Математические основы экологической обстановки в колледже

XVII Всероссийский конкурс молодежных авторских проектов и проектов в сфере образования, направленных на социально-экономическое развитие российских территорий,

«МОЯ СТРАНА – МОЯ РОССИЯ»

Математические основы экологической обстановки в колледже

Проект подготовлен: Мальгиной Аллой Сергеевной.

^{(фамилия, имя, отчество автора проекта)}

Наименование образовательного учреждения /места работы, где обучается /работает автор проекта: ГАПОУ «ОАТК им. В.Н. Бевзюка» корпус № 4, группа 19

Наименование субъекта Российской Федерации: Оренбургская область

Наименование муниципального образования, где обучается/работает/проживает автор проекта: г. Оренбург

Номер(а) контактного телефона автора проекта: 89328431779

Цели проекта: 3

1. Введение. 4

2. Знакомство с планировкой приколледжного участка 5

3. Определение площадей колледжа, приколледжного участка, газонов. 6

4.Алгоритм определения площади 12 угольной клумбы и алгоритм схематичного чертежа клумбы. 7

5. Изучение растительности на приколледжном участке и особенности расположения зеленых насаждений. 9

6. Изучение негативного воздействия автострад на экологию колледжного участка. 11

7. Заключение, выводы и рекомендации. 14

Источники информации: 15

• Познакомить студентов с принятыми в обществе правилами и нормами экологически целесообразного поведения;

• заложить навыки экологической и гигиенической культуры;

• проявлять социальную активность в общественной жизни и профессиональной деятельности по бережному отношению к родной земле и малой родине;

• формировать внутреннюю адекватную личностную позицию по отношению к соблюдению ответственного отношения к природе и природоохранных акций;

• принимать активное участие в решении экологических проблем;

• прививать ценности здорового, безопасного и экологически правильного образа жизни в собственной семье и среди студентов.

Задачи проекта:

• Описать расположение колледжа в микрорайоне.

• Определить на каком расстоянии он находится от производственных, коммунальных предприятий и жилых домов, автострады.

• Подсчитать количество деревьев и кустарников на территории приколледжного участка. Определить их видовой состав.

• Произвести замеры газонов.

• Определить площадь колледжа, приколледжного участка, газонов, дорожек, клумбы.

• Рассчитать выбросы угарного газа при работе авто- и Ж/Д транспорта, движущегося по ул. Лабужского и вдоль забора колледжа.

• Выполнить графическое изображение загрязненности воздуха выбросами авто- и Ж/Д транспорта.

• Изучить планировку участка колледжа и место в микрорайоне.

• Подсчитать площадь зеленых насаждений на участке.

• Определить степень загрязненности воздуха в районе колледжа.

• Повысить уровень экологических знаний и математических знаний.

• Научиться применять математически-аналитические знания к решению экологических проблем.

Объект исследования: участок колледжа.

Методы исследования: наблюдение, измерения, вычисления.

Изучение:

• норм САНПиН,

• правовой и нормативно-технической документации.

Сегодня половина населения Земли живет в городах, а к 2025 году городское население составит две трети от мирового. В не очень крупных городах, таких как Оренбург, очень остро стоит проблема загрязнения окружающей среды. Природа Оренбурга очень страдает от хозяйственной деятельности человека – выбросов промышленных предприятий, выхлопов автотранспорта, дыма электростанций, копоти и т.д. Состояние природного окружения нашего города во многом зависит от нас с вами.

Города не случайно называют каменными пустынями с зелеными оазисами скверов садов и парков. Колледж и участок, окружающий его, также можно считать мини-городом в городе.

В нашем мини-городе, ГОСУДАРСТВЕННОМ АВТОНОМНОМ ПРОФЕССИОНАЛЬНОМ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОМ УЧРЕЖДЕНИИ «ОРЕНБУРГСКИЙ АВТОТРАНСПОРТНЫЙ КОЛЛЕДЖ ИМЕНИ ЗАСЛУЖЕННОГО УЧИТЕЛЯ РОССИИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ В.Н. БЕВЗЮКА» КОРПУС №4, расположенном в Северном административном округе города Оренбурга, есть свой мэр – Бевзюк Виктор Викторович; префектуры с префектами – заместители по УПР и УВР, есть различные департаменты с преподавателями, а есть жители – студенты нашего колледжа.

Жители этого мини-города проводят здесь большую часть своего времени, и мы в своей исследовательской работе попытаемся отразить самые волнующие моменты, связанные с экологической обстановкой рядом с нашим колледжем, чтобы привлечь людей к проблемам маленьких и больших городов.

Любой город имеет границы и территорию, которую нужно обустраивать, облагораживать, содержать в чистоте, пытаться сделать еще лучше и красивее. А для этого нужно знать законы существования и развития данной системы, изучать город как дом, как среду жизни, выполнить необходимые математические расчеты для получения наиболее точной информации и математического заключения. В этом нам поможет экология – наука о взаимодействии живых организмов и среды их обитания и математика.

На территории Промышленного района рядом с корпусом находятся производственное объединение «Ташлинский», Ж/Д парк «В», есть жилая зона+ гаражи.

План участка:

Почти все объекты исследования имеют прямоугольную форму, поэтому при вычислении площадей мы применяем формулу площади прямоугольника

S= a∙ b

Длина колледжного участка 95 м., его ширина 59 м., тогда площадь участка 95 ∙ 75 = 5605 , что соответствует санитарным нормам. Участок огорожен и разбит на зоны: физкультурно-спортивную, зону отдыха, хозяйственную зону , декоративную (клумбы).

Вычисляем площадь пристройки нашего колледжа. Ее ширина 20м, длина 49 м. S= 49 ∙20= 980 .

Площадь колледжного здания 540+288+360=1188.

Сумма площадей пристройки и колледжного здания составляет площадь всего колледжа: 1524 + 1188 = 2712.

Колледжное здание занимает 48,3 % от общей площади территории.

Площадь, свободная от построек, равна 2893 = 5605 - 2712.

Определяем площади газонов, суммируем все большие и малые газоны:

560+416 = 976

Определяем какую площадь составляют все газоны от площади участка:

23,8%

Территория колледжа ровная, с асфальтовым или естественно-дерновым покрытием с газонной травой. Хозяйственный двор расположен со стороны входа в производственные помещения, колледжной столовой, имеет отдельный въезд с улицы.

Участок ежедневно убирается, в зимнее время дорожки расчищаются от снега. Территория хорошо освещена.

Диаметр окружности, в которую можно вписать нашу клумбу равен 3 м 74 см, то есть 374 см.

Выбрав масштаб, самый удобный 1:20, получаем диаметр клумбы в масштабе

374 : 20 = 18,7 см,

радиус 18,7 : 2 = 9,35 ≈ 9,4 см.

Алгоритм построения:

1. Построение окружности радиуса 9,4 см.

2) Делим окружности на 6 равных частей при помощи циркуля. Для этого выбираем на окружности произвольно точку В. Из неё как из центра радиусом, равным радиусу окружности, делаем засечки и получаем точку А, она является вершиной многоугольника.

3) Аналогично получаем остальные вершины правильного шестиугольника, соединяем точки А и В.

4) Делим хорду АВ пополам при помощи циркуля, строим полуокружности с центром в точках А и В радиусом АВ. Х, У –точки пересечения полуокружностей, соединяем их отрезком ХУ, который делит хорду АВ пополам и дугу АВ на 2 равные части AZ и BZ. Отрезки AZ и BZ– стороны правильного 12-угольника.

5) Аналогично строим остальные вершины 12-угольника BZACDEFGKLMNP.

6) BZACDEFGKLMP– правильный 12-угольник, является схематичным изображением колледжной клумбы в масштабе 1:20.

Вычисление площади клумбы:

1) Клумба имеет 12 вершин, разбиваем её радиусами на 12 равных треугольников: AOZ, COA, DOA, EOD, FOE, GOF, GOK, KOL, LOM, MON, NOB, BOZ. Они равны по трем сторонам.

2) Окружность содержит 360˚, 360 : 12 = 30˚- градусная мера каждого центрального угла при вершине О.

3) Площадь всего многоугольника состоит из суммы площадей 12 треугольников S= 12∙.

4) Площадь треугольника находим по формуле

S = ab∙sinα.

В ∆COD: СО = DO=r, r= 187см. sin30˚ = ∙187∙187∙0,5= = 8742,25 .

5) Площадь всей клумбы находим, умножая площадь одного треугольника на 12: S = 8742∙12 = 104907 = 10,4907 ≈ 10,5, выполняем округление площади клумбы до десятых.

Зеленые растения играют большую роль в создании микроклимата, условий для отдыха на открытом воздухе, предохраняют от чрезмерного перегревания почву, стены зданий, тротуары. Во время вегетационного сезона их растительность обогащает воздух кислородом и поглощает углекислоту.

Зеленые насаждения защищают колледж от шумового загрязнения, снижают внешнюю шумовую нагрузку. Максимальный уровень шума на участке по санитарно-гигиеническим нормам не должен превышать 45 – 60 дБ.

Зеленые насаждения имеют большое значение для очистки воздуха. Так, дерево средней величины за 24 часа восстанавливает столько кислорода, сколько необходимо для дыхания 3 человек. Запыленность жилого микрорайона на озелененных участках на 40% ниже, чем на открытых площадках. Используя справочные данные можно определить примерное количество пыли, которое способны задержать зеленые насаждения. В среднем крупные деревья, которые и составляют большую часть зеленых насаждений колледжного участка, задерживают за один вегетативный сезон около 35 кг осажденной пыли. Деревья очищают воздух от выхлопных газов. Каждое взрослое дерево ежегодно поглощает такой объем отработанных газов автомобилей, который выделяется за 25 тыс. км пробега.

Защитная полоса, расположенная на границе участка колледжа должна состоять из деревьев и кустарников шириной не менее 1,5 м, а со стороны улицы – не менее 6 м. Защитная полоса, расположенная на границе, отделяющей приколледжный участок от Охотской , составляет 4 м, что ниже нормы.

На приколледжном участке расстояние между деревьями и зданием колледжа должно быть не менее 10 метров, а между кустарником и колледжем – 5 метров. Расстояние между узколистными формами деревьев должно быть 5 – 6 метров, между широколиственными – 8 – 10 метров. В городских условиях на одном гектаре должно располагаться от 90 до 150 деревьев.

На приколледжном участке площадью 5605 м² произрастают 33 дерева + кустарник, среди них выделяют: тополя, липу, березы, клены остролистные и клены широколистные, боярышник, сирень, декоративные кустарники. Это крупные растения с хорошо сформированной кроной. Расстояние между деревьями и кустарниками составляет в среднем от 3,6 до 5 м. Общее количество осажденной пыли, которое могут задержать 33 дерева и кустарник за вегетационный период составит примерно 1295 кг.

Известно, что с одного квадратного метра газонной травы в час испаряется до 200 г воды, это значительно увлажняет воздух. В жаркие летние дни на дорожке у газона температура воздуха на высоте человеческого роста почти на 2,5º ниже, чем на асфальтированной мостовой. Газон задерживает заносимую ветром пыль, вблизи него легко дышится. Площадь газонов приколледжного участка составляет 976,2 м².

По санитарно-гигиеническим нормам площадь зеленых насаждений на приколледжной территории должна занимать не менее 40 % от общей площади.

Проведенные вычисления показывают, что площадь зеленых насаждений составляет 23,8 %, что ниже установленных санитарных норм.

Нами была определена запыленность воздуха в различных местах на приколледжном участке. Для этого были собраны листья растений и приложены к поверхности клеящейся прозрачной пленки. При этом, после снятия листа с пленки, на ней отпечатывался контур листа вместе со слоем пыли. Запыленность со стороны Охотской примерно в 3 раза больше, чем около входа, и в 2 раза больше, чем со стороны жилых домов.

Атмосфера является наиболее динамичным, подвижным компонентом географической оболочки, поэтому первой принимает все загрязняющие вещества и примеси, выделяемые промышленными предприятиями, транспортом, энергетическими объектами и т.д. Качественный состав атмосферного воздуха оказывает прямое, непосредственное воздействие на здоровье человека и жизнедеятельность природы.

Очевидно, что при огромном количестве машин легкий дымок, выходящий из выхлопных труб, загрязняет окружающий воздух настолько, что это причиняет ощутимый вред здоровью людей и природе. Среди множества различных газов и химических соединений, выбрасываемых автомобилем, есть и токсичные вещества.

В цилиндрах двигателя происходит окисление мелкораспыленного и испаренного топлива кислородом воздуха с образованием тепла, углекислого газа и воды. За тысячные доли секунды, отводимые на этот процесс, при каждом такте работы двигателя, часть топлива не успевает сгореть. Продукты его неполного сгорания выбрасываются из выхлопной трубы в атмосферу.

Автотранспорт является существенным источником загрязнения окисью углерода, окислами азота, альдегидами, углеводородами, в том числе канцерогенами, соединениями свинца и др. В 1 л бензина может содержаться до 1 г тетраэтилсвинца, который разрушается и выбрасывается в виде различных соединений свинца. Выхлопные газы дизельных двигателей содержат сажу и сернистый ангидрид.

Оксид углерода может быть косвенной причиной многочисленных аварий на дорогах. Его действие на водителя даже в небольших концентрациях сходно с действием алкоголя или усталости. Отравление угарным газом вызывает головную боль, стук в висках, головокружение, сухой кашель, боль в груди, слезотечение, тошноту, рвоту. В тяжелых случаях развивается тахикардия, повышения артериального давления, потеря сознания, судороги, кома, отек мозга, нарушения дыхания и кровообращения.

В результате фотохимических реакций выхлопные газы автотранспорта образуют новые продукты – фотооксиданты (оксиданты), обладающие сильными окислительными свойствами: озон, органические перекиси, окислы азота, свободные радикалы и др. Эти вещества оказывают раздражающее действие на организм, повреждают растительность и снижают видимость.

Загрязняющее действие автомобильного транспорта на экологическое состояние приколледжной территории учитывается в случае, если автострада расположена на расстоянии не далее 100 м от колледжа. Можно определить приблизительное количество выхлопных газов от автомашин, поступающее в сутки, если известно, что один легковой автомобиль в течение суток выбрасывает до 1 кг выхлопных газов, в состав которых входит около 30 г угарного газа, 6 г оксидов азота, соединения свинца, сера и другие загрязняющие вещества. Грузовой автомобиль или автобус с дизельным двигателем за 1 час работы выбрасывают до 200 г сажи.

Во время учебного процесса была замерена транспортная нагрузка, которая оценивалась подсчетом проезжающих машин. Для расчетов были использованы средние данные и получены следующие результаты:

Выполним расчеты выбросов угарного газа по формуле:

С = ;

где: С – концентрация СО на расстоянии Н (м) (брать расстояние от начала до конца забора колледжа);

V – скорость ветра (оптимальная 5 м/с);

И – интенсивность транспортных средств (тр. ед./ час)

Подсчитаем количество машин, проехавших вдоль колледжа.

Таблица1.

Определим с помощью наблюдений среднюю скорость ветра: за осенне-зимний период она составила 14,3. Длина забора колледжа 70 м.

Столбиковая диаграмма загрязненности воздуха выбросами автотранспорта в течение дня, с 7 утра до 21 часов.

Допустимая норма содержания угарного газа в атмосферном воздухе составляет 5 мг/м³. Таким образом, в период интенсивной нагрузки наблюдается некоторое превышение нормы содержания угарного газа (!).

В ходе исследования было выяснено, что использование данной формулы для расчета не всегда возможно, так как она не отражает концентрацию угарного газа во время «пробки» на шоссе, когда машины движутся с минимальной скоростью или стоят с работающими двигателями. Также формула применяется для какого-то среднего гипотетического автомобиля, без разделения на легковые, грузовые, автобусы, автомобили с бензиновым и дизельным двигателем.

1. Нами была рассмотрена экологическая проблема крупного города на примере приколледжного участка. Мы попытались дать исчерпывающую оценку состояния объекта изучения.

2. В результате проведенных исследований было выяснено, что, несмотря на расположение нашего колледжа в достаточно крупном городе с большим количеством транспорта и большим количеством промышленных предприятий, состояние приколледжного участка близко к санитарным нормам.

3. Приколледжная территория по озеленению практически не соответствует санитарным требованиям: так , площадь газонов составляет 23,8% от площади приколледжного участка, при норме не менее 40%. Деревья и кустарники хорошо задерживают загрязнения со стороны улиц, хотя количество зеленых насаждений недостаточно для нейтрализации угарного газа.

4. Наибольшее опасение вызывает концентрация вредных веществ в воздухе от автотранспорта, стоящего на светофоре , или во время большого скопления машин. Концентрация угарного газа превышена в 3 раза!

5. В ходе выполнения исследовательской работы мы применили полученные на уроках математики знания в практической деятельности, что помогло нам лучше усвоить полученные знания и приобрести необходимые умения и навыки:

• вычисление различных площадей, в том числе площади 12 угольной клумбы;

• построение графиков по найденным параметрам и анализ этих графиков;

• расчеты выбросов угарного газа по известным формулам с применением измеренных величин;

• закрепили знания работы с процентами, с тригонометрическими формулами и формулами планиметрии;

• научились сравнивать полученные результаты с результатами известных нормативов.

6. Мы закупили семена газонных трав, устойчивых к вытаптыванию и неблагоприятному воздействию загрязнений воздуха с целью сохранения зеленого покрова газонов. А также мы планируем организовать посадку кустарника по периметру участка колледжа.

7. Чтобы не допустить ухудшения положения, необходимы целенаправленные и продуманные действия. Ответственная и действенная политика по отношению к окружающей среде возможна в случае накопления точных данных о современном состоянии среды, что мы и осуществили в своей исследовательской деятельности.

1. ГОСТ Р 56162-2019 Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу. Метод расчета количества выбросов загрязняющих веществ в атмосферу потоками автотранспортных средств на автомобильных дорогах разной категории

2. ГОСТ Р 56165-2019 Качество атмосферного воздуха. Метод установления допустимых промышленных выбросов с учетом экологических нормативов

3. ГОСТ Р 56167-2014 Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу. Метод расчета ущерба от промышленного предприятия объектам окружающей среды (Переиздание)

4. ГОСТ Р 56162-2014 Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу. Метод расчета выбросов от автотранспорта при проведении сводных расчетов для городских населенных пунктов

5. Попова Т.А. Экология в колледже: Мониторинг природной среды: Методическое пособие. – М.: ТЦ Сфера, 2005 г.

6. Мансурова С.Е., Шклярова О.А. Здоровье человека и окружающая среда: Элективный курс. М.: «5 за знания»; СПб.: ООО «Виктория плюс», 2006 г.

7. Савин А. П.Энциклопедический словарь юного математика. М.:Педагогика-Пресс, 1999г.

8. Методика проведения инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу на предприятиях железнодорожного транспорта (расчетным методом)

9. http://docs.cntd.ru/document/1200031564

15