Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ методов оценки геоэкологического состояния территории аэродромного комплекса 9
1.1. Особенности функционирования объектов аэродромного комплекса 9
1.2. Обзор исследований по расчету автотранспортного загрязнения 21
1.3. Анализ методов расчета распространения вредных веществ при эксплуатации воздушных судов 29
2. Результаты экспериментальных исследований по определению загрязнения приземного слоя атмосферы на территории аэродромного комплекса при работе авиационного и автомобильного транспорта 38
2.1. Цель и программа проводимых экспериментов 38
2.2. Анализ экспериментальных исследований работы двигателей воздушных судов и средств аэродромио-технического обеспечения 47
2.3. Анализ экспериментальных полей концентраций загрязняющих веществ на площадке предварительной и предполетной подготовки 56
3. Модели определения уровня загрязнения приземного слоя атмосферы территории аэродромного комплекса 67
3.1. Современное состояние методов оценки загрязнения окружающей среды в районе аэродрома 67
3.2. Моделирование диффузионных процессов загрязнения в отдельной зоне аэродрома выбросами от авиационной и автомобильной техники 71
3.3. Моделирование диффузионных процессов загрязнения приземного слоя атмосферы с учетом экологического взаимодействия сседних объектов 75
4. Анализ геоэкологической ситуации и зонирование исследуемой территории аэродрома на основе результатов предлагаемых моделей 81
4.1. Использование предлагаемой модели для расчета загрязняющих веществ от воздушных судов и автомобильного транспорта при их работе на исследуемой площадке 81
4.2. Оценка успешности предлагаемых моделей 85
4.3. Влияние метеорологических факторов на концентрацию загрязняющих веществ 93
4.4. Разработка природоохранных мероприятий для снижения возможного загрязнения в районе аэродрома 99
Заключение 106
Библиографический список использованной литературы 108
- Обзор исследований по расчету автотранспортного загрязнения
- Анализ экспериментальных исследований работы двигателей воздушных судов и средств аэродромио-технического обеспечения
- Современное состояние методов оценки загрязнения окружающей среды в районе аэродрома
- Использование предлагаемой модели для расчета загрязняющих веществ от воздушных судов и автомобильного транспорта при их работе на исследуемой площадке
Введение к работе
Актуальность темы исследований. Исследование процессов в системе «природа - общество» является одной из основных проблем современной географической науки.
В настоящие время одной из важн ых задач является анализ влияния хозяйственной и иной деятельности человека на загрязнение и деградацию окружающей природной среды на региональном и локальном уровнях.
К числу недостаточно изученных локальных природно-технических геосистем относится аэродромный комплекс, на территории которого происходит техногенное загрязнение приземного слоя атмосферы в результате эксплуатации авиационного и автомобильного транспорта [40,47].
Данная природно-техническая геосистема включает в свой состав техногенную подсистему, выполняющую социально-экономическую функцию подготовки и производства полетов воздушных судов. По площади аэродромы за-нимают территорию от 10 до 25 км при размерах приаэродромной территории - 800-2000 км . В зависимости от класса аэродромов, типов воздушных судов и интенсивности их эксплуатации создаются локальные микро-масштабные очаги загрязнения окружающей природной среды (в первую очередь, ее подсистемы «воздушная среда»), которые оказывают негативное техногенное воздействие на экологическое состояние прилегающих территорий и здоровье обслуживающего полеты персонала.
Данная ситуация требует проведения геоэкологической оценки состояния приземного слоя атмосферы территории аэродромного комплекса на основе анализа пространственного распространения загрязняющих веществ от наиболее существенных источников техногенного загрязнения с учетом их совместного воздействия на окружающую среду.
В связи с этим, приобретает актуальность оценка степени загрязнения приземного слоя атмосферы от аэродромных источников и принятия обоснованных и своевременных природоохранных мероприятий для снижения негативного воздействия на окружающую среду и обеспечения экологической безопасности территории аэродрома.
Целью диссертационной работы является геоэкологическая оценка при
земного слоя атмосферы на территории аэродромного комплекса и определе-
<- иие пространственных размеров загрязнения от авиационной и автомобильной
. техники с учетом определенных метеорологических условий.
f Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие
задачи исследования:
ч' - провести экспериментальные исследования фактических выбросов от ав-
томобильного и авиационного транспорта на территории аэродромного комплекса при метеорологических условиях, способствующих сохранению загрязняющего облака;
разработать модели расчета концентрации загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы на территории аэродрома при воздействии на него основных техногенных источников воздействия аэродромного комплекса;
оценить успешность предлагаемых моделей;
- произвести зонирование исследуемой территории аэродромного ком-
\ плекса и выявить зоны с различной степенью экологической опасности
для здоровья обслуживающего персонала;
проанализировать метеорологические условия, при которых использование данных моделей будет наиболее эффективно;
разработать природоохранные мероприятия по обеспечению экологической безопасности и снижению негативного воздействия на приземный слой атмосферы в районе объектов аэродромного комплекса.
t{ Объект исследования - геоэкологическое состояние приземного слоя
атмосферы на территории аэродромного комплекса - локальной природно— технической геосистемы.
Предмет исследования - геоэкологическая оценка загрязнения воздуха
^ от авиационного и автомобильного транспорта в районе площадки предвари-
тельной и предполетной подготовки полетов на аэродроме г. Воронежа.
В качестве исходных данных использовались экспериментальные наблюдения за состоянием воздушной среды в районе военного аэродрома города Воронежа за период с 1999 по 2002 гг. В качестве загрязняющих веществ были определены оксид углерода и диоксид азота. Измерения концентрации загряз-
няіощих веществ произведены на стационарных и передвижных постах в пери
од производства полетов.
г. Научная новизна:
, - экспериментальным путем определены границы пространственного рас-
f нространения загрязняющего облака при работе двигателей авиационно-
го и автомобильного транспорта на различных режимах и при их взаимо-
, действии;
- предложены модели расчета концентрации загрязняющих веществ в при
земном слое атмосферы от авиационного и автомобильного транспорта
% на исследуемой площадке аэродромного комплекса с учетом их совме-
t стного воздействия;
- проведено зонирование исследуемой территории аэродромного комплек
са по степени экологической опасности для здоровья обслуживающего
персонала в период производства полетов;
- предложены природоохранные мероприятия по снижению экологическо-
;, го риска на территории аэродромного комплекса.
Основными методами исследования являются методы численного мо-
ц делирования и статистической обработки исходных данных.
Методологической основой для выполнения данной диссертационной
* работы послужили теория и практика геоэкологических исследований, изло-
,. женных в работах B.C. Преображенского, Б.И. Кочурова, А.Д. Данилова, С.Л.
Куролапа, В.А. Луканина, В.П. Подольского, В.Г. Ененкова, В.Е. Квитка и др.
Теоретическая значимость. Предложенные модели расчета концентра
ции загрязняющих веществ от авиационного и автомобильного транспорта в
v. отдельности и с учетом их совместного техногенного воздействия позволяют
более объективно оценить геоэкологическое состояние приземного слоя атмосферы аэродромного комплекса.
Практическая ценность. Выполненная работа направлена на повыше-
X ние качества оценки геоэкологического состояния приземного слоя атмосферы
и разработки природоохранных мероприятий по снижению экологической опасности в районе объектов аэродромного комплекса на основе использования предложенных моделей по расчету концентрации загрязняющих веществ.
На защиту выносятся:
- результаты экспериментальных геоэкологических исследований концен-
s трации загрязняющих веществ от автомобильного и авиационного транс
порта на площадке предварительной и предполетной подготовки;
модели по оценке концентрации и границ пространственного распространения загрязняющих веществ от авиационного и автомобильного транспорта в период производства полетов;
анализ геоэкологической ситуации исследуемой территории аэродромного комплекса по степени экологической опасности для окружающей сре-
* ды и обслуживающего полеты персонала на основе предлагаемых моде
лей;
- комплекс природоохранных мероприятий по снижению негативного воз
действия авиационного и автомобильного транспорта и обеспечению
экологической безопасности на территории аэродромного комплекса.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и ре-
v комендаций, содержащихся в работе, подтверждены использованием большо-
го объема исходных экспериментальных данных, полученных с помощью со-
\ временных приборов, применением адекватных физических законов для расче-
та концентрации загрязняющих веществ и удовлетворительным совпадением
* численных расчетов и результатов экспериментов.
«. Реализация результатов исследования. Результаты диссертации ис-
пользуются в мониторинговых исследованиях по реализации комплексных программ оздоровления окружающей природной среды, выполняемых Управлением по охране окружающей среды г. Воронежа. Методика оценки геоэколо-
г гического состояния приземного слоя атмосферы в районе аэродромного ком-
плекса используется в процессе обучения курсантов по дисциплине "Экология" и при дипломном проектировании по специальности «Автомобильные дороги и аэродромы» Воронежского высшего военного авиационного инженерного
t училища и студентов Воронежского государственного архитектурно-
строительного университета. Материалы диссертации предложены для внедре-ния в проектных организациях, осуществляющих прогнозную оценку экологического воздействия источников загрязнения на окружающую среду природно-технических геосистем .
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на:
Международном форуме по проблемам науки, техники и образования Академии наук о Земле (Москва, 2004 г.)
Всероссийских научных конференциях «Совершенствование наземного обеспечения полетов авиации» (Воронеж, ВВАИИ, 1999, 2003г)
Международной научно-практической конференции «Высокие технологии в экологии» (Воронеж, ВГАСА, 2003 г.)
Ежегодных научно-практических конференциях ВВАИИ (Воронеж, ВВАИИ, 1999-2004 гг.)
Публикации. По материалам исследований опубликовано 12 научных статей.
Личный вклад автора заключается в производстве, анализе, статистической обработке данных натурных наблюдений, разработке моделей техногенного экологического воздействия объектов аэродромного комплекса на приземный слой атмосферы, формулировании выводов и выработке практических рекомендаций по снижению уровня экологической опасности исследуемой территории.
Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы из 111 источников, в том числе 8 на иностранном языке, изложена на 117 страницах машинописного текста, в том числе 18 таблиц и 22 рисунка.
Обзор исследований по расчету автотранспортного загрязнения
Для обеспечения качественного функционирования систем аэродромного комплекса, включая воздушные суда, на аэродроме существует целая сеть автомобильных парков, различных по своему назначению. Имеющиеся средства технического обеспечения можно разделить на следующие группы: средства аэродромно-технического обеспечения (АТО) - автомобили специального назначения для заправки воздушных судов жидкостями и смесями, буксировки и запуска ВС; средства инженерно-аэродромного обеспечения - для подготовки аэродромного покрытия к полетам, уборки снега и гололеда, инженерная техника; средства аэродромно-эксплуатационного обеспечения - для подвоза материальных средств, пожарные автомобили, автобусы; средства связи - для обеспечения работы системы посадки, навигации, связи и освещения взлетно-посадочной полосы в ночное время. Большинство из имеющихся на аэродроме автомобилей имеют дополнительное оборудование: генераторы, насосы, компрессоры, редукторы, дополнительные двигатели и т.д. Поэтому, режим работы этих автомобилей существенно отличается от общепринятых (рассмотренных ниже) в связи с ограничением скорости движения на аэродроме, работой двигателей на различных режимах, приводом спецоборудования и состоянием постоянной готовности к обеспечению вылета самолетов или иных специфичных задач. Особые режимы работы аэродромной техники увеличивают массу загрязняющих веществ, особенно продуктов неполного сгорания топлива. Определение количества выбросов (эмиссии) не вызывает принципиальных затруднений, т.к. процессы работы автомобильных двигателей (энергоустановок) достаточно хорошо изучены [60]. В разных странах национальными стандартами предусмотрены для определения расходов топлива и выбросов различные модели реальной транспортной работы автомобиля, называемые «ездовыми циклами». В нашей стране используется городской ездовой цикл по ОСТ 20306-90, учитывающий наиболее характерные продолжительности стадий: холостой ход, разгон, равномерное движение, торможение. В США и других странах параметры ездовых циклов несколько отличаются, но нормативные показатели по компонентам выбросов для однотипных двигателей довольно близки. Вопросами расчетов количества и распространения выбросов от AT занимались сотрудники МАДИ под руководством чл. корр. РАН проф. В.Н. Лу-канина [40]. В результате проведенных исследований получены данные о количестве выбросов вредных веществ при движении автомобилей с постоянной скоростью, которую можно определить по таблице 1.4. Верхняя строка соответствует значениям выбросов при минимальной, нижняя - при максимальной скорости. загруженность движением - 3-10%, отклонения от оптимальной скорости — 8-12%, неоднородность состава движения - 7-8%. При неудовлетворительном качестве покрытия, наличии проломов, выбоин возникает необходимость не только снижения скорости, но и торможения, переключения передач или езды на пониженной передаче. Увеличение расхода топлива при этом может достигать 50%. При подсчете удельных выбросов вредных веществ для автомобилей аэродромного обеспечения предлагается [68] через соответствующие коэффициенты учитывать следующие особенности: продолжительную работу на максимальных оборотах; наличие дополнительных агрегатов или двигателей, работающих от основного двигателя или дополнительно установленного; ограниченную скорость движения на аэродроме; использование средств аэродромно-технического обеспечения для буксировки воздушных судов и агрегатов; наличие дорог, не имеющих твердого покрытия; несоответствие условий хранения и содержания автомобильной техники требованиям постоянной готовности к обеспечению вылета ВС. Механизм рассеивания в атмосфере отработавших газов и аэрозолей довольно сложен, поскольку одновременно с процессом диффузии происходят физико-химические превращения и взаимодействия в различной последовательности. Для выявления степени загрязнения ЗВ от AT предложено несколько типов моделей механизма рассеивания и распространения контаминантов в воздушной среде. Моделировать эти процессы непросто: кроме физических и химических явлений надо еще учитывать зависимость эмиссии от состава автомобильного потока, режима движения и вида земной поверхности вблизи проезжей части. Скорость процесса связана с составом и состоянием атмосферы. Например, окись углерода, попадая на поверхность земли, интенсивно поглощается почвенными микроорганизмами. Окислы азота из относительно безопасной формы оксида быстро превращаются в высоко токсичную двуокись. Сернистый газ во влажной среде образует аэрозоли и пары серной кислоты.
Моделированием процесса распространения автомобильных выбросов занимаются ученые в России и в других странах. За рубежом для практических целей обычно используют эмпирические зависимости, построенные по данным натурных измерений [40, 60, 62, 95]. Отечественные специалисты предпочитают применять теоретические модели, учитывающие различные влияющие факторы, с неизбежными упрощениями[37, 54, 59, 64].
Наряду с работой по совершенствованию моделей в нашей стране и за рубежом предлагается ряд упрощенных методов расчета распространения выбросов. Один из таких методов, разработанный Союздорнии, включен в Рекомендации Гипродорнии [59].
Анализ экспериментальных исследований работы двигателей воздушных судов и средств аэродромио-технического обеспечения
В данном исследовании наблюдения проводились лишь за СО и N02, как наиболее характерными продуктами неполного сгорания топлива. Двуокись азота - коричнево-бурый газ, ядовитый, с неприятным запахом, в газообразном состоянии токсичен (И-ой класс опасности), является сильным коррозионно-активным агентом. Предельные допустимые концентрации составляет: максимально - разовое - 0,085 мг/м3, среднесуточное - 0,04 мг/м3. Окись углерода обладает высокой токсичностью и сохраняется в течении длительного времени в атмосферном воздухе. Основная причина попадания СО в атмосферу является недостаток кислорода при сжигании топлива. Скорость потока выхлопных газов измерялась индукционным ручным анемометром АРИ-49. Определение разовых концентраций оксида углерода осуществлялось с помощью портативного газоанализатора ЭЛАН-СО-А-50, в котором при прокачке насосом пробы воздуха или газа на рабочем электроде происходит до-окисление оксида до диоксида углерода. Прибор отградуирован по выходному току ячейки, который изменяется пропорционально концентрации доокислен-ного оксида углерода в пробе, после чего проходит через усилитель и преобразуется в цифровую форму концентраций. Шкала прибора отградуирована в мг/м3. Прибор прошел госпроверку и аттестован в лаборатории кафедры городского хозяйства ВГАСУ. Помимо газоанализатора использовались замеры концентраций загрязняющих веществ с помощью многоканального газоизмерительного прибора «Multiwarn», выпускаемого фирмой «Drager» (ФРГ). С помощью варьирования установленных сенсоров прибором замерялись концентрации СО, NO2. В многоканальном газоизмерительном приборе можно устанавливать до одного инфракрасного, одного каталитического и трех электрохимических сенсоров. Подача проб газа в прибор осуществлялась принудительно насосом или диффузионным методом. Замер концентраций производился с высокой точностью до 0,01 Vol.%. Характеристики и возможности этого прибора в экспериментальных исследованиях приведены ниже. Газодозиметр «Multiwarn» предназначен для оперативного контроля концентрации от одного до пяти из 36 газов (горючие газы, алканы, Ог, СО, C02, H2S, NO, N02, S02, NH3, HCN, Cl2, СОС12 (фосген), PH3 (фосфин) и др. гидриды, этиленоксид) в промышленных выбросах, технологических процессах, контроле рабочих мест и при экологическом мониторинге контроля воздуха на токсичные и горючие газы, а также на недостаток и избыток кислорода. Прибор имеет до пяти каналов измерения концентрации взрывоопасных токсичных газов и кислорода в окружающем воздухе. Прибор автоматически «узнает» сенсор и настраивается на измеряемый газ. О наступлении опасности и превышении ПДК контролируемого газа прибор сообщает световым и звуковым сигналами. Наличие встроенного насоса позволяет проводить измерения с глубины до 45 м. Встроенная память, вмещающая показания за 50 часов работы с интервалом записи от 1 с до 1 ч, обеспечивает сохранность результатов измерений, а наличие компьютерного интерфейса RS 232 - дает возможность их последующей обработки. К особенностям следует отнести многофункциональность прибора для измерений. Характеристики ИК- сенсоров : электрохимические сенсоры за счет перекрестной чувствительности позволяют контролировать после перекалибровки до 36 газов. имеют срок службы 18...36 месяцев с периодичностью калибровки не чаще, чем 1 раз в 3...6 месяцев. IR-Ex сенсор позволяет после перекалибровки контролировать один из 80 углеводородов, в том числе ароматические. Определение концентрации загрязняющих веществ проводились во время запуска ВС при работе двух средств АТО в непосредственной близости от самолета. В период проведения замеров фиксировались метеоданные на момент проведения опытов. Отбор проб или прокачка через стационарный газоанализатор воздуха при определении разовой концентрации для определения фона проводилось в течение 15 минут. За это время заполнялись 3 пробные камеры. Время работы воздушного судна на различных режимах кратковременно и именно в эти интервалы отбирались пробы на фиксированных расстояниях для прокачки и анализа их в последствии. По оси распространения ЗВ и в перпендикулярном к ней направлении отбор проб производился на высоте 1-2 м. Наземные операции (запуск, пред- и послеполетная подготовка, руление) для одного самолета составляют 15 мин. Время работы каждой единицы техники, включая самолеты и различные режимы работы силовых установок от двигателей, фиксировалось. В связи со сложностью производства отдельных замеров проб воздуха в период массовых полетов, отдельные исследования производились при перелете отдельных экипажей и газовке самолета в авиаремонтной мастерской. В период движения ВС и AT, при массовом производстве полетов (свыше 10 самолетов) для определения концентрации отбор проб производился в зоне движения транспортных средств на площадке, по оси руления воздушных судов и в перпендикулярных направлениях с интервалом 2 м по длине всей площадки (рис. 2.1) с помощью передвижной тележки с закрепленным на ней зондом газоанализатора. Наблюдения производились отдельно в летний (май - сентябрь) и зимний (ноябрь - март) периоды года. Из этих промежутков времени были выбраны дни с отсутствием ветра и температурой воздуха: летом - +20- +25 град, зимой - 0-10 град. В итоге на площадке было произведено около 3000 замеров концентраций ЗВ от ВС и AT в различные этапы производства полетов в зимнее и летнее время. Приведенная методика проведения эксперимента позволили зафиксировать данные отбора проб на площадке от всех источников, за исключением из 47 мерений, выполняемых в непосредственной близости (до 15 м) от сопла ВС по оси струи в связи с большой скоростью выхода газов. При обработке данных на этом участке расчет ЗВ производился с учетом индекса эмиссии.
Современное состояние методов оценки загрязнения окружающей среды в районе аэродрома
Распространение контаминантов от воздушных судов происходит до расстояния 95 м по оси факела и на расстоянии 38 м в перпендикулярном направлении. Согласно эксперимента, предельно допустимые концентрации ЗВ зафиксированы на расстоянии 83 м по оси факела и на расстоянии 17 м от оси в перпендикулярном направлении.
Максимальные значения ПДК были определены по оси факела в непосредственной близости от источников и по мере увеличения расстояния от них происходило распространение контаминантов в перпендикулярном от оси направлении.
На основании проведенного анализа, согласно известной классификации были определены зоны опасной (свыше 60 ПДК), угрожающей (50 ПДК), очень серьезной (40 ПДК), серьезной (30 ПДК), значительной (20 ПДК), умеренной (10 ПДК), слабой (5 ПДК) и легкой (до 5 ПДК) опасности ЗВ от ВС и AT
Для более точного представления границ распространения ЗВ выбирались безветренные дни, когда условия штиля и инверсии могли позволить зафиксировать показатели на границе нескольких источников. Замеры по высоте были произведены с учетом высоты кабины AT (1,5-2,5 м). По результатам этих исследований можно анализировать опасные зоны для обслуживающего персонала, летного и водительского состава находящихся в кабинах, конструктивные и проектные решения для размещения различных объектов АК попадающих в зону действия ЗВ и прогнозировать формирование «облака» ЗВ и его перемещение при различных метеоусловиях. 1. Проведены замеры выбросов СО и NO2 от автомобилей Зил-131 и Урал-4320 по оси факела при их работе на максимальных режимах на площадке предварительной и предполетной подготовки в зимний и летний периоды. Анализ результатов показал, что концентрация ЗВ от двигателя Урал-4320 намного больше, чем от Зил-131, особенно на удалении от сопла выхлопной трубы до 5 м, где различие может превышать в 4-5 раз. Кроме того, в летний период на всех удалениях от источника, количество ЗВ выше, чем в зимний период на 10-15 мг/м3. Граница распространения ПДК для Зил-131 составляет 4,5 м по оси струи, для Урал-4320 -6 м. 2. Проведены эксперименты по оценке ЗВ по оси факела от ВС. Замеры проводились в летний и зимний период в двух вариантах: в стационарном режиме при работе двигателя на максимальных оборотах и при рулении ВС по площадке предварительной подготовки. Установлено, что максимальные выбросы ЗВ в этих режимах на 15 м составляют от 200 мг/м3. На удалении 50м от сопла концентрация ЗВ уменьшается более, чем в 3 раза. Предельно допустимые концентрации при работе в стационарном режиме сохраняются на расстоянии до 85 м, в то время как при рулении на расстоянии свыше 70 м наблюдаются уже фоновые концентрации. 3. Установлены границы распределения ЗВ от AT по площади. Определено, что в направлении оси струи, границы ЗВ, превышающие ПДК распространяются до 6 м, в обратном направлении - до 2 м. В направлении, перпендикулярном оси факела границы ЗВ, превышающие ПДК распространяются в обе стороны на 2 м. На расстоянии 2 м по оси факела концентрация ВВ превышает 5 ПДК, а на расстоянии 1м-10 ПДК. При взаимодействии ЗВ от двух рядом расположенных AT, находящихся на расстоянии 2 м по обе стороны ВС, граница ЗВ, превышающая ПДК , расположена вдоль оси струи по обе стороны от нее на удалении 2 м. 4. Проведен анализ границ распространения концентрации ВВ от двигателя ВС в режиме максимальных оборотов как вдоль оси факела, так и в перпендикулярном направлении. Наибольшая концентрация сосредоточена на удалении 25 м от сопла и в радиусе 2 м (60-80 ПДК). С удалением от источника величина концентрации резко уменьшается, в тоже время радиус распространения расширяется. Максимальное расширение (16 м) зоны концентрации, превышающей ПДК, наблюдается на удалении 75 м. При дальнейшем удалении от источника, зоны ПДК снова ссужается. Самая удаленная граница зоны концентрации, превышающей ПДК, находится на расстоянии 90 м. Наиболее опасной является территория, находящаяся на удалении от источника до 40 м, охватывающая в диаметре 24 м. Здесь наблюдается превышение ПДК более чем в 30 раз. 5. При взаимодействии рядом расположенных ВС, работающих в режиме максимальных оборотов, зона, в которой концентрация превышает ПДК, охватывает территорию 50 м вдоль оси взаимодействия и 4 м в перпендикулярном направлении. Значения, превышающие 5 ПДК, сосредоточены в зоне 30 м и в радиусе 2 м. 6. Приведенные в данном разделе экспериментальные исследования позволяют выявить на аэродроме зоны с различной опасностью загрязнения для принятия и реализации необходимых природоохранных мероприятий. Экспериментальные исследования, проведенные по выше изложенной методике, сложно провести для всех объектов аэродрома - это достаточно трудоемкий и дорогостоящий процесс. Поэтому, имеется необходимость в создании модели, позволяющей адекватно описывать распределение концентраций на различных аэродромах. Кроме того, такую модель можно было бы использовать в случае ее адекватности и для других зон любых аэродромов при эксплуатации различных типов ВС и AT.
Использование предлагаемой модели для расчета загрязняющих веществ от воздушных судов и автомобильного транспорта при их работе на исследуемой площадке
В предыдущем разделе предложены модели для оценки количества выбросов и распространения в атмосферу вредных составляющих при работе одного авиационного двигателя, совместной работы нескольких двигателей, а также взаимодействия двигателей автомобильной техники в период предполетной подготовки.
Это позволяет предусматривать не только максимальные значения концентрации в конусе струи, но и определять пространственные размеры распространения ЗВ с учетом их распространения в пределах территории аэродрома при условии инверсии и штиля.
На основе моделирования предлагаются аналитические формулы 3.16, 3.23, позволяющие рассчитать концентрации ЗВ от одиночных и линейных источников и зависимости 3.31, 3.32, учитывающие взаимодействие нескольких источников, что позволит уточнить степень воздействия выбросов от авиационных и автомобильных двигателей и уточнить границы распространения ЗВ, минуя дорогостоящий эксперимент. Данные модели могут быть успешно использованы в практической работе, если результаты расчета моделей и экспериментов будут достаточно близки между собой.
Вычисления загрязнения по моделям производились для тех же точек, что и для экспериментальных наблюдений. Исходные данные для расчета были составлены на основе конкретных условий, типов ВС и AT без учета основных метеопараметров, существенно влияющих на концентрацию ЗВ. Основная задача сводилась к определению концентраций СО и ЫОг на высоте дыхания человека 1,5 - 2 м. Блок схема расчета представлена на рис. 4.1. Исходные данные для расчета концентрации принимались следующие: коэффициент диффузии ДСр = 1,67-н10" м /с; диаметр сопла для автомобиля равен 100 мм, для самолета -1000 мм; время работы 2-гЗО мин; коэффициент Фурье при расчетах равен 0,3; скорость ветра равна 1 м/с. На рисунке 4.1 отражены основные этапы расчета ЗВ с помощью ЭВМ: Блок 1.. Вводятся исходные данные: на каждый цикл исходные данные по і загрязнителям (і - индекс загрязнений: i=l,2,...,n); j - индекс цикла, j=l,2,...,mc; X, У - координаты источника; Gt - расход топлива; т - время; параметры dx.Gz- стандартные гауссовские отклонения; Спдк — предельная концентрация загрязнителя; f, k, m - заданные коэффициенты; Н - высота источника выброса; D - диаметр сопла. Блок 2. Расчет эмиссии контаминантов для п-источников. Блок 3. Определяются составляющие коэффициента диффузии Dr, Dg по формулам (3.17). Блок 5. Рассчитываются концентрации загрязняющих веществ С для каждой точки на площадке по формуле 3.23. Блок 8. Рассчитываются значения концентрации на участке взаимодействия i-тых источников по формулам 3.26 - 3.31. Блок 4, 10. Согласование и построение полей концентрации ЗВ. При расчетах матричных уравнений координаты точек для ВС и AT устанавливались с учетом их расположения на данной площадке. При согласовании блока учета взаимодействия i-тых источников и блока построения полей концентрации (ПК) введено условие не превышения скорости выхлопа загрязняющих веществ 30 м/с, так как экспериментально не позволило определить границы полей концентрации при работе авиадвигателя на максимальном режиме на расстоянии 15 м. На основании расчетов по предлагаемой модели получено распределение полей концентрации на выбранной площадке в период производства полетов, которое представленно на рис. 4.2. Расчет производился для случая, когда одновременно работают несколько самолетных двигателей и в носовой части каждого самолета работают по два спецавтомобиля. Анализируя расчетные данные и построенные на их основе поля концентрации ЗВ можно отметить, что при данном режиме работы район, находящийся в зоне загрязнения, превышающего предельно допустимые значения, охватывает практически всю зону площадки подготовки самолетов и часть зоны стоянки средств аэродромно-технического обеспечения. На - рисунке проведены изолинии кратные 2 ПДК. Если же в работе задействованы все самолетные двигатели, расположенные по всей площадке, то экстраполируя полученные результаты, можно сделать вывод, что в зоне неблагоприятной концентрации воздуха будут находиться и другие объекты, расположенные рядом с площадкой по оси струи: склад горюче-смазочных материалов, подъездные дороги, мойка автомобилей, а следовательно, зоны, где находятся люди. Применительно к исследуемой площадке, используя данные модели, проведенная граница фоновых концентраций проходит на расстоянии 89 м от ВС по оси факела, на расстоянии 19 м от крайних работающих ВС в перпендикулярном направлении и захватывает весь участок предполетной подготовки и часть зон движения ВС и AT. Используя данную модель, исключая дорогостоящий эксперимент при оценке экологического воздействия ЗВ на объекте АК и условно исключая ряд факторов, воздействующих на перенос контаминантов, можно сделать вывод о целесообразности территориального деления зоны АК на участки (по типу рис. 1.2) с экологически обоснованными границами в зависимости от интенсивности действия источников ЗВ и введении исходных данных для расчета.
Похожие диссертации на Геоэкологическая оценка приземного слоя атмосферы на территории аэродромного комплекса
