Мон ПБ _метода_
.pdfМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
А. Н. Лопанов, Е. В. Климова
Учебное пособие
к выполнению практических и курсовых работ по дисциплине «Мониторинг и экспертиза безопасности жизнедеятельности» для бакалавров направления 280700 Техносферная безопасность
Белгород
2013
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
А. Н. Лопанов, Е. В. Климова
Учебное пособие
к выполнению практических и курсовых работ по дисциплине «Мониторинг и экспертиза безопасности жизнедеятельности» для бакалавров направления 280700 Техносферная безопасность и
Белгород
2013
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
3
УДК 69.05.(07) ББК 38.7-08я7 Л 78
Лопанов, А. Н.
Мониторинг и экспертиза безопасности жизнедеятельности:
Л78 учебное пособие к выполнению практических и курсовых работ по дисциплине «Мониторинг и экспертиза безопасности жизнедеятельности» для бакалавров направления 280700 Техносферная безопасность / А. Н. Лопанов, Е. В. Климова.– Белгород: Изд-во БГТУ, 2012.– 105 с.
Учебное пособие позволит студентам качественно подготовиться к выполнению расчетно-графических заданий и курсового проекта по дисциплине «Мониторинг и экспертиза безопасности жизнедеятельности». Учебное пособие включает методики расчетов, примеры расчетов и задания для расчетно-графических заданий и курсового проекта.
Учебное пособие предназначено для бакалавров направления 280700 - Техносферная безопасность, может быть также использованно и студентами специальности 280102 – Безопасность технологических процессов и производств и магистрами направления 280102 – Техносферная безопасность.
УДК 69.05.(07) ББК 38.7-08я7
© Белгородский государственный технологический университет (БГТУ) им. В. Г. Шухова, 2013
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
4
Оглавление
1. Основные расчетные формулы для решения задач и выполне-
ния курсового проекта .................................................................... |
5 |
1.1. Экспертиза состояния атмосферы ............................................ |
5 |
1.2. Экспертиза состояния водного бассейна ................................. |
8 |
1.3. Расчет выбросов вредных веществ .......................................... |
10 |
1.4. Эколого-экономический ущерб от загрязнения среды .......... |
11 |
1.5. Охрана биосферы от ионизирующего излучения .................... |
13 |
1.6. Защита от воздействия шума ..................................................... |
13 |
1.6.1.Расчет акустического экрана ............................................
1.6.2.Расчет и подбор звукоизолирующей стены ....................
1.6.3.Шумовое воздействие транспорта на окружающую среду …………………………………………………………….
1.7. Проектирование системы освещения ……………………….. |
19 |
1.8. Расчет устойчивости откоса …………………….................... |
24 |
1.9. Расчёт подпорной стенки на плоский сдвиг по подошве ..... |
26 |
2.Типовые задачи и задания для выполнения расчетно-графических заданий ………………………………. 27
2.1. Экспертиза состояния атмосферы ………………………... |
27 |
2.2. Экспертиза состояния водного бассейна ………………… |
31 |
2.3. Эколого-экономический ущерб от загрязнения среды ….. |
34 |
2.4. Охрана биосферы от ионизирующего излучения ………… |
36 |
2.5.Защита от шума ……………………………………………... 38
2.6.Проектирование исскуственного освещения …………….. 48
2.7.Расчет устойчивости откоса ……………………………….
2.8. Расчёт подпорной стенки на плоский сдвиг по подошве .. 54
3.Методические указания квыполнению курсового проекта . 56 Задания для курсового проекта …..……………….…………...... 59 Задание№1. Оптимизация очистки водных растворов по математи-
ческой модели…………………………………………………………….59
Задание№2.Расчет нормативов допустимых сбросов (НДС) для реки…………………………………………………………….................67 Задание№3. Расчет нормативов допустимых сбросов (НДС) для водохранилищ…………………………………………………………....70 Задание№4. Расчет предельно-допустимых выбросов и оценка экономического ущера от загрязнения атмосферы…………………....72 Задание№5. Оценка радиоактивного загрязнения атмосферы при залповом выбросе нуклидов………………………………….................74 Задание№6. Составление карты рассеивания токсичных выбросов……………………………………………………………................... 77
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
5
Задание№7. Анализ экономической эффективности одноцелевых мероприятий по защите биосферы…………………………………….. 79 Задание№8. Составление проекта наблюдательной станции и оработка результатов наблюдений ………………………………………...81 Задание№9. Мониторинг окружающей среды при проектировании автомобильных дорог................................................................................
Задание№10. Проектирование естественного и искуственного освещения......................................................................................................
Заключение……………………………………………………………………..
Библиографическийсписок…………………………………………………..
Приложения……………………………………………………………………
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
6
1. Основные расчетные формулы для решения задач и выполнения курсовой работы/проекта
1.1. Экспертиза состояния атмосферы
Градиентный перенос вещества в атмосфере описывается дифференциальным уравнением второго порядка:
dm |
Kx |
2m |
Ky |
2m |
Kz |
2m , |
( 1.1.1) |
|
dt |
x2 |
y2 |
z2 |
|
|
где m – масса вещества; Kx,Ky,Kz – коэффициенты рассеивания.
Используя модель статистической теории рассеивания, находят концентрацию веществ в приземном слое. Для удобства расчетов решение дифференциальных уравнений с граничными условиями интерполируют различными формулами, которые сводят в нормативные документы. Предполагается, что точность расчетов достигает 20-30%, но необходимо помнить, что реальные атмосферные процессы настолько сложны, что ожидаемые расчетные концентрации вредных веществ могут не соответствовать действительному загрязнению системы.
Максимальное значение приземной концентрации вещества при выбросе газовой смеси в воздух при неблагоприятных метеорологических условиях определяют по формуле:
CM |
A M F m n η |
, |
( 1.1.2) |
||
H 23 |
|
|
|||
V Е |
|||||
|
1 |
|
|
|
где CM – максимальная концентрация вещества, мг/м3; A – коэффици-
ент температурной стратификации атмосферы (А = 140–250); M – мощность выброса, г/с; F – коэффициент, учитывающий скорость оседания вещества, F = 1 для газов, мелкодисперсных частиц и аэрозолей, для остальных частиц F = 2 3; m,n – коэффициенты, учитывающие условия выброса; η – коэффициент учета рельефа местности, если рельеф не учитываютη 1; H – высота источника выброса с круглым
устьем, м; T – разность между температурой смеси и температурой окружающего воздуха; V1 – расход газовоздушной смеси, м3/с:
V1 |
πD2 |
(1.1.3) |
||
|
ω0 |
|||
4 |
||||
|
|
|
где D – диаметр устья источника выброса, м; ω0 – скорость выхода смеси, м/с;.
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
7
Коэффициенты m, n определяют в зависимости от параметров f, vM , vМ , fe. Если условия выброса не учитывают, то m = n = 1.
f 1000 |
|
ω2 |
D |
; |
|
fe 800 v1m 3 |
|||||||||||||
|
H2 |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,3 |
ω0 D |
; |
||||||||
v 0,653 |
V1 |
T |
; v |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
M |
|
|
|
H |
|
|
|
|
М |
|
|
|
|
|
|
H |
|||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, при f 100; |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
0,67 0,1 |
|
|
f |
|
0,343 f |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
1,47 |
|
, при f ≥ 100. |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
f |
(1.1.4, 1.1.5)
(1.1.6, 1.1.7)
(1.1.8)
(1.1.9)
Для fe < f < 100 значение коэффициента m вычисляют при fe = f. Коэффициент n при f < 100 определяют в зависимости от vM по
формулам:
n = 1, при vM 2; |
|
|
|
|
|
(1.1.10) |
|||||||
n 0,532 v2 |
2,13 v |
M |
3,13, при |
0,5 v |
M |
2 |
(1.1.11) |
||||||
М |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
n 4,4 vM , при vM 0,5. |
|
|
(1.1.12) |
||||||||||
При f 100 или |
T 0 |
и v |
0,5 |
концентрацию вредного |
|||||||||
вещества рассчитывают: |
|
|
|
|
|
М |
|
|
|
|
|
|
|
|
A M F n η D |
|
|
|
|
|
|||||||
CM |
, |
|
|
|
(1.1.13) |
||||||||
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
8V H 3 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
1 |
= v . |
|
|
|
|
|
|
где n определяют по формулам при v |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
M |
М |
|
|
|
|
|
|
В случае предельно малых опасных скоростей ветра f < 100, |
|||||||||||||
v 0,5 или при f < 100, |
v |
< 0,5 максимальную приземную концен- |
|||||||||||
М |
М |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
трацию загрязняющего вещества находят следующим образом: |
|
||||||||||||
CM |
A M F n η |
, |
|
|
|
|
(1.1.14) |
||||||
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
||||
где m 2,86 m при f < 100, v |
|
|
H 3 |
m 0,9 |
, при f ≥ 100; v |
0,5. |
|||||||
M |
0,5; |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М |
Расстояние xM , на котором наблюдают максимальную приземную концентрацию, находят по формуле:
xM |
|
5 F d H |
, |
(1.1.15) |
|
||||
|
4 |
|
|
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
8
где |
d 2,481 0,28 3 |
|
, |
при vM 0,5, f < 100; |
|||||||||||
f |
|||||||||||||||
|
d 4,95vM 1 0,38 3 |
|
|
, при 0,5 |
vM 2 , f < 100; |
||||||||||
|
f |
||||||||||||||
|
d 7 |
|
|
1 0,28 3 |
|
|
, при vM 2, f < 100; |
||||||||
|
vM |
|
f |
||||||||||||
|
d 5,7, при vM 0,5, |
f > 100, T 0; |
|||||||||||||
|
d 11,4 v ; при 0,5 v |
2, f > 100, T 0; |
|||||||||||||
|
|
|
М |
М |
|
|
|
|
|||||||
|
d 16 |
|
, при v 2 |
f > 100, T 0. |
|||||||||||
|
v'M |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
М |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
При неблагоприятных метеорологических условиях приземную |
||||||||||||||
концентрацию веществ по оси факела рассчитывают по формуле: |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C S CM |
|
(1.1.16) |
|
где |
S – безразмерный коэффициент, равный: |
||||||||||||||
|
S 3 x xМ 4 8 x xМ 3 6 x |
xМ 2, |
при x |
xМ 1; |
|||||||||||
|
S 1,13 0,13 x xМ 2 1, при 1 x |
xМ 8; |
|||||||||||||
|
S x xМ 3,58 x xМ 2 35,2 x xМ 120 , |
при x xМ 8; |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
x xМ |
8, F 1,5. |
|
|
S 0,1 x xМ 2 2,47 x xМ 17,8 , |
Следует отметить, что расчетные формулы, приведенные выше, справедливы для максимальных концентраций, лежащих по оси факела рассеивания OX.
Значение приземной концентрации вредных веществ в точках с координатами (x,-y,0), (x,-y,z), (x,y,z), (0,0,0) и т.д. рассчитывают по другим более сложным формулам, учитывающим различные скорости ветра, отличные от опасных, при которых достигается максимальная приземная концентрация СМ. Расчет опасной скорости ветра:
|
UM 0,5, при vM 0,5, f < 100; |
(1.1.17) |
||||||||
|
|
|
UM vM , при vM 2, f < 100; |
(1.1.18) |
||||||
UM vM 1 0,12 |
|
|
, при vM 2, f < 100; |
(1.1.19) |
||||||
|
f |
|||||||||
|
|
UM 0,5, при vM 0,5, f < 100; |
(1.1.20) |
|||||||
U |
|
|
|
|
|
|
|
|
2, f < 100; |
(1.1.21) |
M |
v , при 0,5 v |
|||||||||
|
|
|
М |
|
|
М |
2, f < 100;. |
|
||
U |
M |
|
2,2 v |
, при v |
(1.1.22) |
|||||
|
|
|
М |
|
|
М |
|
|
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
9
где UM опасная скорость ветра, м/с, при которой достигается макси-
мальная концентрация загрязняющего вещества CM .
Расчет предельно-допустимого выброса (ПДВ) проводят по формулам:
Если f < 100, то ПДВ |
(ПДК Сф) Н2 |
(V T)1/3 |
|
|
|
|
|
(1.1.23) |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
А F m n η |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Если f ≥100, T 0, то ПДВ |
(ПДК Сф) Н4/3 |
|
8 V1 |
|
|
|
|
(1.1.24) |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
A F n η |
|
|
|
D |
|
|
|
|
|||||
|
C |
|
С |
2 |
|
|
|
|
С |
n |
|
|
n |
C |
i |
|
|
(1.1.25) |
|||
q |
1 |
|
|
|
|
|
... |
|
|
|
|
|
|
|
, |
||||||
ПДК |
|
ПДК |
2 |
|
ПДК |
n |
ПДК |
|
|||||||||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i 1 |
|
|
|
i |
|
где q – безразмерная концентрация веществ, обладающих эффектом суммации, мг/м3; Сi – концентрация i – го вещества, мг/м3.
|
|
M1 |
|
|
M2 |
|
|
Mn |
|
n |
Ci |
|
(1.1.26) |
Mq |
|
|
|
|
... |
|
|
|
|||||
ПДК |
|
ПДК |
|
ПДК |
|
ПДК |
|
||||||
|
|
1 |
|
2 |
|
n |
|
i |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
i 1 |
|
где Mq – безразмерная мощность выброса, г/с; M1 – мощность выбро-
са каждого вещества, г/с.
C |
С |
2 |
|
С |
n |
|
|
n |
C |
i |
|
|
|||
1 |
|
|
... |
|
|
1; |
|
|
1 |
|
|||||
|
|
|
ПДК |
|
|
|
|
||||||||
ПДК |
ПДК |
2 |
|
n |
|
i 1 |
ПДК |
i |
|
||||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(1.1.27) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.2. Экспертиза состояния водного бассейна
По формуле (1.2.1) найдем концентрацию загрязняющего вещества в водном бассейне, кг/м3:
k |
|
С Сф Сi Cф / ni, |
(1.2.1) |
i 1
где Сф – фоновая концентрация загрязняющего вещества, кг/м3; Сi – концентрация вещества в стоке, кг/м3; ni – разбавление сточной воды; k
– число источников сброса.
Для неконсервативных веществ учитывают фактор очищения воды под действием внешних условий:
С 10 К1 Т |
|
С |
|
|
|
С |
|
C |
|
|
(1.2.2) |
|
ф |
|
i |
ф |
/n , |
||||||
|
|
|
|
|
|
i |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где К1 – коэффициент неконсервативности, учитывающий самоочищение воды, с-1, сут-1, T - температура воды в водоеме, Cº.
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
10
Снижение или увеличение температуры воды в водоеме в результате сброса выражается следующим образом:
k |
T T |
|
|
T |
i ф |
, |
(1.2.3) |
|
|||
i 1 |
ni |
|
где Т – снижение или увеличение температуры воды в водоеме в результате сброса, °C; Тi – температура стока, °C; Тф – температура водоема или реки, °C.
n 1 γ |
W0 |
, |
(1.2.4) |
|
W1 |
||||
|
|
|
где γ – коэффициент смешения; W0 – расход воды в реке, м3/с; W1 – расход воды в стоке, м3/с.
Коэффициент смешения рассчитывают следующим образом:
|
|
|
|
|
|
|
|
W0 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
γ exp α3 |
|
l |
1 |
|
exp α3 l , |
(1.2.5) |
|||||||||||
|
W1 |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
α φ·ξ3 |
D |
|
; |
|
|
|
|
|
(1.2.6) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Wi |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
D |
9,8 v H |
|
; |
|
|
|
(1.2.7) |
||||||||
|
1 |
|
C2 |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
С |
H y ; y = |
0,26 при H 1,y=0,23, при Н ≤ 1. |
||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||
0,03 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где φ – коэффициент извилистости реки, |
равный |
отношению |
||||||||||||||||
расстояний по берегу и по фарватеру; |
ξ – коэффициент выпуска: ξ = 1 |
при выпуске стока у берега, ξ = 1,5 при выпуске в речной поток; D – коэффициент турбулентной диффузии; v – скорость речного потока, м/с; Н – глубина реки, м; l – расстояние от места сброса до точки отбора пробы воды, м; 0,03 – коэффициент шероховатости ложа реки.
Ориентировочная оценка коэффициента α |
(при 20 – 30% |
|
точности расчетов): |
|
|
α 0,2φ |
ξ H1 6 v1 3 W . |
(1.2.8) |
|
1 |
|
Разбавление сточной воды в водохранилищах и озерах зависит от начального и конечного разбавления, которое определяет общее разбавление, равное
n nн n0 , |
(1.2.9) |
где nн – начальное разбавление; n0 – конечное разбавление; n –
общее разбавление.
Если выпуск сточных вод происходит у берега, распространение загрязняющего вещества вдоль берега или выпуск сточных вод осуще-
Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)