Гаврилов Э.В., Гридчин А.М., Ряпухин В.Н. Системное проектирование автомобильных дорог (часть I)
Подождите немного. Документ загружается.
Р - коэффициент, учитывающий влияние угла рассеивания загрязняющего
вещества в вертикальной плоскости за счет турбулентности атмосферы
(р=0.005 ÷ 0.3); ∆ - коэффициент влияния озеленения дороги; η - коэффициент
влияния застройки; ϕ
ф
- фоновая концентрация загрязняющего вещества в
атмосферном воздухе, мг/м
3
.
Коэффициент влияния застройки рассчитывается по формуле
[]
η= + − + + − +1 0 044 0 0013
2
.( ). ,хВ L хВ L
зт зт
где В
3
- расстояние от источника загрязнения до застройки, м.
L
т
- длина аэродинамической тени, м;
L Н L
LL L
тш
тш ш
=≤
=>
3
при Н
при Н
3
3
,
;
Н
т
- высота застройки, м;
L
ш
- ширина застройки, м.
Выброс загрязняющего вещества Q рассчитывается по формуле
Q
Bn
ii
i
m
=
⋅
∑
=
l T
i
, г / мс ,
1
где В
i
- пробеговый выброс i-тым типом автомобилей, г/км;
n
i
- число автомобилей i-того типа в транспортном потоке, которые
размещены на расчетном участке дороги длиной l;
T
i
- время прохождения одного километра пути i-тым типом автомобилей, с.
Пробеговый выброс различных веществ определяется по формуле
Н.Я.Говорущенко:
В Z
В Z
В Z
CO т
NO т
CH т
=−+
=−+−
=−+
153 613 114 53
1 64 3 64 7 88 3 88
4 7 0 922 1 677 0 77
2
2
2
614
.(. );
.(...);
.(.. .);
ρα α α
ρα α α
ρα α α
где В В В
CO NO C H
,,
614
- пробеговые выбросы СО, NO, C
6
H
14
соответственно,
г/км,
ρ
т
- плотность топлива (ρ
т
= 0.74 для бензина, ρ
т
= 0.825 для дизельного
топлива), г/см
3
;
α − коэффициент избытка воздуха;
Z - расход топлива, л/100км.
В ориентировочных расчетах выбросы загрязняющих веществ могут быть
определены по формулам:
В Z
В Z
В Z
В Z
В Z
В Z
В Z
СО т
СН т
NОт
SОт
Р b т
сажи т
т
=⋅ ⋅
=⋅ ⋅
=⋅ ⋅
=⋅ ⋅
=⋅ ⋅
=⋅ ⋅
=⋅ ⋅ ⋅
−
100 0 6
100 01
100 0 04
100 0 002
100 0 0003
100 0 00058
100 0 23 10
2
2
6
ρ
ρ
ρ
ρ
ρ
ρ
ρ
.;
.;
.;
.;
.;
.;
.,
б (a)п
где В В В В В
NО SОРb сажи
22
,,, ,
б (a)п
- пробеговые выбросы двуокиси азота,
сернистого ангидрида, свинца, сажи, бенз(а)пирена соответственно, г/км.
Расход топлива рассчитывается по формуле
ZAiBivCC kFv C
v
i
кк к
o
=+++ +
1
0077 01
2
1
2
1
η
ψδ
a
aa
a
..,
где ψ - коэффициент дорожного сопротивления;
k - коэффициент сопротивления воздуха, нс м⋅⋅
−24
;
F
к
- лобовая площадь автомобиля, м
2
;
F
к
- скорость движения автомобиля, м/с;
v
o
a
- ускорение движения автомобиля, м/ с
2
;
δ - коэффициент учета вращающихся масс;
η
i
- индикаторный КПД двигателя;
A
i
Hr
i
Hr
H
o
нтк
o
нтr
нт т
=
795
2
.
;;;
р
aV
пп
ρ
ρ
ρη
В =
0.69bV
С =
100
V
п
-рабочий объем цилиндров двигателя, л;
Н
н
- низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг,
Н
н
= 44000 кДж/кг - для бензина;
Н
н
= 43000 кДж/кг - для дизельного топлива;
S
п
- ход поршня, м;
i
к
- передаточное число коробки передач;
i
о
- передаточное число главной передачи;
η
тр
-коэффициент полезного действия трансмиссии,
η
тр
= 0.875 - для автомобилей с одним ведущим мостом;
η
тр
= 0.825 - для автомобилей с двумя ведущими мостами;
а, b, а
к
- постоянные коэффициенты;
а = 48 кПа - для дизелей;
а = 45 кПа - для карбюраторных двигателей;
b = 16 кПа ⋅⋅
−
см
1
- для дизелей;
b = 13 кПа ⋅⋅
−
см
1
- для карбюраторных двигателей,
а
к
= 0.03-0.05 - для легковых автомобилей,
а
к
= 0.05-0.07 - для грузовых автомобилей.
Коэффициент дорожного сопротивления ψ приближенно оценивается по
формуле:
ψ=
001.
,
V
v
mт
a
где V
mт
- максимально возможная скорость движения автомобиля в
эталонных условиях.
Наряду с выбросами загрязняющих веществ, содержащихся в отработавших
и картерных газах, автомобили загрязняют экосистему продуктами износа
протектора шин и фрикционных накладок тормозных колодок (асбест).
Общая масса этих выбросов определяется по формуле Воробьева И.В.:
ВВВ
шАΣ
=+,
где В
ш
, В
А
- массы выбросов продуктов износа шин и фрикционных
материалов соответственно.
Величины В
ш
и В
А
определяются по формулам
В
ш
= Ш
н
⋅
l,
В
А
=0.5А
н
⋅
l,
где Ш
н
, А
н
- нормативные значения выбросов соответственно резиновой и
асбестовой пыли, г/км;
l - длина расчетного участка в долях километра;
0.5 - коэффициент учета состава фрикционных накладок;
Шк
А
н
н
=− +⋅
=−
2
108 3 18 0 10 100
112 4 23 4 100
(. . )/ ;
(. . )/ ;
l+
l
0.1q
+ 169.4
1
1
γ
γ
к
2
- количество колес у автомобиля;
q
1
- плотность транспортного потока, авт/100м;
γ
1
- коэффициент использования пассажировместимости или
грузоподъемности.
Рассмотренные загрязняющие экосистему вещества могут быть приведены к
одному из них по формуле:
ВВВ
ПДК
ПДК
В
ПДК
ПДК
В
ПДК
ПДК
п n
n
р
... ,=+ + ++
12
1
2
3
1
3
1
где В
пр
- выброс приведенный к В
1
; В
1
- выброс вещества, к которому
осуществляется приведение.
Для ориентировочной оценки шумового загрязнения экосистемы
используется формула
LNy
эк в в
=−+8 8 10 40 5.lg lg .,
где L
экв
- эквивалентный уровень транспортного шума, дБА;
y - расстояние от оси ближайшей полосы движения, м;
N
в
- приведенная интенсивность движения, м
N
в
= N
л
+2 N
лг
-+15 N
тг
-+ 7N
а
-+ 2N
м
,
N
л
- интенсивность легковых автомобилей, авт/ч,;
N
лг
- интенсивность легких грузовых автомобилей, авт/ч;
N
тб
- интенсивность тяжелых грузовых автомобилей, авт/ч;
N
а
- интенсивность автобусов, авт/ч;
N
м
- интенсивность мотоциклов, шт/ч.
Одним из компонентов загрязнения экосистем автомобильным транспортом
являются соединения свинца . Концентрация свинца в почве придорожной полосы
определяется по формуле
ϕ
р
,
в
=+10 а l
2
-0.65
где ϕ
рв
- концентрация свинца в почве. мг/кг;
l - расстояние от бровки земляного полотна, м;
а
2
- коэффициент, учитывающий ширину зоны загрязнения,
а
2
= 20
3
065
Ш
.
,
Ш
3
- ширина зоны загрязнения, м.
Ширина зоны загрязнения рассчитывается по формуле, предложенной Р.Х.
Измайловым
Ш
3
= Ш
0
К
а
К
т
К
н
К
в
,
где Ш
0
- ширина зоны загрязнения в эталонных условиях,
характеризующихся следующими параметрами: количество автомобилей,
проехавших по дороге, 41 млн.единиц; высота насыпи 1м; средний расход
бензина одним автомобилем 25.27 кг/100км;
К
а
- коэффициент, учитывающий количество автомобилей с карбюраторными
двигателями, проехавших по дороге за расчетный период Т лет (табл. 2.13),
определяемый в зависимости от отношения проехавших автомобилей N к
эталонному количеству N
эт
(41млн);
К
т
- коэффициент, зависящий от отношения удельного расхода бензина в
расчетных q и эталонных q
эт
условиях, табл.2.14;
К
н
- коэффициент, учитывающий влияние высоты земляного полотна на
распределение свинца в почвах придорожной полосы, табл. 2.15;
К
в
- коэффициент, учитывающий влияние скорости и направление ветра на
степень загрязнения придорожной полосы, табл.2.16.
Коэффициент К
в
- определяется в зависимости от показателя W, который
учитывает скорость и повторяемость ветров различных направлений, а также
направления трассы дороги.
Значения показателя W определяют отдельно для ветров, дующих слева и
справа от дороги по формуле:
W v p
ii i
i
=
∑
=
sin ,β
1
4
где v
i
- средняя скорость ветров для i-того румба, м/с;
р
i
- повторяемость ветров i-того румба, %;
β
1
- угол между i-тым румбом и направлением трассы дороги.
Таблица 2.13 - Коэффициент К
а
N / N
эт
К
а
N / N
эт
К
а
N / N
эт
К
а
0.25 0.12 1.00 1.00 1.75 2.36
0.50 0.34 1.25 1.41 2.00 2.90
0.75 0.64 1.50 1.86 3.00 5.42
Таблица 2.14 - Коэффициент К
т
q / q
эт
К
т
q / q
эт
К
т
q / q
эт
К
т
0.25 0.12 1.00 1.00 1.75 2.36
0.50 0.34 1.25 1.41 2.00 2.90
0.75 0.64 1.50 1.86 3.00 5.42
Таблица 2.15 - Коэффициент К
н
Высота
насыпи, м
К
н
Высота
насыпи, м
К
н
Высота
насыпи,м
К
н
1.0 1.00 4.0 1.30 7.0 1.37
2.0 1.16 5.0 1.33 8.0-10.0 1.38
3.0 1.24 6.0 1.35
Таблица 2.16 - Коэффициент К
в
W К
в
W К
в
W К
в
800 1.38 1400 2.16 2000 3.36
1000 1.59 1600 2.51 2200 3.78
1200 1.85 1800 2.91
Для оценки загрязнения водных объектов часто используют индекс
загрязнения вод (ИЗВ).
Расчет ИЗВ производится по ограниченному числу ингредиентов. Обычно
определяется среднеарифметическое значение результатов химических анализов
по каждому из следующих показателей: азот аммонийный; нефтепродукты;
фенолы; растворенный кислород; биологическое потребление кислорода - БПК-5.
Средние концентрации (ϕ) азота аммонийного, азота нитратного,
нефтепродуктов и фенолов относят к предельно допустимым концентрациям
(ПДК) этих веществ
ϕ
ПДК
.
Для оценки показателя растворенного кислорода используют отношение
Н
Q
ϕ
2
.
где ϕ
Q
2
- концентрация кислорода, мг/л;
Н - норматив концентрации кислорода мг/л.
Для характеристики БПК-5 используют обратное соотношение
ϕ
Q
Н
2
.
Индекс загрязнения вод определяется по формуле
ИЗВ
ПДК
Н
H
i
Q
Q
i
=
++
∑
=
ϕ
ϕ
ϕ
2
2
1
4
6
.
Для характеристики электромагнитного загрязнения экосистемы
используется показатель А.Б. Чубукова:
РР
Nq
vq
dx
rX
с m
i
е
х
x
в
в
Σ
=
+
∫
−
()
()
()
,
22
где Р
Σ
- мощность электромагнитного излучения транспортного потока;
Р
cm
- нормируемая мощность излучения одиночного автомобиля;
N(q), v(q) - соответственно интенсивность и скорость транспортного потока
как функции плотности движения;
х
i
- расстояние от i-того автомобиля до сечения дороги, на которой
расположена точка регистрации;
r - расстояние от точки регистрации до оси полосы движения;
-х
в
, х
в
- границы области влияния электромагнитных излучений одиночного
автомобиля;
е - эмпирический коэффициент, характеризующий распространение
электромагнитного излучения различной частоты в придорожном прост-ранстве.
2.5.3 Нормирование концентраций и выбросов загрязняющих
экосистему веществ
Нормальным для экосистемы и человечества является полное отсутствие
загрязняющих веществ. Однако, современная технология не может обеспечить
чистоту экосистем из-за используемых методов преобразования энергии. Поэтому
при решении вопроса о защите природы исходят из договоренности о допустимом
ее загрязнении. Последнее оценивается величинами допустимых концентраций
загрязняющих веществ в экосистеме или допустимых выбросов этих веществ. По
существу данные концентрации и выбросы являются нормативами, а не нормами.
Загрязнение экосистем законодательно ограничивается ГОСТом 17.2.3.02-78
путем введения предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ.
Данные концентрации различны для разных условий деятельности людей и
жизнедеятельности флоры и фауны. При определении ПДК исходят из степени
риска заболевания за счет накопления в организме вредных веществ. Так,
например, при определении ПДК оксида СО исходят из условия образования
карбоксигемоглобина в крови человека (в нормальном состоянии до 0.5%). При
накоплении карбоксигемоглобина до уровня 4% состояние организма человека
ухудшается и повышается степень опасности для лиц, страдающих заболеванием
сердечно-сосудистой системы. Соотношение между концентрацией СО в
атмосферном воздухе и временем, необходимым для достижения уровня 4%
карбоксигемоглобина в крови человека, составляет:
концентрация СО, мг/м
3
117 35 29
экспозиция, ч 1 8 24
В соответствии с этими данными Всемирная организация здравоохранения
(ВОЗ) в зависимости от концентрации СО, мг/ м
3
, выделяет следующие степени
загрязнения атмосферного воздуха:
легкая . . . . . . . . . . 0-7 серьезная . . . . . . . . . . 41-53
слабая . . . . . . . . . 8-13 очень серьезная . . . . .54-67
умеренная . . . . . . 14-27 угрожающая . . . . . . . .68-80
значительная . . . . 28-40 опасная . . . . . . . . . более 80.
Такой подход к оценке загрязнения среды не связан с выполнением заданных
функций человеком, он связан лишь с жизнедеятельностью его организма. С
таких позиций наилучшим случаем будет нулевое загрязнение или невыполнение
заданных функций в загрязненной среде.
Необходимость выполнения заданных функций человеком приводит к
декретируемому ослаблению требований к нормам загрязнения среды и переводу
их на функциональный уровень. В этом случае исходят не из риска заболевания а
из риска срыва функции за счет рефлекторных реакций, снижения
работоспособности и т.п. Регламентация функциональных норм осуществляется
по ГОСТ 21 035-75 Система человек-машина. Рабочая среда рабочего места
человека-оператора. Термины и определения.
Именно из этих соображений, ПДК рекомендуемые ВОЗ в 11 раз больше
соответствующих ПДК регламентируемых ГОСТом 17.2.3.02-78.
Поскольку автомобильные дороги предназначены для обеспечения
функционирования автомобильного транспорта, постольку обоснование
проектных решений должно исходить из функциональных норм,
табл. 2.17
Таблица 2.17 - Нормальные (НК), граничные (ГК) и предельно допустимые
(ПДК) функциональные концентрации загрязняющих атмосферу веществ, мг/ м
3
Загрязняющее
вещество
НК ГК ПДК
оксид NO
оксид NO
2
оксид CO
оксид CO
2
оксид SO
2
Углеводороды
(по гексану)
Бенз(а)пирен
Свинец (Рb)
Сажа
Бензин топливный в
расчете на С
0.06
0.04
0.05
3.0
0.05
1.5
1⋅
−
10
6
0.0001
0.05
0.05
0.40
0.085
0.15
5.0
0.5
60.0
1⋅
−
10
6
0.003
0.15
0.05
5.00
2.00
4.0
20.0
10.0
300
1.5⋅
−
10
4
0.01
4.0
100
Характерные концентрации загрязняющих атмосферу веществ позволяют
определить нормальные, граничные и предельно допустимые выбросы этих
веществ для различных расстояний от транспортного потока. Другими словами,
определить выбросы транспортного потока, при которых на заданном расстоянии
от него будут наблюдаться характерные концентрации загрязняющих веществ
[]
[]
[]
НВ
Px HK K TL
H х
ГВ
Px ГKKTL
H х
ПДВ
Px ПДKKTL
H х
i
i фi
i
i фi
i
i фi
=
−
−
=
−
−
=
−
−
v
v
v
b
b
b
()
exp / (р
,
()
exp / (р
,
()
exp / (р
1000
1000
1000
η
η
η
где НВ
i
, ГВ
i
, ПДВ
i
, - нормальный граничный и предельно допустимый
пробеговые выбросы i-того вещества транспортным потоком. г/км;
НК
i
, ГВ
i
, ПДВ
i
, - нормальная, граничная и предельно допустимая
концентрация i-того вещества в атмосферном воздухе, мг/ м
3
;
К
фi
- фоновая концентрация i-того вещества, мг/ м
3
;
L - длина расчетного участка дороги, м;
Т - время прохождения 1 км дороги транспортным потоком, с;
v
b
- скорость ветра перпендикулярного направлению дороги, м/с;
х - расстояние от источника загрязнения атмосферы до расчетной точки, м;
Р - коэффициент учета влияния угла рассеивания загрязняющих атмосферу
веществ в вертикальной плоскости за счет турбулентности атмосферы (Р ≈ 0.3);
η - коэффициент влияния застройки.
Использование характерных выбросов загрязняющих веществ позволяет
определить характерные координаты состояния системы “дорога-окружающая
природная Среда”
f
НВ
НВ
ГВ
НВ
ПДВ
НВ
iн
i
i
iг
i
i
i
i
i
== = =1, , , f f
д
где
fff
iн iг i
,,
д
- нормальная граничная и предельно допустимая координаты
состояния по i-тому веществу.
Для всей совокупности выбрасываемых в атмосферу веществ
F
f
F
f
F
f
н
iн i
i
n
i
i
n
г
iг i
i
n
i
i
n
ii
i
n
i
i
n
=
∑
∑
=
∑
∑
=
∑
∑
=
=
=
=
=
=
α
α
α
α
α
α
1
1
1
1
1
1
,
,
,
д
д
где F
н
, F
г
, F
д
- нормальный, граничный и предельно допустимый векторы
состояния системы;
α - коэффициенты веса i-того вещества,
α
i
=
НВ
ПДВ
i
i
.
Характерные векторы состояния системы используются для градации
экологической безопасности автомобильной дороги (улицы), табл. 2.18
Таблица 2.18 - Градация показателей экологической безопасности
автомобильной дороги (улицы)
Модальная оценка
экологической безопасности
дороги
Качественная оценка
состояния природной
среды
Показатель
экологической
безопасности
дороги
Экологическая безопасность отличное
F ≤ 1
Экологически слабо
безопасная
хорошее
1 <≤FF
г
Экологически умеренно
безопасная
удовлетворительное
FFF
г
<≤
д
Экологически опасная неудовлетворительное F
д
<F