интенсивность движения);
- состав движения;
- эксплуатационное состояние транспортных средств;
- объем и характер груза;
- применение звуковых сигналов.
• Дорожные факторы:
- плотность транспортного потока;
32
- продольный профиль (подъемы, спуски);
- наличие и тип пересечений и примыканий;
- вид покрытия, шероховатость;
- ровность покрытия;
- поперечный профиль, наличие насыпей и выемок;
- число полос движения;
- наличие разделительной полосы;
- наличие остановочных пунктов для транспорта
• Природно-климатические факторы:
- атмосферное давление;
- влажность воздуха;
- температура воздуха;
- скорость и направление ветра, турбулентность воздушных потоков;
- осадки.
2. Прогнозирование эквивалентного уровня транспортного шума на
расстоянии 7,5 м от оси ближайшей полосы движения LТРП (дБ) допускается
проводить по приближенной формуле:
𝐿ТРП = 50 + 8,81𝑙𝑔𝑁 + 𝐹,
(9.2)
где N – расчетная часовая интенсивность движения, авт/ч. Для
проектируемых дорог принимается на 20-й год после окончания разработки
проекта;
F – фоновый уровень шума, принимается по данным местных органов
санитарно-эпидемиологического надзора.
3. Пропускную способность NПР
(авт/ч), одной полосы движения
транспортной магистрали определяют по формуле:
1000м
𝑁ПР =
,
(9.3)
𝑉2
8 + 0,18𝑉 +
225−1,09𝑉
где NПР – максимальное число приведенных транспортных средств
(легковых автомобилей), которое может быть пропущено в течение 1 ч по
одной полосе движения в одном направлении, автомашин;
V – установившаяся скорость движения, км/ч.
4. Пропускную способность транспортной магистрали N (авт/ч) определяют
по формуле:
𝑁ПР 𝐾𝑛
𝑁=
,
(9.4)
1 + 1,8𝐾
где n – число полос движения;
𝐾𝑛 – коэффициент многополосности (𝐾1 = 1; 𝐾2 = 1,9; 𝐾3 = 2,7; 𝐾4 = 3,5; 𝐾5 =
4,3; 𝐾6 = 5; 𝐾7 = 5,7; 𝐾7 = 6,4);
K –доля грузового и общественного транспорта в потоке.
5. Эквивалентный уровень шума в придорожной полосе LЭКВ (дБ)
определяется по формуле:
33
𝐿ЭКВ = 𝐿ТРП + ∆𝐿𝑉 + ∆𝐿𝑖 + ∆𝐿𝑑 + ∆𝐿𝑘 + ∆𝐿ДИЗ + ∆𝐿𝐿 𝐾𝑃 + 𝐹,
(9.5)
где ∆𝐿𝑉 – поправка на скорость движения 𝐿ТРП + ∆𝐿𝑉 определяется по табл.
9.1;
∆𝐿𝑖 – поправка на продольный `уклон, принимается по табл. 9.2;
∆𝐿𝑑 – поправка на вид покрытия, принимается по табл. 9.3;
∆𝐿𝑘 – поправка на состав движения, принимался по табл. 9.4;
∆𝐿ДИЗ – поправка на количество дизельных автомобилей, принимается по
табл. 9.5;
∆𝐿𝐿 – величина снижения уровня шума в зависимости от расстояния в метрах
от крайней полосы движения, определяется по табл. 9.6;
𝐾𝑃 – коэффициент, учитывающий тип поверхности между дорогой и точкой
измерения, принимается по табл. 9.7.
Таблица 9.1
Значение величины 𝐿ТРП + ∆𝐿𝑉
Интенсивность
движения
Nавт/ч
55
105
235
505
885
1655
2995
Значение величины 𝐿ТРП + ∆𝐿𝑉 в зависимости от скорости движения, дБА
30
63
66
69
72
75
78
81
40
65,5
68,5
71,5
74,5
77,5
80,5
83,5
50
67
70
73
76
79
81
84
60
68,5
71,5
74,5
77,5
80,5
83,5
68,5
70
66
69
72
75
78
80
82
Таблица 9.2
Значение поправок на продольный уклон ∆Li
Величина продольного уклона проезжей
части, %
До 20%
40
60
80
100
Величина поправки ∆Li, дБА
0
+1
+2
+3
+4
Таблица 9.3
Значение поправок на вид покрытия ∆Ld
Вид покрытия
Литой и песчаный асфальтобетон
Мелкозернистый асфальтобетон
Черный щебень
Цементобетон
Мостовая
Величина поправки ∆Ld ,дБА
0
-1,5
+1,0
+2,0
+6,0
34
Таблица 9.4
Величины поправок на состав движения ∆Lk
Относительное количество
грузовых автомобилей и
автобусов(не дизельных),
%
Величина поправки ∆Lk
5-20
20-35
35-50
50-60
65-85
-2
-1
0
+1
+2
Таблица 9.5
Значение поправок на количество дизельных автомобилей ∆LДИЗ
Относительное число
грузовых автомобилей и
автобусов с дизельными
двигателями, %
Величина поправки
∆LДИЗ ,дБА
5-10
10-20
20-35
+1
+2
+3
Таблица 9.6
Значение снижения уровня шума в зависимости от расстояния от крайней
полосы движения ∆LL
Расстояние L, м
20
50
75
100
150
250
300
400
500
625
750
875
1000
2
4,6
7,5
9,2
10,4
12,2
14,4
15,2
16,4
17,4
18,3
19,1
19,8
20,4
Величина поправки ∆LL ,дБА
Число полос движения
4
6
Ширина разделительной полосы, м
5
12
5
3,6
3,4
3,2
6,1
5,7
5,5
7,7
7,2
7,1
8,8
8,4
8,1
10,5
10,0
9,7
12,2
11,6
11,4
13,4
12,8
12,6
14,6
14,0
13,8
15,6
15,0
14,7
16,5
15,9
15,7
17,3
16,7
16,5
18,0
17,4
17,1
18,5
18,2
17,7
35
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
17,2
Таблица 9.7
Коэффициенты, учитывающие тип поверхности между дорогой и точкой замера КР
Тип поверхности
Вспаханная
Асфальтобетон, цементобетон, лед
Зеленый газон
Снег рыхлый
КР
1,0
0,9
1,1
1,25
Таблица 9.8
Предельно допустимые уровни шума
Характер территории
Предельно допустимые уровни шума, дБА
С 23 до 7 часов(ночь)
С 7 до 23 часов(день)
Селитебные зоны населенных
мест
Промышленные территории
45
60
55
65
Зоны массового отдыха и
туризма
Санаторно-курортные зоны
35
50
30
40
Территории
сельскохозяйственного
назначения
Территории заповедников и
заказников
45
50
До 30
До 35
Если установленные предельные значения превышены, следует применять
мероприятия и сооружения защиты от шума. Рекомендуются следующие
мероприятия:
• устройство древесно-кустарниковой полосы;
• применение шумозащитных барьеров, валов;
• прокладка трассы дороги в выемке;
• перенос трассы дороги.
6. При применении шумозащитных мероприятий уровень шума в расчетной
точке определяется по формуле:
𝐿 = 𝐿ЭКВ − ∆𝐿𝐵 − ∆𝐿𝑍 ,
(9.6)
где ΔLB – величина снижения уровня шума различными типами зеленых
насаждений, принимается по табл. 9.9.
ΔLZ – величина снижения уровня шума в зависимости от высоты и
положения экрана определяется по формуле:
∆𝐿𝑍 = ∆𝐿АЭЭ𝛼 − ∆𝐿𝐵 − ∆𝐿𝑍 ,
(9.7)
где ∆𝐿АЭЭ𝛼 определяется в следующем порядке:
а) определяется ∆𝐿АЭЭ𝛽 в зависимости от высоты экрана (рис. 9.2) по формуле:
∆𝐿АЭЭ𝛽 = 18,2 + 7,8 lg(𝑎 + 𝑏 − 𝑐 + 0.02),
(9.8)
где а– кратчайшее расстояние между геометрическим центром источника
шума и верхней кромкой защитного сооружения, м;
36
b – кратчайшее расстояние между расчетной точкой и верхней кромкой
защитного сооружения, м;
с – кратчайшее расстояние между геометрическим центром источника шума
и расчетной точкой, м.
Рис. 9.2. Схема к расчету шумового воздействия:
Н – высота защитного экрана или глубина выемки, м; h1 – высота
геометрического центра источника шума над поверхностью дороги, м; h2 –
высота расчетной точки над поверхностью дороги, м; hэф– эффективная высота
защитного сооружения, м; k – расстояние от расчетной оси полосы движения до
границы откоса выемки или до экрана, м; m – проекция откоса выемки на
горизонтальную плоскость, м; L – расстояние от геометрического центра
источника шума до заданного объекта, м.
Таблица 9.9
Величины снижения уровня шума различными типами
зеленых насаждении ∆LВ
Состав посадок
1. Три ряда лиственных
пород (клен остролистный,
вяз, липа мелколистная,
тополь бальзамический) с
кустарником в виде живой
изгороди или подлеска
(клен татарский, спирея
калинолистная, жимолость
татар-кая)
2. Четыре ряда лиственных
пород (липа мелколистная,
клен остролистный, тополь
бальзамический) с
кустарником в виде
двухъярусной изгороди
Ширина
посадок,
м
Снижение уровня шума за полосой, дБА
Интенсивность движения, авт/ч
до 60
200
10
6
7
15
7
8
37
600
8
1200
8
9
9
(акация желтая, спирея,
гордовина, жимолость
татарская)
3. Четыре ряда хвойных
пород (ель, лиственница)
шахматной посадки с
двухъярусным
кустарником (терн белый,
клен татарский, акация
желтая, жимолость)
15
13
15
20
8
9
5. Пять рядов хвойных
пород (аналогично п. 3)
20
14
16
18
19
6. Шесть рядов
лиственных пород
(аналогично п. 2)
25
9
10
11
12
4. Пять рядов лиственных
пород (аналогично п. 2)
17
18
10
11
Отсюда следует, что расчетная точка должна быть удалена от края выемки
на расстояние не менее ее глубины, т.е.
𝐿 ≥ (𝑘 + 𝑚 + 𝐻).
(9.9)
Высота источника шума над поверхностью покрытия для легкового
движения принимается равной 0,4 м, для грузового – 1,0 м.
Величину ΔLAээβ можно определять также по табл. 9.10.
Таблица 9.10
Значение величины ΔLAээβ
Разность путей
прохождения звука а+в-с
0,02
0,06
0,14 0,28 0,48
1,4
2,4
Снижение уровня звука
∆LАээβ, дБА
8
10
12
20
22
12
16
б) определяется величина снижения уровня шума в зависимости от
положения экрана в плане (рис. 9.3) – ΔLAээα1 и ΔLAээα2 по табл. 9.11.
Для выполнения дальнейших расчетов по экрану вычерчивается в
произвольном масштабе принципиальная схема расположения в плане
источника шума, экрана и расчетной точки. Затем опускается перпендикуляр из
расчетной точки на экран и соединяется расчетная точка с концами экрана. После
38
этого определяются углы 𝛼1 и 𝛼2 между перпендикуляром и линиями,
соединяющими концы экрана с расчетной точкой;
Рис. 9.3. Расчетная схема для определения уровня:
1 – автомобильная магистраль; 3 – экран; 4 – расчетная точка
Таблица 9.11
Снижение уровня шума, дБА
Угол α1или α1 в градусах
Величина
∆LАээβ
45
50
55
60
70
80
85
6
1,2
1,7
2,3
3,0
4,5
5,7
6,0
8
1,7
2,3
3,0
4,0
5,6
7,4
8,0
10
2,2
2,9
3,8
4,8
6,8
9,0
10,0
12
2,4
3,1
4,0
5,1
7,5
10,2
11,7
14
2,6
3,4
4,3
5,4
8,1
11,5
13,3
16
2,8
3,6
4,5
5,7
8,6
12,4
15,0
20
3,2
3,9
4,9
6,1
9,4
13,7
18,7
24
3,5
4,3
5,8
6,5
10,2
15,4
22,6
в) определяется как наименьшая из ΔLAээα1 и ΔLAээα2.
Определяется по табл. 9.12 поправка ΔД, зависящая от величины разности
ΔLAээα1-ΔLAээα2.
39
Таблица 9.12
Значение величины поправки ∆Д
∆LАээа1-∆LАээа2
Поправка ∆Д
0
0
2
0,8
4
1,5
8
2,4
12
2,8
16
2,9
20
3,0
7. При проектировании шумозащитных посадок следует стремиться
получить в сечении общего контура форму треугольника с более пологой
стороной к источнику шума. В этих целях ряды в широких полосах располагают
в следующем порядке: 1 – низкий кустарник; 2 – высокий кустарник; 3 –
дополнительные древесные породы (подлесок); 4-7 – ряды основных пород; 8 –
дополнительные породы; 9 – высокий кустарник (номер ряда считается от
источника шума).
Расстояния между растениями следует принимать в соответствии с табл. 9.13.
Таблица 9.13
Расстояния между растениями в шумозащитных посадках
Тип растения
Основная порода
Дополнительная порода
Высокий кустарник
Низкий кустарник
В ряду, м
3,0
2,0
1,0-1,5
0,5
Между рядами, м
3,0
2,0
1,5
1,5
8. При проектировании шумозащитных полос на снегозаносимых участках
дороги следует учитывать необходимость соблюдения минимального
расстояния между бровкой земляного полотна и краем посадок в соответствии с
п. 9.17 СНиПа 2.05.02-85.
При конструировании шумозащитных ограждений следует учитывать
эстетические требования, безопасность движения, прочность, устойчивость,
технологические условия строительства и эксплуатации.
9. В выводе приводятся основные итоги расчета уровня шума в расчетной
точке, рекомендуются способы защиты от транспортного шума, которые следует
применить в первую очередь, и к чему приведет достигаемый результат при их
внедрении.
10. Используя данные таблицы 9.14 рассчитать и оценить эквивалентный
уровень шума в различных зонах населенного пункта.
Таблица 9.14
Задание по вариантам
№
V,
км/ч
1
30
Число полос
движения (ширина
разделительной
полосы)
2
K,
%
Продольный
уклон ,%
Вид
покрытия
L,м
R,м
Тип
поверхности
Характер
территории
5
2
Литой и
песчаный
асфальтобе
тон
25
10
Вспаханная
Селитебные
зоны
населенных
мест
40
Мелкозерн
истый
асфальтобе
тон
Черный
щебень
50
15
Асфальтобето
н
Промышленн
ые
территории
75
20
Зеленый газон
20
Цементобе
тон
100
30
Снег рыхлый
15
40
Мостовая
150
10
Цементобетон
6(5)
40
60
250
10
Лед
40
4(2)
49
80
300
15
Вспаханная
8
50
6(2)
55
100
Литой и
песчаный
асфальтобе
тон
Мелкозерн
истый
асфальтобе
тон
Черный
щебень
Зоны
массового
отдыха и
туризма
Санитарнокурортные
зоны
Территории
сельскохозяй
ственного
назначения
Территории
заповедников
и заказников
400
20
Асфальтобето
н
9
60
2
67
3
Цементобе
тон
500
20
Зеленый газон
10
70
4(5)
85
4
Мостовая
625
30
Снег рыхлый
2
40
4(5)
10
5
3
50
6(5)
8
10
4
60
4(2)
13
5
70
6(2)
6
30
7
Селитебные
зоны
населенных
мест
Промышленн
ые
территории
Зоны
массового
отдыха и
туризма
Санитарнокурортные
зоны
Практическое задание №10.
Оценка уровня воздействия электростатического поля.
В соответствии с выданным преподавателем заданием оценка уровня
воздействия производится в следующей последовательности.
1. Произведите расчет предельно допустимого уровня напряженности
электростатического поля при воздействии на персонал более одного часа за
смену по формуле:
𝐸ПДУ =
60
√𝑡
;
(10.1)
где 𝐸ПДУ – предельно допустимый уровень напряженности поля, кВ/м;
t – время воздействия, ч.
Предельно допустимый уровень (ПДУ) напряженности электростатического
поля (𝐸ПДУ ) устанавливается равным 60 кВ/м в течение 1 часа.
2.Определите допустимое время пребывания в ЭСП по формуле:
2
60
𝑡доп = (
) ,
𝐸фак
где Ефак – фактическое значение напряженности ЭСП, кВ/м.
41
(10.2)
При напряженности ЭСП, превышающей 60 кВ/м, работа без применения
средств защиты не допускается, а при напряженности менее 20 кВ/м время
пребывания не регламентируется.
3. По полученным расчетам сделайте вывод о времени работы персонала
в ЭСП, в том числе с использованием средств защиты.
Таблица 10.1
Задание
Вариант
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
Время
воздействия,
ч.
9
8,5
8
5,5
7
4,5
7
5,5
5
4,5
Ефакт, кВ/м
50
40
30
20
10
15
25
35
45
50
Практическое задание №11.
Оценка уровня воздействия электромагнитных полей (ЭМП) на
рабочем месте.
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.
Оценка ЭМП различного диапазона частот осуществляется раздельно по
напряженностям электрического поля (Е, кВ/м) и магнитного поля (Н, А/м) или
индукции магнитного поля (В, мкТл), в диапазоне частот 300 МГц – 300 ГГц по
плотности потока энергии (ППЭ, Вт/м2), в диапазоне частот 30 кГц – 300 ГГц –
по величине энергетической экспозиции.
Предельно допустимый уровень напряженности ЭП на рабочем месте в
течение всей смены устанавливается равным 5 кВ/м.
2. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.
Оценка и нормирование ЭМП промышленной частоты на рабочих местах
персонала проводится дифференцированно в зависимости от времени
пребывания в электромагнитном поле.
1. Произведите расчет допустимого времени пребывания персонала (в
соответствии с вариантом задания) в ЭП при напряженностях от 5 до 20 кВ/м по
формуле:
42
50
−2,
(11.1)
𝐸
где Е – напряженность электрического поля в контролируемой зоне (Е1, Е2,
Е3), кВ/м;
Т – допустимое время пребывания в ЭП при соответствующем уровне
напряженности, ч.
При напряженности ЭП от 20 до 25 кВ/м допустимое время пребывания
составляет 10 мин.
Пребывание в ЭП с напряженностью более 25 кВ/м без средств защиты не
допускается.
2. Рассчитайте время пребывания персонала в течение рабочего дня в зонах с
различной напряженностью ЭП по формуле:
𝑇=
𝑇пр = 8 ∙ (
𝑡𝐸1 𝑡𝐸2 𝑡𝐸3
𝑡𝐸𝑛
+
+
+⋯
),
𝑇𝐸1 𝑇𝐸2 𝑇𝐸3
𝑇𝐸𝑛
(11.2)
где 𝑇пр – приведенное время, эквивалентное по биологическому эффекту
пребывания в ЭП нижней границы нормируемой напряженности, ч.;
𝑡𝐸1 , 𝑡𝐸2 , 𝑡𝐸3 , 𝑡𝐸𝑛 –время пребывания в контролируемых зонах
напряженностями Е1, Е2, Е3, ч.;
𝑇𝐸1 , 𝑇𝐸2 , 𝑇𝐸3 , 𝑇𝐸𝑛 – допустимое время пребывания для соответствующих
зон, ч.
Проведенное время не должно превышать 8 ч.
Различие в уровнях напряженности ЭП контролируемых зон устанавливается
в 1 кВ/м.
Требования действительны при условии, что проведение работ не связано
с подъемом на высоту, исключена возможность воздействия электрических
разрядов на персонал, а также при условиях защитного заземления всех
изолированных от земли предметов, конструкций, частей оборудования, машин,
механизмов, к которым возможно прикосновение работающих в зонах влияния
ЭП.
Таблица 11.1
Задание.
Вари
ант
1
2
3
4
5
6
Е1 ,
кВ/м
5
8
10
13
16
19
Е2 ,
кВ/м
5
8
11
16
17
18
Е3 ,
кВ/м
6
9
12
15
18
17
43
𝑡𝐸1 , ч 𝑡𝐸2 , ч 𝑡𝐸3 ,
ч
1,4
1,2
2,1
0,8
0,6
0,4
0,7
0,5
1,6
1,5
0,7
1,1
0,9
0,8
0,5
0,1
0,4
0,7
7
8
9
0
10
11
14
17
11
12
15
18
12
13
16
19
0,7
0,5
1,4
0,7
1,6
1,5
2,1
1,6
0,9
1,1
0,6
0,8
Практическое задание №12.
Оценка уровня воздействия электромагнитных полей (ЭМП)
диапазона частот 30 кГц – 300 ГГц.
Оценка и нормирование ЭМП осуществляется по величине энергетической
экспозиции (ЭЭ).
Энергетическая экспозиция ЭМП определяется как произведение квадрата
напряженности электрического или магнитного поля на время воздействия на
человека
1. Рассчитайте энергетическую экспозицию в диапазоне частот 30 кГц –
300МГц (в соответствии с заданием) по формулам:
ЭЭЕ = 𝐸 2 𝑇 ,
(12.1)
2
ЭЭЕ = 𝐻 𝑇 .
(12.2)
где Е – напряженность электрического поля, В/м;
Н – напряженность магнитного поля, А/м;
Т – время воздействия на рабочем месте за смену, ч.
2. Рассчитайте энергетическую экспозицию по плотности потока энергии
в диапазоне частот 300 МГц – 300 ГГц по формуле:
ЭЭППЭ = ППЭ ∙ 𝑇 ,
(12.3)
2
где ППЭ – плотность потока энергии (мкВт/см ).
Предельно допустимые уровни энергетических экспозиций (ЭЭПДУ) на
рабочих местах персонала за смену приведены в табл.12.1
Таблица 12.1
ПДУ энергетических экспозиций ЭМП диапазона частот 30 кГц – 300
ГГц
Параметр
0,03-3,0
ЭЭпду в диапазонах частот, МГц
3,0-30,0
30,0-50,0
50,0-300,0
20000
7000
ЭЭЕ , (В/м)2 ∗ ч
2
200
ЭЭн , (А/м) ∗ ч
2
ЭЭппэ , мкВт/см
*Для условий локального облучения кистей рук.
800
0,72
-
800
-
300,0300000,0
200
Максимальные допустимые уровни напряженности электрического и
магнитного полей, плотности потока энергии ЭМП не должны превышать
значений, представленных в табл.12.2.
44
Таблица 12.2
Максимальные ПДУ напряженности и плотности потока энергии
ЭМП диапазона частот 30 кГц – 300 ГГц
Параметр
0,03-3,0
Е, (В/м)2
Н, (А/м)2
ППЭ, мкВт
/см2
500
50
-
ЭЭпду в диапазонах частот, МГц
3,0-30,0
30,0-50,0
50,0-300,0
295
-
80
3,0
-
300,0300000,0
1000
5000∗
80
-
Предельно допустимые уровни ЭМП диапазона частот 30 кГц – 300 ГГц для
населения отражены в табл.12.3.
Таблица 12.3
Предельно допустимые уровни ЭМП
диапазона частот 30 кГц – 300 ГГц для населения
Диапазон
30-300 кГц
0,3-3 МГц
3-30 МГц
частот
Нормируемый Напряженность электрического поля Е, B/м
параметр
30-300 МГц
0,3-300 ГГц
Плотность
потока
энергии
ППЭ, мкВт/
см2
1000
2500**
Предельно
25
15
10
3*
допустимый
уровень
* кроме средств радио- и телевизионного вещания (диапазон частот 48,5–108; 174–230
МГц).
** для случаев облучения от антенн, работающих в режиме кругового обзора или
сканирования.
3. Определите предельно допустимый уровень ЭМП для средств связи и
телевизионного вещания по формуле:
𝐸пду = 21 ∙ 𝑓 −0,37 ,
(12.4)
где 𝐸пду – значение предельно допустимого уровня напряженности
электрического поля, В/м;
f – частота, МГц.
4. Рассчитайте предельно допустимый уровень плотности потока энергии
при локальном облучении кистей рук при работе с микрополосовыми
устройствами по формуле:
45
ППЭППД =
𝐾 ∙ ЭЭППЭПДУ
𝑇
,
(12.5)
где ЭЭППЭПДУ – предельно допустимый уровень энергетической экспозиции
потока энергии, равная 200 мкВт/см2 (табл.12.1);
K –коэффициент ослабления биологической эффективности, равный 12,5;
Т – время пребывания в зоне облучения за рабочий день (рабочую смену), ч.
Во всех случаях максимальное значение ППЭПДУ не должно превышать 50
Вт/м2(5000 мкВт/см2).
5. Рассчитайте предельно допустимую плотность потока энергии при
облучении лиц от антенн, работающих в режиме кругового обзора или
сканирования с частотой не более 1 кГц и скважностью не менее 20 по формуле:
ППЭППД =
𝐾 ∙ ЭЭППЭПДУ
𝑇
,
(12.6)
где K –коэффициент ослабления биологической активности прерывистых
воздействий, равный 10.
При этом плотность потока энергии не должна превышать для диапазона
частот 300 МГц – 300 ГГц 10 Вт/м2(1000 мкВт/см2).
6. Определите предельно допустимое значение интенсивности ЭМИ в
диапазоне 60 кГц – 300 МГц (ЕПДУ, НПДУ, ППЭПДУ) в зависимости от
времени воздействия в течение рабочего дня (рабочей смены) по формулам:
1
ЭЭ𝐸ПДУ ⁄2
𝐸пду = (
(12.7)
) ,
𝑇
1
ЭЭ𝐻ПДУ ⁄2
𝐻пду = (
) ,
𝑇
(12.8)
1
ЭЭППЭПДУ ⁄2
ППЭпду = (
) .
𝑇
(12.9)
где 𝐸пду , 𝐻пду и ППЭпду – предельно допустимые уровни напряженности
электрического, магнитного поля и плотность потока энергии;
ЭЭ𝐸ПДУ , ЭЭ𝐻ПДУ , ЭЭППЭПДУ - предельно допустимые уровни энергетической
экспозиции в течение рабочего дня (рабочей смены), указанные в табл.12.1
Значения предельно допустимых уровней напряженности электрической
(𝐸пду ), магнитной (𝐻пду ) составляющих и плотности потока энергии (ППЭпду )
в зависимости от продолжительности воздействия ЭМИ радиочастот
приведены в табл.12.4, 12.5.
ПДУ напряженности электрического и магнитного поля диапазона частот
10–30 кГц при воздействии в течение всего рабочего дня (рабочей смены)
составляют 500 В/м и 50 А/м, а при работе до двух часов за смену – 1000 В/м и
46
100 А/м соответственно.
В диапазонах частот 30 кГц – 3 МГц и 30 – 50 МГц учитывается ЭЭ
создаваемые как электрическим (ЭЭЕ), так и магнитными (ЭЭH) полями:
ЭЭЕ
ЭЭ𝐻
+
≤ 1,
ЭЭ𝐸ПДУ ЭЭ𝐻ПДУ
(12.10)
При облучении от нескольких источников ЭМП, работающих в частотных
диапазонах, для которых установлены различные ПДУ, должны соблюдаться
следующие условия:
ЭЭЕ1
ЭЭЕ2
ЭЭЕ3
+
+ ⋯+
≤1,
ЭЭ𝐸ПДУ1 ЭЭ𝐸ПДУ2
ЭЭ𝐸ПДУ3
(12.1)
Таблица 12.4
Предельно допустимые уровни напряженности электрической
и магнитной составляющих в диапазоне частот 30 кГц – 300 МГц
в зависимости от продолжительности воздействия
Продолжительность ЕПДУ , В/м
воздействия Т, ч
0,03-3 МГц
НПДУ , А/м
3-30 МГц
30-300 МГц
0,03-3 МГц
30-50 МГц
8,0 и более
50
30
10
5,0
0,30
7,5
52
31
10
5,0
0,31
7,0
53
32
11
5,3
0,32
6,5
55
33
11
5,5
0,33
6,0
58
34
12
58
0,34
5,5
60
36
12
6,0
0,36
5,0
63
37
13
6,3
0,38
4,5
67
39
13
6,7
0,40
4,0
71
42
14
7,1
0,42
3,5
76
45
15
7,6
0,45
3,0
82
48
16
8,2
0,49
2,5
89
52
18
8,9
0,54
2,0
100
59
20
19,0
0,60
1,5
115
68
23
1,5
0,69
1,0
141
84
28
14,2
0,85
0,5
200
118
40
20,0
1,20
0,25
283
168
57
28,3
1,70
0,125
400
236
80
40,0
2,40
0,08 и менее
500
296
80
50,0
3,00
Примечание. При продолжительности воздействия менее 0,08 часа дальнейшее повышение
интенсивности не допускается.
47
При одновременном или последовательном облучении персонала от
источников, работающих в непрерывном режиме, и от антенн, излучающих в
режиме кругового обзора и сканирования, суммарная ЭЭ рассчитывается по
формуле:
ЭЭППЭсум = ЭЭППЭН + ЭЭППЭПР ,
(12.12)
где ЭЭППЭсум – суммарная ЭЭ, которая не должна превышать 200 кВт/см2ч;
ЭЭППЭН – ЭЭ, создаваемая непрерывным излучением;
ЭЭППЭПР – ЭЭ, создаваемая прерывистым излучением вращающихся или
сканирующих антенн, равная 0,1⋅ППЭПР ⋅ТПР .
Таблица 12.5
Предельно допустимые уровни плотности потока энергии в диапазоне частот 300 Мгц – 300 ГГц в зависимости
от продолжительности воздействия
Продолжительность воздействия Т,ч.
8,0 и более
7,5
7,0
6,5
6,0
5,5
5,0
4,5
4,0
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0,25
0,2 и менее
ППЭПДУ мкВт/см2
25
27
29
31
33
36
40,0
44
50
57
67
80
100
133
200
400
800
1000
Примечание. При продолжительности воздействия менее 0,2 часа дальнейшее повышение
интенсивности воздействия не допускается.
48
Таблица 12.6
Задание.
Вариант
Е, В/м
Н, А/м
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
0,6
1,1
1,6
2,1
2,6
3,1
4,1
4,6
3,6
4,6
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,16
0,26
0,36
0,46
ППЭ,
Вт/м2
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
F, МГц
3
30
70
80
40
100
175
20
40
30
ЭЭЕпду , (В/
м)2 ч
20000
7000
800
800
7000
800
800
7000
7000
7000
ЭЭНпду ,
(А/м)2 ч
200
200
0,72
0,72
0,72
0,72
0,72
0,72
0,72
200
Практическое задание №13.
Оценка воздействия импульсных электромагнитных
полей (РТО и ЭМП).
Определить амплитудно-временные параметры источника импульсного
электромагнитного поля (ИЭМП) радиотехнического объекта (РТО) по
построенному графическому изображению импульса по данным варианта.
Основными параметрами при оценке воздействия ИЭМП на персонал РТО
является максимальное амплитудное значение напряженности электрического
поля в импульсе (𝐸макс ) и общего количества электромагнитных импульсов(N) в
течение рабочего дня.
Временными параметрами, характеризующими электромагнитный импульс, являются:
- длительность фронта (tфр, нс);
- длительность импульса (tимп, нс).
Определение амплитудно-временных параметров ИЭМП производится по
результатам проведенных измерений, построения и последующего анализа
графического изображения импульса в следующей последовательности (на
примере осциллограммы, рис.13.1 и 13.2).
1. На осциллограмме (рис.13.1) выделите пик с наибольшим значением
напряженности ИЭМП, по которому определите основные нормируемые и
контролируемые параметры ИЭМП:
− 𝐸макс – максимальное амплитудное значение интенсивности, кВ/м;
− tфр– длительность фронта импульса, которая определяется как интервал
времени между первыми достижениями значений напряженности электрической
(магнитной) составляющей ИЭМП уровней 10% и 90% максимального
амплитудного значения, нс;
49
− tимп– длительность импульса, которая определяется как интервал времени
между первым достижением значения напряженности электрической
(магнитной) составляющей ИЭМП уровня 50% амплитуды и моментом времени,
после которого значение напряженности электрической (магнитной)
составляющей ИЭМП становится менее 50% максимального амплитудного
значения, нс.
2. Значения напряженности электрической составляющей ЭМП в диапазоне
времени измерения – E(t) определите из соотношения:
𝐸(𝑡) = 𝐸макс ∙ 𝑓(𝑡),
(13.1)
где 𝐸макс – амплитудное значение электрической составляющей
электромагнитного поля, кВ/м;
f(t) – функция изменения напряженности ЭМП во времени, составляющая
для 10%, 50%, 90% максимального амплитудного значения 0,1; 0,5 и 0,9
соответственно (рис.13.2).
3. В случае проведения контроля интенсивности ИЭМП по напряженности
магнитной составляющей для дальнейшей оценки электромагнитной
обстановки на соответствие ПДУ ИЭМП произведите перерасчет полученных
величин в значения напряженности электрической составляющей ИЭМП по
формуле:
𝐸(𝑡) = 𝑅 ∙ 𝐻(𝑡),
(13.2)
где E(t) – функция напряженности электрической составляющей ИЭМП от
времени (t), В/м;
H(t) – функция напряженности магнитной составляющей ИЭМП от времени
(t), А/м;
R – волновое сопротивление свободного пространства, принимаемое
равным 377 Ом.
Рисунок 13.1. Функция изменения напряженности ИЭМП во времени.
50
Рисунок 13.2. Осциллограмма напряженности электрической
составляющей ИЭМП.
4. Допустимое общее количество электромагнитных импульсов (N), воздействующих на персонал в течение всего рабочего дня (рабочей смены), с
амплитудой напряженности (Е) меньшей ЕПДУ, рассчитайте по соотношению:
𝐸пду
,
(13.3)
𝐸
где 𝐸пду – предельно допустимые уровни напряженности электрической
составляющей ИЭМП, кВ/м;
Е– напряженность электрической составляющей ИЭМП, кВ/м.
При одновременном облучении от нескольких источников ИЭМП
соблюдается ограничение по общему количеству импульсов, воздействующих
на персонал в течение всего рабочего дня (рабочей смены).
5. Определение амплитудно-временных параметров ИЭМП проведем,
используя рис.13.2.
5.1. Первый пик на осциллограмме имеет амплитуду (𝐸макс ) 8 кВ/м, второй–
2,3 кВ/м, следовательно, определять параметры необходимо по первому
положительному пику:
𝐸макс = 8 кВ/м; 𝑡фр = 13 нс; 𝑡имп = 62 нс.
𝑁 = 25
5.2. С учетом категории облучаемого компонента (персонал РТО ИЭМП)
значения ПДУ ИЭМП следует определять по данным Таблица 13.2., а если
персонал РТО ИЭМП профессионально не связан с источниками ИЭМП –
Таблица 13.3
5.3. Исходя из установленных продолжительностей фронта и импульса
воздействующего ИЭМП, выбираются соответствующие строки и колонки в
табл. 13.2. со значениями ПДУ. В данном примере ЕПДУ = 2,8 кВ/м. Реальные
значения 𝐸макс составляют 8 кВ/м, что значительно больше ПДУ.
5.4. Заключение. Электромагнитная обстановка на обследуемом рабочем
51
месте персонала РТО ИЭМП не соответствует требованиям Санитарных правил.
Для снижения амплитудного значения напряженности ИЭМП до ПДУ следует
провести комплекс технических и организационных мероприятий.
Таблица 13.1
Задание.
Вариант
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
𝐸макс, КВ/м
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5
𝑡фр, нс
8
12
15
18
21
24
13
17
20
14
𝑡имп,нс
20
35
55
90
105
115
120
125
180
190
Длительность фронта 𝑡имп , нс
Таблица 13.2
Предельно допустимые уровни напряженности электрической
составляющей ИЭМП (кВ/м) для персонала РТО ИЭМП в зависимости от
временных параметров электромагнитных импульсов
1
2
3
5
8
10
15
20
50
100
200
400
500
1000
0,1
3,9
3,3
3,0
2,7
2,6
2,5
2,3
2,2
2,1
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
0,2
3,7
3,2
2,9
2,7
2,5
2,4
2,3
2,2
2,1
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
0,5
3,3
3,0
2,8
2,6
2,4
2,3
2,2
2,2
2,1
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
1,0
2,9
2,6
2,5
2,3
2,2
2,2
2,1
2,1
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,1
2,1
2,1
2,1
2,1
2,1
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,0
2,5
2,1
2,1
2,1
2,1
2,1
2,1
2,1
2,1
2,1
2,1
2,1
2,1
3,0
2,4
2,3
2,3
2,3
2,3
2,2
2,2
2,2
2,2
2,2
2,2
4,0
2,4
2,4
2,4
2,4
2,4
2,3
2,2
2,3
2,3
2,3
2,3
Длительность фронта 𝑡фр , нс
5,0 6,0 7,0 8,0 9,0
2,5 2,5 2,6
2,5 2,5 2,6 2,7 2,8
2,5 2,5 2,6 2,7 2,8
2,4 2,5 2,6 2,7 2,7
2,4 2,5 2,6 2,6 2,7
2,3 2,4 2,5 2,6 2,7
2,4 2,4 2,5 2,5 2,7
2,4 2,4 2,5 2,5 2,7
2,4 2,4 2,5 2,5 2,7
2,4 2,4 2,4 2,5 2,7
10,0
2,9
2,9
2,8
2,8
2,8
2,8
2,8
2,8
15,0
3,4
3,3
3,3
3,3
3,3
3,3
3,3
20,0
3,7
3,7
3,7
3,7
3,7
3,6
30,0
4,5
4,3
4,2
4,2
4,1
4,0
40,0
5,0
4,8
4,6
4,5
4,4
4,3
50,0
7,0
4.9
4,8
4,7
4,6
Примечание. При попадании значений временных параметров электромагнитного импульса между указанными в
таблице используется наименьшее значение ПДУ из смежных ячеек таблицы.
52
Таблица 13.3
Длительность фронта 𝑡имп , нс
Предельно допустимые уровни напряженности электрической составляющей ИЭМП
(кВ/м) для личного состава РТО ИЭМП, профессионально не связанного с источником
ИЭМП в зависимости от временных параметров электромагнитных импульсов
1
2
3
5
8
10
15
20
50
100
200
400
500
1000
0,1
1,3
1,1
1,1
0,9
2,6
0,8
0,8
0,7
0,7
0,7
0,7
0,7
0,7
0,7
0,2
1,2
1,1
1,1
0,9
0,8
0,8
0,8
0,7
0,7
0,7
0,7
0,7
0,7
0,7
0,5
1,1
1,0
0,9
0,9
0,8
0,8
0,7
0,7
0,7
0,7
0,7
0,7
0,7
0,7
1,0
0,9
0,8
0,8
0,8
0,7
0,7
0,7
0,7
0,7
0,7
0,7
0,7
2,0
0,7
0,7
0,7
0,7
0,7
0,7
0,7
0,7
0,7
0,7
0,7
0,7
2,5
0,7
0,7
0,7
0,7
0,7
0,7
0,7
0,7
0,7
0,7
0,7
0,7
3,0
0,8
0,8
0,8
0,8
0,8
0,7
0,7
0,7
0,7
0,7
0,7
4,0
0,8
0,8
0,8
0,8
0,8
0,8
0,7
0,8
0,8
0,8
0,8
Длительность фронта 𝑡фр , нс
5,0 6,0 7,0 8,0 9,0
0,8 0,8 0,9
0,8 0,8 0,9 0,9 0,9
0,8 0,8 0,9 0,9 0,9
0,8 0,8 0,9 0,9 0,9
0,8 0,8 0,9 0,9 0,9
0,8 0,8 0,8 0,9 0,9
0,8 0,8 0,8 0,8 0,9
0,8 0,8 0,8 0,8 0,9
0,8 0,8 0,8 0,8 0,9
0,8 0,8 0,8 0,8 0,9
10,0
1,0
1,0
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
0,9
15,0
1,1
1,1
1,1
1,1
1,1
1,1
1,1
20,0
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
30,0
1,5
1,4
1,4
1,4
1,4
1,3
40,0
1,7
1,6
1,5
1,5
1,5
1,4
50,0
2,3
1,6
1,6
1,6
1,5
Практическое задание №14
Анализ гетерогенности популяции.
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.
Процесс развития биосферы, называемый эволюцией, является результатом
множества микроэволюций – направленного изменения особей конкретной
популяции. Эволюционные изменения популяций происходят под действием
двух факторов: мутации организмов и естественного отбора.
Для уяснения понятия мутации кратко рассмотрим механизм передачи
наследственных признаков при размножении особей. Основная информация о
строении организма содержится в генах – специфических макромолекулах,
присутствующих в каждой клетке организма. Отдельные участки генов
одинаковы для каждого организма данного вида.
Они определяют принадлежность организма к данному виду, не могут
изменяться в ходе эволюции и называются гомозиготными. Остальные участки
генов, определяющие индивидуальные свойства организма, изменяются при
смене поколений и называются гетерозиготными, а соответствующее свойство
организмов популяции изменяться при смене поколений называется
гетерозиготностью, или гетерогенностью.
Наличие гетерозиготных участков генов у организма не сказывается на его
внешнем облике (фенотипе), но у потомства разнополых родителей с
идентичным гетерозиготным участком гена этот участок может стать
гомозиготным, т. е. сказаться на устройстве организма потомка и утратить
способность к изменениям. Вместе с тем именно гетерогенность организмов
преимущественно обуславливает возникновение в популяциях мутации –
внезапного естественного или искусственно вызванного наследуемого
изменения генетического материала, приводящего к изменению тех или иных
признаков организма. Таким образом, мутация обеспечивает появление в
популяции организмов с отклонениями от стандартного набора признаков, а
влияние окружающей среды приводит к гибели особей с неудачными
отклонениями, то есть существует естественный отбор генетического
материала популяции (генофонда).
53
При длительной стабильности экологических факторов в популяции
осуществляется стабилизирующий отбор, препятствующий ее изменчивости.
При стабильных дрейфах значений факторов организмы приспосабливаются к
ним либо изменением одного адаптивного признака (движущий отбор), либо
изменением в нескольких направлениях (дизруптивный отбор, приводящий к
образованию нескольких видов из одного). Анализ эволюционных процессов
показывает, что чем больше гетерогенность популяции, тем шире ее
экологические кривые и выше ее приспособительные возможности. Поэтому
генетическое разнообразие особей популяции чрезвычайно важно для ее
устойчивого существования.
2. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.
Для анализа гетерогенности популяции вводят понятия эффективного
размера популяции. 𝑁𝑒 – численность идеальной популяции, в которой каждая
особь дает равный вклад в общий генофонд нового поколения. В реальной
популяции ее численность 𝑁 всегда превышает 𝑁𝑒 по следующим причинам:
1. Колебания числа потомков в семье
4∙𝑁
(14.1)
𝑁𝑒 =
,
2+𝜎
где 𝜎- дисперсия числа потомков. Например, при 𝜎 = 4 число детей меняется
от 0 до 4, а 𝑁𝑒 = 𝑁 ∙ 2/3.
2. Колебания численности поколений
1
1
1
1
=( +
+ ⋯+
)/𝑚,
(14.2)
𝑁𝑒
𝑁1 𝑁2
𝑁𝑚
где 𝑁𝑚 - численность 𝑚-го поколения.
Например, снижение в одном из десяти поколений численности популяции с
1000 до 50 особей приведет к снижению 𝑁𝑒 с 1000 до 345.
3. Неравное число самцов 𝑁1 и самок 𝑁2
1
1
1
=
+
,
(14.3)
𝑁𝑒 4 ∙ 𝑁1 4 ∙ 𝑁2
из формулы видно, что максимум 𝑁𝑒 достигается при 𝑁1 = 𝑁2 .
4. Инбридинг – близкородственное скрещивание, повышающее вероятность
наличия идентичных гетерозиготных участков генов родителей и появления
гомозиготных организмов не в результате естественного отбора. Это явление
используется селекционерами для закрепления необходимых наследственных
признаков при создании новых видов растений и животных. При отсутствии
контроля экспериментатора инбридинг ведет к вырождению и гибели
популяции, что подтверждается историей некоторых царствовавших династий.
Для количественной оценки данного явления введено понятие коэффициента
инбридинга:
𝑓 = 1 − (1 − 1/(2𝑁𝑒 ))𝑚 ,
(14.4)
где 𝑚 – число поколений.
54
Опыт животноводов показал, что плодовитость популяций падает при 𝑓 >
0.5. Решая показательное уравнение (14.4) при заданном значении f, получим,
что число поколений, приводящее популяцию к порогу вымирания, равно 𝑚 =
1.5 ∙ 𝑁𝑒 . Таким образом, снижение гетерогенности ведет к вымиранию
популяции. Однако чрезмерный рост генетического разнообразия популяции
приводит к утере популяцией способности генетического адаптирования к
изменяющимся условиям окружающей среды.
Для каждой популяции существуют некоторые оптимальные значения
гетерозиготности, зависящие от ее численности, структуры, исходного
генофонда, статических и динамических характеристик окружающей среды.
Например, при длительной стабильности экологических факторов высокая
гетерогенность популяции не требуется, а при изменении экологических
факторов выживает наиболее гетерогенная популяция. Поэтому обитатели
разных экологических систем обладают разной гетерогенностью. Например, у
человека число гетерозиготных участков генов составляет около 20 %. Мутация
является процессом, повышающим гетерогенность популяции.
Мутагены – физические и химические экологические факторы, воздействие
которых на живые организмы приводит к возникновению мутаций с частотой,
превышающей уровень спонтанных реакций. К физическим мутагенам относят
ультрафиолетовое излучение, повышенную и пониженную температуры,
ионизирующие излучения (гамма и рентгеновские лучи, протоны, нейтроны и т. д.).
Химическими мутагенами являются аналоги нуклеиновых кислот,
чужеродные ДНК и РНК, алкалоиды и другие вещества. Устойчивость
организмов к воздействию мутагенов различна. Вирусы в 3–1000 раз более
стойки к ним, чем растения, а растения – в 2–800 раз по сравнению с
теплокровными животными. В целом более высокоорганизованные особи менее
стойки к воздействию мутагенов. Поэтому предельно допустимый уровень
мутагенных биосферных воздействий нормируется на человека.
3. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.
В данном задании предлагается исследовать влияние ряда экологических
факторов на устойчивое развитие вида:
1. Подсчитать 𝑁𝑒 для популяции, учитывая колебания числа потомков в
семье. Вычислить число поколений, приводящее популяцию к порогу
вымирания. Определить коэффициент инбридинга для четырех поколений и
сделать вывод о жизнеспособности популяции.
2. Подсчитать 𝑁𝑒
для популяции, учитывая колебания численности
поколений. Вычислить число поколений, приводящее популяцию к порогу
вымирания. Определить коэффициент инбридинга для четырех поколений и
сделать вывод о жизнеспособности популяции.
3. Подсчитать 𝑁𝑒 для популяции, учитывая неравное число самцов и самок.
Вычислить число поколений, приводящее популяцию к порогу вымирания.
55
Определить коэффициент инбридинга для четырех поколений и сделать вывод о
жизнеспособности популяции.
Исходные данные для расчета приведены в таблице:
Таблица 14.1
№варианта
Пр.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Реальный Дисперсия
размер
числа
популяции потомков
110
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
60
70
80
90
100
110
120
3
4
5
6
7
8
2
3
4
5
6
7
8
1
2
3
4
5
6
7
8
Колебания численности
поколений
2
3
1
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
120
140
150
60
70
80
90
100
110
120
30
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
60
70
80
90
100
100
20
15
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
50
60
70
80
90
100
4
40
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
60
70
80
90
100
110
120
50
60
30
Отношение
числа
самцов к
числу
самок
4
1,4
2
1,5
0,8
0,5
1,8
1,6
0,9
1,4
0,7
0,3
4,5
3
0,3
0,6
1,9
1,3
5
0,1
4
Данные из первой строки (Пр.) приведены для ниже рассмотренного примера
решения задачи.
5. Сделать выводы и оформить отчет по практическому занятию.
Пример:
1. Эффективный размер популяции с учетом колебания числа потомков в
семье в соответствии с выражением (1.1) равен:
𝑁𝑒 = 4𝑁/(2 + 𝜎) = 4 ∙ 110/(2 + 3) = 440/5 = 88
Коэффициент инбридинга вычисляется по формуле (14.4):
1 𝑚
1 4
) = 1 − (1 −
) = 1 − 0.9773 = 0.0227
2𝑁𝑒
176
Число поколений, приводящее популяцию к порогу вымирания, равно 𝑚 =
l,5·𝑁𝑒 = 1,5·88 = 132.
По данным расчетам можно сделать вывод о том, что колебания числа
потомков в семье снижает эффективный размер популяции, а значит и ее
𝑓 = 1 − (1 −
56
устойчивость к изменениям окружающей среды на 20 %. Несмотря на это, в
течение времени, необходимого для смены 132 поколений, у данной популяции
отсутствует угроза вымирания.
2. Эффективный размер популяции с учетом колебания численности
поколений согласно формуле (1.2) определяется как:
1
1
1
1
1
1
1
1
=( +
+ ⋯+
)/𝑚 = ( +
+
+ )/4 = 0.15833/4 = 0.0396
𝑁𝑒
𝑁1 𝑁2
𝑁𝑚
20 30 20 40
𝑁𝑒 = 1/0.0395833 = 25.26
Коэффициент инбридинга определяется формулой (14.4):
1 𝑚
1 4
) = 1 − (1 −
) = 0.0768
2𝑁𝑒
50.52
Число поколений, приводящее популяцию к порогу вымирания, равно 𝑚=
l,5·𝑁𝑒 = 1,5 · 25,26 = 37,9. Угроза вымирания популяции возможна после смены
38-ми поколений.
3. Эффективный размер популяции с учетом неравного числа самцов и самок
находится по выражению (14.3):
1
1
1
=
+
𝑁𝑒 4 ∙ 𝑁1 4 ∙ 𝑁2
где 𝑁1 – число самцов и 𝑁2 – число самок, которые связаны выражениями:
𝑁1 / 𝑁2 = 4; 𝑁1 + 𝑁2 = N= 110.
Решение данной системы уравнений дает 𝑁2 = 22 и 𝑁1 = 88. Подставив эти
данные в (1.3), получим
𝑓 = 1 − (1 −
1
1
1
1
1
=
+
=
+
= 0.0142
𝑁𝑒 4𝑁1 4𝑁2 88 352
𝑁𝑒 = 1/0.0142 = 70.42
Коэффициент инбридинга вычисляется по формуле (1.4):
1 𝑚
1
) = 1 − (1 −
)4 = 0.0281
2𝑁𝑒
140.84
Число поколений, приводящее популяцию к порогу вымирания, равно 𝑚=
l,5·𝑁𝑒 = 1,5 · 70,42 = 105,63. Угроза вымирания популяции возможна после
смены 106 поколений.
4. Из проведенных расчетов видно, что неодинаковое количество детей в
семьях популяции и неравное число самцов и самок в популяции уменьшает ее
эффективный размер, то есть снижает выживаемость популяции.
𝑓 = 1 − (1 −
57
Практическое задание №15.
Изучение динамики численности популяции.
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.
Популяции организмов по-разному реагируют на такие изменения условий
окружающей среды, как увеличение или уменьшение количества пищи,
питательных веществ почвы, температуры и влажности окружающей среды
(воздуха), увеличение или уменьшения территории обитания. Изменение в
размерах, структуре, или распределении популяции в соответствии с изменением
условий окружающей среды называется динамикой популяции.
Одним из условий устойчивого существования популяции является
превышение числа рожденных за единицу времени организмов К над числом
умерших организмов D. Если учитывать только данные факторы, от зависимости
численности популяции х от времени t описывается следующим уравнением:
𝑑𝑥
= (𝐾 − 𝐷)𝑥 ,
(15.1)
𝑑𝑡
где dx/dt – производная численности популяции x по времени t, скорость
изменения численности популяции x по времени t.
Дифференциально уравнение имеет решение:
𝑥 = 𝑥0 𝑒 (𝐾−𝐷)𝑡 ,
(15.2)
где 𝑥0 − начальная численность популяции при t=0; e= 2,718.
Из решения видно, что при положительных значениях (K-D) численность
популяции со временем будет неограниченно возрастать. В реальности
такого не происходит, следовательно, данная модель описывает динамику
численности популяции с недостаточной точностью.
Для построения более точной математической модели необходимо учесть
следующие экологические факторы.
1. Факторы, влияющие на смерть:
1.1. Возрастная структура популяции. При построении математической
модели необходимо различать число особей, доживших до
репродуктивного возраста, и число особей погибших ранее.
1.2. Межвидовая конкуренция из-за пищи или других ресурсов.
1.3. Внутривидовая конкуренция в случае скудных ресурсов.
1.4. Поедание особей хищниками и паразитами.
1.5. Гибель от болезней.
1.6. Смертность из-за ухудшения среды обитания вследствие природных
катаклизмов и человеческой деятельности.
С учетом изложенных факторов для составления математической модели
динамики численности популяции имеем:
• характерную для данного вида зависимость рождаемости от
плотности популяции K(x/N);
• максимально возможную для данных пищевых и территориальных
ресурсов численность популяции N(t), которая зависит от
изменяющихся во времени состояния среды обитания и
58
численности конкурентов y(t) данной популяции на место в ее
экологической нише;
• время достижения особью репродуктивного возраста 𝜏;
• зависимость смертности от изменяющихся во времени состояния
среды обитания, численности конкурентов по экологической нише
y(t), численности хищников z(t), внутривидовой конкуренции за
скудные ресурсы: D(z(t), y(t), x(t), t).
Вводя данные зависимости в (15.1) и переходя от дискретного процесса
динамики численности к непрерывному, получим:
𝑑𝑥(𝑡)
𝑥(𝑡) 𝑥(𝑡 − 𝜏)
= 𝐾(
,
) ∙ (𝑁(𝑡) − 𝑥(𝑡) − 𝑦(𝑡)) ∙ 𝑥(𝑡 − 𝜏) −
𝑑𝑡
𝑁
𝑁
−𝐷(𝑧(𝑡), 𝑦(𝑡), 𝑥(𝑡), 𝑡) ∙ 𝑥(𝑡 − 𝜏).
(15.3)
Для анализа численности популяции использование вышеприведенного
приведенного выражения требует большого количества экспериментальных
данных. Поэтому в данной практической работе учтем не все экологические
факторы. Примем условия окружающей среды неизменными, рождаемость –
независимой от плотности популяции, отсутствия межвидовой конкуренции и
хищников. В этом случае динамика численности популяции будет описываться
следующим дифференциальным выражением первого порядка:
𝑑𝑥
= (𝐾𝑥(𝑁 − 𝑥) − 𝐷𝑥 .
(15.4)
𝑑𝑡
Данное уравнение решается непосредственным интегрированием и имеет
общее решение вида:
𝑁 − 𝐷/𝐾
𝑥=
,
(15.5)
1 + 𝐶𝑒𝑥𝑝(−𝑡𝐾(𝑁 − 𝐷/𝐾))
где постоянная интегрирования C зависит от начальной численности популяции
𝑥0 :
𝐷
𝐶=
𝑁 − + 𝑥0
𝐾
𝑥0
.
(15.6)
Окончательное решение уравнения записывается в виде:
𝑁−
𝑥(𝑡) =
1+
𝐷
𝑁− −𝑥0
𝐾
𝑥0
𝐷
𝐾
,
(15.7)
𝐷
exp (−𝑡𝐾 (𝑁 − ))
𝐾
Называется логистической кривой, вид которой представлен на рисунке 15.1
59
Рисунок 15.1. Логистические кривые при различных значениях рождаемости
(𝐾2 > 𝐾1 ).
Введенные при получении логистической кривой ограничения наиболее
типичны для экологической системы, содержащей одну популяцию
самоопыляющихся растений при полном отсутствии животных.
Из анализа графика на рисунке 15.1 видно, что рост численности растений
ограничивается площадью пригодных для обитания земель. Эти площади могут
снижаться при засеве растениями-конкурентами других видов. При отсутствии
конкурентов величина (N-D/K) характеризует количество площадей с
условиями окружающей среды пригодными для существования особей
рассматриваемой популяции.
2. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.
В данной работе необходимо исследовать динамику численности популяции
растений.
1. Выбрать задание согласно варианту.
2. Построить график зависимости численности популяций x от времени t.
3. Значение численности популяций в начале эксперимента (t=0)
принимается за начальное значение 𝑥0 .
4. Конечное значение численности популяции (t=14 лет) принимается за
𝐷
числовое значение параметра (𝑁 − ) из (15.7).
𝐾
5. Из графика определить время 𝑡1 , через которое численность популяции
𝐷
достигает значения 𝑥1 = (𝑁 − − 𝑥0 )/2 . Зная числовое значение 𝑥0 ,
𝐷
𝐾
(𝑁 − 𝐾), 𝑥1 , 𝑡1 , вычислить рождаемость K из (15.7).
6. Записать математические модели зависимости численности популяции от
времени в виде решения (15.7) дифференциального уравнения (15.4).
3. ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ.
Данные для примера возьмем из таблицы 15.1. построенный по ним график
зависимости численности популяции от времени приведен на рис. 15.2.
Из графика и данных таблицы 15.1 находим:
60
𝐷
𝑥0 = 10; (𝑁 − ) = 42.
𝐾
Выбираем 𝑡1 = 5. Ему соответствует 𝑥1 = 27. Подставив данные значения в
выражение (15.7), получим:
42
42
27 =
=
.
42−10
1+
𝑒𝑥𝑝(−5 ∙ 𝐾 ∙ 42) 1 + 3,2𝑒𝑥𝑝(−210𝐾)
10
Рисунок 15.2. Зависимость численности растения N от t и кривая, полученная
по уравнению.
Преобразуем данное уравнение для нахождения коэффициента рождаемости K:
27(1 + 3,2 exp(−210𝐾)) = 42; 27 + 86,4𝑒𝑥𝑝(−210𝐾) = 42;
86,4𝑒𝑥𝑝(−210𝐾) = 15; 𝑒𝑥𝑝(−210𝐾) = 0,1736;
1,751
−210𝐾 = 𝑙𝑛(0,1736) = −1,751; 𝐾 =
= 0,00834.
210
Математическая модель зависимости численности растений от времени
имеет вид
𝑥(𝑡) =
42
1+
42−10
10
𝑒𝑥𝑝(−0,00834 ∙ 42 ∙ 𝑡)
61
=
42
.
1 + 3,2𝑒𝑥𝑝(−0,35𝑡)
График, построенный по полученному уравнению, представлен на рисунке
15.2
Таблица 15.1
Задание.
№
варианта
Пр.
Пример
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
Наименование
растения
Растение
Ель
Пихта
Осина
Сосна
Кедр
Ива
Тополь
Лиственница
Береза
Верба
Ромашка
Годы
0 1
10 12
4 6
3 4
5 7
4 5
3 3
6 8
5 6
3 3
4 5
5 6
30 36
2
15
8
6
10
7
4
12
8
4
7
8
46
3
19
17
7
15
10
5
17
11
6
10
10
60
4
23
26
9
22
15
7
24
16
8
14
13
75
5
27
38
12
36
18
10
29
22
10
19
18
90
6
30
47
19
48
21
16
33
27
12
24
23
106
7
33
49
28
55
24
19
37
31
14
29
28
121
8
35
50
36
62
26
24
40
34
16
34
32
135
9
37
51
45
65
28
28
42
37
18
38
36
148
10
39
51
56
67
29
31
44
38
21
42
39
160
11
40
52
58
68
29
33
45
41
22
45
42
170
12
41
52
59
68
30
34
46
42
23
47
44
175
13
42
51
60
69
31
35
46
43
24
48
45
178
Практическая работа №16.
Оценка качества воды
Понятие качества воды включает в себя совокупность показателей состава и
свойств воды, определяющих пригодность ее для конкретных видов
водопользования и водопотребления. Требования к качеству воды
регламентируются.
По характеру водопользования водные объекты подразделяются на
категории: 1 хозяйственно-питьевого назначения; 2 - культурно-бытового
назначения; 3 – рыбохозяйственного назначения.
Качество воды в водных объектах первой и второй категорий
водопользования должно быть в контрольных створах соответствовать
санитарно-гигиеническим нормативам (ПДК), определенным санитарными
нормами и правилами.
В водных объектах рыбохозяйственного назначения качество воды должно
соответствовать нормативам (ПДК) для рыбохозяйственных водоемов.
Для наиболее распространенных загрязняющих веществ (ЗВ) нормативы ПДК
даны в таблицах.
Общим требованием к качеству воды водных объектов любой категории
является не превышение фактически наблюдаемого содержания загрязняющих
веществ (ЗВ) над величиной ПДК, т.е. соблюдение неравенства:
Сi  ПДКi,
62
14
42
52
60
69
30
35
46
43
24
48
46
180
где Ci – фактическая концентрация 3В в водном объекте, мг/л;
ПДКi – соответствующая предельно-допустимая концентрация 3В, мг/л.
Для случая загрязнения воды несколькими 3В используется комплексная
оценка качества воды в природных водоемах, основанная на расчетах
комплексных индексов, так называемых индексов загрязненности воды (ИЗВ).
ИЗВ – это формализованный показатель загрязненности воды, обобщающий
более широкую группу натуральных показателей, и используемый для оценки
качества воды водных объектов. В отличии оценки по ПДК, оценка по ИЗВ
позволяет произвести сравнение качества различных водных объектов между
собой.
В гидрохимической практике используется метод оценки качества воды,
разработанный в Гидрохимическом институте. Метод позволяет производить
однозначную оценку качества воды, основанную на сочетании уровня загрязнения
воды по совокупности находящихся в ней ЗВ и частоты их обнаружения.
Суть метода заключается в следующем: для каждого 3В на основе
фактических концентраций рассчитывают баллы кратности превышения ПДК
(Кi) и повторяемости случаев превышения (Hi), а также общий оценочный балл
(Bi).
𝐶𝑖
𝐾𝑖 =
;
(16.4)
ПДК𝑖
𝑁ПДК𝑖
𝐻𝑖 =
;
(16.5)
𝑁𝑖
𝐵𝑖 = 𝐾𝑖 ∙ 𝐻𝑖
(16.6)
ИЗВ = ∑ В𝑖
(16.7)
где Сi – концентрация в воде i-го ЗВ, мг/л;
ПДКi – предельно допустимая концентрация i-го ЗВ, мг/л;
NПДКi – число случаев превышения ПДК;
N – общее число анализов.
3агрязняющие вещества, для которых величина общего оценочного балла
больше или равна 11, определяются как лимитирующие показатели
загрязненности (ЛПЗ).
Комбинаторный индекс загрязненности воды (ИЗВ) рассчитывается как
сумма общих оценочных баллов (Bi) всех учитываемых 3В.
По величине комбинаторного индекса устанавливается класс
загрязненности воды (таблица 1).
Таблица 16.1
Классификация загрязненности воды водных объектов
Величина
комбинаторного
индекса
загрязненности воды
1
условно чистая
Класс загрязненности воды
2
3
слабозагрязненная
63
загрязненная
4
5
грязная
очень грязная
При отсутствии
ЛПЗ
1 ЛПЗ
2 ЛПЗ
3 ЛПЗ
4 ЛПЗ
5 ЛПЗ
<1
1-2
2,1-4
4,1-10
>10
<0,9
<0,8
<0,7
<0,6
0,5
0,9-1,8
0,8-1,6
0,7-1,4
0,6-1,2
0,5-1,0
1,9-3,6
1,7-3,2
1,5-2,8
1,3-2,4
1,1-2,0
3,7-9,00
3,3-8,0
2,9-7,0
2,5-6,0
2,1-5,0
>9,0
>8,0
>7,0
>6,0
>5,0
ПРИМЕР
Определить класс загрязненности воды природного водного объекта,
относящегося к рыбохозяйственной категории водопользования. Общее число
контрольных проб (N) - 20. Средняя концентрация загрязняющих веществ и
число случаев превышения ПДК составляет для:
БПКn - 12,1 мг/л; NПДК – 8; СПАВ - 6,3 мг/л, NПДК – 9; фенол - 0,01 мг/л, NПДК
– 10; нитраты (NO3) – 160 мг/л, NПДК – 12; нитриты (NO3) - 1,2 мг/л, NПДК – 20;
фосфаты - 2,1 мг/л, NПДК – 6; сульфаты – 890 мг/л, NПДК – 20; хлориды – 2100 мг/л,
NПДК - 15.
РЕШЕНИЕ
1. Для каждого 3В определяем баллы кратности (Ki) превышения
фактической средней концентрации к ПДК, число повторяемых случаев
превышения (Hi) и общий оценочный балл (Bi).
БПК
СПАВ
Фенол
Нитраты
Нитриты
Фосфаты
Сульфаты
Хлориды
12,1
= 4,0
3,0
6,3
K=
= 12,6
0,5
0,01
K=
= 10
0,001
K=
K=
160
= 4,0
40
1,2
= 15
0,08
2,1
K=
= 10,5
0,2
K=
890
= 8,9
100
2100
K=
= 7 ,0
300
K=
H=
8
= 0,4
20
B = 4  0,4 = 1,6
H =
9
= 0,45
20
B = 12,6  0,45 = 5,7
10
= 0,5
20
12
H=
= 0,6
20
20
H=
= 1,0
20
B = 10  0,5 = 5,0
6
= 0,3
20
20
H=
=1
20
15
H=
= 0,75
20
B = 10,5  0,3 = 3,15
H=
H=
2. Определяем,
B = 4  0,6 = 2,4
B = 15 1 = 15
B = 8,9
B = 7  0,75 = 5,25
какие 3В относятся к лимитирующим показателям
загрязненности (ЛПЗ), т. е. вещества, для которых В  11. К таким 3В
относятся нитриты (В=15), т.е. в качестве ЛПЗ выступает одно вещество.
64
3. Для остальных 3В находим сумму оценочных баллов, т. е. определяем
комбинаторный индекс загрязненности воды (ИЗВ).
ИЗВ = 1,6 + 5,7 + 5,0 + 2,4 + 3,2 + 8,9 + 5,25 = 32,05 .
4. По таблице 1 определяем класс загрязненности воды, с учетом ИЗВ =
32,05 и одного вещества, относящегося к ЛПВ.
Вывод: Класс загрязненности воды водоема – 5 (водоем очень грязный).
ЗАДАНИЕ
Определить класс загрязненности воды в природном водном объекте.
Исходные данные согласно приложению 1. ПДК для водных объектов
различного назначения в приложениях 2, 3.
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Варианты задач
№
вар.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Наименование
ЗВ
Сф,
мг/л
Nпдк
N
БПК
нефтепродукты
фенол
БПК
нефтепродукты
фенол
нитраты
нитриты
СПАВ
алюминий
нитраты (NO3)
нитриты (NO2)
СПАВ
Фенол
Полифосфаты
СПАВ
Фенол
Фосфаты
Хлориды
Сульфаты
БПК
Хлориды
Сульфаты
БПК
Железо
Цинк
Свинец
Железо
Цинк
Свинец
СПАВ
1,2
2,1
0,005
1,2
2,1
0,005
90
18,3
1,5
2,5
120
1,2
1,5
0,1
12,5
0,45
0,018
2,6
780
1800
35
780
180
3,5
1,5
2,1
0,9
0,35
0,015
0,12
0,85
2
6
3
2
6
3
15
7
15
7
3
5
10
15
5
10
8
9
9
8
5
5
5
2
8
5
3
6
3
2
6
10
10
10
10
10
10
20
10
20
15
15
15
10
20
10
10
10
10
15
15
15
20
20
20
10
10
10
15
15
15
10
Категория
№ Наименование
водного
вар.
ЗВ
объекта
Фтор
к/б
19 Бром
Фосфаты
Нефть
р/х
20 Фенол
БПК
Медь
к/б
21 Цинк
Нефть
Железо
р/х
22 Фторид анион
Фосфаты
Хром(Cr+6)
к/б
23 Кадмий
Свинец
Сульфаты
р/х
24 Хлориды
Фосфаты
СПАВ
к/б
25 Фенол
Хлориды
Железо
р/х
26 нитриты
СПАВ
БПК
к/б
27 Фтор
Фосфат
Кадмий
р/х
28 Свинец
Никель
к/б
29 Железо
65
Сф,
мг/л
Nпдк
N
Категория
водного
объекта
3,6
1,4
7,2
0,08
0,01
8,2
9,8
7,8
5,1
0,12
0,07
0,28
0,15
0,013
0,13
168
430
0,35
1,23
0,017
490
0,12
0,07
0,28
37
0,09
0,36
0,013
0,018
0,23
1,5
6
8
10
10
5
10
13
11
8
3
5
2
8
9
4
5
10
2
10
10
8
3
7
5
4
7
2
7
5
8
2
10
10
10
к/б
15
15
15
р/х
20
15
15
к/б
10
10
10
р/х
10
15
10
к/б
20
20
20
р/х
10
10
10
к/б
10
5
15
р/х
10
10
10
к/б
10
15
10
к/б
20
к/б
12
13
14
15
16
17
18
БПК
Фенол
Медь
Никель
Свинец
Нитраты
Нитриты
Аммиак
Ртуть
Цинк
Нефть
Железо
Фтор
Фосфат
БПК
СПАВ
Нефть
Алюминий
Бром
Железо
Сульфаты
Хлориды
Фосфаты
12,1
0,01
0,015
0,018
0,23
47,8
2,3
4,1
0,00003
0,045
0,85
0,43
1,5
7,2
18,5
6,1
0,65
1,1
0,15
0,45
656
720
0,6
19
6
10
5
8
14
1
8
7
20
18
2
4
2
18
20
23
4
2
5
18
20
10
20
10
10
10
10
р/х
30
15
15
15
к/б
31
20
20
20
р/х
32
5
10
5
к/б
33
25
20
25
р/х
34
10
10
10
к/б
35
20
20
20
р/х
36
Цинк
Свинец
Железо
Цинк
Свинец
СПАВ
БПК
Фенол
Медь
Никель
Свинец
Нитраты
Нитриты
Аммиак
СПАВ
Фенол
Хлориды
Нитраты
Нитриты
Аммиак
Хлориды
Сульфаты
БПК
2,1
0,9
0,35
0,015
0,12
0,85
12,1
0,01
0,015
0,018
0,23
47,8
2,3
4,1
1,23
0,017
490
47,8
2,3
4,1
780
180
3,5
10
11
6
19
6
10
5
8
14
1
8
7
20
18
10
5
8
6
3
2
5
5
2
20
20
10
10
10
р/х
10
5
15
к/б
20
20
20
р/х
5
10
5
к/б
10
10
10
р/х
15
15
15
к/б
20
20
20
р/х
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Перечень предельно допустимых концентраций вредных веществ
для воды водных объектов хозяйственно-питьевого и
культурно-бытового водопользования
N
Вещество
ЛПВ
ПДК
Класс
(мг/л) опасности
N
16
Вещество
1 Алюминий
сан.-токс.
0,5
2
2 Аммиак (по N)
Аммония
3
сульфат (по N)
сан.-токс.
органолепт.
(привкус)
2,0
3
Полифосфаты
(РО)
17 Ртуть
1,0
3
18 Свинец
4 Бром
сан.-токс.
0,2
2
19
5 Железо (по F)
органолепт.
(цвет)
0,3
3
6 Кадмий
сан.-токс.
0,001
общесан.
ЛПВ
ПДК
Класс
(мг/л) опасности
органолепт.
3,5
3
сан.-токс.
0,0005
1
сан.-токс.
0,03
2
органолепт.
(привкус)
500
4
20 Сульфиды
общесан.
отсут.
3
2
21 Фенол
органолепт.
(запах)
0,001
1
3,5
4
22 Хром (Сг+3)
сан.-токс.
0,5
3
сан.-токс.
0,1
органолепт.
9 Медь
1,0
(привкус)
10 Натрий
сан.-токс. 200,0
органолепт.
11 Нефтепродукты
0,3
(пленка)
12 Нитраты (по NO) сан.-токс.
45
13 Нитриты (по NO) сан.-токс.
3,3
2
23 Хром (Сг+6)
сан.-токс.
0,05
3
3
24 Цианид
сан.-токс.
0,035
2
2
25 Цинк
общесан.
1,0
3
4
26 Хлориды
органолепт.
350
4
3
2
27 Фтор
28 БПК
сан.-токс.
общесан.
1,2
6,0
2
-
14 Никель
0,1
3
29 Мышьяк
сан.-токс.
0,05
2
0,1
4
Кальций фосфат
(РО)
8 Кобальт
7
15 ОП- 10 (СПАВ)
сан.-токс.
органолепт.
(пена)
66
Сульфаты (по
SO)
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
Перечень предельно допустимых концентраций вредных веществ
для воды рыбохозяйственных водоемов
N
Вещество
ЛПВ
ПДК мг/л
1
2
Класс
опасн.
N
Вещество
ЛПВ
Класс
опасн.
4
4
15
16
ПДК
мг/л
Алюминий
Аммоний - ион
токсик.
токсик.
0,04
0,5
Сульфат - ион
Сульфит - ион
токсик.
токсик.
100
1,9
4
3
3
4
Аммиак
Железо
токсик.
токсик.
0,05
0,1
4
4
17
18
Фенол
Фторид - анион
рыбохоз.
токсик.
5
Кадмий
токсик.
0,005
2
19
Нитрат- анион, NO3
6
Калий
сан.-токс.
50
2
20
Нитрит – анион,NO2
7
Кальций
сан.-токс.
180
4
21
8
Медь
токсик.
0,00 1
3
22
9
Натрий
сан.-токс.
120
2
23
10
Нефтепродукты
рыбохоз.
0.05
3
24
Хлорид - анион
Хром
(трехвалентный)
Хром
(шестивалентный)
Цианид - анион
11
12
Никель
ОП-10, СПАВ
токсик.
токсик.
3
4
25
26
13
Ртуть
токсик.
1
14
Свинец
токсик.
0,01
0,5
отсутствие
(0,00001)
0,1
2
0,001
0,05
40
сан.-токс.
(9,1 N)
0,08
токсик.
(0,02 N)
сан.-токс.
300
3
3
токсик.
0,07
3
токсик.
0,02
3
токсик.
0,05
3
Цинк
Фосфаты (по Р)
токсик.
сан.-токс.
0,01
0,2
3
3
27
БПК
общесан.
3,0
-
28
мышьяк
токсик.
0,05
3
3
2
4
Практическое задание №17.
Расчёт выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при
неконтролируемом горении нефти и нефтепродуктов.
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.
Неконтролируемые горения имеют место при пожарах в открытом
пространстве, возникающих в результате аварий на нефтебазах,
нефтехимических производствах, трубопроводах, на железнодорожном и
автомобильном транспорте.
Под удельными выбросами в настоящей методике приняты выбросы,
отнесенные к единице массы сгоревших нефти и/или нефтепродуктов. Единицы
измерения удельных выбросов – кг/кг или т/т (табл. 17.1).
Масса выброса (Mi) каждого загрязняющего вещества при неконтролируемом
горении определяется по формуле
M i = qi M c ,
ие
не
фт
епр
од
укт
ов
(17.1)
где i – загрязняющее вещество (CO и др.); qi – удельный выброс, кг/кг или
т/т; Мс – масса сгоревших нефти и/или нефтепродукта, кг или т.
В простейшем случае масса сгоревших нефти и нефтепродуктов (Мс)
определяется как их потеря (Мп) в резервуарах или на участке разрыва
продуктопровода. При этом должно быть четко установлено, что не произошло
поглощения части разбившейся нефти и нефтепродуктов почвой и грунтом.
67
Сажа
Углеводороды
Бензапирен
1,35
1,41
1,48
1,41
0,001
0,001
0,001
0,001
0,0012 1,51·10-2
2,61·10-2
0,0278 6,9·10-3
0,0047 2,61·10-2
20·10-3
24·10-3
28·10-3
24·10-3
60·10-3
50·10-3
30·10-3
50·10-3
6,1·10-8
6,9·10-8
7,6·10-8
6,9·10-8
0,9
1,49
0,001
0,0345 6,9·10-3
30·10-3 20·10-3
7,6·10-8
Оксиды азота
(в пересчёте на
NO2)
Сероводород H2S,
серы (в пересчете
на SO2 )
0,85
0,87
0,87
0,87
Оксид серы SO2
Диоксид углерода,
CO2
Бензин
Керосин
Нефть
Дизельное
топливо
Мазут
Оксид углерода,
CO2
На
им
ено
ван
Таблица 17.1
Удельные выбросы загрязняющих веществ к единице массы сгоревших
нефтепродуктов
Удельный выброс загрязняющего вещества к единице массы
сгоревших нефтепродуктов, кг/кг или т/т
В случае если имело место поглощение нефти и/или нефтепродуктов почвой
(и грунтом), необходимо измерить площадь разлива в квадратных метрах. После
этого взять керны почвы и грунта на глубину проникновения в них нефти и/или
нефтепродуктов и определить среднее содержание нефти и/или нефтепродуктов
в граммах на килограмм.
Суммарное количество поглощенных, но не сгоревших нефти и/или
нефтепродуктов в тоннах подсчитывается по формуле
М погл = Fhc  г ,
(17.2)
где F - площадь почвы и грунта, пропитанного нефтепродуктами, м2;
hглубина, на которую почва и грунт пропитаны нефтью и/или нефтепродуктами,
м; с - средняя концентрация нефти или нефтепродуктов в почве и грунте, г/кг; г
- плотность грунта, кг/м3.
Сгоревшая масса определяется как разность потерянных и поглощенных
почвой нефти и/или нефтепродуктов:
Мс=Мп-Мпогл .
(17.3)
Сгоревшая масса нефти и нефтепродуктов Мс, потерянная в известном
количестве в результате разлива на водной поверхности, определяется как
разность потерянных Мп и несгоревших Мн нефти и/или нефтепродуктов в
тоннах:
68
Мс=Мп-Мн .
(17.4)
Масса несгоревшей нефти определяется с учетом площади разлива, толщины
несгоревшего слоя и плотности:
Мн=Fh1н,
(17.5)
2
где F - площадь, занимаемая разлитыми нефтью и/или нефтепродуктом, м ; h1, толщина слоя несгоревших нефти и/или нефтепродуктов, мм; н - плотность
нефти и/или нефтепродуктов, кг/м3.
При горении на водной подстилающей поверхности по окончании горения
нефти и/или тяжелых нефтепродуктов остается слой толщиной 2 мм.
В случае, когда потери нефти и/или нефтепродуктов неизвестны, сгоревшая
масса в тоннах определяется по скорости выгорания слоя нефти и/или
нефтепродуктов и площади пожара, с поправкой на скорость ветра:
Мс=0,06UFнtW/ 3,
(17.6)
3
где н - плотность нефти и/или нефтепродуктов, кг/м ; U- нормальная скорость
горения м/с; F – площадь пожара, м2; t – продолжительность пожара, мин.; W –
скорость ветра, м/с; средняя скорость ветра - 3 м/с.
Значения скорости выгорания (U) и плотности (н) зависят от вида нефти
и/или нефтепродукта и представлены в табл. 17.2.
Таблица 17.2
Скорость выгорания и плотность нефтепродуктов
Нефтепродукты
Скорость выгорания,
Плотность топлива,
5
10 м/с
кг/м3
Бензин
6,5
560-800 (680)
Керосин
6,1
650-920 (780)
Мазут
3,7
890-1000 (950)
Нефть
2,7
730-1040 (880)
Дизельное топливо
6,1
650-920 (780)
2. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.
1. Определить согласно варианту из таблицы 17.3 массу выброса (Mi)
каждого загрязняющего вещества при неконтролируемом горении, используя
формулу (17.1) и таблицу 17.1.
2. Определить массу несгоревших нефти и/или нефтепродуктов для случая
согласно варианту:
2.1. Для случая, когда если имело место поглощение нефти и/или
нефтепродуктов почвой (и грунтом), необходимо определить количество
поглощенной, но не сгоревших нефти и/или нефтепродуктов Mпогл, используя
формулу (17.2)
2.2. Для случая разлива по водной поверхности определить массу
несгоревшей нефти Mн, используя формулу (17.5).
3. Определить сгоревшую массу в тоннах для случая, когда потери нефти
и/или нефтепродуктов неизвестны по формуле (17.6).
69
Таблица 17.3
Задание.
Вар
иан
т
Нефтепро
дукты
Масса
сгорев
ших
нефти
и/или
нефтеп
родукт
а,
Мс, т.
Слу
чай
из
п.2
Площадь
почвы и
грунта/
площадь,
занимаем
ая
разлитым
и нефтью
и/или
нефтепро
дуктом, F
м2
Глубина,
на
которую
почва и
грунт
пропитан
ы нефтью
и/или
нефтепро
дуктами,
h, м.
Плотн
ость
грунта
𝜌,
кг/м3
Толщина
слоя
несгоревш
их нефти
и/или
нефтепрод
уктов, h1,
мм.
t
–
продол
житель
ность
пожара
, мин.
1
2
3
4
Бензин
Керосин
Нефть
Дизельно
е топливо
Мазут
Бензин
Керосин
Нефть
Дизельно
е топливо
Мазут
50
55
40
30
2.1
2.2
2.1
2.2
100
80
90
50
0,6
0,5
-
500
3,2
4
10
30
25
15
W–
ско
рос
ть
вет
ра,
м/с;
сре
дня
я
ско
рос
ть
3
5
6
4
22
30
15
80
60
2.1
2.2
2.1
2.2
2.1
40
30
150
200
350
0,35
0,75
0,2
950
1000
5,1
3,5
-
45
60
45
55
25
3
5
3
4
6
44
2.2
60
-
850
3,5
15
3
5
6
7
8
9
0
1200
800
Практическое задание №18
Оценка исчерпаемости природного ресурса.
Если известен уровень добычи ресурса в текущем году и потребление
данного ресурса в последующие годы будет возрастать с заданной скоростью
прироста ежегодного потребления, то возможно оценить срок исчерпания
данного природного ресурса. Для расчета используется сумма членов ряда
геометрической прогрессии:
𝑞((1 + 𝑇𝑃⁄100)𝑡 − 1)
𝑄=
,
(18.1)
𝑇𝑃⁄100
Где Q – запас ресурсов; q – годовая добыча ресурса; TP – прирост
потребления ресурса; t – число лет.
Логарифмирование выражения для Q дает следующую формулу для расчета
срока исчерпания ресурса:
ln (
𝑡=
𝑄∙𝑇𝑃
𝑞∙100
+ 1)
ln(1 + 𝑇𝑃⁄100)
,
(18.2)
Таким образом можно прогнозировать темпы исчерпания природных
ресурсов.
70
Задание.
Рассчитайте время исчерпания приведенных в таблице ресурса. Сделайте
вывод о последовательности прекращения добычи ресурсов. Назовите меры,
которые, по вашему мнению, помогут в решении проблемы истощения
важнейших энергоресурсов.
Вариант
1
2
3
4
5
6
7
8
Ресурс
Нефть Уголь Газ Уран Медь Серебро Никель Цинк
Разведанные 310
1280 110 0,0033 0,34 0,00028 0,046
0,19
запасы
природного
ресурса Q,
млр. т
Добыча
3918 5000 1775 0,039
12
0,016
1,1
0,8
ресурса q,
млн. т/ год
Прирост
2
4,5
4
2
3,5
3
1,5
2
объема
потребления
ресурса, ТР
% в год
Практическое задание №19.
Расчет выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от котельной.
1. ЦЕЛЬ ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ.
При сжигании углеводородного топлива в котельной за год выбрасывается
пять загрязняющих веществ: SO2, CO, NO, NO2 и золы. Котельная работает без
аварий в течении отопительного сезона и расположена в жилой зоне.
Рассчитайте:
1. Максимально допустимую концентрацию загрязняющих веществ вблизи
устья трубы Cм.
2. Сделайте вывод о соответствии качества воздуха нормативам и о
возможности установления нормативов допустимых выбросов в атмосферу.
3. Укажите мероприятия, которые позволят достигнуть нормативов ПДВ.
Исходные данные для расчета приведены в табл. 19.2, 19.3, 19.4.
4. Определите валовый и максимально разовый выбросы загрязняющих
веществ, поступающих в атмосферу. Исходные данные приведены в табл. 19.5
5. Сделать вывод.
71
2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.
Методика, принятая Государственным комитетом по охране окружающей
среды [Методика определения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу
при сжигании топлива в котлах производительностью менее 30 тонн пара в
час или менее 20 Гкал в час. М., 1999], предназначена для определения
выбросов в атмосферный воздух загрязняющих веществ с дымовыми газами
котлоагрегатов паропроизводительностью до 30 т/ч и водогрейных котлов
мощностью до 25 МВт (20 Гкал/ч) по данным периодических измерений их
концентраций в дымовых газах или расчетным путем при сжигании твердого,
жидкого и газообразного топлива.
Методика применяется с 1 января 2000 г.:
− для составления статистической отчетности по форме 2-ТП (воздух);
− установления предельно допустимых и временно согласованных
выбросов;
− планирования работ по снижению выбросов;
− контроля выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух.
3. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ.
Расчет выбросов оксидов азота
Валовый (т/год) и максимально разовый (г/с) выбросы оксидов азота NOx в
пересчете на NO2𝑀𝑁𝑂𝑥 , выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами,
определяются по формуле
M NOx = Bp Qir K rNO2 k t  (1 − г )(1 − б ) k n ,
(19.1)
где Вр - расчетный расход топлива, нм3/с (тыс. нм3/год); при работе котла в
соответствии с режимной картой с достаточной степенью точности может быть
принято Вр = В (В - фактический расход топлива на котел); Qr - низшая теплота
сгорания топлива, МДж/нм3; К 𝑟𝑁𝑂2 - удельный выброс оксидов азота при
сжигании газа, г/МДж, для паровых котлов
К 𝑟𝑁𝑂2 = 0,01√𝐷,
(19.2)
где D - фактическая паропроизводительность котла, т/ч, для водогрейных
котлов;
К 𝑟𝑁𝑂2 = 0,0113√𝑄𝑇 + 0,03,
(19.3)
где Qm - фактическая тепловая мощность котла по введенному в топку теплу,
МВт, определяемая по формуле
𝑄𝑇 = 𝐵𝑝 𝑄𝑟 ,
(19.4)
βk - безразмерный коэффициент, учитывающий принципиальную
конструкцию горелки: для всех дутьевых горелок напорного типа (т. е. при
наличии дутьевого вентилятора на котле) принимается (βk = 1,0, для горелок
инжекционного типа принимается βk = 1,6, для горелок двухступенчатого
сжигания (ГДС) βk = 0,7; βt - безразмерный коэффициент, учитывающий
температуру воздуха, подаваемого для горения
𝛽𝑡 = 1 + 0,002(𝑡гв − 30)
(19.5)
72
где tгв - температура горячего воздуха, °С; βα - безразмерный коэффициент,
учитывающий влияние избытка воздуха на образование оксидов азота, в общем
случае значение βα = 1,225, при работе котла в соответствии с режимной картой
βα = 1; для котлов с напорными (дутьевыми) горелками или горелками ГДС, при
наличии результатов испытаний котла с измерением O2 и СО, для более точного
учета избытка воздуха используется формула
2


5
5
 = H = 1 − 0,1 O2 −  − 0,3  O2 − 
Q
Q


(19.6)
где O2 - концентрация кислорода в дымовых газах за котлом, %; Q относительная тепловая нагрузка котла, равная отношению Q = Qф / Qн или
Q = Dф / Dн , где (Qф, Dф, Qн и Dн - соответственно фактические и номинальные
тепловая нагрузка и паропроизводительность котла, МВт, т/ч, для котлов с
инжекционными горелками влияние избытка воздуха учитывается
коэффициентом 𝛽𝛼и :
 = H = 0,577 ST" ,
(19.7)
где 𝑆𝑇" - разрежение в топке, кгс/м2 (мм вод. ст.); βr- безразмерный
коэффициент, учитывающий влияние рециркуляции дымовых газов через
горелки на образование оксидов азота, при подаче газов рециркуляции в смеси с
воздухом;
𝛽𝑟 = 0,16√𝑟,
(19.8)
где r - степень рециркуляции дымовых газов, %; βδ - безразмерный
коэффициент, учитывающий ступенчатый ввод воздуха в топочную камеру:
𝛽𝛿 = 0,022𝛿,
(19.9)
где δ - доля воздуха, подаваемого в промежуточную зону факела (в процентах
от общего количества организованного воздуха); kп - коэффициент пересчета:
при определении выбросов в граммах в секунду kп= 1; при определении
выбросов в тоннах в год kп = 10-3.
При определении максимальных выбросов оксидов азота в граммах в секунду
по формуле (3.24) значения входящих в формулу величин определяются при
максимальной тепловой мощности котла.
При определении валовых выбросов оксидов азота за год значения входящих
в формулу (3.24) величин определяются по средней за рассматриваемый
промежуток времени нагрузке котла.
Расчет выбросов окиси углерода
Валовый (т/год) и максимально разовый (г/с) выбросы оксида углерода MCO
вычисляется по формуле:
 q 
M CO = 10−3 CCO B 1 − мех  ,
 100 
(19.10)
где В - расход топлива, г/с (т/год); СCO - выход оксида углерода при сжигании
топлива, г/кг (г/нм3) или кг/т (кг/тыс. нм3). Определяется по формуле:
73
CCO = q хим RQir ,
(19.11)
где qхим - потери тепла вследствие химической неполноты сгорания топлива,
%; R - коэффициент, учитывающий долю потери тепла вследствие химической
неполноты сгорания топлива, обусловленную наличием в продуктах неполного
сгорания оксида углерода; принимается для
твердого топлива
1,0
мазута
0,65
газа
0,5
𝑄𝑖𝑟 - низшая теплота сгорания натурального топлива, МДж/кг (МДж/нм3); qмех
- потери тепла вследствие механической неполноты сгорания топлива, %.
Значения qхим, qмех принимают по эксплуатационным данным или по
нормативам.
Расчет выбросов оксидов серы
Валовый (т/год) и максимально разовый (г/с) выбросы оксидов серы SO2 и
SO3 (в пересчете на SO2) 𝑀𝑆𝑂2 , выбрасываемых атмосферу с дымовыми газами,
вычисляют по формуле:
(
)(
)
'
"
M SO2 = 0, 02 BS r 1 −  SO
1 −  SO
,
2
2
(19.12)
где В - расход натурального топлива за рассматриваемый период, г/с (т/год);
'
Sr - содержание серы в топливе на рабо
η"чую массу, %; SO2 - доля оксидов серы,
SO2
связываемых летучей золой в котле;
- доля оксидов серы, улавливаемых в
мокром золоуловителе попутно с улавливанием твердых частиц.
'
Ориентировочные значения SO2 при сжигании различных видов топлива
составляют:
Таблица 19.1
'
SO
Топливо
2
торф
сланцы эстонские и ленинградские
сланцы других месторождений
экибастузский уголь
березовские угли Канско-Ачинского бассейна
для топок с твердым шлакоудалением
для топок с жидким шлакоудалением
другие угли Канско-Ачинского бассейна
для топок с твердым шлакоудалением
для топок с жидким шлакоудалением
угли других месторождений
мазут
газ
74
0,15
0,8
0,5
0,02
0,5
0,2
0,2
0,05
0,1
0,02
0
"
Доля оксидов серы ( ηSO
), улавливаемых в сухих золоуловителях,
2
принимается равной нулю. В мокрых золоуловителях эта доля зависит от общей
щелочности орошающей воды и от приведенной сернистости топлива Sпр:
Sr
S = r.
Qi
пр
(19.13)
При характерных для эксплуатации удельных расходах воды на орошение
"
золоуловителей 0,1-0,15 дм3/нм3 ηSO
определяется по рис. 19.1.
2
Рис. 19.1. Степень улавливания оксидов серы в мокрых золоуловителях в зависимости от
приведенной сернистости топлива и щелочности орошающей воды, мг-экв.дм3:
1-10, 2-5, 3-0
При наличии в топливе сероводорода к значению содержания серы на
рабочую массу Sr в формуле (3.35) прибавляется величина
∆𝑆 𝑟 = 0,94𝐻2 𝑆,
(19.14)
Где 𝐻2 𝑆 – содержание на рабочую массу сероводорода в топливе, %.
Расчет выбросов твердых частиц
Валовый (т/год) и максимально разовый (г/с) выбросы твердых частиц
(летучей золы и несгоревшего топлива) Mтв, поступающих в атмосферу с
дымовыми газами котлов, вычисляют по одной из двух формул:
75
Mтв = B
A
 ун (1 − оч ) ,
100 − Г ун
(19.15)
или

Qr 
оч
M тв = 0, 01B   ун A + qмех
 (1 −  ) ,
32, 68 

(19.16)
где B – расход натурального топлива, г/с (т/год); A – зольность топлива на
рабочую массу, %; αун – доля золы, уносимой газами из котла (доля золы топлива
в уносе); оч – доля твердых частиц, улавливаемых в золоуловителях; Гун –
содержание горючих в уносе, %; qмех – потери тепла от механической неполноты
сгорания топлива, %; Qr – низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг; 32,68 –
теплота сгорания углерода, МДж/кг.
Количество летучей золы (Mз), г/с (т/год), входящее в суммарное количество
тверды частиц, уносимых в атмосферу, вычисляют по формуле:
M з = 0, 01B ун A r (1 −  оч ) .
(19.17)
Количество коксовых остатков при сжигании твердого топлива и сажи при
сжигании мазута (Mк), г/с (т/год), образуется в топке в результате механического
недожога топлива и выбрасываемых в атмосферу, определяют по формуле
𝑀к = 𝑀тв − 𝑀з .
(19.18)
Практическое задание №20.
Оценка качества атмосферного воздуха.
Основным критерием качества атмосферного воздуха являются нормативы
предельно допустимых концентраций (ПДК).
ПДК — максимальная концентрация примеси в атмосфере, отнесенная к
определенному времени осреднения, которая при периодическом воздействии
или на протяжении всей жизни человека не оказывает на него вредного влияния,
включая отдаленные последствия.
В нашей стране действуют:
ПДКм.р. – максимально разовая ПДК 20-30-минутного осреднения,
ПДКс.с. – среднесуточная ПДК длительного осреднения.
При одновременном присутствии нескольких загрязняющих веществ (ЗВ),
обладающих эффектом суммации (аддитивным действием), их безразмерная
концентрация X не должна превышать 1.
n
Ci
 1.
i =1 ПДК i
X =
(20.1)
Оценка качества атмосферного воздуха основана на сравнении фактически
измеренной концентрации с ПДК.
Чем больше кратность превышения ПДК, тем хуже качество воздуха.
76
Чем выше безразмерный показатель X для веществ с аддитивным
действием, тем хуже качество воздуха.
На практике в воздухе имеется, как правило, несколько загрязняющих
веществ, поэтому для оценки качества воздуха применяется комплексный
показатель — индекс загрязнения атмосферы (ИЗА), который равен сумме
нормированных по ПДК и приведенных к концентрации диоксида серы средних
содержаний ЗВ.
Для одного вещества:
К
 c

 ,
I = 
ПДК
с.с. 

(20.2)
где c – средняя за год концентрация, мг/м3;
ПДКс.с. – среднесуточная ПДК ЗВ, мг/м3, в случае отсутствия ПДКс.с. вместо
нее принимается ПДКм.р. или ОБУВ;
Значение параметра К равно:
1,7 — 1 класс опасности
1,3 — 2 класс опасности
1,0 — 3 класс опасности
0,9 — 4 класс опасности
Для нескольких веществ:
Кi
 ci

 .
I =  I i =  
i
i  ПДК с . с . 
n
n
(20.3)
На практике для сравнения качества атмосферного воздуха разных городов
используются данные по первым пяти веществам в ряду по степени убывания
показателя Ii.
ПРИМЕР 1.1
В городе А концентрации контролируемых ЗВ (мг/м3) равны: N02 - 0,1; S02 0,03; СО - 3; ТВЧ - 0,2; H2S - 0,01; аммиак - 0,1; керосин - 1,0.
В городе В: NO2 - 0,09; S02 - 0,05; СО - 1,0; ТВЧ - 0,05; стирол - 0,01;
полиэтилен - 0,03; ксилол - 0,3.
Сравните качество атмосферного воздуха в городах.
РЕШЕНИЕ
Находим Ii для веществ:
Город А:
 0,1 
NO2 : 

 0,04 
1, 3
1
= 3,3;
77
 0,03 
SO2 : 
 = 0,6;
 0,05 
 3
CO :  
 3
0,9
= 1;
1
 0,2 
ТВЧ : 
 = 1,33;
 0,15 
 0,01 
H2S : 

 0,008 
1, 3
 0,1 
NH 3 : 

 0,04 
= 1,3;
0, 9
 1,0 
керосин :  
 1,2 
= 2,3;
0,9
= 0,85;
Находим комплексный ИЗА для города А по 5 веществам:
5
I =  I i = 3,3 + 2 + 2,3 + 1,3 + 1 = 9,9
i
Город В:
1
 0,05 
ТВЧ : 
 = 0,33;
 0,15 
 0,09 
NO2 : 

 0,04 
1
1,3
 0,05 
SO2 : 
 = 1;
 0,05 
= 2,87;
 0,01 
стирол : 

 0,002 
1,3
 0,03 
полиэтилен : 

 0,01 
= 8,1;
1
CO :  
3
1, 3
0,9
= 0,37;
1
 0,3 
ксилол : 
 = 1,5;
 0,2 
= 4,2;
5
I =  I i = 2,87 + 8,1 + 4,2 + 1,5 + 1 = 17,67
i
Вывод: воздух города В загрязнен в большей степени, чем в городе А, в
17,67:9,9 = 1,8 раза.
ЗАДАНИЕ 1.1
Сравните качество атмосферного воздуха в городах. Исходные данные по
вариантам в таблица 20.1.
Гигиенические нормативы ГН 2.1.6.1338-03 «Предельно допустимые
концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе
населенных мест» можно найти по ссылке:
http://stroyoffis.ru/gn_gigienicesk/gn_2_1_6_1338_03/gn_2_1_6_1338_03.php
Сокращенный вариант в таблице 20.3.
Классификация состояния загрязнения атмосферного воздуха
Классы экологического состояния атмосферы определяют по 4-балльной
шкале, где класс нормы соответствует уровню загрязнения ниже среднего по
стране, класс риска — равен среднему уровню, класс кризиса — выше среднего
уровня, класс бедствия — значительно выше среднего уровня. Ранжирование
экологического состояния атмосферы по классам осуществляется через расчет
комплексного индекса загрязнения атмосферы.
Класс экологического состояния
атмосферы
Норма
Риск
Кризис
Бедствие
78
I
<5
5-8
8-15
>15
ПРИМЕР 1.2
К какому классу относится экологическое состояние атмосферы в г. Кирове,
если по данным мониторинга среднегодовые концентрации ЗВ за 2005 г. равны
(мг/м3):
бенз(а)пирен - 2,9; N02 - 0,03; СО - 1,0; ТВЧ - 0,1; формальдегид - 0,005
РЕШЕНИЕ
1. Находим комплексный индекс загрязнения атмосферы для каждого из
веществ.
1, 3
1, 7
 2,9 
I бенз(а)пирен = 

 1,0 
= 6,11;
 0,03 
I NO2 = 

 0,04 
= 0,7;
 1,0 
I CO = 

 3,0 
0, 9
= 0,37;
1, 3
1
 0,005 
I формальдегид = 

 0,003 
 0,1 
I ТВЧ = 
 = 0,67;
 0,15 
= 1,94;
2. Находим суммарный индекс загрязнения атмосферы по 5 веществам и
определяем класс экологического состояния атмосферы.
Ii = 6,11+0,7+0,37+0,67+1,94= 9,79 > 8 – Кризис
ЗАДАНИЕ 1.2
Найти класс экологического состояния атмосферы.
Исходные данные по вариантам в Таблице 20.2.
Таблица 20.1
Варианты задач
Среднегодовая концентрация 3В, мг/м3
№
Город А
Город В
2
вар. N02 S02 ТВ
NO S02 ТВ
Ч
Ч
V2O5 0,004; MnO2 0,001;
Оксид Fe 0,1; пыль зерновая 0,5;
1 0,1 0,02 0,1 пропилен-2,0; FeO 0,02
0,03 0,05 0,3 Стирол 0,005
4
Кислота азот. 0,2; Сr6+
Пыль абразивная 0,1;
0,1 Сажа 0;06; Толуол 0,3
0,06 0,1; 0,15
0,007
Тетраэтилсвинец 210 -6 , СО 5,2
Пропилен 3,0; Hg 0,0005;
HNO3 0,35; фурфурол 0,06;
0,04 0,07 0,2
0,02 0,1; 0,32
Скипидар 1,6
Пыль бум. 0,3
Фурфурол 1,3; Скипидар 1,3
Hg 0,0007; Ацетон 0,8; Зола сланц.
0,07 0,08 0,7 Сажа 0,15
0,11 0,03 0,1 0,08
5
0,03 0,12
6
Толуол 1,8; ТЭС 4  10-6
0,04 0,05 0,15 H S 0,01
2
2
3
0,15 0,07
Ксилол 0,35; Оксид железа
1,2 0,06 Бутилацетат 0,27
0,1
0,1
Кислота уксусн. 0,1; Стирол 0,003;
0,1 Пропилен 3,0
H2SO4 0,17; Фурфурол 0,08; Толуол
0,02 0,07 0,1 1,3
79
Стирол 0,005; Пыль мех.
0,15 0,03 0,05; Оксид меди 0,003
7
0,1
8
0,13 0,01
9
0,18 0,02 0,18 0,003; Фурфурол 0,03
10
0,09
11
0,04 0,07
12
0,09
13
0,05 0,12
ТЭС 4,7 10 -6; Пропилен
0,1 1,0; Кислота уксусная 0,05
Бутилацетат 0,22; МпО2
Стирол 0,005; Сажа 0,04;
0,21 0,1 HNO3 0,2
Hg 0,0005; Кислота уксусн.
0,22 0,09; Аммиак 0,25
Стирол 0,007; Hg 0,0004;
0,11 Зола сланц. 0,15
16
17
0,13
15
Фенол 0,1; Сажа 0,07;
0,04 0,17 0,4 Пыль зерновая 0,07
Скипидар 1,2; Сажа 0,12;
0,15 0,08 0,05 Метилмеркаптан 20  10-6
Тетраэтилсвинец 3 10-6; Свинец 0,0007
0,11 0,06 0,1 Пыль бум. 0,3
Фенол 0,009; H2SO4 0,08; Бензин
0,07 0,1 0,3 малосерн. 1,2
Скипидар 2,7; Пропилен 0,9;
Зола сланц. 0,23; Фенол 0,01; HNO3
0,03 0,17 Метилмеркаптан 7 . 10 - 6
0,02 0,3 0,12 0,12
Фурфурол 0,05; СО 5,2;
0,12 0,08 Сr 6+ 0,002
Окись меди 0,004; NH3 0,12
0,03 0,1 0,32 Тетраэтилсвинец 5,2  10 -6
H2S 0,018; Сr 0,002;
0,06 0,03 0,4 Пропилен 2,0
14
Аммиак 0,12; Ацетон 0,3; Пыль
0,03 0,1 0,12 зерна 0,05
0,1
Стирол 0,003; Толуол 0,25;
0,2 0,17 Скипидар 0,8
Окись меди 0,005; Пропилен 6,5;
0,03 0,24 0,27 Бутил ацетат 0,12
Фенол 0,006; Сажа 0,03; Ксилол 0,65
0,06 0,13 0,1
V2O5 0,06; Пыль древесн. 0,15; СО 5,2
0,07 0,2 0,2
Толуол 0,25; Кислота уксусн. 0,2;
0,04 0,03 0,1 Бутилацетат 0,35
Сажа 0,12; Оксид меди 0,003; Зола
0,05 0,15 0,11 мазутная 0,0001
Сероводород 0,006; Кислота уксусная
Серная кислота 0,13;
0,13 Пропилен 5,2; Фурфурол
0,08 0,08 0,17 0,1;Сажа 0,08
0,05
Кислота азотная 0,32; Оксид
Хром 6+ 0,002; Кислота серная 0,17;
19 0,09 0,09 0,09 марганца 0,0012; Аммиак
0,1 0,03 0,08 Пыль древесная 0,2
0,03
Ртуть 0,0007; Ацетон 0,48;
Свинец 0,0007; Фенол 0,005;
20 0,07 0,03 0,18 Ксилол 0,36
0,11 0,11 0,05 Бутилацетат 0,17
18
0,03 0,07
Фенол 0,002; Скипидар 0,8;
Зола мазутная 0,0045; Бутилацетат
21 0,12 0,06 0,27 Оксид меди 0,003
0,06 0,11 0,18 0,08; Марганец 0,017
Пропилен 0,7; Пятиокись
22 0,08 0,13 0,35 ванадия 0,007; Кислота
укс.0,1
Хром 6+ 0,002; Кислота азотная 0,18;
0,14 0,08 0,1 Сажа 0,15
Стирол 0,004; Аммиак 0,03;
Свинец 0,001; Скипидар 0,7; Кислота
23 0,17 0,03 0,12 Ксилол 0,7
0,07 0,1 0,18 серная 0, 17
Марганец 0,0017; Скипидар
Фенол 0,1; Ксилол 0,35; Бензин
24 0,15 0,12 0,2 1,3; Сажа 0,04
0,1 0,15 0,3 малосерн. 1,2
Ртуть 0,0005; Толуол 1,3;
25 0,07 0,03 1,2 Фурфурол 0,06
Пыль мех. 0,05; Ацетон 0,8; Кислота
0,11 0,02 0,05 уксусная 0,2
80
Таблица 20.2
Варианты задач
Среднегодовая кон центрация С, мг/м3
№
+6
H2S04 HNO3 МпО2 Ацетон
вар. S02 NO2 ТВЧ Hg Фенол H2S Фурф. Сг
==1,3
1,7
1,3
Кi=1 Кi=1,3 Кi.=1 Кi =1,7 Кi =1,3 Кi=1,3 Кi= 1 Ki=l,7 Ki= l,3 Кi= 1,3 Кi= 1,3 Кi = 0,9
1 0,08 0,2
0,15 0,0005
0,2
0,003
0,45
2
0,1 0,19 0,16
0,008
0,0025
0,15
3 0,03 0,08 0,17
0,008
0,13
0,40
4 0,04 0,17 0,18 0,0007
0,0035
0,2
5 0,05 0,16 0,19
0,14
0,08
0,002
6 0,06 0,15 0,20
0,015
0,25
7 0,09 0,14 0,21
0,011
0,1
0,35
8 0,1 0,13 0,22
0,021
0,005
0,12
9 0,11 0,12 0,13 0,001
0,3
0,004
10 0,12 0,11 0,11
0,09
0,3
0,2
11 0,13 0,10 0,09
0,01
0,003
0,30
12 0,14 0,09
0,1
0,013
0,004
13 0,05 0,08 0,08 0,0002
0,08
0,25
14 0,06 0,07 0,22
0,023
0,15
0,25
15 0,17 0,06 0,25
0,005
0,5
16 0,08 0,05 0,21
0,10 0,001
0,001
17 0,19 0,04 0,05
0,009
0,1
0,38
18 0,08 0,03 0,20 0,0004
0,013
0,22
19 0,09 0,07 0,11
0,11 0,002
0,007
20 0,10 0,08 0,08
0,012
0,13
0,28
21 0,11 0,05 0,18 0,0008
0,05
0,006
22 0,12 0,06 0,21
0,006
0,004 0,05
23 0,07 0,08 0,10
0,004
0,1
0,15
24 0,06 0,12 0,17 0,0005
0,009
0,002
25 0,10 0,03 0,10
0,1 0,003
0,1
0,1
Таблица 20.3
ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫЕ КОНЦЕНТРАЦИИ (ПДК) ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ
ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ
№
п/п
Наименование вещества
Формула
1
2
4
HNO3
NO2
NH3
1. Азотная кислота
2. Азота оксид
3. Аммиак
Бензин (нефтяной, малосернистый) /в пересчете на
4. углерод/
5. Бенз(а)пирен
6. Бутилацетат
7. диВанадий пентоксид (пыль)
8. Дигидросульфид (сероводород)
C6H12O2
V2O5
H2S
81
Величина ПДК (мг/м3)
Класс
максимальсредне- ОБУВ опасная
ности
суточная
разовая
5
6
7
8
0,4
0,15
2
0,04
2
0,2
0,04
4
5
1,5
4
0,1
0,008
1
0,002
-
1
4
1
2
№
п/п
Наименование вещества
1
2
9. Диметилбензол (ксилол)
10. диЖелезо триоксид, железо оскид/в пересчете на железо/
11. Зола сланцевая
Величина ПДК (мг/м3)
Класс
максимальФормула
средне- ОБУВ опасная
ности
суточная
разовая
4
5
6
7
8
C8H10
0,2
3
Fe2O3, FeO
0,04
3
0,3
0,1
3
Мазутная зола теплоэлектростанций /в пересчете на
12. ванадий/
-
0,002
2
0,01
0,001
2
CuO
CH4S
C7H8
0,0001
0,6
C3H6O
C3H6
0,35
3
0,5
0,002
0,01
0,15
2
4
3
2
4
3
3
3
3
Марганец и его соединения /в пересчете на марганец (IV)
13. оксид/
14. Медь оксид /в пересчете на медь/
15. Метантиол (метилмеркаптан)
16. Метилбензол (толуол)
17. Полиэтилен
18. Пропан-2-он (ацетон)
19. Пропен (пропилен)
20. Пыль зерновая /по массе/
21. Пыль древесная
22. Пыль меховая (шерстяная, пуховая)
0,1
0,03
Пыль бумажная (с примесью диоксида кремния менее 2
23. %)
24. Пыль абразивная
25. Ртуть
6
Hg
Свинец и его неорганические соединения /в пересчете на
26. свинец/
27. Серная кислота /по молекуле H2SO4
28. Серы оксид
29. Скипидар (в пересчете на углерод)
30. Тетраэтилсвинец
31. ТВЧ
32. Углерод (сажа)
33. Углерод оксид
34. Фенолы сланцевые
35. Формальдегид
36. Фуран-2-альдегид (фурфурол)
37. Хром /в пересчете на хрома (VI) оксид/
38. Этановая кислота (кислота уксусная)
39. Этенилбензол (стирол)
82
H2O4S
SO2
C8H20Pb
-
0,05
0,0003
3
1
0,001
0,0003
1
0,3
0,1
0,05
1,0
0,00004
0,15
0,05
3
0,003
0,04
0,0015
0,06
0,002
2
3
4
1
3
3
4
3
2
3
1
3
2
2,0
0,0001
C
CO
0,15
5
0,007
C5H4O2
0,08
0,2
0,04
C2H4O2
C8H8
3
Список литературы.
1. Акимова Т.А. Экология. Человек — Биота — Среда [Электронный ресурс] :
учебник для студентов вузов / Т.А. Акимова, В.В. Хаскин. — Электрон.
текстовые данные. — М. : ЮНИТИ-ДАНА, 2015. — 495 c. — 978-5-238-012049. — Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/52051.html - ЭБС «IPRbooks»
2. Дроздов В.В. Общая экология [Электронный ресурс] : учебное пособие / В.В.
Дроздов. — Электрон. текстовые данные. — СПб. : Российский
государственный гидрометеорологический университет, 2011. — 410 c. — 9785-86813-295-7. — Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/17949.html
3. Пономарева И.Н. Экология [Электронный ресурс] : наука и образование / И.Н.
Пономарева. — Электрон. текстовые данные. — СПб. : Российский
государственный педагогический университет им. А.И. Герцена, 2016. — 361 c.
— 978-5-8064-2220-1. — Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/51700.html
4.
33
5. Тулякова О.В. Экология [Электронный ресурс] : учебное пособие / О.В.
Тулякова. — Электрон. текстовые данные. — Саратов: Вузовское образование,
2014.
—
181
c.
—
2227-8397.
—
Режим
доступа:
http://www.iprbookshop.ru/21904.html
6. Пухлянко В.П. Экология человека [Электронный ресурс] : учебное пособие /В.П.
Пухлянко. — Электрон. текстовые данные. — М. : Российский университет
дружбы народов, 2013. — 92 c. — 978-5-209-05114-5. — Режим доступа:
http://www.iprbookshop.ru/22229.html
7. Стадницкий Г.В. Экология, - Санкт- Петербург: Химииздат, 2007
8. Степановских А.С. Общая экология [Электронный ресурс] : учебник для вузов /
А.С. Степановских. — Электрон. текстовые данные. — М. : ЮНИТИ-ДАНА,
2012.
—
687
c.
—
5-238-00854-6.
—
Режим
доступа:
http://www.iprbookshop.ru/8105.html
83
Редактор А.Д. Матлахова
Технический редактор, компьютерная верстка А.А. Агешкин
Обложка С.С. Сизиумовой
Для создания электронного издания использовано:
Приложение pdf2swf из ПО Swftools, ПО IPRbooks Reader,
разработанное на основе Adobe Air
Подписано к использованию 20.09.2019. Объем данных 7 Мб.
Издание представлено в электронно-библиотечных системах
IPR BOOKS (www.iprbookshop.ru),
Библиокомплектатор (www.bibliocomplectator.ru)
Бесплатный звонок по России: 8-800-555-22-35
Тел.: 8 (8452) 24-77-97, 8 (8452) 24-77-96
Отдел продаж и внедрения ЭБС:
доб. 206, 213, 144, 145
E-mail: sales@iprmedia.ru
Отдел комплектования ЭБС:
доб. 224, 227, 208
E-mail: mail@iprbookshop.ru
По вопросам приобретения издания обращаться:
доб. 208, 201, 222, 224
E-mail: izdat@iprmedia.ru, author@iprmedia.ru