Экологическая безопасность

Вариант 4

 

Задание 1. Построение расчетной модели лесных пожаров

 

Исходные данные:

Лесничество Галичное

Дата обнаружения	Дата ликвидации	Вид пожара	Интенсивность пожара	Лесная площадь, га
24.08	29.08	Низовой, устойчивый	средняя	110
24.08	29.08	Низовой, устойчивый	средняя	19
09,09	15.10	Низовой, устойчивый	высокая	2000

 

При лесном пожаре образуются следующие виды поллютантов:

- оксид углерода (СО);

- диоксид углерода (СО₂);

- оксиды азота (NO_х);

- оксиды серы (SO₂);

- сажа (С);

- дым (ультрадисперсные частицы (SiО₂).

 

В таблице 2.6 представлены коэффициенты эмиссии этих веществ при лесных пожарах:

Наименование вещества	Коэффициент эмиссии  Кα
оксид углерода (СО)	0,135
диоксид углерода (СО2)	0,094
оксиды азота (NO2)	0,000405
оксиды серы (SO2)	0,000001
сажа (С)	0,0124
дым (ультрадисперсные частицы SiО2)	0,069

 

Низовой устойчивый пожар имеет следующие характеристики (по таблице 2.2):

Вид пожара	интенсивность	Особенности пожара
Низовой устойчивый	сильная	Подстилка сгорает вплоть до минеральных горизонтов почвы. На маломощных скелетных почвах происходит вывал деревьев.
	средняя	Сгорает неразложившийся  опад, живой напочвенный покров, кустарники, подрост и верхний  слаборазложившийся слой подстилки. Дополнительно  сгорает средне разложившийся слой подстилки, а вокруг комлевой части ствола и валежа она прогорает до минеральной части почвы.

 

Из таблицы 2.2 следует, что при низовом устойчивом пожаре горение происходит в 3 ярусах. При расчетах нужно учитывать количество поллютантов, образовавшихся в каждом ярусе.

 

Ярус леса	Высота яруса, м	Запас ЛГМ, mо, Кг/м2	Кi
1. ярус мхов, лишайников (нулевой слой)	0,15	3,0	1
2. первый ярус леса  – травы и кустарники	2,00	1,6	0,5
3. второй ярус леса  – подрост (совокупность деревьев  высотой до 6 м)	6,00	2	0,1

 

Поскольку образование поллютантов при низовом устойчивом пожаре происходит одновременно в 3 ярусах леса (нулевом, первом и втором), нужно преобразовать формулу для расчетов с учетом этого обстоятельства:

                               М_αi = S_i ∙ К_α ∙ (К_i0∙ m_α0 + К_i1 ∙ m_α1 + К_i2 ∙ m_α2),                         (1)

где М_αi – валовый выброс i-того поллютанта

S_i - площадь лесной площади, объятой пожаром (м²)

К_i0 – коэффициент, зависящий от яруса леса. Его значения берем из таблицы 2.5.

К_α – коэффициент эмиссии i-того поллютанта. Берем его из таблицы 2.6.

m_α0 – полное значение выбросов данного поллютанта при сгорании нулевого яруса

К_i – коэффициент, зависящий от яруса леса.

m_α - полное значение выбросов данного поллютанта при сгорании яруса

 

Далее нужно подставить значения неизменных для всех поллютантов в формулу (1), в результате чего формула приобретает вид:

                          М_αi = S_i ∙ К_α ∙ (1 ∙ m_α0 + 0,5 ∙ m_α1+ 0,1 ∙ m_α2)                                (2)

В дальнейшем для определения  валового выброса всех поллютантов будет использоваться эта формула.

Для определения m_α используется формула:

К_α = m_α / m_r,  m_α = К_α m_r.

Где К_α – коэффициент эмиссии i-того поллютанта

m_α - полное значение выбросов данного поллютанта

m_r – масса ЛГМ на единице площади, сгоревшая при лесном пожаре.

Поскольку в исходных данных к заданию не представлено иное, будем считать, что сгорают  все ЛГМ, имеющиеся на единице  площади, а потому m_r равно m₀ (таблица 2.5).

Поэтому формула приобретает  следующий вид: m_α = К_α m₀.

Отдельно вычисляются m_α0, m_α1 и m_α2.

Удельную мощность выброса i-того поллютанта можно рассчивать по формуле:

G_i = М_αi / Т,

Где Т – время продолжительности  горения леса, с.

 

1. Расчет валового выброса и мощности выброса всех поллютантов, образующихся при лесном пожаре в лесничестве Галичное с 24.08 по 29.06 (6 суток = 518400 с). Площадь пожара 110 га (1100000 м²).

1.1. расчет выброса оксида углерода (СО)

m_α0 = К_α m₀₀ = 0,135 ∙ 3,0 = 0,405

m_α1 = К_α m₀₁ = 0,135 ∙ 1,6 = 0,216

m_α2 = К_α m₀₂ = 0,135 ∙ 2 = 0,27

М_αco = S_i ∙ К_α ∙ (К_i0∙ m_α0 + К_i1 ∙ m_α1  + К_i2 ∙ m_α2) = 1100000 ∙ 0,135 ∙ (0,405 + 0,5 ∙ 0,216 + 0,1 ∙ 0,27) = 80190 кг

G_co = М_αCO / Т = 80190 / 518400 = 0,18 кг/с

1.2. расчет выброса диоксида углерода (СО₂)

m_α0 = К_α m₀₀ = 0,094 ∙ 3,0 = 0,282

m_α1 = К_α m₀₁ = 0,094 ∙ 1,6 = 0,15

m_α2 = К_α m₀₂ = 0,094 ∙ 2 = 0,188

М_αco2 = S_i ∙ К_α ∙ (К_i0∙ m_α0 + К_i1 ∙ m_α1  + К_i2 ∙ m_α2) = 1100000 ∙ 0,094 ∙ (0,282+ 0,5 ∙ 0,15 + 0,1 ∙ 0,188) = 38857,72 кг

G_co2 = М_αCO2 / Т = 38857,72 / 518400 = 0,089 кг/с

1.3. расчет выброса оксида азота (NO₂)

m_α0 = К_α m₀₀ = 0,0004 ∙ 3,0 = 0,0012

m_α1 = К_α m₀₁ = 0,0004  ∙ 1,6 = 0,0006

m_α2 = К_α m₀₂ = 0,0004 ∙ 2 = 0,0008

М_αNO2 = S_i ∙ К_α ∙ (К_i0∙ m_α0 + К_i1 ∙ m_α1 + К_i2 ∙ m_α2) = 1100000 ∙ 0,0004  ∙ (0,0012+ 0,5 ∙ 0,0006 + + 0,1 ∙ 0,0008) = 0,66 кг

G _NO2 = М_{α NO2} / Т = 0,66 / 518400 = 0,0000015 кг/с

1.4. расчет выброса оксидов серы (SO₂)

m_α0 = К_α m₀₀ = 0,000001 ∙ 3,0 = 0,000003

m_α1 = К_α m₀₁ = 0,000001 ∙ 1,6 = 0,0000016

m_α2 = К_α m₀₂ = 0,000001 ∙ 2 = 0,000002

М_αSO2 = S_i ∙ К_α ∙ (К_i0∙ m_α0 + К_i1 ∙ m_α1 + К_i2 ∙ m_α2) = 1100000 ∙ 0,000001 ∙ (0,000003+ 0,5 ∙ 0,0000016 + 0,1 ∙ 0,000002) = 0,0000044 кг

G _SO2 = М_{α SO2} / Т = 0,0000044 / 518400 = следы

1.5. расчет выброса сажи (С)

m_α0 = К_α m₀₀ = 0,0124 ∙ 3,0 = 0,0372

m_α1 = К_α m₀₁ = 0,0124 ∙ 1,6 = 0,0198

m_α2 = К_α m₀₂ = 0,0124 ∙ 2 = 0,0248

М_αc = S_i ∙ К_α ∙ (К_i0∙ m_α0 + К_i1 ∙ m_α1 + К_i2 ∙ m_α2) = 1100000 ∙ 0,0124 ∙ (0,0372 + 0,5 ∙ 0,0198 + 0,1∙ 0,0248) = 676,17 кг

G_c = М_αC / Т = 676,17 / 518400 = 0,00156 кг/с

1.6. расчет выброса дыма (ультрадисперсные частицы (SiО₂).

m_α0 = К_α m₀₀ = 0,069 ∙ 3,0 = 0,207

m_α1 = К_α m₀₁ = 0,069 ∙ 1,6 = 0,1104

m_α2 = К_α m₀₂ = 0,069 ∙ 2 = 0,138

М_αSiO2 = S_i ∙ К_α ∙ (К_i0∙ m_α0 + К_i1 ∙ m_α1 + К_i2 ∙ m_α2) = 1100000 ∙ 0,069 ∙ (0,207+ 0,5 ∙ 0,1104 + 0,1∙ 0,138) = 20948,4 кг

G _SiO2 = М_{α SiO2} / Т = 20948,4 / 518400 = 0,048 кг/с

 

2. Расчет валового выброса и мощности выброса всех поллютантов, образующихся при лесном пожаре в лесничестве Галечное с 24.08 по 29.08 (6 суток = 518400 с). Площадь пожара 19 га (190000 м²).

2.1. расчет выброса  оксида углерода (СО)

m_α0 = К_α m₀₀ = 0,135 ∙ 3,0 = 0,405

m_α1 = К_α m₀₁ = 0,135 ∙ 1,6 = 0,216

m_α2 = К_α m₀₂ = 0,135 ∙ 2 = 0,27

М_αco = S_i ∙ К_α ∙ (К_i0∙ m_α0 + К_i1 ∙ m_α1  + К_i2 ∙ m_α2) = 190000 ∙ 0,135 ∙ (0,405 + 0,5 ∙ 0,216 + 0,1 ∙ 0,27 ) = 13851 кг

G_co = М_αCO / Т = 13851 / 518400 = 0,032 кг/с

2.2. расчет выброса диоксида  углерода (СО₂)

m_α0 = К_α m₀₀ = 0,094 ∙ 3,0 = 0,282

m_α1 = К_α m₀₁ = 0,094 ∙ 1,6 = 0,15

m_α2 = К_α m₀₂ = 0,094 ∙ 2 = 0,188

М_αco2 = S_i ∙ К_α ∙ (К_i0∙ m_α0 + К_i1 ∙ m_α1  + К_i2 ∙ m_α2) = 190000 ∙ 0,094 ∙ (0,282+ 0,5 ∙ 0,15 + 0,1 ∙ 0,188) = 6711,78 кг

G_co2 = М_αCO2 / Т = 6711,78 / 518400 = 0,015 кг/с

2.3. расчет выброса оксида азота (NO₂)

m_α0 = К_α m₀₀ = 0,0004 ∙ 3,0 = 0,0012

m_α1 = К_α m₀₁ = 0,0004  ∙ 1,6 = 0,0006

m_α2 = К_α m₀₂ = 0,0004 ∙ 2 = 0,0008

М_αNO2 = S_i ∙ К_α ∙ (К_i0∙ m_α0 + К_i1 ∙ m_α1 + К_i2 ∙ m_α2) = 190000 ∙ 0,0004  ∙ (0,0012+ 0,5 ∙ 0,0006 + + 0,1 ∙ 0,0008) = 0,114 кг

G _NO2 = М_{α NO2} / Т = 0,114 / 518400 = 0,0000002 кг/с

2.4. расчет выброса оксидов серы (SO₂)

m_α0 = К_α m₀₀ = 0,000001 ∙ 3,0 = 0,000003

m_α1 = К_α m₀₁ = 0,000001 ∙ 1,6 = 0,0000016

m_α2 = К_α m₀₂ = 0,000001 ∙ 2 = 0,000002

М_αSO2 = S_i ∙ К_α ∙ (К_i0∙ m_α0 + К_i1 ∙ m_α1 + К_i2 ∙ m_α2) = 190000 ∙ 0,000001 ∙ (0,000003+ 0,5 ∙ 0,0000016 + 0,1 ∙ 0,000002) = 0,0000007

G _SO2 = М_{α SO2} / Т = 0,0000007 / 518400 = следы

2.5. расчет выброса сажи (С)

m_α0 = К_α m₀₀ = 0,0124 ∙ 3,0 = 0,0372

m_α1 = К_α m₀₁ = 0,0124 ∙ 1,6 = 0,0198

m_α2 = К_α m₀₂ = 0,0124 ∙ 2 = 0,0248

М_αc = S_i ∙ К_α ∙ (К_i0∙ m_α0 + К_i1 ∙ m_α1 + К_i2 ∙ m_α2) = 190000 ∙ 0,0124 ∙ (0,0372 + 0,5 ∙ 0,0198 + 0,1∙ 0,0248) = 116,79 кг

G_c = М_αC / Т = 116,79 / 518400 = 0,00027 кг/с

2.6. расчет выброса дыма (ультрадисперсные частицы (SiО₂).

m_α0 = К_α m₀₀ = 0,069 ∙ 3,0 = 0,207

m_α1 = К_α m₀₁ = 0,069 ∙ 1,6 = 0,1104

m_α2 = К_α m₀₂ = 0,069 ∙ 2 = 0,138

М_αSiO2 = S_i ∙ К_α ∙ (К_i0∙ m_α0 + К_i1 ∙ m_α1 + К_i2 ∙ m_α2) = 190000 ∙ 0,069 ∙ (0,207+ 0,5 ∙ 0,1104 + 0,1∙ 0,138) = 3618,36 кг

G _SiO2 = М_{α SiO2} / Т = 3618,36 / 518400 = 0,0083 кг/с

 

3. Расчет валового  выброса и мощности выброса всех поллютантов, образующихся при лесном пожаре в Галичном лесничестве с 09.09 по 15.10 (37 суток = 3196800 с). Площадь пожара 2000 га (20000000 м²).

3.1. расчет выброса оксида углерода (СО)

m_α0 = К_α m₀₀ = 0,135 ∙ 3,0 = 0,405

m_α1 = К_α m₀₁ = 0,135 ∙ 1,6 = 0,216

m_α2 = К_α m₀₂ = 0,135 ∙ 2 = 0,27

М_αco = S_i ∙ К_α ∙ (К_i0∙ m_α0 + К_i1 ∙ m_α1  + К_i2 ∙ m_α2) = 20000000 ∙ 0,135 ∙ (0,405 + 0,5 ∙ 0,216 + 0,1 ∙ 0,27) = 1458000 кг

G_co = М_αCO / Т = 1458000 / 3196800 = 0,45 кг/с

3.2. расчет выброса диоксида  углерода (СО₂)

m_α0 = К_α m₀₀ = 0,094 ∙ 3,0 = 0,282

m_α1 = К_α m₀₁ = 0,094 ∙ 1,6 = 0,15

m_α2 = К_α m₀₂ = 0,094 ∙ 2 = 0,188

М_αco2 = S_i ∙ К_α ∙ (К_i0∙ m_α0 + К_i1 ∙ m_α1  + К_i2 ∙ m_α2) = 20000000 ∙ 0,094 ∙ (0,282+ 0,5 ∙ 0,15 + 0,1 ∙ 0,188) = 706504 кг

G_co2 = М_αCO2 / Т = 706504  / 3196800 = 0,22 кг/с

3.3. расчет выброса оксида азота (NO₂)

m_α0 = К_α m₀₀ = 0,0004 ∙ 3,0 = 0,0012

m_α1 = К_α m₀₁ = 0,0004  ∙ 1,6 = 0,0006

m_α2 = К_α m₀₂ = 0,0004 ∙ 2 = 0,0008

М_αNO2 = S_i ∙ К_α ∙ (К_i0∙ m_α0 + К_i1 ∙ m_α1 + К_i2 ∙ m_α2) = 20000000 ∙ 0,0004  ∙ (0,0012+ 0,5 ∙ 0,0006 + + 0,1 ∙ 0,0008) = 12 кг

G _NO2 = М_{α NO2} / Т = 12  / 3196800 = 0,0000037 кг/с