Форма отчета о выполненной работе

Содержание отчета включает в себя исходное задание, формулы и результаты расчетов.

Результаты включают в себя:

1) граничные условия и таблицу с исходными данными для определения критерия качества атмосферы (таблица 4.2);

Таблица 4.2

Исходные данные для определения критерия качества атмосферы

Радиус промышленной площадки (R), м	Время воздействия на атмосферу территории (t), ч	Скорость диффузии (vд), м/с	Категория опасности территории, м^3/с

2) расчет категории опасности территории и критерия качества атмосферы для исследуемого территориально-производственного комплекса при конвективной диффузии (таблица 4.3);

Таблица 4.3

Значения категории опасности территории и критерия качества атмосферы

для исследуемого территориально-производственного комплекса.

Механизм рассеивания примеси – конвективная диффузия

(скорость изменяется от 1 до 10 м/с)

Скорость, м/с.	КОТ, м^3/с	Величина критерия качества атмосферы	Расстояние, км	Характеристика территории
…

3) расчёт расстояния, на которое распространяются примеси от исследуемого источника выбросов в условиях ветреной погоды;

4) график зависимости критерия качества атмосферы от скорости ветра при рассеивании примеси по механизму конвективной диффузии;

5) определение критической скорости ветра;

6) выводы;

7) граничные условия и расчет категории опасности территории и критерия качества атмосферы для исследуемого территориально-производственного комплекса при температурной стратификации воздушных потоков (таблица 4.4);

Таблица 4.4

Значения категории опасности территории и критерия качества атмосферы

для исследуемого территориально-производственного комплекса.

Погодная ситуация – температурная стратификация воздушных потоков

Скорость, м/с.	КОТ, м^3/с	Величина критерия качества атмосферы	Расстояние, км	Характеристика территории
0,3
0,5
0,7
0,8
1,0

8) расчёт расстояния, на которое распространяются примеси от исследуемого источника выбросов в условиях температурной стратификации воздушных потоков;

9) график зависимости критерия качества атмосферы от продолжительности температурных стратификации воздушных потоков;

10) определение критической скорости движения воздушных потоков;

11) выводы;

12) расчет категории опасности территории и критерия качества атмосферы для исследуемого территориально-производственного комплекса при инверсионном движении воздушных потоков (таблица 4.5);

Таблица 4.5

Значения категории опасности территории и критерия качества атмосферы

для исследуемого территориально-производственного комплекса.

Погодное условие – инверсии воздушных потоков

Продолжительность инверсий, час	КОТ, м^3/с	Величина критерия качества атмосферы	Расстояние, км	Характеристика территории
0,5

13) расчёт радиуса облака загрязняющих веществ, создаваемого исследуемым ТПК для случая инверсий воздушных потоков;

14) график зависимости критерия качества атмосферы от продолжительности инверсий воздушных потоков;

15) определение критического времени установления равновесия в системе;

16) выводы;

17) расчет категории опасности территории и критерия качества атмосферы для исследуемого территориально-производственного комплекса при выпадении осадков (таблица 4.6);

Таблица 4.6

Зависимость категории опасности территории и критерия качества

атмосферы от интенсивности осадков для случая конвективной диффузии

I, мм/ч
КОТ, м^3/с
Катм

18) график зависимости категории опасности территории и критерия качества атмосферы от интенсивности осадков для случая конвективной диффузии;

19) определение критического значения интенсивности осадков;

20) выводы;

21) расчёт среднегодового значения критерия качества атмосферы;

22) выводы.

4.4 Пример расчёта

1) Расчёт критерия качества атмосферы проведен исходя из следующих граничных условий:

а) вещество равномерно распределяется в приземном слое воздуха. Высота этого слоя зависит от степени вертикальной устойчивости атмосферы и при неблагоприятных метеоусловиях (НМУ) равна 100 м;

б) объем воздушной среды, а, значит, и территория загрязнения определяется механизмами рассеивания примеси в атмосфере:

- при наличии ветра скорость рассеивания может изменяться в широких пределах (v = 1,0…10 м/с) и должна уточняться по метеорологическим данным, время протекания процесса составляет 3 часа.

Расчёт категории опасности территории вели с учётом исходных величин, характерных для исследуемого ТПК (таблица 4.7). В данном случае категория опасности территории зависит от скорости ветра, а в атмосфере формируется факел трапециевидной формы;

Таблица 4.7

Исходные данные для определения критерия качества атмосферы

Радиус промышленной площадки (R), м	Время воздействия на атмосферу территории (t), ч	Скорость диффузии (vд), м/с	Категория опасности территории, м^3/с
0,5⋅10^3	3,0	0,01	1,1⋅10^7

2) Все значения КОТ для конвективной диффузии рассчитаны по формуле 4.17 по четырём приоритетным загрязняющим веществам: диоксиду азота, диоксиду серы, оксиду углерода и пыли и представлены в таблице 4.8.

Расчёт категории опасности территории для конвективной диффузии при скорости ветра, равной 1,0 м/с проводится следующим образом

Критерий качества атмосферы рассчитывается по формуле 4.20. Так, при скорости ветра, равной 1,0 м/с критерий качества атмосферы соответствует 3,3. Следовательно, в ветреную погоду на исследуемой территории создаётся ситуация критических нагрузок (К_атм = 1,1⋅10⁷/3,3⋅10⁶ = 3,3), то есть приемлемая для населённого пункта (таблица 4.1);

3) При рассеивании примеси в ветреную погоду расстояние, на которое распространяются примеси от исследуемого источника выбросов, рассчитывается по формуле

, (4.22)

где v_в – скорость ветра, м/с; t – время воздействия на атмосферу территории, с.

Таблица 4.8

Значения категории опасности территории и критерия качества

атмосферы для исследуемого ТПК.

Механизм рассеивания примеси – конвективная диффузия

Скорость, м/с.	КОТ, м^3/с	Величина критерия качества атмосферы	Расстояние, км	Характеристика территории
	3,3⋅10^6	3,3	11,0	Критическая зона
	8,5⋅10^6	1,7	22,0
	1,2⋅10^7	0,9	33,0	Напряженная зона
	1,9⋅10^7	0,7	44,0
	2,6⋅10^7	0,6	55,0
	3,4⋅10^7	0,5	66,0
	4,2⋅10^7	0,44	77,0
	5,0⋅10^7	0,4	88,0
	5,9⋅10^7	0,37	99,0
	6,8⋅10^7	0,35	110,0

При скорости ветра, равной 1 м/с расстояние, на которое распространяются примеси от исследуемого источника выбросов составит

м.

То есть, при скорости ветра, равной 1 м/с зона критических нагрузок распространится на расстояние до 11,0 км от исследуемого источника загрязнения атмосферы (таблица 4.8);

4) Зависимость критерия качества атмосферы от скорости ветра при рассеивании примеси по механизму конвективной диффузии (рис. 4.1)

Рисунок 4.1 – Зависимость критерия качества атмосферы от скорости ветра при рассеивании примеси по механизму конвективной диффузии

5) Для исследуемого процесса рассеивания примеси существует критическая скорость ветра, которая составляет 2,2 м/с (рисунок 4.1). Процесс, происходящий по механизму конвективной диффузии при скорости ветра, меньше 2,2 м/с, недостаточен для рассеивания примеси в атмосфере территории, прилегающей к источнику выбросов, а при скорости ветра, большей 2,2 м/с, наоборот, рассеивание примеси превалирует на всей урбанизированной территории;

6) Значения критерия качества атмосферы при конвективной диффузии (таблица 4.8), показывают, что условно чистая атмосфера вообще не может формироваться на исследуемом ТПК. Критические нагрузки возникают лишь при скорости ветра от 1,0 до 2,0 м/с. В условиях направленного воздушного потока при скорости ветра, большей 2,0 м/с на исследуемой территории формируется напряжённая ситуация;

7) Рассчитаем критерии качества атмосферы для исследуемого ТПК при рассеивании примеси в условиях температурных стратификаций. Оценки проводятся исходя из следующих граничных условий:

а) вещество равномерно распределяется в приземном слое воздуха. Высота этого слоя зависит от степени вертикальной устойчивости атмосферы и при неблагоприятных метеоусловиях равна 100 м;

б) объем воздушной среды, а, значит, и территория загрязнения определяется механизмами рассеивания примеси в атмосфере:

– в условиях температурной стратификации воздушных потоков скорость рассеивания примеси может изменяться в пределах 0…1,0 м/с, время протекания процесса принимаем, равным от 3 до 6 часов.

Расчёт категории опасности территории ведётся с учётом исходных величин, характерных для исследуемого ТПК (таблица 4.7). В данном случае категория опасности территории зависит от скорости термодиффузии, а в атмосфере формируется факел сфероидной формы.

Расчёт категории опасности территории для температурной стратификации при скорости движения воздушных потоков, равной 0,3 м/с проводится по формуле 4.18 и представлен в таблице 4.9. Нулевую точку определяли для случая инверсионного движения воздушных потоков продолжительностью 1,0 час.

Таблица 4.9

Значения категории опасности территории и критерия качества

атмосферы для исследуемого ТПК.

Погодная ситуация – температурная стратификация воздушных потоков

Скорость, м/с.	КОТ, м^3/с	Величина критерия качества атмосферы	Расстояние, км	Характеристика территории
	5,2⋅10^5	21,2	0,5	Зона ЗЭБ
0,3	9,4⋅10^5	11,7	3,8
0,5	1,4⋅10^6	7,9	6,0	Зона ЧЭС
0,7	2,5⋅10^6	4,6	8,2
0,8	2,8⋅10^6	4,0	9,3
1,0	3,3⋅10^6	3,3	16,0	Критическая зона

Критерий качества атмосферы рассчитывается по формуле 4.20. При скорости движения воздушных потоков, равной 0,3 м/с критерий качества атмосферы соответствует 11,7. Следовательно, при температурных стратификациях воздушных потоков на исследуемой территории создаётся ситуация с экологическим бедствием (К_атм = 1,1⋅10⁷/9,4⋅10⁵ = 11,7, таблица 4.1);

8) При рассеивании примеси в условиях температурной стратификации воздушных потоков расстояние, на которое распространяются примеси от исследуемого источника выбросов, рассчитывается по формуле и представлен в таблице 4.9.

, (4.23)

где R ₀ – радиус промышленной площадки, м; ν_диф – скорость воздушных потоков.

Так, при скорости движения воздушных потоков, равной 0,3 м/с радиус облака загрязняющих веществ, создаваемый исследуемым источником выбросов, составит

м.

9) Для процесса рассеивания примесей существует критическая скорость движения воздушных потоков, она составит 0,45 м/с. При скорости движения воздушных потоков, меньшей 0,45 м/с, в процессе рассеивания примеси в случае температурной стратификации в атмосфере преобладает накопление примеси, а при скорости движения воздушных слоёв от 0,45 до 1,0 м/с, наоборот, превалирует рассеивание примеси (рисунок 4.2);

10) Значения критерия качества атмосферы при температурных стратификациях (таблица 4.9) показывают, что на исследуемом ТПК при скорости движения воздушных потоков от 0 до 0,3 м/с возникает ситуация с экологическим бедствием, при скорости движения воздушных слоёв от 0,3 до 0,8 м/с на исследуемой территории образуется чрезвычайная экологическая ситуация. А при скорости движения воздуха от 0,8 до 1,0 м/с качество атмосферы улучшается до критически нагруженной;

11) Для наиболее неблагоприятных погодных условий, характеризующихся застоем в атмосфере города, категория опасности территории рассчитывается по формуле 4.18. В этом случае категория опасности территории определяется продолжительностью инверсионного движения воздушных потоков. Оценки проведены исходя из следующих граничных условий:

а) вещество равномерно распределяется в приземном слое воздуха. Высота этого слоя зависит от степени вертикальной устойчивости атмосферы и при неблагоприятных метеоусловиях (НМУ) равна 100 м;

б) объем воздушной среды, а, значит, и территория загрязнения определяется механизмами рассеивания примеси в атмосфере:

- при инверсионном движении воздушных потоков скорость рассеивания примеси минимальна и равна 0,01 м/с (v_диф = 0,01 м/с), продолжительность инверсионного движения воздушных слоёв колеблется от 0,5 до 6 часов.

Расчёт категории опасности территории вели с учётом исходных величин, характерных для исследуемого ТПК (таблица 4.7). В данном случае категория опасности территории зависит от продолжительности инверсий, а в атмосфере формируется факел сфероидной формы.

Расчёт категории опасности территории при продолжительности инверсионного движения воздушных потоков, равной 0,5 часа (1,8⋅10³ с.) проводится по формуле 4.18 (таблица 4.10).

Нулевая точка соответствует значению критерия качества атмосферы при рассевании примеси по механизму конвективной диффузии для скорости ветра, равной 1,0 м/с.

Таблица 4.10

Значения категории опасности территории и критерия качества

атмосферы для исследуемого ТПК.

Погодное условие – инверсии воздушных потоков

Продолжительность инверсий, час	КОТ, м^3/с	Величина критерия качества атмосферы	Расстояние, км	Характеристика территории
	3,3⋅10^6	3,3	0,5	Напряженная
0,5	9,2⋅10^5	11,9	0,52	Зона экологического бедствия
	5,2⋅10^5	21,2	0,54
	1,9⋅10^5	55,1	0,61
	1,6⋅10^5	68,8	0,72

При продолжительности инверсионного движения воздушных слоёв, равной 0,5 часа, критерий качества атмосферы соответствует 11,9, следовательно, на исследуемой территории создаётся ситуация с экологическим бедствием (К_атм = 1,1⋅10⁷/9,2⋅10⁵ = 11,9, таблица 4.1);

12) При рассеивании примеси в условиях инверсий воздушных потоков расстояние, на которое распространяются примеси от исследуемого источника выбросов, рассчитывается по формуле 4.23 и представлено в таблице 4.10. Так, при инверсиях воздушных потоков, продолжительностью 0,5 часа, радиус облака загрязняющих веществ, создаваемый исследуемым источником выбросов, составит

м.

13) Зависимость критерия качества атмосферы от продолжительности инверсий воздушных потоков

Рисунок 4.3 – Зависимость критерия качества атмосферы от продолжительности инверсий воздушных потоков

14) При рассеивании примеси по инверсионному механизму критическое время установления равновесия в системе составляет 1,0 час. То есть, при инверсиях в воздухе, продолжительностью от 0 до 1,0 часа, рассеивание примеси должно преобладать над накоплением (рисунок 4.3). Однако рассеивание примеси в атмосфере не происходит, можно говорить лишь о её накоплении;

15) Из результатов расчета следует, что в условиях инверсионного движения воздушных потоков продолжительностью от 0 до 6,0 часов качество атмосферы урбанизированной территории ухудшается от напряженного до экологического бедствия;

16) Критерий качества атмосферы рассчитывается для случая выпадения осадков в виде дождя и снега с интенсивностью от 1 до 8 мм/час. Время выпадения осадков принято равным 20 минутам и более, то есть система должна прийти в состояние равновесия. Категория опасности территории при выпадении осадков определяется по формуле 4.19. Она является произведением объемной скорости вымывания примеси в соответствующей степени на изменение суммарного индекса загрязнения атмосферы. Оба множителя являются функциями интенсивности осадков.

Так как, в нашем случае приоритетным загрязняющим веществом является диоксид азота, следовательно, категорию опасности территории будем рассчитывать только по нему. Для этого преобразуем формулу (4.19) в

, (4.24)

где η, t_кр – эмпирические коэффициенты, зависящие от интенсивности осадков и определяемые по графическим данным (η = 0,08, t_кр = 15).

Среднее значение индекса загрязнения атмосферы данной территории составляет 5,31 (приложение В, таблица В 1). Так, при интенсивности осадков, равной 1 мм/ч категория опасности территории будет равна

.

Категория опасности территории при интенсивности осадков, равной 0, (нулевая точка) определяется в зависимости от трёх случаев: во-первых, по граничному значению рассеивания примесей для конвективной диффузии, когда система находится в состоянии равновесия (в соответствии с рисунком 4.1), во-вторых, по граничному значению рассеивания примесей при температурных стратификациях атмосферы (в соответствии с рисунком 4.2) и в-третьих, по граничному значению рассеивания примесей при инверсионном движении воздушных потоков (в соответствии с рисунком 4.3).

В данном случае, нулевую точку определяли только по граничному значению рассеивания примесей для конвективной диффузии (v_в = 0,1 м/с, рисунок 4.1), так как для исследуемого ТПК характерны именно такие погодные условия. Полученная при различных значениях интенсивности осадков категория опасности территории представлена в таблице 4.11.

Таблица 4.11 – Зависимость категории опасности территории и критерия качества атмосферы от интенсивности осадков

I, мм/ч
КОТ, м^3/с	3,3·10^6	3,8·10^7	7,6·10^7	1,1·10^8	1,5·10^8	1,9·10^8	2,3·10^8	2,7·10^8	3,0·10^8
Катм	3,3	0,3	0,15	0,1	0,07	0,06	0,05	0,04	0,037

Критерия качества атмосферы при различной интенсивности осадков рассчитывается по формуле 4.20. Для этого категорию опасности исследуемого площадного источника разделим на полученную категорию опасности территории и представим в таблице 4.11;

17) Далее для нахождения критического значения интенсивности осадков необходимо построить график в координатах К_атм−I, поэтому значения критериев представим графически (рисунок 4.4).

Рисунок 4.4 –Зависимость критерия качества атмосферы от интенсивности осадков для исследуемой территории

18) При изменении интенсивности осадков от 0 до 8 мм/час, критерий качества атмосферы снижается от 3,3 до 0,037. Из рисунка 4.4 следует, что критическое значение интенсивности осадков соответствует 0,25 мм/ч. Т.е. уже при интенсивности осадков 0,25…8 мм/ч и более критерий качества атмосферы не зависит от интенсивности выпадения осадков, и в атмосфере преобладают процессы вымывания примесей;

19) Из результатов расчета следует, что при условии выпадения осадков интенсивностью от 0 до 1 мм/час качество атмосферы улучшается от критически нагруженного до напряженного, а от 1 до 8 мм/ч соответствует условно чистой и в атмосфере преобладают процессы вымывания.

Таким образом, несмотря на то, что вероятность выпадения осадков в атмосфере исследуемого ТПК незначительная (2,1 %), они могут оказывать существенное влияние на качество атмосферы урбанизированной территории;

20) Для оценки реального состояния атмосферы исследуемого территориально-промышленного комплекса, средние значения критерия качества атмосферы требуется поправить на вероятность различных метеорологических ситуаций в ней. При этом определяются приоритеты, отвечающие за рассеивание или вымывание примесей в среде. По данным Гидрометеоцентра для исследуемого ТПК характерны погодные условия с высокой ветровой активностью (вероятность более 87,6 %), повторяемость штиля составляет 10,3 %, причём из них 9,3 % приходится на температурную стратификацию атмосферы (v_диф = 0,1…1,0 м/с) и всего лишь 1,0 % – на инверсионное движение воздушных потоков (v_диф ≤ 0,1 м/с). Годовая повторяемость осадков составляет 2,1 % (приложение В, таблица В 2). То есть метеоусловия на исследуемой территории должны способствовать хорошему рассеиванию примесей, выбрасываемых промышленными предприятиями. Но из-за малого количества выпадаемых осадков атмосфера данной территории имеет низкую способность к самоочищению.

Критерии качества атмосферы, рассчитанные соответственно для разных погодных условий (ветра, инверсий, температурных стратификаций и осадков – К_в, К_инв, К_т.ст. и К_ос) приведены в таблицах 4.8-4.11.

Среднегодовое значение критерия качества атмосферы рассчитывается по граничным условиям, представленным в приложении В, следующим образом

21) Таким образом, в усреднённых метеоусловиях исследуемый территориально-промышленный комплекс относится к зоне чрезвычайной экологической ситуации (К_атм = 4,0), то есть не может считаться приемлемым для населённого пункта.

Дата добавления: 2014-11-25