РАСЧЕТ УРОВНЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СТОКА НА АВТОМОБИЛЬНОЙ ДОРОГЕ

(Задание № 4)

Теоретические предпосылки

Загрязнение водотоков (водоемов) поверхностными сточными водами с автомобильных мостов и дорог составляет незначительный удельный вес от загрязнения водной среды отходами промышленного и химического произ­водств. однако этот вид воздействия в проектной документации на развитие автомобильных дорог и мостовых переходов рассматривается очень подроб­но.

Оседающие на покрытии автомобильных дорог пыль, продукты износа покрытий, шин и тормозных колодок, выбросы от работы двигателей авто­мобилей, материалы, используемые для борьбы с гололедом, пылеподавления и т.д. приводят при смыве дождевыми и талыми водами к насыщению.

вод поверхностного стока различными загрязняющими веществами, в числе которых взвешенные вещества, нефтепродукты (бензин, дизельное топливо, масла, мазут и др.), которые затем могут попадать в водотоки.

При решении вопросов о необходимости очистки поверхностных сточ­ных вод и при расчетах предельно допустимого сброса загрязняющих ве­ществ в водный объект необходимо руководствоваться следующими норма­тивными документами:

− Правила охраны поверхностных вод, утвержденные Госкомприро­дой СССР 21 февраля 1991 г.;

− Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загряз­нения (СанПиН 4630-88).

Оценку загрязнения поверхностного стока (сброса) с автомобильных дорог и выявление необходимости его очистки следует производить расче­том предельно допустимого сброса веществ в водный объект.

Под предельно допустимым сбросом (ПДС) веществ в водный объект понимается масса веществ в сточных водах, максимально допустимая к отве­дению с установленными режимом в данном пункте водного объекта в еди­ницу времени с целью обеспечения качества воды в контрольном пункте (п. 39 ГОСТ 17.1.1.01-77).

Задача. Определить предельно допустимый сброс (ПДС) загрязняю­щих веществ в водоток. Оценить загрязнение поверхностного стока и необ­ходимость его очистки.

Исходные данные:

Участок дороги проложен в водоохранной зоне, поверхностные воды предполагается в пониженном, месте сбрасывать через систему лотков или трубу в реку.

Автомобильная дорога I категории в Московской области.

Интенсивность движения − 2400 авт./час.

Длина участка дороги, с которого поверхностные сточные воды сбрасываются в реку − 700 м.

Ширина части дороги - 27,5 м.

Средний продольный уклон на участке дороги - 1,2 %.

Характеристика реки, имеющей рыбохозяйственное значение - I кате­гории.

Наименьший среднемесячный расход воды в водотоке 95 % обеспечен­ности − 62 м /сек (определен в соответствии со СНиП 2.01.14-83, может при­ниматься по данным органов Росгидромета).

Содержание взвешенных веществ в реке в природных условиях - 15. мг/л (по данным органов Роскомрыболовства).

1. Определение расчетного расхода поверхностного стока от дождевых вод:

где удельный расход дождевых вод, л/с с 1 га, определяемый в зависимости от площади стока по таблице 22. Табличные значения даны в зависимости от значения параметра «n», данные которого прини­маются по карте рисунок 5;

площадь участка автодороги (моста) в га, равная произведению длины участка на ширину части дорога, с которых вода будет по­ступать в водоток или расстоянию в свету между перилами для мостов:

где длина участка дороги (м);

ширина участка дороги (м).

коэффициент, учитывающий изменение удельного расхода воды в зависимости от среднего продольного уклона участка дороги или моста, принимается по таблице 21.

Таблица 21

Коэффициент удельного расхода в зависимости от среднего продольного уклона на автомобильной дороге (участка дороги) или моста

Средний уклон iср	Значение коэффициента k в зависимости от параметра n
0.001	0,64	0,61	0,58	0,56	0,53	0,51
0.003	0,84	0,83	0,81	0,80	0,78	0,77
0.005	0,96	0,95	0,95	0,94	0,94	0,93
0.006	1,00	1,00	1,00	1,00	1,00	1,00
0.008	1,04	1,04	1,04	1,05	1,05	1,05
0.010	1,14	1,15	1,16	1,18	1,19	1,21
0.015	1,26	1,29	1,32	1,35	1,38	1,41
0.020	1,35	1,39	1,43	1,48	1,52	1,57
0.025	1,43	1,48	1,54	1,59	1,65	1,71
0.030	1,49	1,56	1,62	1,69	1,75	1,83
0.035	1,55	1,62	1,70	1,77	1,85	1,94
0.040	1,61	1,68	1,77	1,85	1,94	2,04
0.045	1,66	1,74	1,83	1,92	2,02	2,13
0.050	1,70	1,79	1,89	1,99	2,10	2,22
0.060	1,79	1,89	2,00	2,12	2,26	2,40

Рис 5

Рис 6

Таблица 22

Удельный расход дождевых вод

F, га	в л/с в зависимости от значения параметра n
при времени поверхностной концентрации , в мин
до 20	4,1	3,5	4,1	3,4	4,0	3,3	4,0	3,25	3,95	3,15	3,9	3,1
	3,4	3,0	3,3	2,9	3,2	2,8	3,15	2,7	3,05	2,6	3,0	2,5
	3,0	2,7	2,9	2,6	2,8	2,45	2,7	2,3	2,6	2,2	2,5	2,1
	2,5	2,3	2,35	2,15	2,2	2,0	2,15	1,9	2,0	1,8	1,9	1,7
	2,0	1,85	1,85	1,75	1,75	1,6	1,6	1,5	1,45	1,35	1,35	1,25

2. Определение расхода поверхностного стока от талых вод.

где время протекания талых вод до расчетного участка, часов (при от­сутствии данных допускается принимать 1 час);

слой стока за 10 дневных часов, в миллиметрах, определяемый в зависимости от территориального района по схеме районирования рисунок 6. Для выделенных четырех территориальных районов величи­ны равны: для 1 района - 25, для 2 – 20, 3 – 15, 4 - 7 мм:

коэффициент, учитывающий окучивание снега, принимаемый рав­ным 0,8.

При расчете величины фактического сброса (ФС) учитывается только наибольший из определенных расчетных расходов дождевых или талых вод.

3. Определение величины фактического сброса (ФС) загрязняющих веществ с поверхностными сточными водами в г час по каждому ингредиен­ту загрязнения:

где коэффициент перевода в другие единицы измерения;

фактическая концентрация загрязняющих веществ в поверхност­ных сточных водах (поверхностном стоке) по каждому ингредиенту загрязнений, мг/л. Для целей оценки воздействия в проектной до­кументации допускается принимать по таблице 3 ( );

расчетный расход поверхностных сточных вод, л/с.

Таблица 23

Количество загрязнений в поверхностном стоке с покрытий автодорог I категории

Примечания:

1. Для автодорог других категорий принимаются следующие коэффициенты: для автодорог II категории - 0,8; III - 0,6; V - 0,3.

2. Для взвешенных веществ на дорогах с переходным типом покрытия при­нимается с коэффициентом интенсивности движения до 200 авт./сут. и 1,2 - при интенсивности движения более 200 авт./сут.

3. Приведенные табличные данные допускается уточнять в зависимости от местных условий и характера поверхностного стока по отдельным видам загрязнений.

Величина фактического сброса определяется по каждому ингредиенту загрязнения: взвешенных веществ, свинца, нефтепродуктов.

4. Определение предельно допустимой концентрации загрязняющего вещества в поверхностном стоке по каждому ингредиенту загрязнения с уче­том смешения его с водами водотока с мс/л:

где коэффициент смешения сточных (поверхностных) вод с водой водо­тока для заданного створа определяется по формуле

;

где расстояние от места выпуска поверхностных сточных вод до кон­трольного створа по течению реки.

Коэффициент определяется по формуле:

где для берегового выпуска; при выпуске в фарватер реки;

коэффициент извилистости русла реки;

средняя скорость потока в русле, м/с (0,8 м/с);

средняя глубина в русле реки, при заданном уровне, м (1,7 м).

Предельно допустимая концентрация (ПДК) загрязняющих веществ для рыбохозяйственных водотоков по таблице 24.

Таблица 24

Перечень предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ в воде водных объектов рыбохозяйственного значения

5. Предельно допустимый сброс (ПДС) загрязняющих веществ (по от­дельным ингредиентам) в г/час в поверхностном стоке с учетом его разбав­ления в воде водотока определяется по формуле:

где коэффициент перевода в другие единицы измерения:

предельно допустимая концентрация загрязняющего вещества в поверхностном стоке с учетом смешения его с водами водотока, мг/л;

расчетный расход поверхностных сточных вод, м/с.

6. Сопоставляя полученные значения фактического сброса с поверхно­стными сточными водами загрязняющих веществ по всем ингредиентам со значениями предельно допустимых стоков (ПДС), с учетом его разбавления с водой водотока сделать необходимые сравнения и дать рекомендации.

РАСЧЕТ ВПИТЫВАНИЯ ОСАДКОВ

(Задание № 5)

Теоретические предпосылки

Соответственно конструктивными элементами дороги различают влагу, поступающую через покрытие, обочины, откосы и разделительную полосу. Все покрытия, в том числе капитального типа, после несколь­ких лет службы становятся водопроницаемыми. На вновь построенных дорогах с асфальтобетонным покрытием или цементобетонным инфильт­рация незначительна, но по мере старения покрытия она возрастает. Разделительные полосы с зеленными насаждениями - это «губки», кото­рые впитывают и подводят воду под дорожную одежду, что ускоряет ее разрушение. Разделительные полосы значительно влияют (при пылеватых суглинках и тяжелых пылеватых супесях) на приток влаги в грунты земляного полотна. Выявлено, что количество воды, выталкивающей из продольных трубчатых дрен, составляет от 1,5 до 4 л/м² в сутки при разделительной полосе с оголенной поверхностью и уклоном менее 30 %о и не превышает 0,5 − 0,7 л/м² в сутки при задернованной поверх­ности и обеспеченном стоке. Исследования водно-теплового режима от­косов земляного полотна показали, что этот режим существенно зависит от осадков.

Задача. Определить впитывание атмосферных осадков в грунт земляного полотна.

Исходные данные.

Дорога III категории проходит по территории Тверской области. Расчетный период - последний осенний месяц. Повторяемость выпадения осадков 1 раз в 20 лет. Число дождей - 65, суммарная продолжитель­ность выпадения осадков − 230 часов (13800 мин), интенсивность осад­ков − 0,005 мм/мин, дефицит влажности воздуха той же повторяемости − 0,8 гПа. Местность равнинная. Поперечный уклон обочин 40 %о. Покры­тие проезжей части - асфальтобетон. Обочина укреплена песчано-гравийной смесью. Грунт земляного полотна - суглинок тяжелый пылеватый. Оптимальная влажность 14%. Коэффициент уплотнения грунта в расчетный период 0,93. Ширина проезжей части и ширина обочин при­ведены в таблице исходных данных по вариантам.

Таблица 25

Таблица исходных данных

При расчете впитывания последовательно определяют:

1. Суммарное смачивание проезжей части и обочин за расчетный период (в мм)

где число дождей повторяемостью I раз за срок службы покрытия до капитального ремонта;

дефицит влажности воздуха той же повторяемости, гПа;

суммарная продолжительность осадков той же повторяемости, мин.;

продолжительность расчетного периода, мин;

и параметры, учитывающие тип покрытия и состояние фунтовой поверхности приведены в таблице 26.

Таблица 26

Параметры и

Тип покрытия
Асфальтобетонное	0,01	0,5
Цементобетонное	0,02	1,0
Обочина грунтовая оголенная	0,04	1,5
Обочина с травяным покровом средней густоты	0,10	3,0
Обочина с густым травяным покровом	0,15	4,0

2. Суммарная величина смачивания поверхности обочин

3. Суммарное количество воды, впитывающейся в покрытие за расчетный период (в мм)

где коэффициент, учитывающий тип и состояние покрытия при принятой размерности величин, входящих в функцию для ас­фальтобетона, где удовлетворит состояние ;

коэффициент, характеризующий степень заполнения влагой швов, микротрещин и пор бетонного камня перед дождем (120 - для лета, 100 - для весны, 80 - для осени);

продолжительность впитывания, мин.;

средняя интенсивность осадков, за рассматриваемый период, м/мин.

4. Суммарное количество воды, впитывающейся в грунт земляного полотна под проезжей частью:

где суммарное количество воды, впитывающейся в покры­тие за рассматриваемый период времени, мин.;

коэффициент, учитывающий влияние испарения воды из дорожной одежды и нижележащего грунта и аккумуляцию влаги в слоях дорожной одежды на количество атмосферных осадков, по­ступающих в грунт за рассматриваемый период, безразмерная ве­личина (меньше единицы), значения приведены в таблице 27.

Таблица 27

Значения коэффициента

Среднемесячный дефицит влажности воздуха, гПа
		0,7	0,3	0,2	0,1

5. Интенсивность поступления воды на обочину.

где ширина односкатной или половин двухскатной проезжей части, (м) для равнинных участков принимают, что

6. Коэффициент впитывания в грунт земляного полотна (с) по графику рисунок 7 для суглинка с коэффициентом уплотнения по заданию и оптимальной влажностью %.

7. Интенсивность впитывания в грунтовые обочины определяет­ся по формулам.

Для упрощения расчета по формуле составлен график зависимости обобщенной интенсивности впитывания от интенсивности стока в логарифмическом масштабе при различных уклонах поверхности рисунок 8. Интенсивность впитывания определяется методом подбора. Для этого при заданном по графику определяют . Затем вычисляют по формулам:

При равенстве (29) и (30) подбор закончен.

8. Суммарное количество воды, впитывающейся в грунт земляного полотна на обочинах за расчетный период (в мм)

где коэффициент, учитывающий тип укрепления обочин (таблица 28).

Таблица 28

Значения коэффициента

Конструкция обочин
Неукрепленные грунтовые обочины	1,0
Обочины, укрепленные щебнем
при плотности: 1820 кг/м3	0,9
при плотности: 1920 кг/м3	0,8

Продолжение таблицы 28

Рисунок 7. Номограмма для определения коэффициента впитывания (цифры на кривых – коэффициенты уплотнения грунта) 1 – супеси; 2 – суглинки и глины

9. Дли получения эпюры впитывания представим обочину, состоя­щую из трех участков каждый длиной 2,5 м; для всех этих участков последовательно вычисляют впитывание. Порядок расчета тот же, за исключением определения интенсивиости поступления воды на второй и последующий участки. На первом из них, примыкающем к проезжей части, устанавливают по формуле (28) с учетом стока с проезжей части для второго по формуле (31) с учетом стока с первого участка и т.д.

Рисунок 8. Номограмма для определения интенсивности впитывания

где интенсивность поступления воды на вышележащую площадку, мм/мин.;

интенсивность стока и впитывания на вышележащей площадке, мм/мин.;

протяженность нижележащей и вышележащей площадок по направлению косого уклона, м.

Полученные значения впитывания осадков в грунт наносят на гра­фик и проводят кривую которую обрывают при фактической протяженности обочины по направлению стока воды.

Пример построения эпюры впитывания.

Чтобы получить эпюру впитывания осадков в обочину, строят прямоугольную систему координат (рисунок 9), на которой по оси абсцисс откладывают расстояния от кромки проезжей части, а по оси ординат- значение впитывания. График разбивают на ряд следующих друг за другом участков длиной l (на рисунке 9 показано построение эпюры впиты­вания при м). Таких участков должно быть не менее трех.

Для каждого участка вычисляют количество воды, впитывающейся в фунт, и наносят на график, по которому проводят кривую та­ким образом, чтобы площадь, заключенная между кривой и осью , в пределах размещения всех площадок была равна площади, ограниченной средними значениями впитывания на отдельных участках.

После этого кривую обрывают при фактической протяженности обочины по направлению стока воды.

Аналогичным образом строится эпюра впитывания на откосе с той только разницей, что начало координат располагают по бровке земляно­го полотна.

На рисунке 9 показано построение для стока воды с проезжей части на обочину.

Основная часть этого стока впитывается в грунт на площадке, принимающей к кромке проезжей части, вследствие чего на вторую площадку воды поступает меньше, чем на первую, что служит причи­ной уменьшения впитывания атмосферных осадков в грунт.

Осадки, выпадающие на откос, который имеет значительный ук­лон, больше стекают, чем впитываются. Поэтому интенсивность поступ­ления воды на отдельные площадки возрастает по мере удаления от бровки земляного полотна. Это, в свою очередь, вызывает увеличение притока влаги в грунт в нижней части откоса.

Рисунок 9. Эпюра впитывания

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Подольский В.П., Артюхов В.Г., Турбин B.C., Канищев А.Н. Автотранс­портное загрязнение придорожных территорий. - Воронеж: Изд-во Вор. госуд. универс., 1999. - 264 с.

2. Евгеньев И.Е., Каримов Б.Б. Автомобильные дороги в окружающей среде. - М.: ООО «Трансдорнаука», 1997. - 285 с.

3. Курьянов В.К., Папонов Н.Н. Экологические проблемы строительства и эксплуатации лесовозных автомобильных дорог: Учебное пособие. - Во­ронеж: Воронежская гос. лссотехн. акад.,1999. - 54 с.

4. Рувинский В.И. Оптимальные конструкции земляного полотна /на основе реагирования водно-теплового режима/. - М.: Транспорт, 1982. - 166 с.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Расчет загрязнения почвы придорожной полосы автотранспортными выбросами свинца …………………………………………………………. 3

1.1 Расчет для случая отказаот реконструкции дорог ……………

1.2 Расчет для случая реконструкции автодороги по нормативам I категории ……………………………………………………………………………

2. Расчет загрязнения атмосферы токсичными компонентами отработанных газов ………………………………………………..

3. Расчет уровня шума ………………………………….

4. Расчет уровня загрязнения поверхностного стока на автомобильной дороге ……………………………………………………………………

5. Расчет впитывания осадков …………………………………….

Библиографический список ……………………………………………..