Delist.ru

Научные основы методов и средств контроля экологического состояния автотранспорта и его воздействия на окружающую среду (30.08.2007)

Автор: Хватов Владимир Филиппович

Свет от частиц газовой мишени 11 собирается телескопом 4 и, проходя через приемную оптику 3 и спектральный анализатор служит для выделения наблюдаемого интервала длин волн и тем самым дискриминирует фоновую радиацию на других волнах. Он может быть в форме монохроматора, полихроматора или набора узкополосных спектральных фильтров вместе с фильтром. Блокирующим лазерную волну ( если не интересуются аэрозольным или молекулярным решением). Выбор фотодетекторов часто диктуется рабочим спектральным районом, который, в свою очередь, определяется видом применения и типом используемого лазера. Промежуток времени между моментами испускания лазерного импульса и регистрацией обратного сигнала определяется временем задержки t =2R/C. Включение приемника на время от t до t+td, осуществляемое стробируемыми импульсами 9, фиксирует свет, испущенный в i-ом процессе в интервале от R до R+L. Стробирующая система, куда входят импульсное питание 1, линия задержки 8, стробирующий усилитель 7, может варьировать как время задержки, так и время детекции td, а поэтому и глубину зондирования R, и ширину сигнального интервала Li. Локация и пространственное разрешение достигаются за счет выделения в приемнике той части сигнала, которая проходит от частиц, распределенных в пределах некоторого ограниченного объема. Это позволяет с помощью лидарных методов измерять концентрацию загрязняющих веществ с точностью разрешения в любой заданной точке пространства в конкретный момент времени. Такие методы обычно называются дифференциальными. Далее мы будем иметь дело только с этими методами.

Конструкция лидара и его функциональная схема в значительной степени зависит от типа и оптической схемы используемого телескопа. Наибольшее применение в лидарах получили отражательные (зеркальные) телескопы систем Ньютона, Грегори и Кассегрена, оптическая схема которых приведена на рис. При выборе типа телескопа, в отдельных случаях, предпочтение отдается системе Кассегрена из-за сочетания в ней компактности и большого фокусного расстояния.

Широкое применение начинают получать телескопы, в которых используются пластмассовые френелевские линзы большого диаметра, которые являются недорогими, легкими и компактными. Эффективность контроля тех или иных характеристик атмосферы зависит, главным образом, от типа используемого лазера. Поэтому в работе значительное внимание будет уделено анализу лазерных устройств.

Значительное влияние на эффективность работы лидара оказывают системы фотодетектирования и спектроаналитическая аппаратура.

Для выбора фотодетектора основными характеристиками служат спектральная характеристика, квантовый выход, частичная характеристика, усиление по току и темновой ток.

Большую роль могут играть габариты, устойчивость к разнообразным воздействиям и стоимость. В работе проведен анализ и выбор различных типов фотодетекторов: фотоумножителей, канальные умножители, фотодиоды, а также спектроаналитической аппаратуры: абсорбционные фильтры, интерферометрические элементы и диспергирующие системы, диэлектрический интерференционный фильтр, монохроматоры, полихроматоры, клинообразные фильтры и др.

В пятой главе диссертации приведены результаты экспериментальных исследований по прогнозу и контролю уровня загрязнения воздуха и оценке экологического состояния автотранспорта в Санкт-Петербурге

Как уже отмечалось ранее основными загрязняющими веществами в выбросах автомобилей являются: оксиды азота, углерода, альдегиды, углеводороды, ароматические углеводороды, сажа, сернистый газ, сероводород и тяжелые металлы. Однако, для анализа изменения концентраций загрязняющих веществ по площади Центральной части Санкт-Петербурга использовались данные только по оксидам азота и углерода, и по углеводородам, как наиболее представительным и корректно определенным.

Для выявления динамики уровня загрязнения данными компонентами нами использовались расчетные и измеренные данные в 2003 и 2006 годах.

В программе SURFER, по данным таблиц были построены карты содержания загрязняющих веществ в Центральной части г. Санкт-Петербурга. Граница зоны измерений представлена на рис. 8.

Рис. 8. Граница зоны измерений представлена

Как и следовало ожидать наибольшее загрязнение характерно для транспортных магистралей с максимально интенсивным движением, минимальной шириной улиц и северо-западным направлением ветра, при отсутствии зеленых насаждений.

Данный вывод иллюстрируется результатами статистической обработки уровней загрязнений по 20 улицам Центральной части города.

Так, коэффициенты парной корреляции свидетельствуют, что максимальной влияние на уровень концентраций оказывает интенсивность движения (до 0,75) и несколько ниже он для параметра ширины улицы (0.39).

В то же время, коэффициенты парной корреляции между количеством выбросов основных загрязняющих веществ оказываются существенно выше и достигают 0,95. При столь высокой взаимосвязи рассматриваемых параметров в результате построения плановых графических моделей уровней выбросов мы получаем близкую друг к другу конфигурацию интенсивности загрязнения.

Рис. 9. Карта распределения углеводородов в атмосфере Центрального района Санкт-Петербурга

Рис. 10. Карта распределения оксида углерода в атмосфере Центрального района Санкт-Петербурга

Рис. 11. Карта распределения оксида азота в атмосфере Центрального района

Санкт-Петербурга

Результаты построения карт изолиний выбросов углеводородов (рис. 9), оксида углерода (рис. 10) и оксида азота (рис. 11) однозначно свидетельствуют о формировании максимальной техногенной нагрузки на 4-х участках Центральной части города:

1-й участок выделяется вдоль Гороховой улицы от наб. Фонтанки до М.Морской улицы.

На данном участке интенсивность выбросов углеводородов составляют от 8 до 10 г/с, оксида углерода от 25 до 60 г/с, оксидов азота от 1,5 до 4,5 г/с.

2-й участок расположен в юго-восточном районе Центральной части города, имеет сложную конфигурацию изолиний, образующих 2 вершины и имеет максимальную площадь распространения.

Наиболее высокие выбросы углеводородов свыше 9 г/с, оксида углерода свыше 45 г/с, оксидов азота — 3,5 г/с отмечаются вблизи пересечения наб. Обводного канала и пр. Обуховской обороны и пл.Ал.Невского (1-ая аномальная зона).

2-я аномальная зона с существенно меньшими выбросами углеводородов распространяется вдоль Синопской набережной и Мытнинской улицы. Выбросы углеводородов здесь составляют от 5 до 7 г/с, оксида углерода от 35 до 50 г/с, оксидов азота от 2 до 4 г/с.

3-й участок находится в северо-западном районе Центральной части города.

Выбросы углеводородов от 4 до 6 г/с имеют зону распространения от Большой Конюшенной до Садовой улицы.

Зона выбросов оксида углерода тянется от Невского проспекта вдоль набережной Обводного канала, включая Большую Конюшенную улицу, до начала Садовой улицы. Значения выбросов составляют данной зоны колеблются от 25 до 40 г/с.

Зона выбросов оксидов азота охватывает те же улицы и составляет от 2 до 4 г/с.

4-й участок имеет наименьшую площадь распространения. Выбросы углеводородов от 4 до 7 г/с, оксида углерода от 30 до 50 г/с и оксидов азота 4 г/с отмечаются в районе площади Восстания.

Линейные размеры длины участков следующие:

1-ый участок: 1,5 км;

2-ой участок: 1 аномальная зона — 1,1 км ;

2 аномальная зона — 1,2 км;

3-ий участок: 1,3 км;

4-ый участок: 0,5 км.

Для всей площади Центральной части города Санкт-Петербурга характерны выбросы с интенсивностью по углеводородам от 1 до 3 г/с, по оксиду углерода от 0 до 20 г/с, оксидам азота от 0 до 1,5 г/с.

При этом наиболее “чистые” районы примыкают к водным объектам города (Южный и Юго-восточный берега Невы), а также к территории Летнего сада.

Таким образом территория Центральной части г. Санкт-Петербурга можно выделить 4 зоны с аномально-высокими выбросами загрязняющих веществ, 2 зоны с аномально-низкими выбросами от автотранспорта и остальная территория, создающая фоновые значения загрязнения.

Результаты расчетов концентраций загрязняющий веществ, проведенных по программе УПРЗА “Эколог” показывают, что загрязнение воздуха оксидом углерода и диоксидом азота весьма значительно. По диоксиду азота общегородская зона с превышением ПДК охватывает более 90% расчетной области и занимает площадь 300 км2, с превышением 2 ПДК — около 180 км2. В Центральной части города отмечается зона с превышением 5 ПДК за счет выбросов автотранспорта на Дворцовом мосту, ул. Гороховой, Невском пр., Лиговском пр., наб. Обводного канала, моста А. Невского. Такие же уровни зафиксированы для Московского и Ленинского пр. на расстояниях 200-500 м от проезжей части магистралей.

загрузка...