Підвищення екологічної безпеки використання джерельних вод (на прикладі харківського регіону) - Автореферат

Гончарука, в Україні більшість населення користується водою, якість якої не відповідає діючим нормативам. За останні пятнадцять років у великих містах України (Києві, Харкові, Одесі та ін.) введено в експлуатацію артезіанські свердловини, що забезпечують населення водою більш високої якості. Харкова” (затверджена рішенням 24-ї сесії Харківської міської ради, 2000 р.); “Підготовка пакету документів щодо прийняття до комунальної власності територіальної громади міста джерел, які не мають балансового відображення” (затверджена рішенням 18-ї сесії Харківської міської ради, 2003 р.). Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити такі задачі: розробити методику моніторингу якості джерельних вод, що формуються на урбанізованій території і використовуються для питних цілей; гідрохімічно та екологічно обґрунтувати виділення трьох природно-техногенних поверхів підземної гідросфери урбанізованої території, в основу якого покладено урахування як природних умов, так і техногенних чинників; розробити метод розрахунку і обґрунтування розмірів зон санітарної охорони (ЗСО) підземних джерел; розробити науково-технічні рішення для захисту джерел від бактеріального забруднення, а також методи очистки та знезаражування води; розробити концептуальний підхід до вирішення питань екологічно безпечного використання джерельних вод. розроблено метод розрахунку і обґрунтування розмірів зон санітарної охорони джерел з використанням балансової моделі, що дає можливість цілеспрямовано здійснювати заходи з охорони і санації в зонах живлення джерел;При цьому в процесі виконання дисертаційного дослідження визначено величини необхідних параметрів і коефіцієнтів, які знаходяться у залежностях, що пропонуються: а) при малій інтенсивності інфільтрації забруднених вод м/добу (k0, k0-коефіцієнт фільтрації порід зони аерації, м/добу), тобто за умови інфільтрації з неповним насиченням пір водою, що характерно для першого поверху б) при двошаровій і багатошаровій будові пласта, що характерно для другого і третього поверхів, де n0 - пористість порід над експлуатаційним горизонтом (у разі “а” - це породи зони аерації, у разі “б” - породи верхнього слабкопроникного шару); При цьому стосовно руху підземних вод використані відомі рівняння Дарсі і Дюпюі для визначення довжини шляху часток води l, яка прямо пропорційна коефіцієнту фільтрації водоносного горизонту К, гідравлічному ухилу i, часу фільтрації тф і обернено пропорційна величині ефективної пористості утримуючих воду порід n: Протяжність зон формування джерел і напрям руху підземних вод до місць виходу джерел запропоновано визначати графічно. На топографічній схемі масштабів 1:5000 і 1:10000 для кожного джерела проводиться осьова лінія течії підземних вод - вхрест осьовій лінії вододілу підземних вод і лінії дрени від точки виходу джерела до лінії вододілу. Оскільки попередня оцінка показує, що час руху підземних вод від вододілу до точки їх виходу в джерелі явно менше розрахункового часу для третього поясу ЗСО (10000 діб), то відстань до вододілу приймається як довжина третього поясу ЗСО. Площа області живлення джерела також може бути визначена, виходячи з величин інфільтраційного живлення w, м/рік і дебіту джерела Q, м3/рік: При цьому величина інфільтраційного живлення w вміщує природну we і техногенну wt складові: Природне живлення може бути визначено як модуль підземного стоку річки, в басейні якої розташовується джерело, за результатами багаторічних спостережень за витратою річок в зимову межень.Розроблено метод розрахунку і обґрунтування розмірів зон санітарної охорони джерел з використанням балансової моделі, що дає можливість цілеспрямовано здійснювати заходи з охорони і санації в зонах живлення джерел. Розраховано зони санітарної охорони 25 джерел м. Запропоновано концептуальний підхід до вирішення питань екологічно безпечного використання джерельних вод, що базується на врахуванні екологічних аспектів, структури міської забудови, що склалася, прогнозу міграції техногенних забруднень, екстремальних обставин та ін. На підставі даних про хімічний і бактеріологічний склад джерельних вод, можливості їх кондиціювання, а також з урахуванням техногенної і екологічної ситуації в зоні живлення джерела проведено ранжування джерел м. Запропоновано конструкцію каптажу джерел з використанням горизонтальних променевих дрен для захисту джерельних вод від бактеріального забруднення.

Основний зміст роботи

1. Забезпечення населення якісною питною водою - одне з найважливіших державних завдань. Проте на практиці з цього питання за останні

10 - 20 років в Україні та інших країнах СНД склалося вельми критичне становище, близьке до екологічної кризи. У даній роботі вивчені екологічні аспекти формування джерельного стоку та науково обґрунтована можливість забезпечення екологічно безпечного використання населенням джерельних вод для питних цілей.

2. На підставі проведених досліджень розроблено методику моніторингу якості води джерел урбанізованих територій.

3. Гідрохімічно та екологічно обґрунтовано виділення трьох природно-техногенних поверхів підземної гідросфери урбанізованої території, в основу якого покладено урахування як природних умов, так і техногенних чинників.

4. Розроблено метод розрахунку і обґрунтування розмірів зон санітарної охорони джерел з використанням балансової моделі, що дає можливість цілеспрямовано здійснювати заходи з охорони і санації в зонах живлення джерел. Розраховано зони санітарної охорони 25 джерел м. Харкова.

5. Запропоновано концептуальний підхід до вирішення питань екологічно безпечного використання джерельних вод, що базується на врахуванні екологічних аспектів, структури міської забудови, що склалася, прогнозу міграції техногенних забруднень, екстремальних обставин та ін. Це дозволило виробити комплекс науково-технічних і організаційних рішень, спрямованих на забезпечення екологічно безпечного використання джерельних вод.

6. Оцінено сумарні експлуатаційні запаси джерел м. Харкова, які дорівнюють 7,0 тис. м3/добу, що майже в три рази перевищує біологічну потребу у воді мешканців міста (2,45 тис. м3/добу).

7. На підставі даних про хімічний і бактеріологічний склад джерельних вод, можливості їх кондиціювання, а також з урахуванням техногенної і екологічної ситуації в зоні живлення джерела проведено ранжування джерел м. Харкова за якістю води та складністю очистки, виконанням заходів з каптажу, водопідготовки і санації в зонах санітарної охорони. Розроблено практичні пропозиції щодо кондиціювання, що включає очистку та знезаражування джерельних вод з метою їх використання для питних потреб.

8. Запропоновано конструкцію каптажу джерел з використанням горизонтальних променевих дрен для захисту джерельних вод від бактеріального забруднення. На прикладі двох відомих джерел міста (Немишлянського і Пантелеймонівського) встановлено, що каптаж і розчищення зон живлення джерел покращують якісні показники води.

9. Виконано оцінку ефективності використання інвестицій, відповідно до якої витрати на проектування, обладнання, інженерний захист і експлуатацію бюветів 20 джерел м. Харкова, які складають 2,23 млн. грн., окупляться за 4,9 роки (найбільш імовірний прогноз) і за 3,3 роки (оптимістичний прогноз).

10. Розроблено загальні рекомендації щодо екологічно безпечного використання джерельних вод у містах України. Отримані результати досліджень джерел Харківського регіону мають високий ступінь узагальнення і можуть бути застосовані для інших міст країни, де існують виходи підземних вод на земну поверхню у вигляді джерел.

11. Основні результати досліджень впроваджено ВАТ “Харківспецбуд” при благоустрої таких джерел м. Харкова: Олексіївського-1, Салтівського-2, Немишлянського-1. Реалізовано рекомендації з ліквідації причин забруднення Пантелеймонівського і Шатилівського джерел м. Харкова. На підставі результатів дисертаційного дослідження розроблено і впроваджено в центральній лабораторії санітарно-епідеміологічного контролю якості вод ТВО “Харків-комунпромвод” схему екологічного моніторингу якості води джерел м. Харкова. Основні результати досліджень використані Державним управлінням екології і природних ресурсів у Харківській області при розробці програми впорядкування джерел Харківського регіону для створення сприятливого гідрогеологічного режиму та запобігання забрудненню підземних вод.

1. Дмитренко Т.В. Родники в городской черте // Экология города: Уч. пособие. - К.: Либра, 2000. - С. 65-68.

2. Дмитренко Т.В. К вопросу экологической реконструкции балки Саржин Яр // Коммунальное хозяйство городов: Науч.-техн. сб. - К.: Техніка. - 1997. - Вып. 8. - C. 87-88.

3. Дмитренко Т.В. Антропогенное воздействие на подземные воды г. Харькова // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. - Харьков: ХГПУ. - 1998. - Вып. 25. - С. 157-159.

4. Дмитренко Т.В., Ищенко А.В. К вопросу обследования родников Дзержинского и Киевского районов г. Харькова // Коммунальное хозяйство городов: Науч.-техн. сб. - К.: Техніка. - 1997. - Вып. 10. - C. 93-94.

5. Дмитренко Т.В. К вопросу исследования Немышлянского родника в г. Харькове и источников его загрязнения // Коммунальное хозяйство городов: Науч.-техн. сб. - К.: Техніка. - 1997. - Вып. 12. - C. 76-78.

6. Яковлев В.В., Дмитренко Т.В., Шараевская Л.А. Результаты исследования родников г. Харькова и перспективы их использования населением // Вісник Національного технічного університету “ХПІ”. - Харків: НТУ “ХПІ”. - 2002. - Вип. 3. - С. 211-221.

7. Дмитренко Т.В., Яковлев В.В. Экологическое состояние водоносного горизонта обуховских отложений г. Харькова // Коммунальное хозяйство городов: Науч.-техн. сб. - К.: Техніка. - 1998. - Вып. 13. - C. 81-85.

8. Дмитренко Т.В. Анализ качества воды родников г. Харькова // Коммунальное хозяйство городов: Науч.-техн. сб. - К.: Техніка. - 1999. - Вып. 18. - C. 105-108.

9. Дмитренко Т.В., Яковлев В.В, Костенко Н.В. Экологические аспекты использования родниковых вод урбанизированных территорий для питьевого водоснабжения (на примере г. Харькова) // Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - 2003. - Вип. 21. - С. 209-224.

10. Дмитренко Т.В., Яковлев В.В., Момот Т.В. Эффективность инженерной защиты родников в городской черте // Коммунальное хозяйство городов: Науч.-техн. сб. - К.: Техніка. - 2003. - Вып. 49. - С. 351-354.

11. Стольберг Ф.В., Дмитренко Т.В., Пантелят Г.С. Концептуальный подход к решению вопросов экологически безопасного использования родниковых вод // Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - 2004. - Вип. 28. - С. 282-285.

12. Яковлев В.В., Дмитренко Т.В. Экологическое состояние грунтовых вод на подтопленных территориях // Підтоплення у великих містах України (на прикладі м. Харкова). - Харків - Київ: Знання, 1998. - С. 78-81.

13. Яковлев В.В., Дмитренко Т.В., Шараевская Л.А. Инженерная защита родников на городской территории от техногенного загрязнения на примере источников г. Харькова // Тез. докл. 31-й научн.-техн. конф. преподавателей, аспирантов и сотрудников ХГАГХ. - Харьков: ХГАГХ, 2002. - C. 100.

Особистий внесок здобувача в роботах, опублікованих у співавторстві, полягає: [1] - в написанні розділу 3.1.1 “Родники в городской черте”; [4] - в організації польових досліджень, проведенні аналізу якості води джерел Дзержинського і Київського районів м. Харкова, а також участі в обробці отриманих результатів; [6] - дослідженні, ранжуванні джерел за якістю води та складністю очистки, розробці рекомендацій щодо очистки та знезаражування джерельних вод та інженерного захисту джерел; [7] - в дослідженні умов природної захищеності водоносного горизонту обухівського комплексу на території м. Харкова та гідрохімічного складу з точки зору перспектив використання цих вод; [9] - в обробці результатів дослідження джерел м. Харкова, розробці методології дослідження джерел урбанізованих територій та рекомендацій щодо використання джерельних вод у містах України; [10] - в розрахунку основних показників техніко-економічної ефективності проекту щодо інженерного захисту, благоустрою джерел, очистки та знезаражування джерельних вод; [11] - в розробці комплексу природоохоронних, реконструктивних і науково-організаційних заходів щодо забезпечення екологічно безпечного використання джерельних вод урбанізованих територій для питних цілей; [12] - в дослідженні техногенних змін на підтоплених територіях та порівнянні їх складу з нормативними вимогами до господарсько-побутових і питних вод; [13] - в розробці пропозицій щодо інженерного захисту джерел від хімічного та бактеріального забруднення води.