Природопользование

Учебно-методическое пособие
(2)

Красноярск

СФУ

2013

Задание 1

Оценка вариантов повышения экологической безопасности эксплуатации автомобильного транспорта

Задание

1. Оценить суммарную токсичность выбросов за год автомобилями с бензиновыми и дизельными двигателями по двум вариантам природоохранных мероприятий.

2. Определить вклад основных компонентов отработавших газов в суммарную токсичность выбросов.

3. По результатам расчетов

построить гистограммы, проанализировать экологическую эффективность предлагаемых мероприятий.

4. Сопоставить экономичность предлагаемых вариантов природоохранных мероприятий, сделать вывод о большей целесообразности одного из них.

Исходные данные

Средний пробег автомобиля за год, L ……………………………10 000 км

Средний расход топлива на 100 км:

-для бензиновых двигателей ………………………………………….10 л

-для дизельных двигателей……………………………………………30 л

Средняя стоимость используемых топлив:

-бензинов……………………………………………………………15 руб/л

-дизельных топлив………………………………………………….15 руб/л

Стоимость одного каталитического нейтрализатора для автомобиля с

бензиновым двигателем………………………………………..10 000 руб.

Стоимость комбинированной системы фильтр-нейтрализатор для автомобиля

с дизельным двигателем ………………………………………12 000 руб.

Срок службы каталитического нейтрализатора …………………….3 года

Срок службы комбинированной системы

фильтр-нейтрализатор…………………………………………………3 года

Стоимость многофункциональной присадки:

-для бензинов…………………………………………………………2 коп/л

-для дизельных топлив……………………………………………….6 коп/л

Природоохранные мероприятия для предприятия, в автопарке которого имеются автомобили с бензиновыми и дизельными двигателями, предлагаются с учетом того, что автомобили с бензиновыми двигателями оборудованы системой впрыска топлива и используют только неэтилированный бензин. Применение каталитических нейтрализаторов и системы фильтр-нейтрализатор увеличивает расход топлива на 10 %. Для снижения токсичных выбросов, производимых автомобилями предприятия, предложены 2 альтернативных природоохранных мероприятия:

-применение трехкомпонентных каталитических нейтрализаторов для автомобилей с бензиновыми двигателями и комбинированной системы фильтр-нейтрализатор для автомобилей с дизельными двигателями (природоохранное мероприятие 1);

-применение многофункциональной присадки к бензинам и дизельным топливам (природоохранное мероприятие 2).

Данные о выбросах загрязняющих веществ одним автомобилем на единицу пробега представлены в табл. 1.1.

Методические указания

Загрязнение воздуха городов токсичными веществами, выбрасываемыми автотранспортом, обусловливает во многих случаях концентрации токсичных веществ в воздухе в зоне дыхания, во много раз превышающие безвредные для здоровья человека.

Выбросы токсичных веществ автомобилями зависят как от технического совершенства автомобилей и их двигателей, так и от экологических свойств моторных топлив. При сгорании моторных топлив в бензиновых и дизельных двигателях при стехиометрическом (.=1) или сверхстехиометрическом (.> 1) соотношении кислород воздуха/топливо помимо основных продуктов полного окисления – воды и диоксида углерода – образуются и выбрасываются с отработавшими газами в воздух токсичные вещества: оксиды углерода, азота, органические кислородосодержащие соединения, несгоревшие углеводороды, сажа, а при использовании свинцовых антидетонаторов (этилированных бензинов) свинец (в виде бромидов и хлоридов). Образование токсичных веществ в бензиновых и дизельных двигателях имеет свои особенности и отличия, ввиду этого и состав отработавших газов отличается. Основные токсичные продукты отработавших газов бензиновых двигателей (в современных бензиновых двигателях соотношение воздух/топливо автоматически поддерживается в пределах 1, 00 - 1, 02 относительно стехиометрического) – продукты неполного горения топлива: оксид углерода (CO) и недогоревшие углеводороды (C_mH_n).

Дизельный двигатель работает со значительным избытком воздуха, и микродиффузионный режим сгорания топлива создает условия образования токсичных веществ, значительно отличающиеся от условий в бензиновых двигателях.

Таблица 1.1 - Исходные данные для решения

Продолжение таблицы

* Выбросы до проведения природоохранного мероприятия.

** Выбросы после природоохранного мероприятия 1.

*** Выбросы после природоохранного мероприятия 2.

В результате в дизельных двигателях образование оксидов азота значительно выше, чем в бензиновых двигателях, а образование оксида углерода – много меньше. В то же время значительно выше степень полного и неполного окисления углеводородов, и, следовательно, значительно меньше выбросы суммы углеводородов иих оксипроизводных (но доля выбросов альдегидов в 1, 5. 4 раза выше), чем в бензиновых двигателях. Кроме того, в выбросах дизельных двигателей всегда содержится сажа, ввиду особенностей диффузионного горения.

Для оценки суммарной токсичности отработавших газов необходимо знание ПДК токсичных компонентов выбросов. Обычно при оценке токсичности веществ, выбрасываемых в воздух автотранспортом, исходили из значений максимальной разовой ПДК. Однако в настоящее время города настолько насыщены автомобилями, что правильнее пользоваться среднесуточными ПДК. При этом существует большая неопределенность в величине ПДК для группы токсичных веществ C_mH_n, так как определяется сумма горючих, кроме СО, включающая в себя как малотоксичные, так и чрезвычайно токсичные вещества (табл. 1.2).

Таблица 1.2 - Предельно допустимые концентрации некоторых веществ, входящих в группу C_mH_n отработавших газов АТС

Поскольку усреднение ПДК в данном случае проблематично, принимаем для группы C_mH_n ПДК, равным ПДК NO₂ (в нормах ПДВ стран ЕС до 2000 г C_mH_n и NO_x, определяемые в виде NO₂, лимитировались суммарно). Ниже приведены среднесуточные ПДК основных токсичных компонентов отработавших газов:

Вещество ПДК_СС, мг/м³

NO₂……………………………0, 04

CO……………………………..3

C_mH_n …………………………..0, 04

Твердые частицы

(сажа)………………………...0, 05

1.1. Методика оценки суммарной токсичности выбросов

Если при сжигании 1 кг топлива выделяется G_A г токсичного вещества А и предельно допустимая среднесуточная концентрация его равна ПДК_А, то концентрация А в воздухе будет равна ПДК_А. Тогда объем воздуха, в котором разбавлены продукты сгорания (коэффициент разбавления – К_р(А) м³), равен

. (1.1)

Такая же степень загрязнения воздуха веществом В будет при

, или

К_р(В) = К_р(А). Отсюда загрязнение воздуха веществом В можно выразить через вес G_А, г:

. (1.2)

Тогда суммарное загрязнение воздуха различными токсичными веществами можно рассчитать через вес одного вещества G_А, г, принятого за эталон, определяя

. (1.3)

Суммирование ведется по видам токсичных веществ.

Примем за эталон оксид углерода. Тогда суммарное загрязнение воздуха токсичными веществами, образующимися при сжигании 1 кг моторного топлива, будет определяться формулой

, (1.4)

где g_co - вес оксида углерода, дающий такое же загрязнение, как все токсичные вещества в сумме, г.

Используя данную методику, можно сравнивать экологические характеристики различных типов автомобилей по интегральной характеристике токсичности отработавших газов, выраженной через эквивалентный вес оксида углерода, также можно сравнивать экологическую эффективность методов снижения токсичности отработавших газов автомобилей, сравнивать экологические свойства различных сортов бензинов и дизельных топлив и т.д.

Для оценки суммарной токсичности выбросов автомобилями фирмы за год необходимо учитывать среднегодовой пробег L. Суммарная токсичность годовых выбросов i-го токсичного вещества одним автомобилем G_co, кг, определяется по формуле

, (1.5)

где g_i – выбросы i-го токсичного вещества автомобилем на километр пробега, г;

g_CO – вес оксида углерода, дающий такое же загрязнение, как сумма токсичных выбросов на километр пробега автомобиля, г;

10^-3 – коэффициент перевода годовых выбросов в килограммы;

G_CO – вес оксида углерода, дающий такое же загрязнение, как сумма токсичных выбросов автомобилем за год, кг.

Учитывая, что в автопарке фирмы есть автомобили, как с бензиновыми, так и с дизельными двигателями, формула принимает вид:

, (1.6)

где j – тип двигателя (бензиновый или дизельный);

g_ij – выбросы i-го токсичного вещества автомобилем j-го типа на километр пробега, г;

G ^j _CO – эквивалентный по токсичности этим выбросам вес оксида углерода, кг.

В работе расчет суммарной токсичности производится отдельно для автомобилей с бензиновыми и дизельными двигателями.

1.2. Методика определения вклада токсичных компонентов отработавших газов в суммарную токсичность выбросов

Используя приведенную выше методику пересчета суммарной токсичности отработавших газов на вес оксида углерода, можно оценить и долю в общей токсичности любого выбрасываемого двигателем вещества. Если загрязнение воздуха i-м веществом оценивается формулой

,

а суммарное загрязнение воздуха

,

то доля в общей токсичности любого выбрасываемого двигателем вещества будет равна

(1.7)

Для автомобиля j-го типа при использовании данных о токсичных выбросах на километр пробега доля i-го токсичного вещества в суммарной токсичности выбросов определяется формулой:

. (1.8)

Доля токсичности в процентах равна:

. (1.9)

Расчет ведется отдельно для автомобилей с бензиновыми и дизельными двигателями.

1.3. Влияние природоохранных мероприятий на выбросы токсичных веществ

После проведенных расчетов результаты представляются в виде гистограмм, на которых приводятся суммарная токсичность выбросов и выбросы каждого токсичного компонента отработавших газов в пересчете на оксид углерода до и после проведения каждого из предлагаемых природоохранных мероприятий. По полученным результатам делается вывод.

Рисунок 1.1 – Снижение токсичности отработавших газов автомобилей с бензиновыми двигателями после проведения природоохранных работ:

- до проведения природоохранных мероприятий;

- природоохранное мероприятие 1;

- природоохранное мероприятие 2.

Рисунок 1.2 - Снижение токсичности отработавших газов автомобилей с дизельными двигателями после проведения природоохранных работ:

- до проведения природоохранных мероприятий;

- природоохранное мероприятие 1;

- природоохранное мероприятие 2.

Рисунок 1.3 – Вклад в суммарную токсичность компонентов отработавших газов автомобилей с бензиновыми двигателями:

- СО; - NO₂; - C_mH_n.

Рисунок 1.4 – Вклад в суммарную токсичность компонентов отработавших газов автомобилей с дизельными двигателями:

- СО; - NO₂; - C_mH_n; - сажа.

1.4. Определение экономичности природоохранных мероприятий

Экономичность природоохранных мероприятий определяют по соотношению снижения суммарной токсичности отработавших газов и текущих расходов.

Экономичность природоохранного мероприятия, направленного на снижение токсичных выбросов автомобилями, Э, кг/руб.:

, (1.10),

где токсичность годовых выбросов автомобилем до проведения природоохранного мероприятия, кг;

- суммарная токсичность годовых выбросов автомобилем после проведения природоохранного мероприятия, кг;

C – текущие расходы при проведении природоохранного мероприятия, руб.

Для природоохранного мероприятия 1, считая каталитические нейтрализаторы приспособлениями целевого назначения и учитывая увеличение расхода топлива, рассчитаем текущие расходы при внедрении мероприятия для автомобилей с двигателями j-го типа, получаем:

где Ц – стоимость каталитического нейтрализатора для бензиновых или комбинированной системы фильтр-нейтрализатор для дизельных двигателей, руб;

t – срок службы нейтрализатора, лет;

Ц/t – сумма годового износа, руб.;

P_i – стоимость j-го вида топлива, руб/л;

v_j – расход j-го вида топлива, л/км;

L – средний пробег автомобиля за год, км;

Δ Т – увеличение расхода топлива автомобилем после применения каталитической нейтрализации отработавших газов, %.

Для природоохранного мероприятия 2 текущие расходы рассчитываются по формуле:

C_j = c_j ⋅ v_j ⋅ L, (1.12)

где С_j -– стоимость присадки в расчете на литр потребляемого топлива j-го вида, руб/л.

По результатам проведенных расчетов делается вывод о большей целесообразности одного из предлагаемых природоохранных мероприятий.

Предпочтение отдается более экономичному способу снижения суммарной токсичности отработавших газов. Полученные в работе результаты сводятся в форму, приведенную ниже.

Таблица 1.3 - Сравнение альтернативных вариантов природоохранных мероприятий

Автомобиль с бензиновым двигателем	Автомобиль с дизельным двигателем
, кг	Природоохранное мероприятие 1	Природоохранное мероприятие 2	, кг	Природоохранное мероприятие 1	Природоохранное мероприятие 2
кг	Э, кгСО/руб.		Э, кгСО/руб.	кг	Э, кгСО/руб.		Э, кгСО/руб.

Задание 2

Эколого-экономическая эффективность природоохранных мероприятий

Эколого-экономический ущерб до проведения природоохранных мероприятий У₁, млн.руб./год, после их проведения составил У₂, млн.руб./год. Дополнительный годовой доход после проведения экологических мероприятий составляет Д млн.руб. Оценить экономический результат от проведения природоохранных мероприятий.

Методические указания

1.Величина предотвращенного экономического ущерба от загрязнения У определяется как разность между расчетными величинами ущерба, который имел место до осуществления рассматриваемого мероприятия У₁, и остаточного ущерба после проведения этого мероприятия У₂.

Δ У = У₁ - У₂.

2.Величина экономического результата от проведения природоохранных мероприятий определяется по формуле

Р = Δ У – Δ Д, млн.руб./год,

где Д - годовой прирост дохода (дополнительный доход) от улучшения производительности показателей деятельности предприятий в результате оздоровления окружающей среды, млн.руб./год.

3.Вывод.

Задание 3

Средообразующая роль леса

1.Ответьте на следующие вопросы:

1. Каковы функции водоохранных лесов?

2. В чем различие понятий «водоохранные леса» и «водорегулирующие леса»? Какое из них, на ваш взгляд, более широкое и почему?

3. Как влияет лесистость на речной сток? В чем причины неоднозначных выводов по этому вопросу, полученных различными сследователями?

4. Назовите основные функции берегозащитных лесов. Каковы их особенности?

5. Как влияют на речной сток состав древостоев, их возраст и производительность?

6. Распределите следующие спелые древостой в южной тайге по мере ухудшения выполнения ими водоохранных функций: а) сосняк-брусничник; б) сосняк багульниковый; в) ельник-черничник; г) осинник-кисличник; д) березняк-черничник.

7. Объясните, почему контрасты в значениях речного стока имеют место в меженный период?

8. Как влияют сплошные рубки на речной сток?

9. Как влияет на водоохранные функции леса размещение лесных массивов?

10. В какое время года в наибольшей степени проявляется водоохранная роль леса и почему?

11. Влияет ли лесистость бассейна рек на качество воды в них?

12. Назовите основные функции почвозащитных

лесов.

Дайте оценку водорегулирующей роли леса, используя следующую

формулу А.И.Миховича:

ДСГ = ДО - ДСП - ДИ,

где ДСГ - изменение среднемноголетней величины годового подземного стока под влиянием леса;

ДО - изменение среднемноголетней суммы осадков;

ДСП - изменение годовой величины поверхностного стока;

ДИ - изменение годового суммарного испарения влаги лесом по сравнению с полем.

Вариант 1.

В бассейне реки преобладают суглинистые почвы, на которых могут произрастать дубовые древостой, и супесчаные почвы, которые заняты сосняками. Годовая сумма осадков в бассейне реки равна 682 мм, поверхностный сток - 66 мм, подземный сток - 13 мм, суммарное испарение -603 мм. Под влиянием леса количество осадков увеличилось на 10%, поверхностный сток снизился на 50%. Среднегодовое суммарное испарение дубовыми лесами на свежих почвах -683 мм, на влажных и сырых -727 мм (эти почвы занимают соответственно 50 и 10% площади бассейна). На 40% площади на свежих и влажных почвах произрастают сосняки, суммарное испарение этими лесами - 648 мм.

Ответьте на следующие вопросы:

- увлажняющую или иссушающую роль будет играть лес;

- как изменится суммарный годовой речной сток;

- как изменится подземная составляющая речного стока (при условии полного облесения водосбора)?

Вариант 2.

В бассейне реки преобладают песчаные и супесчаные почвы. Годовая сумма осадков равна 641 мм, поверхностный сток - 61 мм, подземный сток - 19 мм, суммарное испарение - 561 мм. Под влиянием сосновых лесов сумма осадков увеличилась на 10%, поверхностный сток уменьшился на 50%. На 80% территории сосновых лесов преобладают свежие почвы, на 15% -влажные и на 5% -сырые, суммарное испарение равно соответственно 532, 646 и 718 мм.

Ответьте на следующие вопросы:

- как изменится суммарный годовой речной сток;

- как изменится подземная составляющая речного стока;

- велика ли увлажняющая роль сосняков?

Вариант 3.

В бассейне реки преобладают суглинистые почвы, на которых возможно создание дубовых насаждений. Годовая сумма осадков равна 592 мм, поверхностный сток 41 мм, подземный сток - 8 мм, суммарное испарение -543 мм. Увеличение осадков над лесом составило 3% от их годовой суммы. Поверхностный сток при 100%-ной лесистости уменьшился в 10 раз. Суммарное испарение дубовых лесов - 603 мм.

Ответьте на следующие вопросы:

- увлажняющую или иссушающую роль играют дубовые насаждения при полном облесение водосбора;

- как изменится при этом суммарный годовой речной сток и его подземная составляющая;

- как изменится роль леса при снижении лесистости до 20% и создании на водосборной площади системы полезащитных и водопоглотительных полос (условия: увеличение осадков над лесными полосами на 11%, годовая норма поверхностного стока уменьшится на 70%, суммарное испарение по сравнению со 100%-ным облесением водосбора уменьшится пропорционально снижению процента лесистости)?

Задание 4.

Рекреационная роль леса

1.Ответьте на следующие вопросы:

1. Какие леса относятся к объектам рекреационного назначения?

2. Назовите основные рекреационные функции леса.

3. Каковы особенности ведения лесного хозяйства в лесах зеленых зон? Как эти зоны выделяются?

4. Какое влияние в результате рекреации испытывают следующие компоненты лесного биогеоценоза: древостой; подрост и подлесок; живой напочвенный покров; почва; лесная фауна; микроорганизмы?

5. Назовите стадии дигрессии леса. Какие методы используются для их выделения?

6. Каковы основные меры восстановления деградированных лесов?

7. Назовите основные методы определения допустимых рекреационных нагрузок на лесные биогеоценозы.

8. Какие лесохозяйственные и другие мероприятия необходимо проводить в целях регулирования рекреационного использования лесов?

2. Определите допустимую рекреационную нагрузку на лес, используя следующие формулы:

i_r = P_r ⋅ T,

где i_r -суммарная годовая рекреационная нагрузка, чел./га;

Р_r -среднегодовая единовременная рекреационная нагрузка, чел./га;

Т -продолжительность учетного периода при определении рекреационной нагрузки (8760 ч).

Р_сд = 8760 ⋅ Р_гд/ Т_с,

где Р_сд - допустимая среднесезонная единовременная рекреационная

нагрузка, чел./га;

Р_гд - среднегодовая допустимая единовременная рекреационная нагрузка, чел./га;

Т_с - продолжительность сезона отдыха, ч.

Р_гд = ∑ Р_n ⋅ f_n/365,

где Р_гд - среднегодовая единовременная рекреационная нагрузка, чел./га; Р_i|...Р_n -средние за учетный период единовременные нагрузки в разные сезоны года в рабочие и нерабочие дни с комфортной и дискомфортной погодой в различные сезоны года, чел./га;

f_i...f_n - среднее многолетнее количество нерабочих и рабочих дней с комфортной и дискомфортной погодой в разные сезоны года, дни.

i_гд = Т_м ⋅ П_д⋅ 365,

где i_гд -суммарная годовая допустимая рекреационная нагрузка, чел./га в год;

Т_м - время, затраченное на моделирование рекреационной нагрузки, вызвавшей появление пороговых значений коэффициента поверхностного стока, ч/м²;

П_д - площадь насаждения, выделяемого для рекреационного пользования, м².

Вариант 1.

Сосняки - брусничники, черничники и сложные. Коэффициенты соотношения среднегодовой единовременной рекреационной нагрузки для этих типов леса равны соответственно 2, 2, 1, 0 и 1, 2. Продолжительность учетного периода 1 год. Определите суммарную годовую рекреационную нагрузку.

Вариант 2.

Среднее многолетнее количество нерабочих и рабочих дней комфортной и дискомфортной погодой соответственно 52, 53, 129, 131, среднее за учетный период единовременное количество отдыхающих в эти дни соответственно 4, 68, 1, 1.7, 1, 04 и 0, 26 чел./га. Продолжительность сезона отдыха 900 дней. Определите допустимую среднесезонную единовременную рекреационную нагрузку.

Вариант 3.

Горные леса Кавказа, тип леса - свежая бучина, свежая дубово-грабовая суббучина и влажная буково-пихтовая рамень. Моделирование нагрузки осуществлялось на площади в 1 м². Время, затраченное на моделирование, в упомянутых типах леса соответственно 8, 160 и 80 с. Площадь, выделяемая для рекреационного пользования, определяется делением 1000 на продолжительность цикла получения жизнеспособного подроста (соответственно 12, 5 и 13 лет). Определите суммарную годовую допустимую единовременную рекреационную нагрузку при проведении экскурсий и единовременное количество отдыхающих на 1 га в среднем за учетный период (8760 ч).

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Основная литература

1. Бобылев С.Н., Ходжаев А.Ш. Экономика природопользования. – М. 1997

2. ЕмельяновА.Г. Ландшафтно-экологическиеосновыприодопользования. – Тверь, 1992

3. Миланова Е.В., Рябчиков А.М. Использование природных ресурсов и охрана природы. – М.: Высш. школа, 1986

4. Нарежный В.П. Использование природных ресурсов и охрана природы. – Саранск, 1987

5. Рунова Т.Г., Волкова И.Н., Нефедова Т.Г. Территориальная организация природопользования. – М.: Наука, 1993

6. Петров К.М. Геология. Основы природопользования – СПб., 1994, 234с.

7. Экологические императивы устойчивого развития России. – Спб.: Петрополис, 1996, 192 с.

8. Экономика природопользования: аналитические и нормативно-правовые

материалы. – М., 1994. 471 с.

9. Куриленко В.В. Основы управления природо-и недропользованием. Экологический менеджмент. – СПб.: Россия, 2000

Дополнительная литература

1. Данилов-Данильян В.И. Экология, охрана природы и экологическая безопасность. – М., 1997

2. Охрана окружающей природной среды. Постатейный комментарий к закону России. – М.: Республика, 1993

3. Реймерс Н.Ф. Природопользование: Словарь-справочник. – М.: Мысль, 1990

4. Уайт Г. География, ресурсы и окружающая среда. – М.: Прогресс, 1990

5. Экологическая альтернатива / под ред. М.Я.Лемешева. – М.: Прогресс, 1990

6. ЯшинА.Л., Мелуа А.И. Уроки экологических просчетов. – М.: Мысль, 1991

7. Лосев К.С., Горшков В.Г. и др. Проблемы экологии России. – М., 1993. 347с.