Диссертация (Методологические основы восстановления нарушенных территорий для градостроительства), страница 13

Воздействие техногенного рельефа на аэрационный режим нарушенныхи прилегающих к ним территорийОднимизведущихфакторовклимата,которыевлияютнаградостроительные решения, является аэрационный режим. Требование по учетуветра является одним из решающих при выборе территории города подселитебную зону, которую «следует размещать с наветренной стороны для ветровпреобладающегонаправления...сельскохозяйственнымпопредприятиямотношениюскпромышленнымтехнологическимиипроцессами,96являющимися источниками выделения в окружающую среду вредных инеприятно пахнущих веществ» [237]. В различных природно-климатическихзонах и в разное время года ветер может восприниматься по-разному.

Так,например, в городах, для которых характерны низкие зимние температуры, ветерусиливает неблагоприятность погоды, а в условиях жаркого лета ветер улучшаетмикроклимат территорий [60, 61].Важнейшей функцией ветра современного города являются проветриваниегородских улиц, магистралей и дорог, очищение воздушного бассейна города оттранспортных и промышленных загрязнений [60, 61].Учет аэрационного режима необходим для решения ряда задач привосстановлении и использовании нарушенных территорий в градостроительстве:-оценка территории с точки зрения условий пребывания человекавне зданий (комфорт, дискомфорт);-защита от последствий пылеветровой и метелевой деятельности;-определение степени дефляции почвы с различных участков рельефа(в первую очередь техногенного) при проведении работ по благоустройству иозеленению территории;-размещение элементов благоустройства, озеленения, зон и площадокдля детей, отдыха, спорта и других задач (таблица 3.1).На аэрационный режим территорий оказывает существенное влияниерельеф местности.Натурные наблюдения за ветром, обтекающим рельеф местности,производились в течение многих лет экспедициями Главной геофизическойобсерватории им.

А.И. Воейкова. Результаты наблюдений обобщены в трудахЕ.Н. Романовой [217]. Эти данные позволяют учесть изменение скорости ветра вхолмистой местности по сравнению с ровными участками в зависимости отформы рельефа, экспозиции участка на ней и по отношению к набегающемуветровому потоку.97Таблица 3.1 – Критические значения скорости ветра, обусловливающие различные явления[199, 260]Вызываемое явление, факторПыле-снегоперенос, механическая нагрузкана организм, воздействие на слизистыеоболочки тела, затруднение дыханияПеренос мелкодисперсных частиц Переносмелких частицПеренос мелких частицНаибольшаяконцентрациявредныхвыбросовНаибольшаяконцентрациявредных выбросовВерхний предел комфортной скоростиветра для пешехода Оптимальная скоростьветра ДопустимаяПредельнодопустимаяскоростьМеханическое воздействие ветра начеловекаИсчезает фаза покоя между вдохом ивыдохомОбязательна ветрозащитаЗдания нуждаются в ветрозащитеМогут иметь место разрушения отдельныхэлементов зданияРабота на открытом воздухе запрещаетсяПовреждаются крыши, ломаются большиедеревьяСкорость,м/с5-61-2 3-4 4-5200-24-7ПримечаниеПески Песчаные, супесчаныепочвыЛегкиесуглинкиЧерноземные почвы При низких ихолодныхисточникахПривысоких и горячих источниках3,5 1-25При прохладной и теплой погоде5-6 6 10На уровне человека 2,7-4,3 кг 7,512 кг15Вызывает ощущениекрайнегоутомления и болиПри холодной и суровой погодетакие скорости вызывают сильноеохлаждение человека45121218,3-21,5Зимой9 баллов(шторм)пошкалеБофортаВ работах Серебровского Ф.Л., Коноплевой Р.Г.

приводятся результатыэкспериментов в аэродинамической трубе по исследованию аэрационного режимаучастков местности с природным холмистым рельефом [93, 228, 229]. Эти данныехорошо согласуются с данными натурных обследований природных формрельефа, приведенными в работах Е.Н. Романовой и др. [229].Однако приведенные в этих работах данные не могут быть применены дляоценки аэрационного режима нарушенных территорий ввиду значительногоразличия геометрических параметров техногенного и природного рельефа.В работах Зражевского И.М. и Горлина СМ. [41, 42, 70] приводятсярезультаты экспериментальных исследований в аэродинамической трубепроцесса обтекания воздушным потоком холма (гряды) трапециевидного98сечения.

Исследовалось влияние геометрических параметров холма на профильскорости воздушного потока.Трансформация воздушного потока, обтекающего карьерные выемки,рассматривается в работах Битколова Н.З., Никитина B.C. [157], где приводятсярезультаты исследований по естественному и искусственному проветриваниюкарьерных выемок, схемы проветривания. В работе [31] приводятся данные поисследованию ветровых потоков, воздухообмена и естественного проветриванияв глубоких карьерах. Однако в этих работах недостаточное внимание уделяетсявлиянию карьерных выемок на аэрационный режим прилегающих территорий.Кроме того, теоретические и экспериментальные данные, приводимые вэтих работах, ввиду их специфики и недостаточности не позволяют применить ихдля составления карт аэрационного режима нарушенных территорий, чтозначительносужаетобластьпримененияприводимыхданныхвградостроительном проектировании.Техногенный рельеф оказывает существенное влияние на аэрационныйрежимвосстанавливаемыхтерриторий.Однако прирешениивопросовпланировочной организации восстанавливаемых территорий это не учитывается,так как до настоящего времени недостаточно изучено влияние геометрическихпараметров техногенного рельефа на аэрационный режим территорий.

Неисследованы вопросы территориального распределения аэродинамическиххарактеристик техногенного рельефа в зависимости от его параметров инаправления движения воздушных потоков, не разработана методика расчета исоставления карт аэрационного режима нарушенных и восстанавливаемыхтерриторий.Исследование процесса обтекания ветровым потоком техногенных формрельефа позволяет получить количественные характеристики этого процесса и наих основе разработать рекомендации по улучшению аэрационного режима навосстанавливаемых территориях.993.3. Теоретическое решение задачи обтекания воздушным потоком профилятехногенного рельефаДля решения данной задачи воспользуемся методом источников и стоков,широко известным в аэрогидродинамике и впервые примененным Э.И.

Реттеромдля решения задачи обтекания профиля промышленного здания [215], а затемФ.Л. Серебровским для жилого здания [228, 229].Рассматривается обтекание профиля отвала, имеющего в сечениисимметричную трапециевидную форму. Решается двухмерная задача, то естьпредполагается, что длина отвала бесконечна [188].Поместим начало координат на ось симметрии профиля так, чтобы осьсовпала с основанием отвала (рисунок 3.7).

На расстояниях S от начала координатпоместим источник I1 и сток I2Известно, что потенциал скорости φ и функция тока ψ для источников истоков составляют:=±= ln ; = ±22(3.3)где Q - мощность источника или стока, определяемая расходом жидкости вединицу времени (знак плюс - источник, минус - сток); r и α- полярныекоординаты.Для плоскопараллельного потока потенциал скорости и функция токасоответственно: = 0 ; = 0 (3.4)Наложим на плоскопараллельный поток систему из одного источника иодного стока.

Тогда функция тока результирующего потока запишетсяследующим образом:истст1 −22 2или, поставив условие Qист = Qcт= Q, = 0 + = 0 +( − 2 )2 1(3.5)(3.6)100Углы, входящие в уравнения (3.5) и (3.6), выразим через арктангенсы,причем примем лишь главные их значения: = , − < <2 2Тогда = 0 +()− 2+−(3.7)Аналогично находим = 0 +(ln √( + )2 + 2 − ln √( − )2 + )2(3.8)На оси ОХ, слева от источника I1 произвольно, но не в точке А, поместимточку F.

Положим, что ее абсцисса равна 2s. Тогда скорость потока в этой точкеот источника I1 будет =2(3.9)Подставив (3.9) в уравнение (3.7) и разделив правую и левую части на Q,получим1 0 ()=+ − 2 +−(3.10)Введем относительные координаты:= ;= ;=тогда уравнение (3.10) приобретает следующий вид:1 0 ()=+ − 2 +−(3.11)Определим проекции скорости результирующего потока на ось ОХ впроизвольной точке М (рисунок 3.7).

Она равна алгебраической сумме проекцийскоростей 0 , 1 , 2 на эту ось: = 0 + 1 cos 1 − 2 cos 2(3.12)Косинусы углов α1, и α2 и значения скоростей потока от источника и стокасоответственно:101+−cos =; cos 2 =121 = |(3.13)| ; 2 = ||2222Рисунок 3.7 – К задаче определения методом источников и стоков скорости воздушного потока,обтекающего отвал трапециевидного сечения [188]Здесь берутся абсолютные значения скоростей, так как знаки учтены вуравнении (3.12).Подставляем (3.11) в (3.10): = 0 + + −(− 2 )2 122(3.14)Так как12 = ( + )2 + 222 = ( − )2 + 2(3.15)то = 0 ++−()−2 ( + )2 + 2 ( − )2 + 2(3.16)Разделив правую и левую части уравнения (3.14) на 0 и, приняв вовнимание (3.9), получим в относительных координатах102 +−[]= 1+−00 ( + )2 + 2 ( − )2 + 2(3.17)Аналогичным путем находим проекцию скорости в точке на ось OY: = 1 sin 1 − 2 sin 2Так как(3.18)12sin 1 = , sin 2 = ,то =()−2 ( + )2 + 2 ( − )2 + 2(3.19)Рассматривая правую и левую части уравнения (3.16) на 0 и приняв вовнимание (3.7), получим в относительных координатах 11]=[−00( + )2 + 2 ( − )2 + 2(3.20)Рассматривая рисунок 3.9, естественно предположить, что поток, обтекающий профиль ABCD и его зеркальное отображение AB1C1D, разветвляется вносовой части в точке А, где кинетическая энергия полностью переходит вдавление.

Это возможно представить, если скорость плоскопараллельного потокав этой точке равна и противоположна по знаку скорости в этой точке за счетисточника Ih Так как абсцисса точки А известна, то0 =Разделив2( + )(3.9)на(3.21)(3.21),получимотношение,учитывающееразнонаправленность потоков: ( + )=0(3.22)Потребуем, чтобы нулевая линия тока (ψ = 0) проходила через характернуюточку профиля В (бровку отвала) и симметричную ей точку С.

Подставив вуравнение (3.11) координаты этой точки, получим систему уравнений:0{∙+ 0 −− += −=0(3.23)103Решая систему этих уравнений, можно по заданным координатам точек A иВ рассчитать положение источника и стока, а затем построить линии тока дляпотока, обтекающего профиль положительной формы техногенного рельефа.В таблице 3.2 приведены значения для профилей отвалов различныхгеометрических параметров.Значение относительных координат || источников и стоков длясимметричных профилей отвалов различных геометрических параметров(рисунок 3.8)(1 =12; 2 = ; = )Таблица 3.2 - Значение относительных координат для профилей отвалов различныхгеометрических параметров.Значения || приЗначения ,1 =00,304 =21,326 =4- =6-20,1800,3701,110-30,1300,2650,7101,650450,1030,0850,2100,1700,5500,4401,1500,90060,0700,1450,3700,75070,0640,1250,3200,65080,0500,1130,2780,58090,0480,1000,2560,510100,0450,0910,2300,465Рисунок 3.8 – Расположение источника и стока для отвала трапециевидного сечения [188]На рисунке 3.9 показан пример построения линий тока для профиля положительной формы техногенного рельефа.