РАСЧЕТ И ОЦЕНКА ПОВЕРХНОСТНОГО СТОКА
С АВТОМОБИЛЬНОЙ ДОРОГИ
Составитель: к.т.н., доцент Курочкина Т.Н.
Утверждено на заседании кафедры ХОТОС
«_____» ________________________ 2017г.
Зав. Кафедрой ________ проф. Степанов Е.Г.
Рыбинск, 2017г.
Цель работы: произвести расчет нормативно допустимого сброса (НДС) загрязняющих веществ в водоток, оценить величину фактического сброса и проанализировать различные варианты выпуска стоков.
Задание
1. Определить параметры поверхностного стока и НДС ЗВ (взвешенные вещества, нефтепродукты, свинец) в водоток с автодороги в Ярославской области.
2. Оценить величину фактического сброса (ФС) этих веществ с поверхностными сточными водами по каждому ингредиенту.
3. Изобразить в виде гистограммы результаты расчета, провести из анализ для обоснования вариантов сброса сточных вод (СВ) в водоток без предварительной очистки или через очистные сооружения и предложить соответствующие инженерные решения.
Исходные данные: категория автомобильной дороги j, ее продольный уклон i, площадь участка водосбора F, глубина в русле водотока h, средняя скорость потока в русле υп, расстояние от места выпуска СВ до контрольного створа по течению реки lф, коэффициент извилистости f, минимальный расход воды в водотоке Qmin, — представлены в табл. А.1.
Теоретическая часть
Сток ливневых и талых вод, образующихся в результате выпадения атмосферных осадков на территории городов и поселков, является одним из основных источников загрязнения почв и водоемов.
Исследование влияния транспортных средств на окружающую среду, чаще всего сводится к оценке загрязнения воздушной среды и шумового уровня, и незначительное внимание уделяется загрязнению дорожными поверхностными стоками прилегающей к автомобильной дороге территорий, водоемов и грунтовых вод [1-3]. Принято считать что, загрязнения, попадающие в водоемы с поверхностными сточными водами с автомобильных дорог и мостов, составляет незначительный удельный вес от загрязнения водной среды отходами промышленного производства. Однако, в крупных городах поверхностных сток представляет собой значительные объемы сточных вод, которые зачастую без очистки, с концентрациями загрязняющих веществ, в несколько раз превышающих ПДК, поступают в водные объекты и на прилегающую территорию. Загрязнения, оседающие на покрытии автомобильных дорог, состоят из пыли; продуктов износа шин и тормозных колодок; выбросов от работы двигателей автомобилей; химических реагентов, используемых для борьбы с гололедом и для пылеподавления. При смыве дождевыми и талыми водами все загрязнения попадают в водоемы и приводят к насыщению вод поверхностного стока такими веществами как взвешенные частицы, бензин, дизельное топливо, масла, мазут и др., но наибольшую экологическую опасность в сточных водах представляют нефтепродукты и ионы тяжелых металлов. Поэтому основная задача повышения технического уровня автомобильных дорог, безопасного движения и экологической безопасности их эксплуатации является обеспечение сброса и отвода воды с поверхности автомобильных дорог, с последующей ее очисткой от загрязнения. Сброс дождевых и талых вод с поверхности автомобильных дорог за пределами водоохранных зон и населенных пунктов производится кюветами, лотками, по откосам на рельеф без дополнительной очистки, но со скоростями меньше размывающих для грунтов в месте выпуска воды.
Отказ от решения данной проблемы приводит к снижению прочности дорожных покрытий, нарушению стойкости земельного полотна, сокращению межремонтных сроков, а также понижает безопасность движения транспортных средств [1].
Порядок выполнения работы
1. Расход дождевых и талых вод (л/с) согласно СНиП 2.04.03-85[2],
, (1)
где gуд – удельный расход дождевых вод, л/(с×га), для Ярославской области при времени поверхностной концентрации 5 мин gуд =4 л/(с×га);
F – площадь участка автодороги (моста), равная произведению длины участка на ширину части дороги, с которой вода будет поступать в водоток, или на расстояние в свету между перилами мостов (но не более 5 га), га;
К – коэффициент, учитывающий изменение удельного расхода воды в зависимости от среднего продольного уклона участка дороги или моста и принимаемый по табл.1.
Таблица 1 - Значения коэффициента К в зависимости от среднего продольного уклона дороги i (л/с)
| i, % | 0,1 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,8 | 1,0 | 1,5 | ||||
| K | 0,56 | 0,8 | 0,87 | 0,94 | 1,0 | 1,05 | 1,18 | 1,35 | ||||
| i, % | 2,0 | 2,5 | 3,0 | 3,5 | 4,0 | 4,5 | 5,0 | 6,0 | ||||
| K | 1,48 | 1,59 | 1,69 | 1,77 | 1,85 | 1,92 | 1,99 | 2,12 | ||||
10. Расход талых вод,
, (2)
где F – площадь участка автодороги, га;
hc – слой стока за 10 дневных часов, мм (для Ярославской области), hc =20мм;
Кс – коэффициент, учитывающий окучивание снега, Кс = 0,8.
10. Величина фактического сброса (ФС), г/ч, загрязняющих веществ с поверхностными сточными водами по каждому ингредиенту (взвешенные вещества: свинец, нефтепродукты) загрязнения,
ФС = 3600× СЗВ×Q max, (3)
где СЗВ – фактическая концентрация загрязняющих веществ(мг/л) в поверхностном стоке по каждому ингредиенту загрязнений, согласно табл. 2;
Q max– расчетный расход поверхностных сточных вод (принимают наибольший из рассчитанных выше расходов дождевых и талых вод), л/с.
Таблица 2 - Концентрации загрязнений в поверхностном стоке (СЗВ, мг/л), с покрытий автодорог
| Категория автодороги, j | Дождевые воды | Талые воды | ||||
| Взвешенные вещества | Свинец | Нефтепро-дукты | Взвешенные вещества | Свинец | Нефтепро- дукты | |
| I | 0,28 | 0,3 | ||||
| II | 0,22 | 19,2 | 0,24 | 20,8 | ||
| III | 0,17 | 14,4 | 0,18 | 15,6 | ||
| IV | 0,11 | 9,6 | 0,12 | 10,4 | ||
| V | 0,08 | 7,2 | 0,09 | 7,8 |
4. Коэффициент турбулентной диффузии D при заданной vn,
, (4)
где υп – средняя скорость потока в русле, м/с,
h – глубина в русле водотока, м.
5. Коэффициент α, учитывающий влияние гидравлических факторов смешения, принимая Q max= Qc (л/с),
, (5)
где t – коэффициент извилистости реки.
6. Коэффициент смешения сточных вод с водой водотока γ ( формула Фролова–Родзиллера),
, (6)
где Q min– среднемесячный (минимальный) расход воды в водотоке 95 % обеспеченности, л/с;
Q max= Qc – максимальный расход сточных вод, л/с.
7. Величина β определяется по формуле:
, (7)
где L – расстояние от места выпуска сточных вод до контрольного створа по течению реки, м.
8. Предельно допустимое содержание (концентрацию) загрязняющего вещества в поверхностном стоке с учетом смешения его с водами водотока, мг/л, (формула Фролова–Родзиллера),
, (8)
где СПДК– предельно допустимая концентрация (ПДК) данного загрязняющего вещества в водотоке, мг/л, принимают согласно табл. 3;
СФ – фоновая концентрация данного загрязняющего вещества в водотоке, мг/л (для взвешенных веществ – 15 мг/л; для нефтепродуктов – 0 мг/л, для свинца – 0,05 мг/л).
Таблица 3 - ПДК загрязняющих веществ в воде водных объектов рыбохозяйственного назначения
| Наименование вещества | СПДК, мг/л |
| Взвешенные вещества | Сф + СПДК |
| Нефтепродукты | 0,05 |
| Свинец | 0,1 |
9. Величина нормативно допустимого сброса (НДС, г/ч) загрязняющих веществ по каждому ингредиенту загрязнения,
НДС =3600 QС СПРД. (9)
10. Полученные величины НДС и ФС по каждому ингредиенту загрязнения изображают в виде гистограммы и анализируют результаты расчетов.
Если ФС≤НДС, то может быть допущен сброс поверхностных сточных вод с автодороги без очистки непосредственно в водоток. В этом случае при проектировании автомобильных дорог и мостовых переходов применяют обычные схемы водоотвода в соответствии с действующими нормами на проектирование и типовыми решениями.
Если ФС>НДС, сброс поверхностных сточных вод без очистки не допускается. В данном случае следует применять схемы поверхностного водоотвода с покрытия автомобильных дорог и мостов, обеспечивающие сбор вод поверхностного стока и направляющие их на очистные _оружения, обеспечивающие на выходе концентрацию ЗВ, непревышающую СПДК. Допускается применение индивидуальных очистных сооружений, например, камерных и тонкослойных отстойников, нефтеловушек.
10. В выводе приводятся результаты расчета токсичных сбросов в поверхностный сток при эксплуатации автомобилей и принятие решения о целесообразности или нецелесообразности очистки сточных вод с автодороги.
Инженерный анализ
Если при анализе результатов расчетов сделан вывод о допустимости сброса поверхностных сточных вод без очистки, то при проектировании автомобильных дорог мостовых переходов применяются обычные схемы водоотвода в соответствии с действующими нормами на проектирование и типовыми решениями [4-7]. В противном случае следует применять схемы поверхностного водоотвода с покрытия автомобильных дорог и мостов, обеспечивающие сбор поверхностного стока и направляющие их на очистные сооружения.
В проектах автомобильных дорог и мостов не следует предусматривать устройство мойки автомобилей в пределах водоохраной зоны водотока и водоемов.
По результатам расчетов принимается решение о целесообразности или нецелесообразности очистки сточных вод с автодороги.
Контрольные вопросы
1. Какие загрязняющие вещества попадают в сток ливневых талых вод с автодорог и мостовых переходов?
2. Какие из загрязняющих веществ талых и ливневых вод с автомобильных дорог, представляют наибольшую экологическую опасность и почему?
3. Что необходимо предпринять, если ФС≤НДС и ФС>НДС?
Литература
1. Ильина А.А. Влияние автомобильного транспорта на загрязнение повехностных стоков с автомобильных дорог и мостов / А.А. Ильина Новости в дорожном деле: Научно-техническая информация / ФГУП «ИНФОРМАВТОДОР». М.: 2004. – Вып. 2, с. 29-36.
2. Юрченко В.А., д.-р тех. наук, проф. Бригада Е.Е., асс. Коротченко М.А., зав. отделом Дяговец. Технический анализ состава поверхностных стоков с автомобильных дорог, 2012.
3. Леонов Е.А. Проблемы очистки сточных вод с поверхности автомобильных дорог на примере кольцевой автомобильной дороги вокруг С.-Петербурга / Е.А. Леонов, М.С. Михайлова // Жизнь и безопасность. – 2002. - № 3. – с. 280-286.
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Таблица 4. - Исходные данные
| № | F, га | j | i, % | υп, м/с | h, м | lф, м | f | Q min, л/с |
| 1,92 | I | 1,2 | 0,8 | 1,7 | 1,01 | |||
| 1,98 | II | 1,5 | 1,0 | 2,0 | 1,03 | |||
| 2,51 | I | 1,1 | 0,7 | 3,0 | 1,05 | |||
| 1,35 | IV | 0,5 | 0,6 | 3,5 | 1,06 | |||
| 1,55 | III | 6,0 | 0,9 | 2,8 | 1,02 | |||
| 2,80 | V | 0,3 | 0,7 | 2,9 | 1,04 | |||
| 2,10 | I | 0,4 | 0,6 | 1,8 | 1,07 | |||
| 1,85 | II | 0,5 | 0,9 | 1,9 | 1,01 | |||
| 1,78 | III | 0,6 | 0,5 | 2,1 | 1,02 | |||
| 2,75 | IV | 0,8 | 0,6 | 2,2 | 1,03 | |||
| 2,01 | V | 0,9 | 0,7 | 2,4 | 1,04 | |||
| 1,96 | I | 1,0 | 0,8 | 2,5 | 1,05 | |||
| 1,87 | II | 1,3 | 0,9 | 2,6 | 1,06 | |||
| 1,75 | III | 1,5 | 0,7 | 2,8 | 1,07 | |||
| 2,86 | IV | 2,0 | 0,8 | 2,1 | 1,01 | |||
| 2,50 | V | 2,5 | 0,9 | 2,0 | 1,02 | |||
| 2,44 | I | 3,0 | 0,7 | 1,9 | 1,03 | |||
| 2,40 | II | 3,5 | 0,6 | 1,8 | 1,04 | |||
| 2,35 | III | 4,0 | 0,5 | 1,7 | 1,05 | |||
| 2,25 | IV | 4,5 | 0,6 | 1,8 | 1,06 | |||
| 2,15 | V | 5,0 | 0,7 | 1,9 | 1,05 | |||
| 2,10 | I | 0,1 | 0,8 | 1,7 | 1,04 | |||
| 2,00 | II | 0,3 | 0,9 | 1,8 | 1,03 | |||
| 1,99 | III | 0,4 | 0,6 | 0,9 | 1,02 | |||
| 1,75 | IV | 1,2 | 0,8 | 2,0 | 1,01 | |||
| 2,86 | V | 0,9 | 0,9 | 2,0 | 1,01 | |||
| 2,50 | I | 1,0 | 0,7 | 1,9 | 1,02 | |||
| 2,44 | II | 1,3 | 0,8 | 1,8 | 1,04 | |||
| 2,40 | II | 1,5 | 0,5 | 2,1 | 1,07 | |||
| 1,92 | IV | 2,0 | 0,7 | 2,2 | 1,03 |