В настоящей статье рассматриваются вопросы, связанные с вредностью выбросов, которые в процессе гравитационного и диффузионного распространения меняют характер токсичности в отношении к ОС.
Процесс распространения выбросов автотранспортных комплексов (АТК) в атмосфере происходит за счёт адекватного их переноса воздушными массами и диффузии, обусловленной турбулентными пульсациями воздуха.
Если выбрасываемые в воздух примеси состоят из крупных частей, то, распространяясь в атмосфере, они под действием силы тяжести начинают спускаться с определенной постоянной споростью в соответствии с законом Стокса. Гравитационный поток тяжелых частиц оказывается намного больше диффузионного, тогда как для легких примесей он практически несуществен. Осредненный поток переносимый воздушными массами имеет адекватную и конвективную составляющие, а осредненные флотационные их движения можно интерпретировать как диффузию на фоне основного осредненного движения связанного с ним.
Диффузией называется процесс выравнивания концентрации вследствие молекулярного переноса вещества. Уравнение диффузии представляет собой уравнение диффузии переноса i-го компонента смеси 3В. Диффузионный поток i-го компонента в некотором направлении 
определяют по уравнению:
(1)
где 
– концентрации i-го компонента; 
– коэффициент диффузии, определяющий диффузионный поток при наличии градиента концентрации.
Баланс массы i-го компонента 3В в рассматриваемом объеме запишется следующим образом:
(2)
где 
– составляющие скорости соответственно по осевому и радиальному направлению; 
– радиус потока; 
– скорость образования i-го компонента в единице объема вследствие химических реакций, кг/м3*сек.
В некоторых моделях распространения учет химических взаимодействий различных компонентов выбросов АТК между собой и с элементами атмосферы осуществляется по упрощенному алгоритму: умножением полученного расчётного значения концентрации 3В в рассматриваемом объеме на экспоненциальный член, зависящий от времени существования данного компонента в атмосфере. Сами же химические реакции при этом не рассматриваются.
Концентрация 3В предполагается уменьшающейся во времени в результате химической реакции в соответствии с уравнением:
(3)
– концентрация 3В в воздухе без учета химических реакций; 
– скорость полу выделения 3В в атмосфере; х – пройденное расстояние; 
– скорость переносящего ветра.
Концентрация 3В на определенном расстоянии х от места скопления п источников загрязнения будет равна:
(4)
где 
– максимальный выброс источника, г/м3;
Выброс 3В движущимися объектами:
(5)
где 
– время движения объекта.
(6)
где 
; 
Если замеры концентрации 3В проводится на плоскости земли то z=0, тогда расчетная формула приобретает вид:
(7)
где х – расстояние от источника выброса до точки измерение Ci; у – смещение точки измерения от направление ветра; U – скорость ветра, м/с:
При отсутствии ветра, т.е когда U=0 exp 0=1;
(8)
Если принять, что на одинаковом расстоянии и при стабильном источнике:
(9)
Отсюда следует, что при повышении 
величина С уменьшается по гиперболической зависимости.
Однако последние уравнения показывают, что с увеличением расстояния х от источника загрязнения показатель C уменьшается. Отсюда можно заключить, что в горизонтальных направлениях коэффициент диффузии оставаясь постоянным для каждого компонента смеси газа, способствует изменению лишь концентрацию выбросов 3В. В дальнейшим этот важный показатель обозначим через вредности жидких и газообразных выбросов.
Вредность зависящая от концентрации выбросов 3В запишем в виде:
(10)
По мере удаления выброса от источника загрязнения текущая концентрация смеси газов или жидкостей уменьшается.
С другой стороны значения вредности 3В можно оценивать через концентрации начального и конечного пунктов Qi и Ci , с учетом расстояния между ними, т. е. вредность должна быть пропорциональна произведению концентрации 3В двух наблюдаемых пунктов и обратно пропорционально квадрату расстояния между этими пунктами.
Итак,
(11)
где 
– диффузионная постоянная:
Диффузионная постоянная 
– это есть коэффициент пропорциональности имеющий определенную размерность и отличающийся от единицы, т.к. значение 
равно общей вредности 3В между двумя пунктами в 1г/см3, 1г/сек или 1г/см, находящимися на расстоянии 1 см. Значит, коэффициент 
должен быть измерен.
Сравнивая формулы (10) и (11), мы имеем, что диффузионное постоянное 
может быть выражено через коэффициент диффузии Di , концентрацию 3В в источнике выброса и расстоянию х формулой:
(12)
Пропорциональность вредности 3В концентрациям делает их значительными для выбросов отделенных друг от друга сравнительно малым расстояниям.
Численное значение
– установили из следующих соображений. Допустим, что 3В от источника выброса в OC распространяется равномерно с радиусом действия xi.
В этом случае количества концентрации отдельных компонентов 3В приравниваем зоной с площадью обхвата радиусом xi.
Если считаем, что:
, то, отсюда 
Поставляя полученную выражению в (13) формулу имеем:
(13)
Однако последняя зависимость не отражает действительную размерность диффузионной постоянной .
Для вывода размерности воспользуемся формулой (13).
1) при Qi имеющий размерность г/м3:
;
2) при Qi имеющий размерность г/час:
;
3) при Qi имеющий размерность г/км:
:
Например, определено, что коэффициент диффузии углекислоты СО2 в воздухе при 00 равен 0,142 см2/с, то размерность для перечисленных выше трех случаях равняется:
1) 
;
2) 
;
3) 
Теперь выведем n единицу измерения вредности выбросов 3В. Аналогично размерностям , имеем:
1) 
;
2) 
;
3) 
;
На основании проведенных анализов, научно-исследовательских работ, технических и технологических решений, а также с учетом перечня и характеристики загрязняющих веществ, вырабатываемых составляющими АТК, нами предлагается вновь разработанная системно-аналитическая таблица вредных веществ, позволяющая разработать усовершенствованный метод оценки экологического состояния отдельно взятых регионов.
При построении системно-аналитической таблицы учитывались следующие закономерности изменение концентрации и степени токсичности загрязняющих веществ.
Изменения количества концентрации вредных веществ по показателю ПДК, выбрасываемые составляющими АТК в окружающую среду, располагаются по вертикальным ячейкам таблицы, начиная с минимального (0,0001 мг/м3) и до максимального значения среднесуточной предельно допустимой концентрации.
По горизонтальным ячейкам таблицы располагаются показатель или степень токсичности вредных веществ. Степень токсичности обозначается через класс опасности римскими цифрами I, II, III и IV и эти цифры вносятся в таблицу начиная с самой высокой степени токсичности веществ, заканчивая с наименее токсичными, т. е. по порядку от I до IV. В ячейках на пересечении вертикальных и горизонтальных линий регистрируется название вредных веществ, согласно их химико-биологического происхождения.
Систематизированы все до настоящего времени известных и пока неизвестных вредных веществ по двум наиболее существенным признакам. Кроме того, представленная таблица обладает универсальностью, так как в её состав можно включить n-ые количества вредных веществ, если лишь известны их степень токсичности.
На основе разработанной системно-аналитической таблицы нами предлагается следующая методика оценки экологического состояния отдельно взятых регионов, производственных предприятий и объектов занятых составляющими АТК.
Известно, что степень загрязнения атмосферного воздуха вредными веществами колеблется во времени и пространстве.
Вариабельность концентрации во времени обусловлена, прежде всего, метеорологическими факторами (направление и скорость ветра, температурная стратификация атмосферы, влажность воздуха), высотой расположения источника выбросов от поверхности земли. При этом следует учитывать, что способность земной поверхности поглощать или излучать теплоту влияет на вертикальное распределение температуры в приземном слое атмосферы и приводит к условиям ослабления турбулентного обмена, ухудшаются условия рассеивания вредных выбросов в приземном слое атмосферы.
Повышение температуры воздуха с высотой приводит к тому, что вредные выбросы не могут подниматься выше определенного потолка.
Для степени загрязнения атмосферного воздуха имеет значение сочетание инверсий с различными скоростями ветра, в случае достижения максимальных значений при малых скоростях ветра, а также застой и влажность воздуха.
Указанные факторы над конкретной территорией меняются на протяжении суток, по сезонам года. Наиболее высокие концентрации вредных веществ наблюдаются при низких температурах в период зимних инверсий при высокой влажности воздуха.
Таким образом, уровень приземной концентрации вредных веществ от стационарных и подвижных объектов АТК при одном и том же массовом выбросе могут существенно меняться в реальной атмосфере в зависимости от метеорологических условий. Эти метеоусловия влияют на процессы трансформации, рассеивания основных ингредиентов автомобильных выбросов, самоочищение приземного слоя атмосферы.
С другой стороны, степень загрязнения атмосферного воздуха автомобильными выбросами на локальных территориях зависит от возможности переноса загрязняющих веществ, уровня их химической активности, метеорологических условий распространения в конкретной местности.
Рассмотрим систему материальных точек, состоящих из нескольких точечных источников выброса загрязняющих веществ и неравномерно распространенных по плоскости земли. При этом газообразное тело рассматривается как изменяемая материальная система с распределенной по объёму концентрацией каждого отдельного ингредиента в общем составе загрязняющего вещества. В данном модели учитываются расстояние между молекулами диффундирующего газа, так как хотя эти расстояния между молекулами в зоне выброса отработавших или испаривших газов настолько малы по сравнению с размерами валового выброса, но затем по мере распространения в атмосферном воздухе расстояния между молекулами заметно увеличиваются.
Литература:
- Ахметов Л.А., Корнев Е.В., Автомобильный транспорт и охрана окружающей среды. – Т.: Мехнат, 1990. – 212 с.
- Ахметов Л.А. Ерохов В., Багдасаров М. Экологические аспекты автотранспорта.– Т: Мехнат, 1988. – 170 с.
- Базаров Б.И. Научные основы энергоэкологической эффективности использования альтернативных моторных топлива:Дисс. док.техн. Наук. – Ташкент: ТАДИ, 2006. –215 с.
- Вишневский Е.В., Машин Г.Р. Экология и страхование. – М.: ТИССО – Полиграф, 2005. –128 с.
