Автомобильный транспорт
115
УДК 656.013.08
Л. С. Жданов, В. Л. Жданов
О ДОСТОВЕРНОСТИ КОНЦЕНТРАЦИЙ ВЕЩЕСТВ В ВОЗДУХЕ КАК МЕРЫ ИЗМЕНЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ ТРАНСПОРТНЫМИ ПОТОКАМИ
Достоверность информации о состоянии окружающей воздушной среды необходимо обеспечить в двух случаях: когда исследуется исходное состояние среды и когда интерес представляет изменение состояния системы по сравнению с исходным. При исследовании влияния транспортных потоков на загрязнение воздуха достоверность важна во втором случае, поскольку необходимо выявить влияние методов организации дорожного движения на этот процесс.
Следовательно, здесь важна достоверность величины \К -К0\ где К и К0 - количественные характеристики соответственно существующего и исходного состояний (концентрация в воздухе какого-либо вещества). Достоверность величин К и Ко характеризуется доверительным интервалом, т. е.
К ~ ^ тах ( К ( К + ^ тах,
(1)
где дтах - оценка наибольшего отклонения.
Важно отметить, что Зтах определяется не только случайными, но и систематическими ошибками, обусловленными
неполным соответствием параметров выборки параметрам
генеральной совокупности и ошибками измерений содержания данного загрязняющего вещества. Величина дтах определяется также принятым уровнем доверительной вероятности. Формальным основанием для суждения об изменении состояния окружающей среды
является выполнение неравен-
ства
\К - Ко\ >0 . (2)
Однако с учетом отклонений и ошибок анализа при оп-
ределении концентраций загрязняющих веществ выражение (2) следует записать в виде \К - Ко\ >Атах , (3)
где Атах - общее предельное отклонение результатов анализа состояния среды.
Если \К - Ко\ >>Атах, сомнений в изменении состояния воздуха не возникает, и это количественно определяет систему мер, которая позволяет добиться улучшения. При \К - К0\ <Атах - информация недос-
товерна. Особенно эта ситуация неблагоприятна при существенно большом значении Атах ,
хотя нередко без оснований эту величину считают достаточно малой.
При оценке состояния воздушной среды в районе действия транспортных источников выброса веществ количественным показателем состояния принимается концентрация определенного вещества, следовательно, разность \К - К0\ - концентрация в исходном состоянии (например, фоновая) и после каких-либо изменений в функционировании источников выбросов.
Большое значение имеет вопрос выбора точек отбора проб воздуха для анализа при исследовании транспортных источников, поскольку величина загрязнения зависит от расстояния до источника и от высоты забора проб, и сопоставимые данные могут быть получены только при равных условиях отбора проб. Единой методики отбора не существует, и в разных странах они свои. Если принять во внимание, что наибольшую опасность для человека представляют зоны загрязненного воздуха на уровне его
дыхания, то методика, принятая в Российской Федерации (высота 1,5 м на бордюре проезжей части) наиболее предпочтительна.
Поскольку транспортный поток как источник выброса имеет переменную в соответствии с колебаниями интенсивности q движения автомобилей в течение часа, суток мощность выброса, то и величины К , К0 меняются соответственно. По значениям концентраций веществ, полученных в определенный промежуток времени в каком-либо сечении дороги, установлены их многочисленные зависимости от интенсивности движения общего вида
K=aq+b ; K=aq2+bq+c . (4)
Подобного рода зависимости ограничены и недействительны для случаев низкой интенсивности при высокой плотности. Они дают хорошую сходимость с экспериментальными данными только для тех условий, где они были получены -отсюда многообразие предлагаемых уравнений.
Если предположить, что концентрации в воздухе распределены по нормальному закону, то формула ошибки разности двух случайных величин определяется как
A max ~ z ' max + ^ л , V umax
(5)
где z - коэффициент, характеризующий уровень доверительной вероятности (при p=0,95; z=2).
При отсутствии систематических ошибок при определении K и K0 ошибка разности возрастает в 1,41 раза. Однако анализ K и K0 выполняется в разное время, при этом не уда-
116
Л. С. Жданов, В. Л. Жданов
ется достичь равенства условий (метеорологических, характеристик потока и т. д.), что значительно увеличивает Атах за счет систематических ошибок, не поддающихся корректировке. С другой стороны, по данным Шаевича А.Б. [4] и авторов, случайные ошибки анализа концентраций распределены по логарифмически-нормальному закону, что предопределяет необходимость специального рассмотрения степени достоверности результатов. Кроме того, этот процесс нельзя рассматривать стационарным за весь период измерения.
Экспериментальные исследования проводились на коммунальном мосту в г. Кемерове и части ул. Елыкаевской. Отбор проб осуществлялся на каждой стороне проезжей части через 10 м. Фиксировались интенсивность, скорость, состав потока, скорость и направление ветра и другие параметры. В качестве вредного вещества была выбрана окись углерода СО, как наиболее хорошо изученный компонент отработавших газов. Было выполнено по пять заездов «туда - обратно», при этом средняя скорость в прямом направлении (к правому берегу) составила 23,69 км/ч, в обратном - 25,36 км/ч. За время заездов произведено 24 анализа воздуха на бордюре.
В качестве фоновой концентрации К0 =1,0 мг/м3 принято
потому, что эта величина была зафиксирована при отсутствии движения. Максимальное значение Кт в прямом направлении зафиксировано 10 мг/м3, в обратном - 18,5 мг/м3. При p=0,95 и г=2 Аmax =39,7. Таким образом, существенные величины дисперсии привели к высокому значению Атах и
потому приходится констатировать недостоверность процесса оценки изменения состояния среды по изменению концентраций вещества в воздухе. Они не могут служить оперативным параметром качества среды. Следовательно, невозможность использования изменения концентраций загрязняющих веществ в качестве оперативного критерия оценки влияния транспортных потоков (источников) на воздушную среду при изменении каких-либо факторов в организации дорожного движения, ставит задачу нахождения таких показателей, которые позволят косвенно судить о степени этого влияния. Эти показатели должны быть выражены как некоторые функции переменных, характеризующих процесс загрязнения воздуха транспортными источниками.
При формальном описании процессов загрязнения наиболее широкое применение получило линейное уравнение в частных производных (уравнение диффузии), с соответствующими начальными и граничными ус-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ловиями [1]. Решением этого уравнения в самом простом случае является значение максимальных концентраций на расстоянии у при времени диффузии t от наземного линейного источника
К _ A ' Qти ■ T , мг/м3 , 6)
Ктах ~ 2
у2
где A - постоянная величина; Qnш - выброс источника на единицу длины в единицу времени, мг/(м-ч); Т - время сохранения неблагоприятных метеоусловий (скорость ветра меньше одного метра в секунду, ч.
Таким образом, концентрация пропорциональна величине выброса и, следовательно, эта величина может служить мерой загрязнения воздуха транспортными источниками. Дополнительным аргументом в пользу данного вывода могут служить исследования авторов, которые показали, что существует регрессионная зависимость выброса веществ с такими фундаментальными параметрами движения транспортных потоков как скорость, шум ускорения, градиент скорости, пространственно-временная емкость потока [2, 3]. Структура этих параметров, характер зависимости и подробно исследованы в работах авторов [2, 3].
1. Берлянд М. Е., Геникович Е. Д., Оникул Р. И. К нормированию выбросов от наземных источников. -Труды / ГГО, 1987, вып. 387. С. 3 - 12.
2. Жданов Л. С., Жданов В. Л. Формирование параметров экологической характеристики транспортных потоков. / Вестн. КузГТУ, 1999, № 2. С. 78 - 82.
3. Жданов Л. С., Жданов В. Л Экспериментальное исследование параметров транспортных потоков на улично-дорожной сети г. Кемерово. / Вестн. КузГТУ, 1999, № 4. С. 35 - 38.
4. Шаевич А. Б. Достоверность данных анализов, выполняемых для оценки, контроля и регулирования состояния окружающей среды / Организация контроля за технологическими выбросами, загрязняющими атмосферу. - М., 1978. С. 19 - 26.
□ Авторы статьи:
Жданов Жданов
Леонид Сергеевич Вячеслав Леонидович
- канд. техн. наук, доц. ка- - ст. преп. каф. автомо-
ф. автомобильных перевозок бильных перевозок