Екологічна оптимізація системи скидання шахтних вод до річкової мережі (на прикладі басейну р. Самари) - Автореферат

Тому актуальним є розроблення такої системи координованих випусків мінералізованих шахтних вод з накопичувачів, яка була б найбільш екологічно безпечною за існуючих технологічних умов скидання кожного підприємства. Система координування випусків шахтних вод до природних водотоків в межах річкового басейну забезпечить підвищення екологічної безпеки території через оптимізацію якості природних вод - системоутворюючого фактора водних екосистем. Метою дослідження є обґрунтування найбільш екологічно прийнятної системи регульованого скидання шахтних вод в межах річкового басейну, яка б дозволила мінімізувати небезпеку, повязану з високим рівнем мінералізації поверхневих вод. Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити наступні завдання: 1) дослідити регіональні особливості закономірностей формування гідрологічного і гідрохімічного режиму річкового басейну в умовах впливу вуглевидобувної промисловості (на прикладі річок басейну р. Основні положення і результати досліджень були представлені в доповідях на II Міжнародній науково-практичній конференції "Проблеми природокористування, стійкого розвитку і техногенної безпеки регіонів" (Дніпропетровськ, 2003), VII Міжнародній науково-практичній конференції "Наука і освіта-2004" (Дніпропетровськ, 2004), "Динамика наукових досліджень-2004" (Дніпропетровськ, 2004), IV Міжнародної науково-практичної конференції "Проблеми екології і екологічної освіти" (Кривий Ріг, 2005), Міжвузівській науковій конференції студентів і аспірантів "Географія, екологія, геологія: першій досвід наукових досліджень" (Дніпропетровськ, 2005), III Міжнародній науково-практичній конференції "Проблеми природокористування, стійкого розвитку і техногенної безпеки регіонів" (Дніпропетровськ, 2005), Міжнародній науково-практичній конференції "Здоровий спосіб життя: проблеми та досвід" (Дніпропетровськ, 2007), IV Міжнародній науково-практичній конференції "Проблеми природокористування, стійкого розвитку і техногенної безпеки регіонів" (Дніпропетровськ, 2007).Це істотно впливає на показники якості води у водних джерелах, відбивається на стані екологічної безпеки водоймищ, величині витрат на водопідготовку і стані здоровя населення. Самари скидають свої води вуглевидобувні підприємства, шахтні поля яких відносяться до наступних вугленосних районів: Західнодонбаського, Червоноармійського, Донецько-Макіївського і Південнодонбаського. У тих районах, що оточують найбільш відкриту частину басейну, де зростає потужність чверткових відкладень, спостерігається поступове збільшення мінералізації до 2-3 г/дм 3, води мають сульфатний або сульфатно-карбонатний склад. До західної периферії басейну, у міру збільшення потужності відкладень, що покривають карбон, відбувається перехід до хлоридно-натрієвого типу вод з мінералізацією до 40-50 г/дм 3. , де k - розрахунковий період (місяць), i, j - параметри, які задають кількість ставків і значимих приток на території річкового басейну відповідно, S - площа водного дзеркала ставка, х - відстань до місця змішення техногенних та природних вод, a1 - коефіцієнт самоочищення води на ділянці одиничної довжини, який враховує седиментацію, поглинання солей вищою водною рослинністю та ін., a2 - коефіцієнт, який враховує фільтрацію води на ділянці одиничної довжини, mr, ms - рівень мінералізації води в річці і ставку, qr - витрата води в річці, qs - обєм скидання води зі ставка, mmin - мінімально можливе значення мінералізації води в річці з урахуванням сумарного річного впливу шахтних вод.У ній представлено вирішення науково-практичної задачі підвищення екологічної безпеки території басейну р.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою. У ній представлено вирішення науково-практичної задачі підвищення екологічної безпеки території басейну р. Самари за рахунок часткового зниження впливу мінералізованих шахтних вод на природні водотоки. Розроблено теоретичне і математичне обґрунтування методу регулювання цього впливу, реалізація якого забезпечить оптимальне функціонування природних екосистем.

1. Визначено, що в умовах різних за характером та інтенсивністю антропогенних впливів на стан екологічної безпеки поверхневих водотоків вуглевидобувних районів, одним з провідних факторів є скидання мінералізованих шахтних вод до річкової мережі.

2. На основі аналізу параметрів екологічної небезпеки впливу вуглевидобутку на якість водних ресурсів розроблено метод дослідження та оптимізації впливу вод з підвищеною мінералізацією на стан екологічної безпеки річкового басейну.

Загальні положення методу: створення спеціалізованої бази даних показників джерела небезпеки та водоприймача (як то витрата та мінералізація природних водотоків по періодам, рівень мінералізації шахтних вод підприємств вуглевидобутку та ін.), визначення коефіцієнтів природної нівеляції небезпеки, обґрунтування регіонального критичного рівня мінералізації.

Для реалізації запропонованого методу розроблено схему побудови математичної моделі зміни мінералізації поверхневих вод в межах річкового басейну з урахуванням техногенного впливу вуглевидобувних підприємств та величини асиміляції небезпечного фактора.

3. На підставі експериментальних даних розраховано регіональне критичне екологічно небезпечне значення мінералізації поверхневих вод (3,0 г/дм3), при перевищенні якого в водних екосистемах досліджуваного басейну відбуваються незворотні зміни живої складової.

4. Вирішено завдання мінімізації впливу мінералізованих вод ставків-накопичувачів на якість природних вод методом оптимізації функціонування системи "джерело небезпеки - водоприймач" шляхом екологічної оптимізації параметрів скидання мінералізованих вод у відповідності до гідролого-гідрохімічних особливостей її природної складової.

Виявлено, що основою регулювання системи скидання мінералізованих шахтних вод є зміна асимілюючої здатності водотоків басейну протягом року, як функція їх гідрохімічних та гідрологічних параметрів.

Математичною основою моделювання зміни значення показника мінералізації поверхневих вод у просторі в межах річкового басейну є математичний опис процесу перемішування вод з різними значеннями показника мінералізації.

Реалізація методу регулювання скидання шахтних вод на підставі балансової моделі передбачає перерозподіл обємів вод, що скидаються, в відповідності до величини асимілюючої здатності водостоку, при умові збереження загального річного обєму шахтних вод, що підлягають скиданню. екологічний шахтний мінералізований асимілююча

Визначені граничні умови моделі стосовно даного регіону і запропонований варіант режиму випусків шахтних вод протягом одного гідрологічного року, який дозволить зменшити негативний вплив вуглевидобування на стан поверхневих вод малих річок басейну р. Самара, оптимізувати значення їх мінералізації. Запропонований метод може бути адаптований до умов будь-якого гірничодобувного регіону відповідно до особливостей господарської діяльності в його межах.

Впровадження розробленого методу регулювання дозволить на 20 % скоротити вплив на мінералізацію води - середовищеутворюючий компонент природного комплексу річки.

5. На підставі проведеного аналізу встановлено, що при використанні оптимізованої екологічно безпечної системи регулювання скидання шахтних вод, підтримка мінералізації вод річок басейну Самари при 95 % забезпеченості в межах припустимого діапазону значень (2,7-3,0 г/дм 3) не є можливою. За умов використання запропонованої системи скидання шахтних вод збільшується зона з екологічно безпечними показниками мінералізації для біотичної складової екосистем. На ділянках, де асимілююча здатність водотоків не дозволяє знизити ці значення до безпечних, тим не менш, відбувається стабілізація показників мінералізації поверхневих вод протягом року, що позитивно впливає на стан екосистем в цілому.

Зменшення рівня мінералізації води природних водотоков до прийнятних значень (3,0 г/дм3) можливо шляхом зменшення рівня мінералізації води ставка, що може бути реалізоване впровадженням фізико-хімічних методів демінералізації шахтних вод.

СПИСОК ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Охотник Е.К., Довгаль Л.И. О некоторых закономерностях формирования минерализованных водопритоков шахт Донбасса. Регулирование сброса шахтных вод в речную сеть // Збірник наукових праць НГУ. - 2006. - Вип. 25. - С. 23-30.

2. Охотник К.К. належить обробка фактичної інформації про мінерлізацію і обєми шахтних вод підприємств Центрального та Західного Донбасу, формулювання узагальнень і висновків (75 %).

3. Охотник К.К. Некоторые закономерности формирования показателя природной составляющей минерализации речных вод при решении экологических задач // Новини науки Придніпровя. Науково-практичний журнал. Сер. Інженерні дисципліни. - Вип.4. - Дніпропетровськ, 2005. - С. 44-47.

4. Охотник К.К. К вопросу оптимизации режимов сбросов шахтных вод в речную сеть // Збірник наук. праць Інститута проблем природокористування та екології НАН України. - Дніпропетровськ, 2005 - Вип.8. - С. 202-207.

5. Пасечник А.Н., Охотник К.К., Пасечник В.А., Кондрус Л.Л. К вопросу разработки автоматизированной системы управления речными бассейнами // Актуальні проблеми автоматизації та інформаційних технологій. Збірник наукових праць. - Дніпропетровськ, 2005. - Том 9. - С. 119-125.

6. Охотник К.К. належить постановка задачі дослідження, формулювання вихідних положень, обробка та узагальнення результатів дослідження (50 %).

7. А.Н. Пасечник, Е.К. Охотник. К вопросу моделирования природных систем, испытывающих промышленную нагрузку // Экология и здоровье человека. Охрана воздушного и водного бассейнов. Утилизация отходов. Сборник научн. статей XV международной научно-практической конференции. Харьков, 2007. - Том 1. - С. 299-302.

8. Охотник К.К. належить постановка оптимізаційної задачі, складання схеми річкового басейну, розрахунок залежності витрати та мінералізації для ріки-аналога (50 %).

9. А.Н. Пасечник, Е.К. Охотник, Л.Л. Кондрус. К вопросу разработки алгоритмов и моделей управления речными басейнами // Питання прикладної математики і математичного моделювання. Збірник наукових праць, Дніпропетровськ, ДНУ, 2005. - С. 219-226.

10. Охотник К.К. належить постановка оптимізаційної задачі, формулювання вихідних положень, обробка та узагальнення результатів дослідження (50 %).

11. Пасечный В.Г., Довгаль Л.И., Охотник Е.К. Пути снижения негативного влияния угледобычи на состояние поверхностных вод. - Вісник ДНУ. Сер. Геологія. Географія. - 2003. - Вип.5. - С. 97-102.

12. Охотник К.К. належить участь у обробці фактичних даних, формулюванні висновків (30 %).

13. Охотник Е.К., Кочет В.Н., Христов О.А. Оценка предотвращенного экологического ущерба от сброса загрязняющих веществ в поверхностные водотоки // Мат. IV Міжнародної науково-практичної конференції "Проблеми природокористування, сталого розвитку та техногенної безпеки регіонів" (Дніпропетровськ, 2007).

14. Охотник К.К. належить постановка завдання дослідження, розрахунок території впливу забруднення (60 %).

15. Охотник Е.К. О причинах и последствиях высокой минерализации питьевой воды // Мат. міжнародної науково-практичної конференції "Здоровий спосіб життя: проблеми та досвід" (Дніпропетровськ, 2007).

16. Охотник Е.К. Оптимизация режимов сбросов шахтных вод в речную сеть // Мат. ІІІ міжнар. наук-практ конф. "Проблеми природокористування, сталого розвитку та техногенної безпеки регіонів" Частина ІІ. - Дніпропетровськ, 2005.

17. Охотник Е.К. О проблеме стабилизации экологической ситуации водотоков (на примере бассейна р. Самары) // Мат. IV міжнар. наук-практ конф. "Проблеми екології та екологічної освіти". - Кривий Ріг, 2005.

18. Охотник Е.К. Природные воды Украины как источник экологичской опасности // Міжвузівській наковій конференції студентів і аспірантів "Географія, екологія, геологія: першій досвід наукових досліджень", Дніпропетровськ, 2005.

19. Охотник Е.К. К вопросу внедрения бассейнового подхода к реализации водоохранных объектов (на примере р. Самара) // Мат. VII Міжнародної науково-практичній конференції "Наука і освіта-2004" (Дніпропетровськ, 2004).

20. Охотник К.К. Екологічна безпека держави як напрямок розвитку екологічної науки // Мат. Міжнародної конференції "Динаміка наукових досліджень-2004" (Дніпропетровськ, 2004).

21. Охотник Е.К. Про принципи басейнового підходу до водного господарства України // Мат. II Міжнародної науково-практичної конференції "Проблеми природокористування, сталого розвитку та техногенної безпеки регіонів" (Дніпропетровськ, 2003).