Дипломная (вкр): Защита населения, проживающего на прилегающей к магистралям территории г. Екатеринбурга от антропогенного шума

Защита населения, проживающего на прилегающей к магистралям территории г. Екатеринбурга от антропогенного шума

Введение

«Когда-нибудь человечество принуждено будет бороться с шумом так же, как борется оно с холерой и чумой»

Роберт Кох

Проблема защиты населения городов от шума актуальна в наше время в связи с ростом количества транспорта, развитием промышленности и рядом других причин. Миллионы людей по всей России живут в условиях акустического дискомфорта.

Реакция на шум со стороны нервной системы человека начинается при уровне шума 40 дБ, а нарушение сна - при 35 дБ. При 70 дБ происходят глубокие изменения в нервной системе вплоть до психических заболеваний, а также изменения зрения, слуха, состава крови. Неожиданный сильный шум может привести даже к смертельному исходу от паралича сердца.

По итогам исследования санитарно-эпидемиологического положения, по влиянию на здоровье населения, шумовая нагрузка вышла на третье место вслед за комплексной химической и биологической нагрузкой.

Шум - фактор не только биологический, но и экономический: он наносит урон производительности труда. Подсчитано, что повышение шума с 75 до 95 дБ снижает работоспособность человека на 25%. [4]

Защита от шума представляет весьма сложную задачу, решение которой в настоящее время сдерживается рядом причин.

К источникам техногенного шума, прежде всего, относятся средства автомобильного, железнодорожного и воздушного транспорта, промышленные предприятия, открытые трансформаторные подстанции, погрузочно-разгрузочные работы у магазинов, а также различные виды жизнедеятельности населения. В перспективе, в связи с активным развитием транспорта, увеличением объема междугородних перевозок, возрастанием производственных мощностей промышленных предприятий прогнозируется дальнейшее ухудшение шумового режима.

Очевидно, что в краткосрочной перспективе решить проблемы шума невозможно. Но все же, в целом, это осуществимо. Поэтому необходимо создавать программы и проекты обеспечения санитарно-гигиенического и экологического благополучия селитебных территорий в части снижения уровня шума.

Целью данного исследовательского проекта является защита населения, проживающего на прилегающей к магистралям территории г. Екатеринбурга от антропогенного шума. Рассматривается участок объездной дороги, который расположен между улицами Амундсена и С. Дерябиной, параллельно улице Онуфриева. Данная дорога имеет по 6 полос движения в обоих направлениях с общей интенсивностью движения более 5000 автомобилей в час.

Для решения поставленной задачи необходимо изучить возможные методы защиты от шума и определить уровень звука на территории, непосредственно прилегающей к жилым домам. Далее, следует выбрать способ защиты территории от шума, рассчитать ожидаемое снижение уровня звука вследствие проведения шумозащитных мероприятий, представить технико-экономическое обоснование предлагаемых в проекте решений.

1.      Теоретические основы защиты населения от шума

.1 Географическая и климатическая характеристики Свердловской области

Свердловская область расположена на северо-востоке Уральского региона, по площади занимаемой территории ей принадлежит первое место среди других областей региона. По территории области проходит граница между Европой и Азией. Свердловская область граничит: на юге - с Курганской, Челябинской областями и Республикой Башкортостан, на западе - с Пермской областью, на северо-западе - с Республикой Коми, на северо-востоке - с Ханты-Мансийским АО, на востоке - с Тюменской областью.

Свердловская область расположена в пределах Среднего и Северного Урала (высшая точка - гора Конжаковский Камень, 1569 м) и на прилегающей окраине Западно-Сибирской равнины.

Климат региона континентальный короткое, довольное теплое, но дождливое лето и холодная зима. Холодный период длится 7 месяцев, средняя температура января составляет -16-20°С, но иногда температура достигает значений менее -35°С. Летняя погода бывает неустойчиой: дневная температура 21-22°С может меняться на 10-12°С или подниматься до 35°С. Уральские горы, незначительные по высоте, преграждают путь массам воздуха, поступающим с запада, из европейской части континента.

Екатеринбург - административный, промышленный, транспортный, торговый, научный и культурный центр Урала. Екатеринбург, основанный в 1723 году, находится в центральной части Евразийского материка, на границе Европы и Азии, в срединной части Уральского хребта, на 56º 51’ северной широты, 60º 36’ восточной долготы. Город расположен на восточном склоне Уральских гор, в пойме реки Исеть.

1.2 Сущность проблемы загрязнений и защиты от шума

Миллионы людей в городах России живут в условиях акустического дискомфорта. Причем многие из них вынуждены жить в комнатах, относимых к числу аварийных по условиям внешнего шума. Такие помещения следует в экстренном порядке переводить в разряд нежилых, либо подвергать шумозащитной реконструкции.

В комнатах, окна которых выходят на крупные загруженные автомагистрали, поток шумовой энергии, поступающей извне через оконные проемы, в сотни и даже в тысячи раз превышает санитарные нормы. По результатам проводившихся исследований 30-50% населения современных городов подвергаются постоянному или периодическому (в течение суток) воздействию шума сверхнормативных уровней.

Шум влияет на нас на протяжении всей нашей жизни. Например, есть данные о влиянии на будущего ребенка, когда матери подвергаются промышленной и экологической шума. Во младенчестве и детстве, люди подвергаются воздействию высоких уровней шума и могут испытывать трудности в обучении и в целом имеют более низкий уровень здоровья. Позже, пожилые люди могут иметь проблемы с засыпанием и получения необходимых количеств отдыха. United States Environmental Protection Agency Office of Noise Abatement and Control Washington, DC 20460 August 1978

В перспективе в связи с развитием автомобильного и рельсового транспорта, увеличением объема междугородних перевозок, возрастанием производственных мощностей предприятий прогнозируется дальнейшее ухудшение шумового режима. Шкала силы звука приведена на рис. 2.1.1. По данным ВОЗ, реакция на шум со стороны нервной системы начинается при уровне шума 40 дБ, а нарушение сна - при 35 дБ. При 70 дБ происходят глубокие изменения в нервной системе вплоть до психического заболевания, а также изменение зрения, слуха, состава крови.

Шум обуславливает гипертонию, язву желудка, расстройство эндокринной системы. Уровень шума свыше 130 дБ может вызвать акустические травмы.

Неожиданный сильный шум может привести даже к смерти от паралича сердца. В таких случаях замечен интенсивный падеж кроликов и голубей, куры снижают яйценоскость почти в два раза. Многие из них гибнут от кровоизлияния в мозг. Из-за шума снижаются надои коров.

Звук пролетающего сверхзвукового самолета угнетающе действует на пчел (они теряют ориентировку и прекращают полеты), от него лопается скорлупа яиц в птичьих гнездах.

Шум - фактор не только биологический, но и экономический: он наносит ущерб производству. По вине шума в промышленности теряется 5% трудовых ресурсов. Подсчитано, что повышение шума с 75 до 95 дБ снижает работоспособность человека на 25%. Уменьшение шума на 1 дБ повышает производительность рабочего на 0,3-1,0%.

Шум нарушает сон, который становится поверхностным, уменьшается его продолжительность, после пробуждения люди чувствуют усталость, головную боль, а нередко и сердцебиение.

Повышенное содержание холестерина в крови, ишемическая болезнь сердца, гипертоническая болезнь встречаются чаще у лиц, проживающих в шумных районах города. Шум в 150 дБ становится непереносимым, возможен разрыв барабанной перепонки, в 180 - вызывает усталость металла, в 190 - вырывает заклепки из конструкций. Шкала силы звука для различных источников шума приведена на рисунке 2.

Рис. Шкала силы звука

.3 Основные понятия о природе шума и его физических свойствах

Шумом называют всякий неприятный, нежелательный звук или совокупность звуков, мешающих восприятию полезных сигналов, нарушающих тишину, оказывающих вредное или раздражающее воздействие на организм человека, снижающих его работоспособность.

Звук как физическое явление представляет собой волновое колебание упругой среды. Звуковые волны возникают в том случае, когда в упругой среде имеется колеблющееся тело, или когда частицы упругой среды (газообразной, жидкой или твердой) приходят в колебательное движение (в продольном или поперечном направлениях) в результате воздействия на них какой-либо возмущающей силы.

Как физиологическое явление звук определяется ощущением, воспринимаемым органом слуха при воздействии на него звуковых волн. В газообразной среде (воздухе) могут распространяться только продольные волны, в которых частицы колеблются вдоль направления распространения волн. Направление распространения звуковой волны называют звуковым лучом.

Фронт волны перпендикулярен звуковому лучу. В общем случае фронт волны имеет сложную форму, но в практических случаях ограничиваются распространением трех видов волн: плоской, сферической и цилиндрической.

Звуковые волны распространяются с определенной скоростью, называемой скоростью звука (С). В газообразных средах скорость звука зависит в основном от их плотности и атмосферного давления. Скорость звука в воздухе при температуре 20 °С и нормальном атмосферном давлении равна 344 м/с.

Область пространства, в котором распространяются звуковые волны, называют звуковым полем. Физическое состояние среды в звуковом поле (точнее, изменение этого состояния) характеризуется звуковым давлением (Р), т.е. разностью между значением полного давления и средним статистическим давлением, которое наблюдается в воздухе при отсутствии звукового поля.

Звуковое давление, изменяющееся от нуля до максимальной величины, оценивают не мгновенной величиной, а среднеквадратичным значением за период колебания. Среднеквадратичное значение звукового давления в точке измерения определяется через мгновенные значения:

,

где t- текущее время, с;

Т- период колебаний, с (в математической теории Т→∞, в практических вопросах борьбы с шумом Т=50÷100 мс).

Звуковое давление представляет собой силу, действующую на единицу поверхности. Единица измерения звукового давления - Паскаль (1 Па = 1Н/м2).

Длиной звуковой волны (λ) называют расстояние, измеряемое вдоль направления распространения звуковой волны между двумя ближайшими точками звукового поля, в которых фаза колебаний частиц среды одинакова. В изотропных средах длина волны связана с частотой (f) и скоростью звука (С) зависимостью:

.

Частоты акустических колебаний от 20 до 20000 Гц называют звуковыми, ниже 20 Гц - инфразвуковыми, а выше 20000 Гц - ультразвуковыми. Примерная граница между низкими и средними частотами составляет 200-300 Гц, между средними и высокими 1000-1250 Гц.

При распространении звуковых волн происходит перенос звуковой энергии в пространстве. Отдельные источники шума характеризуются звуковой мощностью (Р). Звуковой мощностью называют общее количество звуковой энергии, излучаемой источником шума за единицу времени (единица измерения - Вт). Важной характеристикой всякого источника шума (источника звуковых волн) является направленность излучения. Обычно реальные источники шума имеют неравномерное излучение по различным направлениям.

Звуковое давление и звуковая мощность источников шума изменяются в очень широких пределах. Например, звуковое давление практически может составлять примерно от  до  Па. Отношение этих значений звукового давления составляет 109.

Пользоваться абсолютными значениями таких сильно разнящихся между собой величин крайне неудобно. Кроме того, орган слуха человека различает не разность, а кратность изменения абсолютных значений звуковых давлений. В технической акустике принято измерять звуковое давление и звуковую мощность не в абсолютных, а в относительных логарифмических единицах - децибелах. Поэтому шум оценивают не абсолютной величиной (звуковым давлением), а его уровнем, т.е. отношением создаваемого звукового давления к давлению, принятому за единицу сравнения. Единицей сравнения служит пороговое значение звукового давления р0, равное  Па.

Уровень звукового давления L, дБ, определяется по формуле:

,

где р - звуковое давление, Па;

р0 - пороговое звуковое давление, равное  Па.

Каждому удвоению звукового давления соответствует изменение уровня звукового давления на 6 дБ. Логарифмические единицы уровней звукового давления являются не абсолютными, а относительными и потому безразмерными единицами. Однако после того как пороговое значение р0 было стандартизовано, определяемые относительно него уровни звукового давления приобрели смысл абсолютных значений, так как они однозначно характеризуют соответствующее значение звукового давления. В табл. 2.2.1 приведены средние значения уровней звукового давления ряда источников шума.

Уровень звуковой мощности Lр , дБ, определяется по формуле:

,

где Р - звуковая мощность, Вт;

Р0 - пороговая звуковая мощность, равная  Вт.

Значения уровней звукового давления источников шума

Звуковая энергия, излучаемая источником шума, распределяется по частотам.

Чувствительность человека к звукам разной частоты разнородна. Она максимальна к звукам частотой около 4 кГц, стабильна в диапазоне от 200 до 2000 Гц, и снижается при частоте менее 200 Гц.

Громкость шума зависит от силы звука и его частоты. Громкость звука оценивают, сравнивая его с громкостью простого звукового сигнала частотой 1000 Гц.

При малом уровне громкости человек менее чувствителен к звукам очень низких и высоких частот. При большом звуковом давлении ощущение звука перерастает в болевое ощущение. На частоте 1 кГц болевой порог соответствует давлению 20 Па и силе звука 10 Вт/кв.м.