Опрос населения с помощью анкеты показал, что из 592 обследованных только 3% отнеслись безразлично к авиационному шуму. Остальные жители выражали жалобы на сильно раздражающее действие шума, мешающего нормальному труду и отдыху, и способствующего возникновению головной боли, нервозности и бессонницы.

В качестве мер по борьбе с шумом необходимо рекомендовать обязательную буксировку на перроне самолетов, не только идущих на взлет, но и сделавших посадку.

Места стоянок самолетов должны быть удалены от жилого района на 3-4 км с устройством между ними специальных ангаров, экранирующих шум, появляющийся при опробовании двигателей. Следует строго запретить взлет самолетов над близко прилегающими к аэропорту жилыми районами, допустим взлет только в сторону, противоположную городу, где нет поблизости населенных пунктов. Наиболее же радикальной мерой по борьбе с авиационным шумом является вынос аэропорта за пределы территории города с созданием в новом районе его расположения гигиенически обоснованной санитарно-защитной зоны, создание малошумящих авиационных двигателей, оснащение старых двигателей шумоподавляющими устройствами.

Шум как естественный экологический фактор для живых организмов несуществен, но может оказывать и существенное воздействие с усилением антропогенных воздействий (шум, возникающий при работе транспортных средств, оборудования промышленных и бытовых предприятий, вентиляционных и газотурбинных установок и др.).

Величину звуковых давлений изменяют и нормируют в децибелах. Весь диапазон слышимых человеком звуков укладывается в 150 дБ. На нашей планете жизнь организмов проходит в мире звуков. Например, орган слуха человека приспособлен к некоторым постоянным или повторяющимся шумам (слуховая адаптация). Человек теряет работоспособность без привычных шумов. Сильный шум еще более отрицательно сказывается на здоровье человека.

У людей, живущих и работающих в неблагоприятных акустических условиях, имеются признаки изменения функционального состояния центральной нервной и сердечнососудистой систем.

Исследованиями доказано воздействие шума и на растительные организмы. Так, растения близ аэродромов, с которых непрерывно стартуют реактивные самолеты, испытывают угнетение роста и даже отмечается исчезновение отдельных видов. В целом ряде научных работ показано угнетающее действие шума (около 100 дБ с частотой звука от 31,5 до 90 тыс. Гц) на растения табака, где обнаруживали снижение интенсивности роста листьев, в первую очередь у молодых растений. Привлекает внимание ученых и действие ритмических звуков на растения. Исследования по изучению действия музыки на растения (кукуруза, тыква, петуния, циния, календула), проведенные в 1969 г. американским музыкантом и певицей Д. Ретолэк, показали, что на музыку Баха и индийские музыкальные мелодии растения отзывались положительно. Их габитус, сухой вес биомассы были наибольшими по сравнению с контролем. И что самое удивительное, так это то, что их стебли прямо-таки тянулись к источнику этих звуков.

В то же время на рок-музыку и непрерывные барабанные ритмы зеленые растения отвечали уменьшением размеров листьев и корней, снижением массы, и все они отклонялись от источника звука, как будто бы хотели уйти от губительного действия музыки

2.Уровни шума

Предельно допустимый уровень (ПДУ) шума - это уровень фактора, который при ежедневной (кроме выходных дней) работе, но не более 40 часов в неделю в течение всего рабочего стажа, не должен вызывать заболеваний или отклонений в состоянии

здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований, в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений. Соблюдение ПДУ шума не исключает нарушения здоровья у сверхчувствительных лиц.

Допустимый уровень шума - это уровень, который не вызывает у человека значительного беспокойства и существенных изменений показателей функционального состояния систем и анализаторов, чувствительных к шуму. Характеристикой постоянного шума являются уровни звукового давления в дБ в октавных полосах со среднегеометрическими частотами 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц. Допускается в качестве характеристики постоянного широкополосного шума принимать уровень звука в дБА. Характеристикой непостоянного шума является эквивалентный (по энергии) уровень звука в дБА. Оценка непостоянного шума на соответствие допустимым уровням должна проводиться одновременно по эквивалентному и максимальному уровням звука. Превышение одного из показателей должно рассматриваться как несоответствие нормам.

Таблица 1. Шкала шумов (уровни звука, децибел)

Децибел, дБ	Характеристика	Источники звука
	Ничего не слышно
	Почти не слышно	Тихий шелест листьев
	Едва слышно	Шелест листвы
		Шепот человека (на расстоянии менее1м).
	Тихо	Шепот человека (более 1м)
		Шепот, тиканье настенных часов. Норма для жилых помещений ночью, с 23 до 7 ч.
	Довольно слышно	Приглушенный разговор
		Обычная речь. Норма для жилых помещений, с 7 до 23 ч.
		Обычный разговор
	Отчётливо слышно	Разговор, пишущая машинка
		Норма для офисов класса А
	Шумно	Норма для контор (офисов)
		Громкий разговор (1м)
		Громкие разговоры (1м)
		Крик, смех (1м)
	Очень шумно	Крик/ мотоцикл с глушителем/ Грузовой железнодорожный вагон (в семи метрах) вагон метро (7м)
	Крайне шумно	Оркестр, вагон метро (прерывисто), раскаты грома. Максимально допустимое звуковое давление для наушников.
		в самолёте (до 80-х годов ХХ столетия)
		Вертолёт
		Пескоструйный аппарат
	Почти невыносимо	Отбойный молоток расстояние менее 1 м.
	Болевой порог	Самолёт на старте
	Контузия	Звук взлетающего реактивного самолета / старт ракеты
	Контузия, травмы
	Шок, травмы	Ударная волна от сверхзвукового самолёта

3.Шумовое воздействие

Шумовое воздействие - одна из форм вредного физического воздействия на окружающую природную среду. Загрязнение среды шумом возникает в результате недопустимого превышения естественного уровня звуковых колебаний. С экологической точки зрения в современных условиях шум становится не просто неприятным для слуха, но и приводит к серьезным физиологическим последствиям для человека. В урбанизированных зонах развитых стран мира от действия шума страдают десятки миллионов людей.

В зависимости от слухового восприятия человека упругие колебания в диапазоне частот от 16 до 20 000 Гц называют звуком, менее 16 Гц - инфразвуком, от 20 000 до 1 109 - ультразвуком и свыше Г109 - гиперзвуком. Человек способен воспринять звуковые частоты лишь в диапазоне 16-20 000 Гц. Единица измерения громкости звука, равная 0,1 логарифма отношения данной силы звука к пороговой (воспринимаемой ухом человека) его интенсивности, называется децибелом (дБ). Диапазон слышимых звуков для человека составляет от 0 до 170 дБ.

Естественные природные звуки на экологическом благополучии человека, как правило, не отражаются. Звуковой дискомфорт создают антропогенные источники шума, которые повышают утомляемость человека, снижают его умственные возможности, значительно понижают производительность труда, вызывают нервные перегрузки, шумовые стрессы и т. д. Высокие уровни шума (>60 дБ) вызывают многочисленные жалобы, при 90 дБ органы слуха начинают деградировать, ПО- " 120 дБ считается болевым порогом, а уровень антропогенного шума свыше 130 дБ - разрушительный для органа слуха предел. Замечено, что при силе шума в 180 дБ в металле появляются трещины.
Основные источники антропогенного шума - транспорт (автомобильный, рельсовый и воздушный) и промышленные предприятия. Наибольшее шумовое воздействие на окружающую /среду оказывает автотранспорт (80% от общего шума). В настоящее время на автомобильных дорогах Москвы, Санкт-Петербурга и других крупных городов России уровень шума от транспорта в дневное время достигает 90-100 дБ и даже ночью в некоторых районах не опускается ниже 70 дБ (предельно допустимый уровень шума для ночного времени - 40 дБ). Официальные данные свидетельствуют, что в России примерно 35 млн. человек (или 30% городского населения) подвержены существенному, превышающему нормативы, воздействию транспортного шума.

4.Болезнь вызываемая шумом - патогенез и клинические проявления.

Поскольку шумовое воздействие на организм человека изучается сравнительно недавно, абсолютного понимания механизма воздействия шума на организм человека у ученых нет. Тем не менее, если говорить о влиянии шума, чаще всего изучается состояние органа слуха. Именно слуховой аппарат человека воспринимает звук, и соответственно, при экстремальных воздействиях звука слуховой аппарат реагирует в первую очередь. Кроме органов слуха, воспринимать звук человек может и через кожу (рецепторами вибрационной чувствительности). Известно, что люди, лишенные слуха, в состоянии при помощи прикосновений не только ощущать звук, но и оценивать звуковые сигналы.

ШУМ КАК ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКТОР

Цель работы: ознакомление с характеристиками шума и особенностями его воздействия на организм человека, с особенностями измерения и нормирования параметров шума, а также с методами оценки шума в естественных условиях окружающей среды.

Теоретическая часть

1. Звук и его основные характеристики

Любое нарушение стационарного состояния той или иной среды порождает волновые процессы. Механические колебания частиц среды в диапазоне частот 20 – 20000 Гц воспринимаются ухом человека и называются звуковыми волнами. Колебания среды с частотами ниже 20 Гц называют инфразвуком, а колебания с частотами выше 20000 Гц – ультразвуком. Длина звуковой волны l связана с частотой f и скоростью звука с зависимостью: l = c / f . Нестационарное состояние среды при распространении звуковой волны характеризуется звуковым давлением (P ), под которым понимают среднеквадратическое значение отклонения давления в среде при распространении звуковой волны от давления в невозмущённой среде, измеряемое в паскалях (Па ).Перенос энергии плоской звуковой волной через единицу поверхности, перпендикулярную к направлению распространения звуковой волны, характеризуют интенсивностью звука (плотностью потока звуковой мощности), Вт/м 2 : , (1)

где P – звуковое давление, Па ; r – удельная плотность среды, г/м 3 ; c – скорость распространения звуковой волны в данной среде, м/с . Скорость переноса энергии равна скорости распространения звуковой волны.

Органы слуха человека способны воспринимать звуковые колебания в очень широких диапазонах изменения интенсивностей и звуковых давлений. Например, при частоте звука в 1 кГц усреднённому порогу чувствительности человеческого уха (порог слышимости) соответствуют значения звукового давления и интенсивности звука: P 0 = 2∙10 -5 Па и I 0 = 10 -12 Вт/м 2 , а порогу болевого ощущения (превышение которого уже может при­вести к физическому повреждению органов слуха) соответствуют значения P б = 20 Па и I б = 1 Вт/м 2 . Величины P 0 и I 0 в звукотехнике приняты в качестве стандартных (эталонных) величин. Согласно закону Вебера-Фехнера раздражающее человеческое ухо действие звука пропорционально логарифму звукового давления, поэтому на практике обычно вместо абсолютных значений интенсивности и звукового давления используют их относительные логарифмические уровни звука, выраженные в децибелах (дБ ): ; , (2)

где I 0 = 10 -12 Вт/м 2 и P 0 = 2∙10 -5 Па – стандартные пороговые значения интенсивности и звукового давления. Для реальных атмосферных условий можно считать, что L I = L P = L .

Реальное шумовое поле часто определяется не одним, а несколькими источниками шума. Наиболее просто выглядит экспериментально установленное правило сложения интенсивностей звука нескольких источников: . (3)Правило сложения звуковых давлений, создаваемых несколькими источниками, легко выводится из выражений (1), (3) и носит квадратичный характер:

Используя выражения (2) – (4), легко получить правило сложения относительных логарифмических уровней звука. Согласно определению относительные логарифмические уровни звука i -го источника и суммарный уровень звука определяются как

откуда соответственно получаем:

. (5)Аналогично можно выразить и суммарный уровень звука: .Подставляя последовательно сюда выражения (5) и (4), получаем правило сложения относительных логарифмических уровней звука нескольких источников: . (6)В случае n одинаковых источников звука (Li = L) формула (6) упрощается: L å = L + 10 lg ( n ) . (7)Из формул (6) и (7) следует, что если уровень одного из источников звука превышает уровень другого более чем на 10 дБ, то звуком более слабого источника практически можно пренебречь, так как его вклад в общий уровень будет менее 0,5 дБ. Таким образом, при борьбе с шумом в первую очередь необходимо заглушать наиболее интенсивные источники шума. Кроме того, следует иметь в виду, что при наличии нескольких одинаковых источников шума устранение одного-двух из них очень слабо влияет на общее снижение уровня шума.Важной характеристикой источника шума является уровень его звуковой мощности. Звуковая мощность W , Вт , – это общее количество звуковой энергии, излучаемой источником шума в единицу времени. . (8)Если энергия излучается по всем направлениям равномерно и затухание звука в воздухе мало, то при интенсивности I на расстоянии r от источника шума его звуковая мощность может быть определена по формуле: W = 4 p r2I . По аналогии с логарифмическими уровнями интенсивности и звукового давления введены логарифмические уровни звуковой мощности (дБ ): , (9)

где W 0 = I 0 s 0 = 10 -12 – стандартное значение звуковой мощности, Вт ; s 0 = 1 м 2 .

Распределение энергии шума в диапазоне звуковых частот характеризуется с помощью частотного спектра. В практическом применении спектр шума показывает уровни звукового давления или интенсивности (для источников звука – уровни звуковой мощности) в октавных частотных полосах частот, характеризующихся нижней f н и верхней f в граничными частотами в соотношении f в /f н = 2 и среднегеометрической частотой: f сг = (f н · f в) 0,5 . Среднегеометрические частоты соседних октавных полос соответствуют стандартному двоичному ряду, включающему 10 значений: 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000; 16000 Гц .

2. Особенности субъективного восприятия звука

Восприятие звука человеческим ухом очень сильно и нелинейно зависит от его частоты. Особенности субъективного восприятия звука иллюстрируются графически с помощью кривых равной громкости на рис. 1. Каждая кривая на рис. 1 характеризует уровни звукового давления на различных частотах, воспринимаемые ухом человека с одинаковым уровнем громкости (L N ).

Рис. 1. Кривые равной громкости

Относительный логарифмический уровень громкости оценивается с помощью специальных единиц – фон . Для определения уровня громкости произвольной точки N в поле чертежа на рис. 1 следует через эту точку провести кривую равной громкости (как показано пунктирной линией на рис. 1) и определить уровень звукового давления (L P * ) при котором эта кривая пересекает линию частоты в 1000 Гц . Полученное указанным образом численное значение уровня звукового давления, выраженное в дБ , и определит численное значение уровня громкости, выраженное в фон , т. е.: .Физический прибор для измерения уровней звукового давления (объективного физического параметра) – «шумомер » – технически реализуется просто. Для оценки уровней громкости (субъективно воспринимаемого человеком параметра) необходимо, как следует из чертежа на рис. 1, так скорректировать измерительный процесс в шумомере, чтобы при изменении уровня звукового давления в соответствии с одной из кривых равной громкости его показания оставались неизменными и равными уровню звукового давления на частоте 1000 Гц . То есть для произвольной кривой равной громкости (например, показанной пунктирной линией на рис. 1) необходимо, чтобы выполнялось условие: .Сравнительно простыми техническими средствами осуществить точную коррекцию не удаётся. Поэтому практически реализуемая коррекция осуществляется приближённо. Возможны несколько разновидностей коррекции показаний шумомера для оценки уровней громкости. Наибольшее распространение получила коррекция, называемая коррекцией типа А . Таким образом, корректированные уровни звукового давления, полученные с помощью физического шумомера (т.е. работающего в режиме с коррекцией типа А ) и принимаемые в качестве оценок уровней громкости, субъективно воспринимаемых человеком, определяются в виде (10)

и называются уровнями звука, измеряемыми в специальных единицах дБА .

Из вышеизложенного можно сделать следующий вывод: если любую из кривых равной громкости для тонального звука подвергнуть коррекции А , то в результате получим значение постоянного уровня звука (в дБА ), приближённо (точная коррекция практически не осуществима) соответствующее уровню громкости ΔL N данной кривой, выраженному в единицах измерения громкости (фон ), т. е. можно считать уровни звука L A приближённой оценкой субъективного восприятия шума в виде уровней громкости L N : .

3. Действие шума на организм человека

Шумом считается всякий звук, неблагоприятно действующий на организм человека . В зависимости от интенсивности и длительности действия шума на организм человека происходит снижение чувствительности органов слуха, выражающееся в виде временного смещения порога слышимости (нижняя кривая на рис. 1). В результате такого смещения порога чувствительности слухового аппарата человек начинает плохо слышать тихие звуки. Как правило, порог чувствительности восстанавливается спустя некоторый (сравнительно непродолжительный) интервал времени. Однако при большой интенсивности и длительности действия шума возможна необратимая потеря чувствительности слухового аппарата человека (тугоухость).Регулярное длительное воздействие на человека интенсивного шума (с уровнем вывшее 80 дБА ) обычно рано или поздно приводит к частичной или даже полной потере слуха. Исследования показывают, что в настоящее время тугоухость выходит на одно из лидирующих мест в ряду профессиональных заболеваний и имеет тенденцию к дальнейшему росту.Действие шума на организм не ограничивается лишь непосредственным влиянием на органы слуха. Звуковое раздражение через нервную систему слуховых органов передаётся в центральную и вегетативную нервные системы и посредством их может воздействовать на внутренние органы человека, вызывая существенные изменения в их состоянии. Таким образом, шум способен оказывать воздействие на организм человека в целом. Данный факт подтверждается тем, что статистика общей заболеваемости рабочих шумных производств оказывается на 10 – 15 % выше.Воздействие на вегетативную нервную систему проявляется даже при небольших уровнях звука (40 – 70 дБА ) и не зависит от субъективного восприятия шума человеком. Из вегетативных реакций наиболее выраженным являются нарушение периферического кровообращения в результате сужения капилляров кожного покрова и слизистых оболочек, а также повышение артериального давления (при уровнях звука выше 85 дБА ). Воздействие на центральную нервную систему человека вызывает увеличение времени зрительно-моторных реакций, нарушает биоэлектрическую активность головного мозга с возможным возникновением общих функциональных изменений в организме (при уровнях звука выше 50 – 60 дБА ), а также возникают биохимические изменения в структурах головного мозга.Психическое воздействие на человека шум может оказывать, начиная с уровней звука в 30 дБА . Воздействие на психику человека растёт с увеличением интенсивности звука, а также с уменьшением ширины полосы частотного спектра шума.При импульсных и нерегулярных шумах степень их воздействия повышается. Изменения в состояниях центральной и вегетативной нервных систем возникают гораздо раньше и при меньших уровнях шума.К симптомам «шумовой болезни» относятся: снижение слуховой чувствительности, изменение функций пищеварения (пониженная кислотность), сердечно-сосудистая недостаточность, нейроэндокринные расстройства. Под воздействием шума снижаются уровни внимания и памяти, возникает повышенная утомляемость, могут возникать головные боли.

4. Нормирование шума

По характеру спектра шумы подразделяют на широкополосные и тональные. Широкополосные шумы имеют непрерывный частотный спектр шириной менее одной октавы. В спектре тональных шумов имеются выраженные дискретные тона, определяемые путём измерений в третьоктавных полосах частот с превышением уровня звукового давления над соседними полосами не менее чем на 10 дБ .По временным характеристикам шумы делят на постоянные, уровень звука которых в течение 8-часового рабочего дня изменяется не более чем на 5 дБА при измерениях на временной характеристике “медленно” шумомера, и непостоянные, не удовлетворяющие данному условию.Непостоянные шумы, в свою очередь, делятся на следующие виды:

• колеблющиеся во времени шумы , уровень звука которых непрерывно изменяется во времени;
• прерывистые шумы , уровень звука которых ступенчато изменяется (на 5 дБА и более), причём длительность интервалов, в течение которых уровень остается постоянным, составляет не менее 1 с ;
• импульсные шумы , состоящие из одного или нескольких звуковых сигналов, каждый длительностью менее 1 с , при этом уровни звука в дБА и дБА(I ) , измеренные соответственно на временных характеристиках “медленно ” и “импульс ” шумомера, отличаются не менее чем на 7 дБА .

Для оценки непостоянных шумов введено понятие эквивалентного уровня звука LАэ (по энергии воздействия), выражаемого в дБА и представляющего уровень звука такого постоянного широкополосного шума, интенсивность которого в течение рассматриваемого интервала времени (T ) имеет такое же среднее значение, что и данный изменяющийся во времени шум: ,

где L A ( t ) – текущие значения, соответственно, звукового давления и уровня звука изменяющегося во времени шума. Значения L А э могут быть измерены с помощью автоматических интегрирующих шумомеров в течение заданного периода T .

Нормируемыми параметрами шума являются:для постоянного шума – уровни звукового давления L P (дБ ) в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000 и 8000 Гц ; кроме того, для ориентировочной оценки постоянного широкополосного шума на рабочих местах допускается использовать уровень звука L A , выраженный в дБА ;для непостоянного шума (кроме импульсного) – эквивалентный уровень звука L Аэ (по энергии воздействия), выраженный в дБА , представляет собой уровень звука такого постоянного широкополосного шума, который воздействует на ухо с такой же звуковой энергией, как и реальный, меняющийся во времени шум за тот же период времени;для импульсного шума – эквивалентный уровень звука L Аэ , выраженный в дБА , и максимальный уровень звука L А max в дБА(I) , измеренный на временной характеристике “импульс” шумомера.Допустимые значения параметров шума на рабочих местах регламентируются ГОСТ 12.1.003-83* “Шум. Общие требования безопасности” и СН 3223-85 “Санитарные нормы допустимых уровней шума на рабочих местах”. Допустимые значения параметров шума устанавливаются в зависимости от вида выполняемой работы (рабочих мест) и характера шума. Для работ, связанных с творческой, управленческой, научной деятельностью или требующих повышенного внимания, сосредоточенности, слухового контроля, предусмотрены более низкие уровни шума.Ниже приведены характерные виды работ, различаемые при нормировании, с указанием порядкового номера.Творческая, научная работа, обучение, проектирование, конструирование, разработка, программирование.Административно-управленческая работа, требующая сосредоточенности работа, аналитическая работа в лаборатории.Диспетчерская работа, требующая речевой связи по телефону, в залах обработки информации на ЭВМ, на участках точной сборки, в машинописных бюро.Работы в помещениях для размещения шумных агрегатов ЭВМ, связанные с процессами наблюдения и дистанционного управления без речевой связи по телефону; работы в лабораториях с шумным оборудованием.Все виды работ за исключением перечисленных в п.п. 1 – 4.Для широкополосного шума в табл. 1 приведены допустимые уровни звукового давления L P в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами f сг , уровни звука L A (для субъективной оценки громкости постоянных шумов) и эквивалентные уровни звука L Аэ (для оценки непостоянных шумов).Для тонального и импульсного шумов, а также для шумов, создаваемых в помещениях установками кондиционирования и вентиляции, допустимые уровни должны быть на 5 дБ ниже указанных в табл.1 (при измерениях на характеристике “медленно” шумомера).

Таблица 1

Допустимые уровни шума

вида работы	Уровни звукового давления L P (дБ ) в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами, Гц									Уровни звука L А , дБА

Для колеблющегося во времени и прерывистого шумов максимальный уровень звука не должен превышать 110 дБА .Для импульсного шума максимальный уровень звука, измеренный на характеристике “импульс” шумомера, не должен превышать 125 дБА (I).Согласно СН 3077-84 установлены более жесткие требования к шуму в жилых помещениях, общественных зданиях и на территории жилой застройки. Например, в аудиториях учебных заведений уровни L A и L Аэ не должны превышать 40 дБА , а максимальный уровень звука – 55 дБА .В любом случае запрещается даже кратковременное пребывание людей в зонах с уровнями звукового давления свыше 135 дБ в любой октавной полосе. Зоны с уровнем звука свыше 85 дБ должны быть обозначены знаками безопасности; работающих в таких зонах следует снабжать средствами индивидуальной защиты.

5. Особенности распространения звука в атмосфере

Уровень звука (дБ ), создаваемого точечным источником на расстоянии r (м ) от него в однородной среде без поглощения и вдали от каких-либо препятствий, определяется формулой: , (11)

где L W – относительный логарифмический уровень звуковой мощности источника (формула (9)); ф – фактор направленности излучения звука источником относительно контрольной точки (для точечных источников звука, рассматриваемых в данной работе, ф= 1); Ω – телесный (пространственный) угол излучения звука источником, ср ; Δ L в – дополнительное ослабление уровня звука, вызываемое поглощением энергии звуковой волны атмосферным воздухом.

Уровень звукового давления, создаваемого источником звука в точке наблюдения, удалённой на некоторое расстояние от источника, зависит от характеристик источника (излучаемый спектр, характеристика направленности излучения), от расположения точки наблюдения (контрольной точки) относительно источника звука и ряда некоторых других параметров.Телесный угол (W ) представляет собой часть пространства, ограниченную конической поверхностью. Коническая поверхность в общем случае представляет собой множество прямых линий (образующих) в трёхмерном пространстве, соединяющих все точки некоторой линии (направляющей) с данной точкой (вершиной). Мерой телесного угла является отношение площади той части поверхности сферы s произвольного радиуса r с центром в вершине телесного угла, которая вырезается конической поверхностью данного телесного угла, к квадрату радиуса сферы (рис. 2): , стерадиан (ср ). (12)Коническая поверхность представляется как множество прямых линий (образующих ) в пространстве, соединяющих все точки некоторой, в общем случае произвольной, линии (направляющей ) с данной точкой (вершиной ), как показано на рис. 2.

Если источник звука расположен в свободном пространстве и излучает по всем направлениям (не обязательно одинаково), то телесный угол излучения будет равен полному телесному углу (телесный угол заключает в себе всё пространство): W = 4 p ср .

При расположении источника звука на некоторой плоскости, например на земной поверхности, телесный угол будет включать в себя полупространство и, следовательно, величина телесного угла в данном случае составит 2 p ср .Из выражения (11), без учёта величины Δ L в , следует, что уровень звукового давления в контрольной точке уменьшается на 6 дБ при удвоении расстояния до источника звука. Такое уменьшение звукового давления называют «геометрическим спадом уровня звука».В реальной окружающей среде подавляющее большинство источников звука расположено вблизи земной поверхности, обладающей определённой звукоотражающей способностью. В таких случаях уровень звука в контрольной точке будет определяться и прямой, и отражённой звуковыми волнами (рис. 3). На рис. 3 обозначено: r 1 и r 2 – расстояния, проходимые прямой и отражённой звуковыми волнами, м ; h ш и h к.т. – высоты расположения над поверхностью источника звука и контрольной точки.С учётом обозначений на рис. 3 имеет место формула для оценки уровня звука, распространяющегося вблизи отражающей поверхности: , (13)где: ф 1 и ф 2 – факторы направленности излучения звука источником в направлении контрольной точки и в направлении точки отражения звуковой волны от поверхности (в данной работе для точечных источников шума принимаются равными 1); a отр – коэффициент отражения звуковой волны от поверхности (0 < a отр < 1, для земной поверхности a отр = 0,37) .При h ш £ r 1 / 3 и a ор ≈ 1 с незначительной погрешностью можно считать, что излучение звука происходит непосредственно с поверхности. В этом случае полагают r 1 ≈ r 2 ≈ r (рис. 4), ф = 0,5(ф 1 + ф 2)= 1 и W = 2p ср (излучение звука в полупространство) и в качестве расчётной формулы используют формулу (11).Если h к.т << r , h ш << r и f ср £ 40/ (h ш h к.т. ) – средняя частота излучаемой источником полосы частот, Гц , то прямая и отражённая звуковые волны синфазно складываются и уровень звукового давления возрастает на величину D L доп = 3 дБ относительно уровня, определяемого формулой (14).Дополнительное ослабление уровня звука, вызываемое потерями звуковой энергии в атмосферном воздухе, пропорционально расстоянию r (м ), проходимому звуковой волной: , (14)

где b в – коэффициент поглощения звука в воздухе, дБ/км . Величина b в зависит от частоты звука, а также от температуры и относительной влажности воздуха (в данной работе принято b в =5,2 дБ/км ).

Дополнительное ослабление шума на пути распространения звуковых волн в окружающей среде могут вызывать различные препятствия, например полосы лесонасаждений. Если высота лесонасаждений не менее 5 м , то звук частично отражается от неё, а частично рассеивается в кронах деревьев и кустарнике. Дополнительное ослабление шума полосой лесонасаждений может быть учтено путём вычисления отрицательной поправки к формулам (11) и (13): D L л.п. = b л.п. b л.п , (15)где: b л.п. – коэффициент ослабления звука полосой лесонасаждений, дБ/м ; b л.п – ширина полосы лесонасаждений, м . Коэффициент ослабления звука лесополосой сложным образом зависит от вида растительности и типа её посадки, а также от её ширины. Усреднённым значением коэффициента ослабления звука лесополосой считается значение b л.п. = 0,08 дБ/м . Следует, конечно, иметь в виду, что лесополоса, состоящая из лиственных насаждений, в зимнее время практически не ослабляет уровень проходящей сквозь неё звуковой волны. Приведённые выше формулы позволяют оценить уровень шума на некотором удалении от его точечного источника. Однако в окружающей среде имеют место шумовые источники, такие как протяжённые улицы, шоссе, шумные производственные цехи и т. п., которые нельзя считать точечными. Такие источники шума называют протяжёнными или линейными.Уровень звукового давления (дБ ) при удалении на расстояние d от бесконечно длинного линейного источника шума в среде без поглощения снижается на 3 дБ при удвоении расстояния (d , м ) : L к.т. = L * W – 10 lg( d) – 3 , (16)где L * W – относительный логарифмический уровень звуковой мощности, излучаемой участком протяжённого источника длиной 1 м . Уровни звукового давления, создаваемые отдельными участками линейных источников или протяжёнными источниками конечной длины в произвольно расположенной контрольной точке (рис. 4), определяются по формуле : . (17)На рис. 4 обозначено: l щ – длина протяжённого источника шума, м ; d – кратчайшее расстояние от фронта протяжённого источника шума до контрольной точки, м ; α – угол, под которым виден протяжённый источник шума из данной контрольной точки, рад ; r – расстояние от середины протяжённого источника шума до контрольной точки, м . Если r > 2l ш , то можно использовать формулу (14) с ф = 1 и Ω = 2p ср , т. е. протяжённый источник в данном случае можно считать точечным.

Рис. 4. К определению уровня звукового давления вблизи протяжённого источника шума конечной длины

При достаточно большом удалении от протяжённого источника шума в формулах (16) и (17) следует делать поправки на поглощение звука воздушной средой (формула (14)) и при необходимости на ослабление шума лесозащитной полосой (формула (14)).

Практическая часть

1. Получить у преподавателя вариант задания.

2. Изучить полученное задание.

3. Произвести классификацию шума в заданной ситуации.

4. Путём соответствующих расчётов оценить уровень шума в ситуациях, определённых вариантом задания.

5. По результатам расчётов построить графические зависимости, указанные в задании.

6. Оценить полученные характеристики шума на соответствие нормативным уровням.

1) Отчёт должен содержать результаты требуемых вычислений и графические зависимости, иллюстрирующие результаты вычислений.

2) По данным задания классифицировать исследуемые шумы (определить их характер).

3) Дать заключение о соответствии рассчитанных уровней шума в заданных контрольных точках нормативным уровням.

Контрольные вопросы

1. Звук и его характеристики.
2. Особенности субъективного восприятия звука органами слуха человека.
3. Действие шумов на организм человека.
4. Характеристики шумов и их классификация.
5. С какой целью введено представление об эквивалентном уровне звука и что представляет этот параметр?
6. Принципы нормирования шумов.
7. Особенности восприятия шумов, исходящих от нескольких источников.
8. Представление о телесном угле, в пределах которого происходит излучение звука.
9. Какие факторы могут оказывать влияние на уровень воспринимаемого звука при его распространении в атмосферном воздухе.
10. Особенности и различие точечных и протяжённых источников звука.
11. Борьба с шумом на производстве: Справочник / Под общ. ред. Е. Я. Юдина. М.: Машиностроение, 1985. С. 11 – 17, 36 – 57.
12. Охрана окружающей среды / Под ред. С. В. Белова. М.: Высшая школа, 1991. С. 200 – 234.
13. Денисенко Г.Ф. Охрана труда. М.: Высшая школа, 1985. С. 182 – 193.

Библиографический список

Лабораторная работа № 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСЛОВИЙ РАССЕИВАНИЯ ВЫБРОСОВ ПРОМЫШЛЕННЫМИ ПРЕДПРИЯТИЯМИ

Цель работы: определить уровень загрязнения атмосферного воздуха промышленными выбросами и выбросами из вентиляционных устройств.

Теоретическая часть

1. Техногенные эмиссии и воздействия на окружающую среду

Техногенное загрязнение среды является наиболее очевидной причинной связью в системе экосферы: «экономика, производство, техника, среда». Оно приводит к деградации экологических систем, глобальным климатическим и геохимическим изменениям, к поражениям людей и животных. На рис.1 приведена классификация техногенных загрязнений ОС.

Рис. 1. Классификация техногенных загрязнений ОС

В целом по природе и масштабам наиболее существенны химические загрязнения, а самая большая угроза связана с радиацией. Что касается объектов воздействия, то на первом месте, конечно же, стоит человек. В последнее время особую опасность представляет не только рост загрязнений, но и их суммарное влияние, часто превышающее по конечному эффекту простое суммирование последствий.С экологической точки зрения все продукты техносферы являются загрязнениями либо потенциальными загрязнителями, даже те, которые химически инертны, поскольку они занимают место в биосфере и становятся балластом экологических потоков. Большинство продуктов производства также со временем становятся загрязнителями, представляя собой «отложенные отходы».Большая часть загрязнений ОС относится к непреднамеренным, хотя и очевидным, экологическим нарушениям. Многие из них значительны, многие трудно контролировать и они опасны непредвиденными эффектами из-за отдалённости последствий. Например: техногенная эмиссия СО 2 или тепловое загрязнение принципиально неизбежны пока существует топливная энергетика.Масштабы отходов современного человечества и продуктов техносферы составляют почти 160 Гт/год , из которых около 10 Гт образуют массу изделий, т.е. «отложенный отход». В среднем на одного жителя Земли приходится около 26 т всех антропогенных эмиссий в год. 160 Гт отходов распределяются примерно следующим образом: 30 % выбрасывается в атмосферу, 10 % попадает в водоемы, 60 % остается на поверхности Земли.Очень больших масштабов достигла к настоящему времени химизация биосферы, которая заметно влияет на геохимический облик экосферы. Общая масса производимых химических веществ и активных отходов всей химической промышленности мира превысила 1,5 Гт/год . Почти все это количество может быть отнесено к загрязнениям ОС. Но дело не только в массе, но и в разнообразии и токсичности большинства производимых химических веществ. В мировой химической номенклатуре значится более 10 7 химических соединений и ежегодно их число возрастает на несколько тысяч. Однако большинство используемых веществ не оценены с точки зрения их токсичности и экологической опасности.

2. Источники техногенных эмиссий

Все источники техногенных выбросов подразделяются на организованные, стационарные и подвижные. Организованные источники оборудованы специальными устройствами для направленного вывода эмиссий (трубы, вентиляционные шахты, выводные каналы, желоба и т.д.). Эмиссии от неорганизованных источников произвольны. Источники разделяются также по геометрическим характеристикам (точечные, линейные, производные) и по режиму работы – непрерывному, периодическому, залповому.Источниками преобладающей части химического и теплового загрязнения являются термохимические процессы в энергетике – сжигание топлива и связанные с ним термические и химические процессы и утечки. Главные реакции, определяющие эмиссию углекислого газа, паров воды и теплоты, идут следующим образом:

Углерод: C + O 2 → CO 2 ;

Углеводороды: C n H m + (n + 0,25m)O 2 → nCO 2 + 0,5mH 2 O.

Попутно идут реакции, определяющие эмиссию других загрязнителей, и связаны они с содержанием в топливе различных примесей, с термоокислением азота воздуха и со вторичными реакциями, происходящими в ОС. Все эти реакции сопровождают работу тепловых станций, промышленных печей, двигателей внутреннего сгорания, газотурбинных и реактивных двигателей, процессы в металлургии, обжиг минерального сырья и т.д. Наибольший вклад в энергетически зависимое загрязнение среды вносят теплоэнергетика и транспорт.Общая картина воздействия теплоэлектростанции (ТЭС) на ОС показана на рис. 2.При сжигании топлива вся его масса превращается в твердые, жидкие и газообразные отходы. Данные о выбросах главных загрязнителей воздуха при работе ТЭС приведены в табл. 1.

Таблица 1

Удельные выбросы в атмосферу при работе ТЭС мощностью 1000 МВт на разных видах топлива, г/кВт час

			Природный газ

Количество выбросов зависит от качества топлива, типа топочных агрегатов, систем нейтрализации выбросов и пыледымовых уловителей и устройств очистки сточных вод. В среднем в топливной теплоэнергетике на 1т сжигаемого топлива выбрасывается в ОС около 150 кг загрязнителей.

Рис. 2. Влияние теплоэлектростанции на окружающую среду

1 – котёл; 2 – труба; 3 – паровая труба; 4 –электрогенератор; 5 – электрическая подстанция; 6 – конденсатор; 7 – водо-забор для охлаждения конденсатора; 8 – водное питание котла; 9 – линии электропередачи; 10 – потребители электроэнергии; 11 - водоём

Металлургические процессы основаны на восстановлении металлов из руд, где они содержатся преимущественно в виде окислов или сульфи­дов, с помощью термических и электролитических реакций. Наиболее характерные суммарные (упрощенные) реакции:

железо: Fe 2 O 3 + 3C + O 2 → 2Fe + CO + 2CO 2 ;

медь: Cu 2 S + O 2 → 2Cu + SO 2 ;

алюминий (электролиз): Al 2 O 3 + 2O → 2Al + CO + CO 2 .

Технологическая цепь в черной металлургии включает производство окатышей и агломератов, коксохимическое, доменное, сталеплавильное, про­катное, ферросплавное, литейное производства и другие вспомогательные технологии. Все металлургические переделы сопровождаются интенсивным загрязнением среды (табл. 2). В коксохимическом производстве дополни­тельно выделяются ароматические углеводороды, фенолы, аммиак, цианиды и целый ряд других веществ. Черная металлургия потребляет большое ко­личество воды. Хотя промышленные нужды на 80 – 90 % удовлетворяются за счет систем оборотного водоснабжения, забор свежей воды и сброс за­грязненных стоков достигают очень больших объемов, соответственно порядка 25 – 30 м 3 и 10 – 15 м 3 на 1 т продукции полного цикла. Со сто­ками в водные объекты поступают значительные количества взвешенных веществ, сульфатов, хлоридов, соединений тяжелых металлов.

Таблица 2

Газовые выбросы (до очистки) основных переделов черной металлургии

(бeз коксохимического производства), в кг/т соответствующего продукта

	Производство
	Агломерационное	Доменное	Сталеплавильное	Прокатное

* кг/м 2 поверхности металла

Цветная металлургия, несмотря на относительно меньшие ма­териальные потоки производства, не уступает черной металлургии по совокупной токсичности эмиссий. Кроме большого количества твердых и жидких отходов, содержащих такие опасные загрязнители, как сви­нец, ртуть, ванадий, медь, хром, кадмий, таллий и др., выбрасывается и много аэрополлютантов. При металлургической переработке суль­фидных руд и концентратов образуется большая масса диоксида серы. Так, около 95 % всех вредных газовых выбросов Норильского горно-ме­таллургического комбината приходится на SO 2 , а степень его утилиза­ции на превышает 8 %.Технологии химической промышленности со всеми ее отраслями (ба­зовая неорганическая химия, нефтегазохимия, лесохимия, оргсинтез, фармакологическая химия, микробиологическая промышленность и др.) со­держат множество существенно незамкнутых материальных циклов. Основными источниками вредных эмиссий являются процессы производ­ства неорганических кислот и щелочей, синтетического каучука, ми­неральных удобрений, ядохимикатов, пластмасс, красителей, растворите­лей, моющих средств, крекинг нефти. Список твердых, жидких и газо­образных отходов химической промышленности огромен и по массе загряз­нителей, и по их токсичности. В химическом комплексе РФ ежегодно образуется более 10 млн т вредных промышленных отходов.Различные технологии в обрабатывающих отраслях промышленнос­ти, в первую очередь в машиностроении, включают большое число разнообразных термических, химических и механических процессов (ли­тейное, кузнечно-прессовое, механообрабатывающее производства, сварка и резка металлов, сборка, гальваническая, лакокрасочная обра­ботка и др.). Они дают большой объем вредных эмиссий, загрязняющих среду. Заметный вклад в общее загрязнение среды вносят также раз­личные процессы, сопровождающие добычу и обогащение минерального сырья и строительство.Сельское хозяйство и быт людей по собственным отходам – остат­кам и продуктам жизнедеятельности растений, животных и человека – по существу не являются источниками загрязнения среды, так как эти про­дукты могут включаться в биотический круговорот. Но, во-первых, для современных агротехнологий и коммунального хозяйства характерен кон­центрированный сброс большей части отходов, что приводит к значи­тельным локальным превышениям допустимых концентраций органики и таким явлениям, как эвтрофикация и заражение водоемов. Во-вторых, что еще серьезнее, сельское хозяйство и быт людей являются посредниками и участника ми рассредоточения и распространения значительной части про­мышленных загрязнений в виде распределенных потоков эмиссий, остат­ков нефтепродуктов, удобрений, ядохимикатов и различных употребленных изделий, мусора – от туалетной бумаги до заброшенных ферм и городов.

Рис. 3. Схема влияний загрязнений окружающей среды

Между всеми средами существует постоянный обмен частью загрязни­телей: тяжелая часть аэрозолей, газодымовых и пылевых примесей из атмосферы выпадает на земную поверхность и в водоемы, часть твердых отходов с поверхности земли смывается в водоёмы или рассеивается воздушными потоками. Загрязнение среды влияет на человека прямо или через биологическое звено (рис. 3). В техногенных потоках поллютантов ключевое место занимают транспортирующие среды – воздух и вода.

3. Загрязнение атмосферы

Состав, количество и опасность аэрополлютантов. Из 52 Гт гло­бальных антропогенных выбросов в атмосферу более 90 % приходится на углекислый газ и пары воды, которые обычно не относят к загряз­нителям (об особой роли выбросов CO 2 говорится ниже). Техногенные выбросы в воздушную среду насчитывают десятки тысяч индивидуаль­ных веществ. Однако наиболее распространенные, «многотоннажные» загрязнители сравнительно немногочисленны. Это различные твердые частицы (пыль, дым, сажа), окись углерода (CO), диоксид серы (SO 2), окислы азота (NO и NO 2), различные летучие углеводороды (CH x), со­единения фосфора, сероводород (H 2 S), аммиак (NH 3), хлор (Cl), фтористый водород (HF). Количества первых пяти групп веществ из этого перечня, измеряемые десятками миллионов тонн и выбрасывае­мые в воздушную среду всего мира и России, представлены в табл. 3.

Таблица 3

Выбросы в атмосферу пяти главных загрязнителей в мире и в России (млн т )

	Стационарные источники	Транспорт	Стационарные источники		Транспорт

Наибольшая загрязненность атмосферы наблюдается в индустриальных регионах. Около 90 % выбросов приходятся на 10 % территории суши и со­средоточены в основном в Северной Америке, Европе и Восточной Азии. Особенно сильно загрязняется воздушный бассейн крупных промышленных городов, где техногенные потоки тепла и аэрополлютантов, чаще при не­благоприятных метеоусловиях (высоком атмосферном давлении и термоин­версиях), часто создают пылевые купола и явления смога – токсичных смесей тумана, дыма, углеводородов и вредных окислов. Такие ситуации со­провождаются сильными превышениями ПДК многих аэрополлютантов.Более 200 городов России, население которых составляет 65 млн че­ловек, испытывают постоянные превышения ПДК токсичных веществ. Жители 70 городов систематически сталкиваются с превышениями ПДК в 10 и более раз. Среди них такие города, как Москва, Санкт-Петербург, Самара, Екатеринбург, Челябинск, Новосибирск, Омск, Кемерово, Хабаровск. В перечисленных городах основной вклад в общий объем выбросов вредных веществ приходится на долю автотранспорта, например, в Москве он составляет – 88 %, в Санкт-Петербурге – 71 %.Земная атмосфера обладает способностью самоочищения от за­грязняющих веществ, благодаря происходящим в ней физико-химическим и биологическим процессам. Однако мощность техноген­ных источников загрязнения возросла настолько, что в нижнем слое тропосферы наряду с локальным повышением концентрации неко­торых газов и аэрозолей происходят глобальные изменения. Человек вторгается в сбалансированный биотой круговорот веществ, резко увеличив выброс вредных веществ в атмосферу, но не обеспечив их вывод. Концентрация ряда антропогенных веществ в атмосфере (уг­лекислый газ, метан, оксиды азота и др.) быстро растёт. Это свидетельствует о том, что ассимиляционный потенциал биоты близок к исчерпанию.Кислотные осадки. По ряду показателей, в первую очередь по массе и распростра­ненности вредных эффектов, атмосферным загрязнителем номер один считают диоксид серы. Он образуется при окислении серы, содержа­щейся в топливе или в составе сульфидных руд. В связи с увеличением мощности высокотемпературных процессов, переводом многих ТЭС на газ и ростом парка автомобилей растут выбросы окислов азота, обра­зующихся при окислении атмосферного азота. Поступление в атмо­сферу больших количеств SO и окислов азота приводит к заметному снижению рН атмосферных осадков. Это происходит из-за вторичных реакций в атмосфере, приводящих к образованию сильных кислот – серной и азотной. В этих реакциях участвуют кислород и пары воды, а также частицы техногенной пыли в качестве катализаторов:2SO 2 + O 2 + 2H 2 O → 2H 2 SO 4 ;4NO 2 + O 2 + 2H 2 O → 4HNO 3 .В атмосфере оказывается и ряд промежуточных продуктов указан­ных реакций. Растворение кислот в атмосферной влаге приводит к выпадению «кислотных дождей». Кислотные осадки очень опасны в районах с кислыми почвами, гибнет микрофлора, вымывается органика, закисляются водоемы рек, озёр и происходят необратимые изменения в экосистемах.Нарушение озонового слоя. В 70-х годах появились сообщения о региональных снижениях содержания озона в стратосфере. Особен­но заметной стала сезонно пульсирующая озоновая дыра над Антарк­тидой площадью более 10 млн км 2 , где содержание O 3 за 80-е годы уменьшилось почти на 50 %. Позднее «блуждающие озоновые дыры», правда, меньшие по размеру и не с таким значительным снижением, стали наблюдаться в зимнее время и в Северном полушарии, в зонах стойких антициклонов – над Гренландией, Северной Канадой и Яку­тией. Средняя скорость глобального уменьшения за период с 1980 по 1995 г. оценена в 0,5 – 0,7 % в год.Поскольку ослабление озонового экрана чрезвычайно опасно для всей наземной биоты и для здоровья людей, эти данные привлекли пристальное внимание ученых, а затем и всего общества. Был высказан ряд гипотез о причинах нарушения озонового слоя.Большинство специалистов склоня­ется к мнению о техногенном происхождении озоновых дыр. Наиболее обосновано представление, согласно которому главной причиной является попадание в верхние слои атмосферы техногенного хлора и фтора, а также других атомов и радикалов, способных чрезвычайно активно присоединять атомарный кислород, тем самым конкурируя с реакцией O + O 2 → O 3 .Занос активных галогенов в верхние слои атмосферы опосредован ле­тучими хлорфторуглеродами (ХФУ) типа фреонов (смешанные фторохлориды метана и этана, например фреон-12 – дихлордифторметан, CF 2 Cl 2), которые, будучи в обычных условиях инертными и нетоксичными, под действием коротковолновых ультрафиолетовых лучей в стратосфере распадаются. Вырвавшись «на свободу», каждый атом хлора способен разрушить или помешать образованию множества молекул озона.Хлорфторуглероды обладают рядом полезных свойств, обусло­вивших широкое их применение в холодильных установках, конди­ционерах, аэрозольных баллончиках, огнетушителях и т. д. С 1950 г. объем мирового производства ХФУ ежегодно возрастал на 7 – 10 % и в 80-х годах составил около 1 млн т . В последующем были приняты ме­ждународные соглашения,
обязывающие стран-участниц сократить использование ХФУ. США еще в 1978 г. ввели запрет на использование ХФУ-аэрозолей. Но рас­ширение других областей применения ХФУ снова привело к росту их мирового про­изводства. Переход промышленности к новым озоносбе­регающим техно­логиям связан с большими финансовыми затратами.В последние десяти­летия появились и другие, чисто технические пути заноса активных разрушителей озона в стратосферу: ядерные взрывы в атмосфере, вы­бросы сверхзвуковых самолетов, запуски ракет и космических кораб­лей многора­зового использования. Не исключено, однако, что часть наблюдаемого ослабления озонового экрана Земли связана не с техно­генными выброса­ми, а с вековыми колебаниями аэрохимических свойств атмосферы и независимыми изменениями климата.Парниковый эффект и изменения климата. Техногенное загряз­не­ние атмосферы в определенной степени связано с изменениями кли­мата. Речь идет не только о вполне очевидной зависимости мезокли­мата промышленных центров и их окрестностей от теплового, пыле­вого и химического загрязнения воздуха, но и о глобальном климате.С конца XIX в. по настоящее время наблюдается тенденция повы­шения средней температуры атмосферы; за последние 50 лет она повысилась приблизительно на 0,7 °С . Это отнюдь не ма­ло, если учесть, что при этом валовое увеличение внутренней энергии атмо­сферы очень велико - порядка 3000 МДж . Оно не связано с уве­личе­нием солнечной постоянной и зависит только от свойств самой атмо­сферы. Главным фактором является уменьшение спектральной про­зрачности атмосферы для длинноволнового обратного излучения от поверхности земли, т.е. усиление парникового эффекта. Парни­ковый эффект создается увеличением концентрации ряда газов – CO 2 , CO, CH 4 , NO x , ХФУ и др., названных парниковыми газами. По данным, обобщенным в последнее время Международной группой экспертов по проблеме изменения климата (МГЭИК), существует до­вольно высокая положительная корреляция между концентрацией парниковых газов и отклонениями глобальной температуры атмо­сферы. В настоящее время значительная часть эмиссии парниковых газов имеет техногенное происхождение.Тенденции глобального потепления придается очень большое значение. Вопрос о том, произойдет оно или нет, уже не стоит. По оценкам экспертов Всемирной метеорологической службы, при суще­ствующем уровне выбросов парниковых газов средняя глобальная температура в следующем столетии будет повышаться со скоростью 0,25 °С за 10 лет. Её рост к концу XXI в., по разным сценариям, (в зависимости от принятия тех или иных мер) может составить от 1,5 до 4 °С . В северных и средних широтах потепление скажется силь­нее, чем на экваторе. Казалось бы, такое повышение температуры не должно вызывать особого беспокойства. Более того, возможное по­тепление в странах с холодным климатом, как, например, Россия, представляется чуть ли не желанным. На самом деле последствия изме­нения климата могут иметь катастрофический характер. Глобальное потепление вызовет существенное перераспределение осадков на плане­те. Уровень Мирового океана за счет таяния льдов может повыситься к 2050 г. на 30 – 40 см , а к концу столетия – от 60 до 100 см . Это создаст угрозу затопления значительных прибрежных территорий.Для территории России общая тенденция изменения климата харак­теризуется слабым потеплением, среднегодовая температура воздуха с 1891 по 1994 гг. повысилась на 0,56 °С . За период инструментальных на­блюдений самыми теплыми были последние 15 лет, а максимально теплым оказался 1999 г. В последние три десятилетия заметна также тенденция к уменьшению осадков. Одним из тревожных для России последствий изме­нения климата может стать деструкция мерзлых грунтов. Повышение температуры в зоне вечной мерзлоты на 2 –3 °С приведет к изменению несу­щих свойств грунтов, что поставит под угрозу различные сооружения и коммуникации. Кроме того, содержащиеся в вечной мерзлоте запасы CO 2 и метана из оттаявших грунтов начнут поступать в атмосферу, усугубляя парниковый эффект.

4. Определение условий рассеивания выбросов промышленных предприятий

Распространение в атмосфере промышленных выбросов из труб и вентиляционных устройств подчиняется законам турбулентной диффузии. На процесс рассеивания выбросов существенное влияние оказывают состояние атмосферы, расположение предприятий и источников выбросов, характер местности, химические свойства выбрасываемых веществ, высота источника, диаметр трубы и т.д. Горизонтальное перемещение примесей определяется в основном скоростью и направлением ветра, а вертикальное – распределением температур в атмосфере по высоте.В основу «Методики расчета концентраций в атмосферном воз­духе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий» ОНД-86 положено условие, при котором суммарная концентрация каждого вредного вещества не должна превышать максимальную разовую предельно допустимую концентрацию данного вещества в атмосферном воздухе. Максимальная концентрация C m вредных веществ (в мг/м 3 ) у земной поверхности образуется на оси факела выброса на расстоянии X max от источника выброса (для горячей газовоздушной смеси):

A – коэффициент стратификации атмосферы, зависящий от тем­пературного градиента и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания выбросов (для центра России прини­мает значение в пределах 140 – 200);

M – масса вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу вре­мени, г/с ;

V 1 – объем выбрасываемой газовоздушной смеси, м 3 /с ;

h – высота трубы, м ;

F – коэффициент, учитывающий скорость оседания взвешенных частиц выброса в атмосфере (для газов равен 1, для пыли при эф­фективности очистки более 90 % – 2, от 75 % до 90 % – 2,5, менее 75 % – 3);

Δ T – разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси и температурой окружающего атмосферного воздуха, рав­ной средней температуре самого жаркого месяца в 13 часов;

η – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние релье­фа местности;

m – безразмерный коэффициент, учитывающий условия выхода газов из трубы:

где: f = 10 3 W 0 D/h 3 ΔT;

W 0 = 4 V 1 / π D 2 – средняя скорость выхода газов из трубы, м/с ;

D – диаметр трубы, м ;

n – безразмерный коэффициент, зависящий от параметра V M , м/с :

При Vm ≤ 0,3 принимают n = 3 , при Vm > 2 принимают n = 1 , при 0,3 < Vm < 2 принимают n = [(Vm – 0,3 )(4,36 – Vm )] 0,5 .

Ожидаемая максимальная концентрация загрязнителей (в мг/м 3 ) при выбросе холодной газовоздушной смеси определяется по уравнению:

Расстояние до места, где ожидается максимальная концен­трация, (X mах ) определяется следующим образом: ● для газов и мелкодисперсной пыли X max = dh , где d – безразмерная величина, зависящая от параметра V M :

для холодного выброса

d = 11,4 V M при V M ≤ 2;

d = 16,1 ( V M) 0,5 при V M > 2;

● для крупнодисперсной пыли (F ≥ 2)

X mах = 0,25(5 – F) dh ;

● для горячей газовоздушной смеси:

d = 4,95 V M (1 + 0,28 f 1/3) при V M ≤ 2;

d = 7 ( V M) 0,5 (1 + 0,28 f 1/3) при V M > 2.

Концентрация загрязнителя в приземном слое атмосферы на любом расстоянии X от источника выброса, отличном от X max , опре­деляется по формуле: C = C m S 1 ,

где S 1 – коэффициент, зависящий от величины χ = X / X max :

● при χ ≤ 1 S 1 = 3 χ 4 – 8 χ 3 + 6 χ 2 ;

● при 1 < χ ≤ 8 S 1 = 1,13(1 + 0,13 χ 2) –1 ;

● при χ ≤ 8 (F = 1) S 1 = χ (3,58 χ 2 +3,52 χ + 120) –1 ;

● при χ ≤ 8 (F = 1) S 1 = (0,1 χ 2 +2,47 χ + 17,8) – 1 .

Практическая часть

Отчет о выполнении лабораторной работы должен содержать:

1) исходные данные;

2) результаты всех вычислений;

3) выводы.

Контрольные вопросы

1. Что такое техногенные эмиссии?
2. Тепловые источники и их роль в загрязнении ОС.
3. Влияние металлургических и химических процессов на загрязнение ОС.
4. С чем связано разрушение озонового слоя?
5. Чем вызваны кислотные осадки?
6. Что такое парниковый эффект и в чем его опасность?
7. С чем связано загрязнение атмосферы?
8. Охрана окружающей среды / Под ред. С.В. Белова. М.: Высшая школа, 1991. 2. 234 с.
9. Экология / Под ред. Денисова В.В.: Ростов-на-Дону, МарТ, 2002, 630 с.
10. Федорова А.И. Практикум по экологии и охране окружающей среды. М.: ВЛАДОС, 2001, 288 с.

ПОНЯТИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОЕ Шум – это понятие относительное. Любой звук может одновременно нести полезную информацию и, в то же время, являться шумом. Все дело в людях, которые этот звук воспринимают. Человек, слушающий громкую музыку, может наслаждаться ей, но людям, находящимся по соседству, эта музыка, возможно, будет доставлять одни лишь неудобства.

ВЛИЯНИЕ ШУМА НА РАСТЕНИЯ Растения, как и люди, остро реагируют на различного рода шумы, и воспринимают их как целостный живой организм. После множества исследований ученые бесспорно доказали влияние шума на растительные организмы. Например, растения возле аэродрома, с которого непрерывно стартуют разные реактивные самолеты, растут очень плохо, а отдельные виды даже исчезают. Поэтому не стоит сажать деревья и, особенно, цветы там, где ведется постоянно шумная работа – все равно не вырастут. Существует целый ряд научных работ, которые раскрывают действие шумов на растения табака. У него обнаружили значительное уменьшение интенсивности роста листьев. Это, прежде всего, касается молодых растений.

Привлекло внимание ученых также и воздействие ритмических звуков на растения. Американская певица и музыкант провела исследования на растениях кукурузы, тыквы, петунии, циннии и календулы которые показали, что на индийские музыкальные мелодии и музыку Баха растения отзываются положительно. Интересно, что их стебли прямо вытягивались в сторону источника звуков. А вот непрерывные барабанные ритмы и рокмузыку зеленые растения не любят. От нее уменьшается размер листьев и корней, снижается масса, и растения отклоняются от источника звуков, как будто хотят уйти от их губительного воздействия.

ВЛИЯНИЕ ШУМА НА ЖИВОТНЫХ Океан наполнен множеством самых разных звуков. Это, например, плеск воды о коралловые рифы, шум волн, обрушивающихся на берег, капли дождя, стучащие по поверхности воды. Но это природные шумы, к которым водные обитатели давно привыкли. А вот посторонний шум, производимый человеком, вызывает у них массу неудобств. Известно, что у дельфинов и китов – млекопитающих, чья жизнь во многом зависит от звуковых сигналов, шумовое загрязнение приводит к ошибкам в работе системы эхолокации. А некоторые виды рыб вообще погибают от звуков забиваемых при строительстве свай.

ВЛИЯНИЕ ШУМА НА ЖИВОТНЫХ Крысы после долгого влияния шума дороги и звуков окружающей среды были более уязвимы для гремучих змей, чем те, которые жили в зоне, отделенной от городских шумов. Быки становятся более агрессивными, если их долгое время беспокоят мимо проезжающие машины или пролетающие самолеты. Из-за шумов на дорогах меняется и поведение лесных обитателей. Лисицы, куницы, лоси ведут себя как-то странно. Пытаются перейти трассу с одной стороны на другую. Ученые предполагают, что все это из-за стресса: это сильное напряжение, возникающее при воздействии на организм животного, человека.

ВЛИЯНИЕ ШУМА НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА Его вредное воздействие на организм совершается незримо, незаметно. Нарушение в организме обнаруживаются не сразу. К тому же организм человека против шума практически беззащитен. Врачи говорят о шумовой болезни, развивающейся в результате воздействия шума с преимущественным поражением слуха и нервной системы.

ВЛИЯНИЕ ШУМА НА ЧЕЛОВЕКА Специфическое действие шума Влияние шума на слуховой анализатор проявляется в ауральных эффектах, которые, главным образом, заключаются в медленно прогрессирующем понижении слуха по типу неврита слухового нерва (кохлеарный неврит). В этом случае патологические изменения затрагивают в одинаковой степени оба уха. Профессиональная тугоухость развивается при более или менее длительном стаже работы в условиях высоких уровней шума. Сроки появления тугоухости зависят от многих факторов, например от индивидуальной чувствительности слухового анализатора, длительности воздействия шума в течении рабочей смены, интенсивности производственного шума, а также его частотных и временных характеристик.

ВЛИЯНИЕ ШУМА НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА Неспецифическое действие шума Неспецифическое влияние шума проявляется в виде экстраауральных эффектов. Подвергающиеся шумовому воздействию люди, чаще всего жалуются на головные боли, которые могут иметь разную интенсивность и локализацию, головокружение при перемене положения тела, снижение памяти, повышенную утомляемость, сонливость, нарушения сна, эмоциональную неустойчивость, снижение аппетита, потливость, боли в области сердца. Влияние шума может проявляться в виде нарушения функции сердечно-сосудистой системы, например, широкополосный шум уровнем выше 90 д. БА, в котором преобладают высокие частоты, способен спровоцировать развитие артериальной гипертензии, кроме того, широкополосный шум является причиной значительных изменений в периферическом кровообращении.

ШУМ В ГОРОДАХ Шум как экологический фактор, является одним из существенных загрязнителей окружающей среды в городах, оказывающих весьма неблагоприятное влияние на здоровье и трудоспособность человека. Источниками шума являются промышленные предприятия, средства наземного и воздушного транспорта, внутриквартальные и коммуникационные коммунально-бытовые источники. Исследования, проведенные в последние годы в ряде городов России, показали, что 25 -40% городского населения уже сейчас проживает на территории, где уровни шума значительно превышает санитарные нормы. Особенно высокие шумовые нагрузки создает воздушный транспорт.

ШУМ В ГОРОДАХ Низкочастотные звуковые волны способны рассеивать и осаждать пыль. Это свойство используется, в частности, для очистки воздуха в заводских цехах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Мы еще не раз будем на наших занятиях говорить и думать о последствиях деятельности человека для природы и самого себя. Хотелось бы надеяться, что сегодняшний разговор не прошел для вас бесследно. Только защищая природу от вредных последствий своей деятельности, мы сможем сохранить и самих себя. Коль суждено дышать нам воздухом одним, Давайте же мы все на век объединимся, Давайте наши души сохраним, Тогда мы на Земле и сами сохранимся.

Звук от реактивного самолета создает шум, по интенсивности превышающий шум толпы в 50 млн. человек, пишет известный французский эколог Филипп Сен-Марк. Шум стал побочным явлением научно-технического прогресса. Он мешает людям работать и отдыхать, снижает производительность труда и отрицательно влияет на центральную нервную систему. Симфония городского шума складывается из многих факторов: скрежета и стука на транспорте, звука строительной техники, шума машин на фабриках и даже микротехники в домашнем хозяйстве. Но автомобильный транспорт - главный источник шума в городах; на него приходится до 80% всех видов загрязнения.

Вследствие механических колебаний частиц различной физической природы. С физиологической точки зрения различают низкие, средние и высокие звуки. Колебания охватывают громадный диапазон частот: от 1 до 16 гц - неслышимые звуки (инфразвук); от 16 до 20 тыс. гц- слышимые звуки и свыше 20 тыс. гц - ультразвук. Область воспринимаемых звуков, т. е. граница наибольшей чувствительности человеческого уха, находится между порогом чувствительности и порогом болевого ощущения и составляет 130 дб. Звуковое давление в этом случае настолько велико, что оно воспринимается не как звук, а как боль.

Единицей измерения интенсивности звука является бел (б) и децибел (дб), равный 0,1 бела, но они дают относительную величину, представляющую собой логарифмическое отношение двух одноименных физических величин с логарифмическим основанием, равным 10. Для человека шум становится опасным, как только звук переходит границу 80 дб (в современных городах транспортные средства вызывают шум, превосходящий 100 дб).

Физиологически установлено, что усиление звука зависит не только от его силы, но и от частоты. Опытным путем обнаружено, что звуки одной силы, но разной частоты воспринимаются как звуки различной силы. Поэтому была введена новая физиологическая величина - единица громкости звука - фон. Фон и децибел равны, когда звук имеет частоту 1000 герц.

По интенсивности различают шум: первой степени - от 30 до 65 фонов, второй степени - от 65 до 90 фонов, третьей степени - от 90 до 110 фонов, четвертой степени - от 110 до 130 фонов.
По частоте шум также подразделяется на четыре группы: очень низкая частота - от 40 до 63 гц, низкая частота - от 80 до 125 гц, средняя частота - от 160 до 500 гц, высокая частота - от 6030 до 10 000 гц.

Шум стал патологическим явлением в крупных городах. Профессор Ф. Сен-Марк пишет, что в зависимости от силы и частоты шум вызывает головную боль, гул в ушах, бессонницу, учащение пульса, серьезные мозговые, нервные, сердечные расстройства.

Зафиксированы функциональные изменения организма под влиянием шума: повышение кровяного давления, нарушение функции щитовидной железы и коры надпочечников, изменение активности мозга и центральной нервной системы. Так, по данным, опубликованным в Великобритании, из-за шума каждый четвертый мужчина и третья женщина страдают нервными заболеваниями. Каждый пятый больной в психиатрических клиниках Франции - жертва шума, а в шумных кварталах Нью-Йорка зарегистрировано умственное и физическое отставание в развитии детей. По французским источникам, до 1971 года 341 человек покончили жизнь самоубийством в результате нервной депрессии, вызванной громкой музыкой и вообще шумом, интенсивность которого в Париже достигла в последние годы чудовищной силы.

Действию шума выше 102 дб подвергали куниц и получали у них за 10 недель повышение уровня холестерина в крови, развитую форму атеросклероза по сравнению с животными, которые так же, как и они, питались, но не подвергались действию шума. Специалисты утверждают, что шум негативно действует даже на зародыш.

Люди по-разному реагируют на шум. Часто это зависит от возраста, темперамента, здоровья, условий жизни и других причин. При одинаковой интенсивности шума люди в возрасте старше 70 лет пробуждаются в 72% случаев, а дети 7-8 лет - только в 1%. Дети просыпаются от шума в 50 дб, а подростки - 30 дб. По данным, которые приводит Федеральный совет по вопросам науки и техники США, около 16 млн. рабочих страдают от шума на производстве, что приносит ощутимый ущерб американской промышленности, достигающий 4 млрд. долл. в год.

Основной источник шума в городах - автомобили. В последнее время конструкторы ищут эффективные типы глушителей, которые нейтрализовали бы шум, создающийся движущимся транспортом. В городах можно снизить шумовой эффект за счет расширения проезжей части; при расширении улиц на 20-40 м уличный шум снижается на 4-6 дб. Важную роль играет и сама конструкция путей, и организация транспорта, и площадь зеленых насаждений. Советские специалисты считают целесообразным создавать между проезжей частью и тротуаром зеленый пояс шириной 10-50 м (в зависимости от ширины улицы) из многолетних насаждений. Деревья должны быть лиственных пород и иметь густую крону. Доказано, что зеленые насаждения снижают уровень уличного шума на 8-10 дб. Жилые здания должны быть «отодвинуты» от тротуаров на 15-20 м, а территория вокруг них обязательно озеленена. Весьма важна ориентация помещений внутри квартир: столовая и спальня должны находиться в самой бесшумной части квартиры. Целый ряд исследований показал зависимость состояния здоровья от уличного шума. Например, построенная без учета экологической обстановки автотрасса Белград- Загреб, вдоль которой расположены жилые здания, ухудшает экологическую ситуацию в этих городах.
Во многих городах страны все или только часть магистралей переводятся под землю, тем самым сохраняются сотни гектаров свободной земли, а люди избавляются от шума. Исключительно своевременным стало предложение о строительстве белградской подземной железнодорожной станции.
Интересна находка группы румынских инженеров, которые в целях снижения шума создали конструкцию окон с двойными стеклами, при этом внутреннее стекло в несколько раз толще внешнего. При таком застеклении в 2 раза снижается интенсивность шума. Совершенно ясно, что для создания акустического комфорта необходима координация действий при разработке архитектурных, транспортных и других проектов.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Подобные документы

Основные экологические нормативы качества окружающей среды. Определение величины предельно допустимой концентрации вредных веществ в воздухе, воде, почве, продуктах питания. Характеристика предельно допустимого уровня радиации, шума, вибрации, излучения.

курсовая работа , добавлен 18.12.2011


Параметры, характеризующие шум. Методическое и инструментальное обеспечение проведения шумового контроля. Выбор точек для измерения транспортного шума. Расчет уровней шума транспортных потоков на территории застройки. Влияние шума на организм человека.

курсовая работа , добавлен 11.10.2014


Изучение проблемы шумового загрязнения в городах и влияния шума на человека. Анализ шумового загрязнения города Вологды. Составление карты шума улично-дорожной сети. Определение загруженности улиц автотранспортом. Методы защиты от шумового воздействия.

дипломная работа , добавлен 09.11.2016


Воздействие анторпогенных факторов на здоровье человека. Природные геохимические аномалии как причина нарушений здоровья населения. Вода как фактор здоровья. Физические факторы риска окружающей среды. Влияние шума, излучений на здоровье человека.

контрольная работа , добавлен 09.11.2008


Автомобиль в жизнедеятельности современного города, влияние автомобилей на состояние городской среды. Акустическое воздействие транспорта и нормирование шума автомобилей. Интенсивность движения и звукоизоляция зданий. Влияния шума на организм человека.

реферат , добавлен 17.12.2014


Анализ вредных и опасных факторов, возникающих при эксплуатации дизель-генератора мощностью 4800 кВт. Анализ воздействия шума, создаваемого двигателем внутреннего сгорания, на окружающую среду. Пожароопасность и влияние токсичности отработавших газов.

реферат , добавлен 04.06.2009


Гибель городской зелени. Электромагнитное излучение в крупных городах. Исследования Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) здоровья семей, проживающих в районах с чрезмерно высоким уровнем шума, с семьями, которые живут в более спокойных местах.

реферат , добавлен 27.02.2011


Основные источники загрязнения: промышленные предприятия; автомобильный транспорт; энергетика. Природные и техногенные источники загрязнения воды, почвы. Главные источники загрязнения атмосферы. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе.