Введение. В настоящее время роль экранирующих мероприятий сводится к защите придорожных территорий от вредного воздействия выхлопных газов и транспортного шума. При этом уровень загрязнения приземного слоя атмосферы над дорогой превышает предельно допустимый и отрицательно влияет на участников движения.

Автомагистраль «Каспий», в пределах Терновского и Грибановского районов Воронежской области, согласно СНиП 2.05.02-85 «Автомобильные дороги» имеет 1-ю техническую категорию. Интенсивность движения составляет 8540 авт./сут. Средняя скорость движения автомобилей составляет 85 км/ч. Характеристика состава движения указана в таблице 1.

Скорость господствующего ветра равна =3 м/с. Угол направления ветра к оси трассы принимаем . Данные по фоновой концентрации отсутствуют.

Таблица 1 – Характеристика состава движения на автомагистрали «Каспий», в пределах Терновского и Грибановского районов Воронежской области

Теоретический анализ. Полученная информация о ситуационной обстановке на дороге позволяет оценить динамику распространения облака выхлопных газов на придорожной территории на примере изменения концентрации оксида углерода. Для расчёта воспользуемся:

- общепринятой методикой [4; 6] оценки уровня загрязнения атмосферного воздуха автомобильным транспортом на различном удалении от кромки проезжей части на уровне 1,5 м от поверхности земли;

- разработанным алгоритмом расчёта загрязнения воздушного пространства выхлопными газами автотранспорта в различных условиях экранирования источника загрязнения [2].

Методика. В первом случае расчёт начинаем с определения удельной эмиссии оксида углерода по формуле:

, г/мс, (1)

где – коэффициент перехода к принятым единицам измерения;

– коэффициент, учитывающий дорожные и автотранспортные условия, зависит от средней скорости транспортного потока, принимаем равным ;

– средний эксплуатационный расход топлива, л/км;

– то же для дизельных автомобилей, л/км;

– интенсивность движения каждого выделенного типа карбюраторных автомобилей, авт./ч;

– то же для дизельных автомобилей, авт./ч;

и – коэффициенты, принимаемые для данного компонента загрязнения, для карбюраторных и дизельных типов двигателей соответственно.

При расчёте рассеяния выбросов от автотранспорта и определения концентрации токсичных веществ на различном удалении от дороги используется модель Гаусса распределения примесей в атмосфере на небольших высотах [1; 3; 5; 7]. Концентрацию загрязнения атмосферного воздуха окисью углерода вдоль автомобильной дороги можно определить по формуле

, (2)

где – концентрация данного вида загрязнения в воздухе, г/м3;

– стандартное отклонение гауссова рассеивания в вертикальном направлении, м;

– скорость ветра, м/с;

– угол, составляемый направлением ветра к трассе дороги, град. ();

– фоновая концентрация, г/м3 ( г/м3).

Оценка и прогнозирование динамики рассеивания облака выхлопных газов проводилась на примере изменения концентрации оксида углерода по значениям приведённой концентрации [2; 4; 7]

, (3)

где – значения приведённой концентрации;

– значения концентрации, рассчитанные по формуле (2), г/м3;

– расчётное значение концентрации вещества на расстоянии 10 м от кромки проезжей части на уровне 1,5 м, г/м3;

– фоновая концентрация (), г/м3.

При применении лесополосы (рис. 1) в качестве газозащитного экранирования автомобильной дороги, согласно методическим указаниям [4; 6] состоящей из двух рядов низкорослого кустарника и двух рядов низкокронного дерева, происходит снижение концентрации выхлопных газов на 30%.

Результаты расчёта концентраций оксида углерода при расчётном значении =0,00127 г/мс представлены в таблице 2.

Рис. 1. Экранирование автомобильной дороги в виде лесополосы, состоящей из двух рядов низкорослого кустарника и двух рядов низкокронного дерева.

Таблица 2 – Расчётные значения концентрации оксида углерода на различном удалении от кромки проезжей части

В числителе (знаменателе) значение концентрации без экранирования (при экранировании).

Во втором случае проведен расчёт согласно разработанному алгоритму и структурной схеме расчёта загрязнения воздушного пространства выхлопными газами автотранспорта в условиях экранирования источника загрязнения. Для этого составим таблицу 3 ввода исходных данных.

Таблица 3 – Исходные данные для расчёта и оценки динамики загрязнения воздушного пространства выхлопными газами

По результатам расчёта концентрации оксида углерода для прогнозирования динамики распространения облака выхлопных газов построены изолинии (рис. 2) изменения приведённой концентрации исследуемого загрязнителя в придорожном пространстве.

Сопоставление расчётных значений приведённой концентрации, полученных по методике [4; 6] и рассчитанных по результатам исследований, приведённых в данной работе, представлено на рисунке 3.

а)

б)

Рис. 2. Изолинии изменения приведённой концентрации оксида углерода в придорожном пространстве: а) без экранирования дороги; б) при одностороннем экранировании дороги.

Рис. 3. Сопоставление результатов расчёта приведённой концентрации оксида углерода на высоте 1,5 м по методике [2; 6] с результатами расчёта по эмпирическим формулам данной исследовательской работы. Расчётные кривые по эмпирическим формулам:

1 – без экранирования; 2 – при одностороннем экранировании дороги.

На основании рисунка 3 можно утверждать, что расчёт концентрации оксида углерода, произведённый по разработанным эмпирическим формулам, не противоречит общепринятой методике оценки уровня загрязнения атмосферного воздуха автомобильным транспортом [6]. Расчётные значения концентрации указывают на содержание оксида углерода в воздушном пространстве на придорожной территории в концентрациях, не превышающих предельно допустимый уровень для этого вещества. При этом газозащитная эффективность мероприятий, применяемых во втором случае расчёта, определяемая величиной снижения концентрации оксида углерода на заветренной стороне экранирования, составляет около
40%.

Вывод. Внедрение полученных результатов позволило достичь повышения экологической безопасности прилегающих территорий от вредного воздействия выхлопных газов, предотвращения самозагрязнения воздушного пространства над полотном дороги, снегозаносимости проезжей части автодороги.

Рецензенты:

Подольский Владислав Петрович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой строительства и эксплуатации автомобильных дорог ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный архитектурно-строительный университет», г. Воронеж.

Устинов Юрий Фёдорович, доктор технических наук, профессор кафедры инженерной механики и строительной техники ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный архитектурно-строительный университет», г. Воронеж.