Параметрические загрязнения окружающей среды транспортными сооружениями

ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ТРАНСПОРТНЫМ СООРУЖЕНИЕМ

Загрязнением в узком  смысле считается привнесение в  какую-либо среду новых, не характерных для нее физических, химических и биологических агентов или превышение естественного уровня этих агентов в среде. Так как объектом загрязнения всегда является биогеоценоз (экосистема), наличие вредных веществ означает применение режимов воздействия экологических факторов, что приводит к нарушению в экологической нише  (или звена в пищевой цепи). Это в свою очередь приводит к нарушению обмену веществ, снижению интенсивности ассимиляции продуцентов, а значит, и  продуктивности биоценоза в целом.

       Загрязнения можно классифицировать следующим образом:         

1. Ингредиентное (химическое) загрязнение, представляющее собой совокупность веществ, чуждым естественным биогеоценозом;
2. Параметрическое (физическое) загрязнение среды, связано с изменением качественных параметров окружающей среды: шумовых, радиационных, световых, температурных, электромагнитных и т. п.;
3. Биологическое загрязнение, заключающееся в воздействии на состав и структуру популяций и отдельных ее представителей – биологических агентов.

 

1. ШУМ

 

Шумовое загрязнение  отрицательно воздействует на организм человека, вызывая:

• повышенную утомляемость,
• снижение умственной активности,
• понижение производительности труда,
• развитие сердечнососудистых заболеваний
• нервных заболеваний.

По мнению ученых, шум  сокращает продолжительность жизни  человека в больших городах на 8 – 12 лет. В древнем Китае существовала даже звуковая казнь за богохульство. Физиолого-биохимическая адаптация человека к шуму не возможна. Сильный шум является для человека  физическим наркотиком. Поэтому часть людей и прежде всего молодежь, увлекаясь современной музыкой с большой интенсивностью ее звучания, подвергает свое здоровье опасности вследствие воздействия на организм физического наркотика. Женщины менее устойчивы к сильному шуму, который быстрее приводит их к неврастении. А слабые бытовые шумы в доме, обусловленные плохой звукоизоляцией квартир, разрушительнее действуют на нервную систему мужчин.

В транспортном комплексе  источниками шума являются процессы механического, аэродинамического, электромагнитного, гидродинамического происхождения, прежде всего шум от вибрации корпусных деталей, систем газообмена, охлаждения двигателей, агрегатов трансмиссии, а так же аэродинамический шум и шум шин транспортных средств, строительно-дорожных машин, технологического оборудования. Под шумом объекта транспорта понимается акустическое излучение, производимое им при работе. Транспортное средство как источник акустического излучения характеризуют значением излучаемой акустической мощности, ее спектром и диаграммой направленности излучения.

     Звук – механические колебания частиц упругой среды, образующиеся под воздействием какой-либо возмущающей силы. Акустические колебания в диапазоне 16 – 20 000 Гц, воспринимаемые слуховым аппаратом человека, называются  звуковыми, а пространство их распределения – звуковым полем. Колебания ниже 16 Гц – инфразвуковые, а выше 20 000 Гц – ультразвуковые.

Известно, что звуковое давление Р в звуковой волне равно разности давлений среды в присутствии и отсутствии волны. Уровнем шума называют двадцатикратный логарифм отношения звукового давления к пороговому значению: Р = 2 ^. 10 ^-5 Н\м². Если предположить, что источник шума (двигатель) находится в точке О (рис. 1) и излучает шум в окружающее пространство, то, выделив полусферу S радиуса r  и единичную площадку А на ней, можно определить, что сила звука I  – количество звуковой энергии, прошедшее через единичную площадку, перпендикулярную радиусу r, в единицу времени.

 

Рисунок 1 - Прохождение звука через единичную площадку

Сила звука пропорциональна  квадрату звукового давления и ее выражают в Вт\м² . Поэтому уровень шума иногда определяют как десятичный логарифм отношения силы звука к пороговому значению: I₀ = 10^-12 Вт\м² . В результате уровень шума (дБ) определяется по формуле:

L = 10^.log(I\I_o)=20^.log(P\P_o)

Акустическая  мощность (W) объекта – общее количество энергии, излучаемой транспортным средством в окружающее пространство в виде звука и прошедшей через поверхность полусферы радиуса r в единицу времени и вычисляется по формуле:

W = 10^{0.1Lw -12}

Уровни акустической мощности называют величину:

L_w = 10lg(W/W₀),

где W₀ = 10^-12 Вт.                   

Уровень мощности связан с уровнем шума выражением:

L_w=L+20lgr+10lgΩ-10lgФ,

где Ω – телесный угол, в котором осуществляется излучение  с учетом допущения о том, что акустическое излучение объекта происходит из центра О полусферы, 10lgΩ ≈ 8, Ф – фактор направленности излучения, представляющий собой величину P_r²/P_ср.², т.е. отношение квадрата звукового давления, в произвольной точке полусферы радиуса r к квадрату звукового давления, осредненному по всем точкам измерения на поверхности S.                     Важной характеристикой шума является его спектр. Орган слуха человека неодинаково реагирует на звуки с одной амплитудой, но разной частоты. Спектр шума объекта показывает распределение энергии излучения по частотному диапазону. В них присутствуют дискретные составляющие кратные частоте вращения, числу цилиндров двигателя, и сплошная область.

Октавные спектры звуковой мощности служат основной характеристикой  шума машины.

     Причинами возникновения звука являются:

• взаимодействие колеблющегося тела со средой;
• «быстрое» выделение энергии в конечном объеме среды;
• подведение (отток) конечного количества вещества в определенную область среды;
• обтекание потоком вещества твердого тела.

Акустическое излучение  является следствием возмущений колебательной системы, распространение в ней колебаний и последующего процесса излучения энергии колебаний в окружающее пространство. Акустическое излучение объектов транспорта концентрируется преимущественно в диапазоне 20 - 8000 Гц. 

 

2. ВИБРАЦИЯ

 

     Вибрация  – движение точки или механической системы под воздействием какой-либо внешней силы, при котором происходят колебания характеризующих ее скалярных величин (виброперемещение, виброскорость, виброускорение).     

Колебания в механических системах передаются от дорожной поверхности как через элементы конструкции на находящихся в салоне водителя и пассажиров, а так же через грунт, воздействуя на инженерные сооружения.

Вибрация может измеряться с помощью абсолютных и относительных  величин.

Абсолютные параметры – виброперемещение, виброскорость и виброускорение. Общие и  локальные вибрации оцениваются средними квадратичными и корректированными значениями (вертикальными, продольными, поперечными) виброскорости (м/с) и

виброускорение (м/с²). Основной относительной величиной является уровень виброскорости L_V (дБ), который определяется по формуле:

L_V = 20lоg(v/v₀),

где v_{0 –} пороговое значение виброскорости;

      v – среднеквадратичное значение виброскорости, м/с.                

Первая  производная по скорости – виброускорение формирует  ограничения на конструкцию транспортного средства, так как при его движении генерируются частоты вынужденных колебаний до 20 Гц, при которых входят в резонанс с частотой собственных колебаний отдельные внутренние органы человека.

Основные  источники вибрации:

• технологическое оборудование ударного действия (молоты, прессы, грохоты);
• энергетические установки (насосы, компрессоры, двигатели);
• транспортные средства.

Вибрации распространяются по грунту  и достигают фундаментов общественных и жилых зданий,  часто вызывая и звуковые колебания, которые разрушают конструкции и сооружения. Они затухают в грунте с темпом примерно 1дБ/м и на расстоянии 50-60 м от транспортной магистрали уже не ощущаются. Ощутимое воздействие вибрации при работе оборудования кузнечнопрессовых цехов распространяются на 150-200 м.

 

3. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИЗЛУЧЕНИЯ

 

Устройства, генерирующие, передающие и использующие электрическую энергию  в транспортном комплексе, создают в окружающей среде электромагнитные поля (ЭМП). ЭМП распространяется в окружающей среде со скоростью, приближающейся к скорости света, и характеризуется напряженностью электрической и магнитной составляющих поля.                              

     Измерителями электромагнитного излучения являются:

1. Напряженность электрической составляющей (В/м). Служит для оценки интенсивности ЭМП в диапазоне частот 30 кГц – 300 МГц;
2. Плотность потока энергии (Вт/м²) – количество энергии, переносимой магнитной волной в единицу времени через единицу поверхности, перпендикулярной направлению распространения волны. Служит для оценки интенсивности ЭМП в диапазоне частот 300 МГц – 300 ГГц.

Для оценки биологического воздействия ЭМП различают зону индукции (ближнюю) и зону излучения (дальнюю).  Ближняя расположена на расстоянии от источника, равном 1/6 от длины волны. Здесь магнитная составляющая напряженности поля выражена слабо, поэтому ее действие на организм незначительно. В дальнейшей зоне проявляется эффект обеих составляющих поля.

Основным источником низкочастотных электромагнитных колебаний являются воздушные линии электропередач, системы транспортных средств (электрооборудования, зажигание, управление, охранной сигнализации).

ЭМП высокой частоты используются в металлургии для плавления металла в индукционных печах, в машиностроении для термообработки. Электротранспорт является источником значительных электромагнитных колебаний низкой и высокой частоты. Электромагнитную УВЧ – и СВЧ – энергию применяют в радиовещании, телевидении и других областях.

В последнее время уделяется  большое внимание искусственным ЭМП. О биологическом влиянии ЭМП опубликовано много материалов. Наблюдаемые при этом эффекты до сих пор не ясны, поэтому тема остается актуальной уже третье десятилетие. Многие компании из 14-ти стран мира постоянно проводят исследования на живых организмах, но до сих пор не могут прийти к единому мнению. Основная частота в контактной сети 50 Гц и для этой частоты проведено большое количество опытов на животных. Данные варьируют от опыта к опыту и бывают как отрицательные (биологическое изменение крови у крыс), так и положительные (увеличение выживаемости при спонтанно развивающейся лейкемии у мышей). ЭМП вызывают у животных колебания шерсти на спине  (около 1мм) и значительно большее колебания усов. Эти факты способны вызвать беспокойство, потерю ориентации, нервное напряжение  и развитие ряда заболеваний.

Очень мало известно о действиях слабых ЭМП. Не существует научно обоснованных пределов воздействия ЭМП для распространенных в быту приборов и аппаратов: компьютеров, телевизоров и т.п. По полученным данным можно предположить, что длительное воздействие слабых ЭМП заметно скажется лишь в 4-ом – 10-ом поколении. Однако известно, что у работающих за компьютерами до шести часов в сутки, заболевание органов зрения, поражение ЦНС и сердечнососудистой системы происходит в пять раз чаще. Не стоит также слишком часто пользоваться радио- и электроприборами, так как из-за воздействия ЭМП опасность заболеть раком крови возрастает на 20-40%.

 

4.      ИОНИЗИРУЮЩИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

               

Ионизирующее  излучение – любое излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию электрических зарядов разных знаков (ионов, нуклидов).                                             Радиоактивность – самопроизвольное превращение неустойчивого нуклида в нуклид, сопровождающееся испусканием ионизирующих излучений.

     Основными видами ионизирующих излучений являются:

1. α – частицы: ядра гелия, несущие два элементарных положительных заряда; испускаются при распаде некоторых элементов с большим массовым числом (радий, торий, уран и т. д. ); длина пробега в воздухе 2,5 – 9 см, в биологических тканях – до 0,1 мкм. Представляют опасность при попадании радионуклидов внутрь организмов;
2. β – частицы: ядерные частицы, близкие по физической природе к электронам; возникают при радиоактивном распаде и сразу же излучаются. Максимальный пробег в воздухе – несколько метров, в тканях – несколько миллиметров. Опасны при попадании радионуклидов на кожные покровы и внутрь организма. Все радионуклиды, находящиеся в таблице Менделеева до свинца, обладают только  β – распадом, а радионуклиды, которые тяжелее свинца имеют как α –,  так и β – распад
3. γ – кванты: самые коротковолновые электромагнитные излучения (до 10^-9 см), которые образуются в ходе ядерных реакций и при распаде осколков деления; близки к рентгеновским лучам, но у  γ – квантов короче длина волны и они несут большой энергетический заряд. Пробег в атмосфере измеряется сотнями метров, свободно проникает через преграды.   

Воздействие ионизирующего  излучения приводит к повреждению  клеток человеческого организма двумя способами. Один из них наносит генетические повреждения, которые изменяют гены и хромосомы. Другой способ вызывает соматические повреждения: ожоги, выкидыши, гладкие катаракты, раковые заболевания костей, щитовидной и молочной желез, легких.