Методические указания по выполнению задания и анализу результатов расчета

ВВЕДЕНИЕ

Интенсивное и непрекращающееся загрязнение атмосферы, гидросферы и литосферы во всем мире и другие антропогенные воздействия на биосферу способствуют развитию глобального экологического кризиса. Симптомами его являются рост заболеваемости людей, сокращение продолжительности жизни населения, появление многочисленных зон экологического бедствия (например, зона Арала, Чернобыльская зона и др.) и беженцев из них, уничтожение растительного и животного юра вокруг индустриальных территорий и т.д. В России 25% всей заболеваемости населения и врожденных дефектов у трети родившихся детей вызваны состоянием окружающей среды ("Зеленый мир", № 21, 1994). Неблагоприятное экологическое состояние наблюдается и в г. Твери (детально см. сборник научных трудов ТвеГУ "Экологическое состояние города Твери", 1994).

Все это тревожит население Земли, в том числе и россиян. Техническим специалистам энергетики, промышленности, строительства и транспорта следует уметь прогнозировать и оценивать создаваемые в результате производственной деятельности региональные и локальные негативные воздействия на природные экологические системы и принимать решительные меры по их предупреждению или снижению.

В рабочих программах дисциплин "Экология", "Экология в строительстве", " Экология производства строительных конструкций" и "Экология автомобильных дорог" предусмотрено выполнение студентами ТГТУ заданий по расчетно-графическому решению многообразных экологических проблем. Эти задания включаются в состав расчетно-графической работы (РГР) у студентов дневных факультетов ила контрольной работы у студентов-заочников при изучении дисциплины "Экология", а при изучении экологических дисциплин строительного профиля выносятся на практические занятия студентам ИСФ или включаются в состав контрольной работы у студентов-заочников. Конкретный перечень таких заданий определяет лектор соответствующей экологической дисциплины в зависимости от направления, специальности высшего профессионального образования и специфики Тверского региона.

С целью оказания помощи студентам ТГТУ в успешном и качественном выполнении заданий по дисциплине "Экология" коллектив преподавателей кафедры БДЭ подготовил в 1995 году первое издание [7] данного учебного пособия под редакцией проф. С. А. Бережного. С учетом опыта его использования студентами ТГТУ и расширения перечня заданий, в том числе и по соответствующим экологическим дисциплинам строительного профиля, коллектив преподавателей кафедры Б2Э подготовил второе издание, переработанное и дополненное, настоящего учебного пособия. В нем изложены методики типовых расчетов по рассеиванию загрязняющих веществ в атмосфере и выбору средств пыле-газоочистки, загрязнению атмосферы, вод и почв от автомобилей, требуемой степени очистки сточных вод, возможным масштабам заражения местности при залповых (аварийных) выбросах сильнодействующих ядовитых и радиоактивных веществ, оценке транспортного шума и электромагнитного поля, в жилой зове, виброизоляция стен, а также о плате за загрязнения окружающей природной среда, об определении демографической емкости района застройки и о возможном экономическом ущербе при залповых выбросах в атмосферу. Они сопровождены заданиями о 25 вариантами исходных данных, а также детальными методическими указаниями по их выполнению и анализу результатов расчетов, по принятию и оформлению инженерного (ых) решения (й).

В данном пособии написаны: введение, разделы I, 3, 10, 12...14 - проф., к.т.н. С. А. Бережным; разделы 2, 4, 6...9, 12 и 13 - доц., к.т.н. В. А. Мартемьяновым; разделы I, 3...5, 9, II •- доц., к.т.н.. Заслуженным строителем РФ Ю.И. Седовым; разделы I, 5, 9 и II - проф., д.м.н. В.В. Романовым; разделы 3, 10, 12 - доц., к.т.н. Н.С.Любимовой; раздел I - доц., к.т.н. Е.А. Васильевой; раздел 14 - доц., к.э.н. В.А. Никольской.

1. РАСЧЕТЫ РАССЕИВАНИЯ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРЕ, ВЫСОТЫ ТРУБЫ И ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫХ ВЫБРОСОВ ОТ ОДИНОЧНЫХ СТАЦИОНАРНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ.

Методика расчетов

Расчеты рассеивания загрязняющих веществ (3В) в атмосфере, высоты трубы (Н) и предельно допустимых выбросов (ПДВ) от одиночных стационарных источников загрязнения атмосферы (ИЗА) выполняются по ОНД-86 [2]. Они проводятся в нашем случае для ИЗА, расположенного в Тверской области на ровной и слабопересеченной местности. При этом ИЗА имеет одну дымовую трубу высотой Н, м, с диаметром устья Д, м, скоростью выхода газо-воздушной смеси Wo, м/с, разницей температур выбросов и окружающего атмосферного воздуха DТ, °С, и массой 3В М, г/с (см. подраздел 1.2).

Последовательность расчетов следующая.

1. Определяют расход газо-воздушной смеси V м³ '/с, безразмерные параметры f, Vм, m, n, d и значение опасной скорости ветра (при Uм достигается максимальная приземная концентрация ЗВ) Uм, м/с, по формулам:

2. Рассчитывают максимальную концентрацию 3В См, мг/м³, и расстояние Хм, м, от ИЗА до точки См по формулам:

где А - безразмерный коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы (распределение температур воздуха по высоте, влияющее на его вертикальное перемещение), который равен для Твери и Тверской области 160, а для других регионов РФ - см. п. 2.2 ОНД-86 [2]; М - масса выбросов 3В, г/с; F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания выбросов (для газов F= I); m, n, H, V, DТ и d - см. выше обозначения; h - безразмерный коэффициент, отражающий влияние рельефа местности (для ровной и слабопересеченной местности равен 1,0).

3. Вычисляют приземные концентрации 3В Сi, мг/м³, по оси факела выброса Xi, м, (на удалениях Хм/2, ЗХм и 6Хм) по формуле

Ci=Cм*Si (1.10)

где Si - безразмерный коэффициент, определяемый по формулам:

Si = 3(Хi/Хм)⁴ - 8(Хi/Хм)³ + 6(Хi/Хм)²при Хi/Хм (1.11a)

4. Определяют приземные концентрации 3В Су, мг/м³, на перпендикулярах к оси факела выброса при расстояниях от ИЗА Хм, ЗХм и бХм по формулам:

Су =S2*Cм для Хм; (1.12а)

Cy = S2*Ci для ЗХм и 6Хм. (1.126)

где S2 - безразмерный коэффициент, который рассчитывают по значению аргумента t у при опасной скорости ветра Uм (см. выше).

Величину tу находят по формулам:

где Уi - расстояние по перпендикуляру от оси факела выбросов, м (следует принимать Уi = 50, 100, 200, 300 и 400 н);

Xi - расстояние от ИЗА до рассматриваемого удаления данного перпендикуляра, м (Xi задано выше равным Хм, ЗХм и 6Хм).

Значение S2 определяют по формуле

Затем приступают к анализу результатов расчетов и выработке инженерных решений по защите атмосферы в отрогом соответствии с указаниями подразделов 1.3 и 1.4.

Задание на расчеты

Задание № 1 .2. 1. По исходным данным табл. I.I рассчитать максимальную приземную концентрацию 3В, создаваемую ИЗА, найти её удаление от ИЗА - Хм и концентрации 3В по оси факела выбросов и перпендикулярно ей для точек, отстоящих от ИЗА на удалении Хм/2, Хм, ЗХм и 6Хм. По результатам расчетов построить требуемые профили приземных концентраций, определить длину зоны загрязнения, превышающую среднесуточную ПДК, и ее ширину в заданных точках, найти радиус зоны влияния. Рассмотреть и предложить инженерные решения по снижению приземных концентраций ЭВ, рассчитать требуемую для этого высоту трубы, эффективность предварительной очистки выбросов и величины ПДВ.

Таблица 1.1. Исходные данные к заданию № 1.2.1

Вариант	Масса выбросов, г/с	Высота трубы Н, м	Диаметр устья труба Д, м	Скорость выхода газовоздушной струи W₀, м/c	Разница температур выбросов и наружного воздуха,DТ,С
NO₂	SO₂	CO
					1,1

Методические указания по выполнению задания и анализу результатов расчета

Перед выполнением задания студент изучает основные закономерности рассеивания выбросов в атмосфере [3, с.102...105], методику расчета и свой вариант задания (подразделы 1.1 и 1.2 данного пособия). После расчетов по их результатам он строит профили (продольный и три поперечных)приземных концентраций 3В в соответствии со схемой рис. I.I. Обозначения концентраций даются равномерно в мг/м³, а удаления от ИЗА - в м. На графике концентраций по оси факела (параллельно оси X) обозначаются ПДК и 0,05 ПДК, а на графиках перпендикулярно оси факела (параллельно оси У) - только ПДК. По графикам определяется lпдк - длина зоны загрязнения, превышающего среднесуточную ПДК (принимается круглосуточное функционирование данного ИЗА), ее ширина (bхм, bзхм и b6хм) в заданных точках, радиус зоны влияния или l0,05пдк. При необходимости студент должен уметь экстраполировать расчетные данные (например, для нахождения lпдк и l0,05пдк путем совместного использования формул (1.10 и 1.11б или 1.10 и 1.11в) и принятия С i = ПДК или Сi = 0,05ПДК соответственно при нахождении lпдк и l0,05пдк. Уровень 0,05 ПДК учитывается при оценке загрязнений от нескольких ИЗА и особенно при веществах, обладающих суммой вредного действия. При См < 0,05 ПДК значение l0,05пдк не определяется. Среднесуточные ПДК студент принимает 0,04 (NO₂), 0,05 (SO₂) и 3 (СО) мг/м³, а для других вредных веществ берет из нормативно-технических документов [4 или 5]