Оцінка та прогнозування впливу техногенного забруднення на мінеральний склад поверхневих вод України

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оцінка та прогнозування впливу техногенного забруднення на мінеральний склад поверхневих вод України

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Велике значення на порозі третього тисячоліття має оцінка та прогнозування якості природних ресурсів водних джерел, котрі можуть бути придатні для господарсько-питного використання, та впровадження принципів Водної Рамкової Директиви 2000/60/ЄС.

Актуальність дисертаційних досліджень обумовлена тим, що на сучасному етапі розвитку господарсько-питних систем 70% водокористування в Україні забезпечується з поверхневих джерел (середній показник ЄС складає 20%).

За існуючими стандартами всі великі річки нашої країни, а також їхні головні притоки вважаються «забрудненими» і «дуже забрудненими».

В роботах ряду відомих авторів (В.А. Свєтлосанов, А.В. Яцик, Є.О. Яковлєв, Сніжко С.І. та ін.) відмічається про стійкі незворотні зміни у кількісному та якісному стані поверхневих вод України, які призводять до втрати водними екосистемами їх відновлювальної та очисної спроможності, зміні природної динамічної рівноваги (рівновага системи, яка підтримується за рахунок взаємодії абіотичних та біотичних факторів) в водних об'єктах, в тому числі і за показниками мінералізації.

В той же час вода джерел централізованого господарсько-питного водопостачання мусить бути такою, щоб сучасні методи водопідготовки дали змогу отримати доброякісну питну воду, яка за усіма показниками має відповідати державному стандарту ДСанПіН №136/1940: «Вода питна. Гігієнічні вимоги до якості води централізованого господарсько-питного водопостачання» та ДСТУ 4808: 2007: «Джерела централізованного питного водопостачання». Цей фактор потребує жорсткого обмеження у воді всіх джерел централізованого господарсько-питного водопостачання вмісту сухого залишку, хлоридів, сульфатів та обумовлює необхідність вивчення багаторічних змін компонентів сольового складу в поверхневих водах, в тому числі в районі питних водозаборів.

Для забезпечення екологічної безпеки техногенно-перевантажених регіонів України та підвищення оперативності і достовірності вихідних даних для екологічної експертизи існуючих та нових природоохоронних проектів, постала необхідність в оцінці та прогнозуванні ступеню техногенного порушення природної динамічної рівноваги, обґрунтування допустимих техногенних навантажень на водні екосистеми. Суттєвою складовою такої оцінки та прогнозу є встановлення закономірностей впливу техногенного забруднення на мінеральний склад поверхневих вод України.

Дисертаційна робота присвячена вирішенню цієї актуальної наукової задачі: оцінці та прогнозуванню впливу техногенного забруднення на мінеральний склад поверхневих вод України. На прикладі досліджень багаторічної динаміки показника мінералізації окремих водних екосистем (оз. Ялпуг - м. Болград, р. Десна - с. Летки, р. Ірпінь - с. Мостище, р. Полтва - м. Буськ, р. Самара - м. Новомосковськ, р. Лімниця - с. Превозець), визначені функціональні залежності для оцінки та прогнозування показників загального рівня мінералізації поверхневих вод суходолу, визначено його приріст в залежності від рівня техногенного навантаження на систему.

Вкрай актуальним постала необхідність в дослідженні етапів довгострокових змін показника мінералізації у водній екосистемі під впливом зовнішніх факторів та отриманні залежностей для визначення максимального значення показника мінералізації, яке може бути накопичено у водній екосистемі, часу досягнення озерною або річковою системою нової стадії техногенної рівноваги.

Визначені закономірності можуть бути покладені в основу обґрунтування гранично-допустимих, водних навантажень на різні регіони України для забезпечення їх достатнім рівнем екологічної безпеки, підвищити ефективність роботи споруд водопідготовки.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана у відповідності з планами наукових досліджень Київського національного університету будівництва та архітектури: науково-дослідною роботою за угодою №53 про реалізацію гранту Президента України від 30.05.2002 р. «Дослідження тенденцій зміни якості поверхневих вод в районі питних водозаборів з метою забезпечення населення України якісною питною водою» (Комітет у справах сім'ї та молоді України) та дослідною роботою 2006 р. Інституту проблем національної безпеки (ІПНБ) при РНБОУ «Напрями удосконалення природокористування в Україні в контексті національної безпеки», (проект «Природні та техногенні зміни поверхневих і підземних водних об'єктів та їх вплив на соціальну, економічну та екологічну безпеку промислово-міських агломерацій, гірничо-видобувних районів та регіонів») (держреєстрація №0105V008446).

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є оцінка та прогнозування змін мінерального складу поверхневих вод суші в залежності від техногенних чинників та умов різних природно-кліматичних зон України.

Для досягнення поставленої мети потрібно вирішити наступні задачі:

- провести аналіз існуючих підходів та методик, спрямованих на визначення рівня порушення мінерального складу у поверхневих водних екосистемах, з врахуванням закономірностей природних циклів;

- встановити закономірності сучасної динаміки змін якості поверхневих вод в розрізі багаторічних спостережень за показником мінералізації на прикладі характерних об'єктів для різних природно-кліматичних зон України, включаючи райони питних водозаборів;

- розробити математичні залежності для оцінки та прогнозування рівня порушення сталого функціонування поверхневих водних екосистем в різних природно-кліматичних зонах (за показником мінералізації);

- дослідити вплив підземного стоку на ступінь змін мінералізації для типових річкових басейнів України в умовах різного ступеню техногенного навантаження;

- здійснити зонування території України за ступенем впливу техногенного забруднення поверхневих вод на мінеральний склад та здатністю їх до самовідновлення.

Об'єктом дослідження є поверхневі води суші України.

Предметом дослідження є закономірності впливу рівня порушення мінерального складу поверхневих вод суші в різних природно-кліматичних зонах України.

Методи досліджень. При проведенні досліджень по дисертаційній роботі використовувалися методи статистичного аналізу, методи математичного моделювання, сучасні інформаційні технології; експериментальні дослідження стану якості поверхневих вод поблизу питних водозаборів по відбору проб за гідрохімічними показниками.

Наукова новизна одержаних результатів:

- визначено кількісні зміни росту показника мінералізації водної системи в залежності від ступеню техногенного навантаження на них;

- отримані залежності визначення рівня реакції водних об'єктів на ступінь техногенного навантаження на них, які базуються на ідентифікації кількісних параметрів порушення мінерального складу водних екосистем, перевищення їх ресурсної спроможності і максимального значення показника мінералізації;

- встановлено закономірності зв'язку між рівнем порушення мінерального складу поверхневих вод та коефіцієнтом підземного стоку при екстремальних значеннях водності (паводковий та меженний періоди);

- досліджено динаміку довгострокових змін показника мінералізацій в поверхневих водних екосистемах в залежності від природних і техногенних факторів, а також запропонована формула для коефіцієнту самовідновлення систем за даним показником;

- проведено зонування території України за ступенем техногенного порушення в зміні мінерального складу та коефіцієнтом їх самовідновлення;

- розроблено картографічну модель джерел забруднення Білопільського та Сумського районів Сумської області, що дозволяє оптимізувати систему підтримки прийняття управлінських рішень на обласному рівні та підвищити оперативність і достовірність вихідних даних для екологічної експертизи щодо природоохоронних заходів районів області, як існуючих так і нових проектів.

Практичне значення одержаних результатів:

- створено картографічні моделі джерел забруднення гідрографічної мережі Білопільського та Сумського районів Сумської області в рамках виконання проекту «ГІС - використання поверхневих вод Сумської області», що дозволяє оптимізувати систему підтримки прийняття управлінських рішень та підвищити оперативність і достовірність вихідних даних для екологічної експертизи як існуючих так і нових проектів;

- результати дисертаційної роботи в частині «Оцінка ступеню техногенної трансформації водно-поверхневих екосистем території України» були використані при складанні інформаційно-аналітичного огляду Інституту проблем національної безпеки при РНБОУ (2006 р.);

- впроваджено результати досліджень в учбовому процесі (Методичних рекомендаціях до виконання лабораторних робіт «Оцінка та прогнозування якості природних вод» з дисципліни «Основи екологічної безпеки територій і акваторій» при підготовці студентів зі спеціальності «Екологія та охорона навколишнього середовища», спеціалізації «Екологія будівництва» на кафедрі Охорона праці та навколишнього середовища Київського національного університету будівництва та архітектури, Київ - 2003, 40 с.).

Особистий внесок здобувача полягає у вивченні стану проблеми:

Особистий внесок здобувача у наукові праці:

- здійснено аналіз динаміки показників якості води, розрахунок індексу забруднення води [1, 2];

- автором розроблено математичну модель визначення рівня техногенного порушення сталого розвитку та досліджено часові етапи змін показника мінералізації у системах під впливом різних чинників, визначено максимальне накопичення показника мінералізації в них [3, 4];

- визначено залежності щодо впливу техногенного порушення на динаміку змін мінералізації поверхневих вод оз. Ялпуг в районі Болградського водозабору [5];

- розроблено залежності для визначення рівня техногенного порушення природної рівноваги водних екосистем в окремих природно-кліматичних зонах України [6];

- проведено особисто дослідження щодо змін динаміки мінералізації поверхневих вод з врахуванням основних режимоутворюючих факторів та визначено рівні техногенного порушення мінерального складу цих систем в різних природно-кліматичних зонах [7];

- досліджено природні та антропогенні чинники, які впливають на сталість екосистем в умовах техногенного порушення [8, 9].

Публікації. За темою дисертації опубліковано 14 друкованих робіт, в тому числі 5 статей у збірниках рекомендованих до ВАК України, 10 - в матеріалах і тезах доповідей та вітчизняних конференцій та семінарів.

Структура і об'єм дисертації. Дисертаційна робота викладена на 151 сторінках друкованого тексту основної частини, яка складається зі вступу, шести розділів та висновків. Повний обсяг дисертації становить 177 сторінок і включає 18 таблиць, 28 рисунків, список використаних джерел зі 120 найменувань та 14 додатків.

Зміст роботи

поверхневий вода питний мінералізація

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, визначено мету, завдання, об'єкт і предмет досліджень. Наведено основні дані про наукову новизну та практичне значення здобутих результатів, особистий внесок здобувача.

У першому розділі приведено аналіз вітчизняних і зарубіжних літературних джерел впливу техногенного забруднення на природну сталість поверхневих водних екосистем взагалі, та зокрема на рівень мінералізації водних систем.

Концептуальні підвалини з впливу техногенного навантаження на якість поверхневих вод України, зокрема на їх мінеральний склад закладено в наукових працях таких відомих вчених, як В.Д. Романенко, В.М. Удод, Ж.А. Кюнж, В.І. Лаврик, А.В. Яцик, Г.О. Белявський, Я.М. Семчук, Є.О. Яковлєв, О.Я. Олійник, Ф.М. Холлі, А. Вервей, А.А. Глушко, П.В. Коваль, М.І. Малахов, С.В. Телима та ін.

На основі аналізу даних літературних джерел щодо впливу техногенного навантаження на водні екосистеми встановлено:

- існуючі методи оцінки та прогнозування стану поверхневих вод не в повній мірі враховують зміни їх якісного складу внаслідок поступового накопичення в них забруднюючих речовин і таким чином не визначають «екологічного резерву» їх стійкості;

- сучасні методи нормування навантажень, як один із засобів управління екологічною безпекою водокористування, потребують корегування в частині врахування складу та динаміки змін в мінеральному складі поверхневих вод суші та обґрунтування допустимих техногенних навантажень на водні об'єкти різних регіонах України;

- для забезпечення надійного водокористування та для обґрунтування техногенних водних навантажень, постає необхідність кількісного визначення порушень динамічної рівноваги водних екосистем в залежності від техногенного навантаження на них для різних природно-кліматичних зон України.

У другому розділі роботи наведено огляд та аналіз даних літератури щодо зміни якості поверхневих водних ресурсів. Проаналізовано сучасне екологічне становище водних об'єктів, яке свідчить про поступове погіршення якості природних вод, прогресуючу евтрофікацію та деградацію річок та водоймищ України. Проведено аналіз змін хімічного складу поверхневих та підземних вод території України та показано трансформацію типів хімічного складу поверхневих водних об'єктів під впливом довготривалого антропогенного навантаження на них.

Наведена екологічна оцінка якості поверхневих вод згідно діючої «Методики екологічної оцінки якості поверхневих вод за відповідними категоріями (КНД

211.14.010-94) за два періоди (1990-1993 рр.) та (2000-2004 рр.), яка засвідчила поступове збільшення показників мінерального складу в поверхневих водах суші, як індикатора природних та техногенних впливів на них.

В третьому розділі містяться дані про проведення польових досліджень, відбору проб за загальноприйнятими методиками та здійснення систематизації і аналізу довгострокових змін показників статистичних даних з якості поверхневих вод на питних водозаборах: м. Болград Одеська область (оз. Ялпуг - Кугурлуй, Болградський водозабір) та Київська область (р. Десна - с. Летки).

Визначено, що поверхневі води поблизу м. Болград на оз. Ялпуг-Кугурлуй перевищують санітарно-гігієнічні норми для питних водозаборів (ДСанПіН №136/1940 та ДСТУ 4808:2007. Джерела централізованного питного водопостачання) за показником загальної мінералізації (1600 мг/дм³). Визначено, що вода озера Ялпуг (Болградський водозабір) на протязі 1960-1996 рр. має здатність до поступового збільшення мінералізації, а з 2001 року екосистема оз. Ялпуг повернулася до стану нової «техногенної» рівноваги при середньорічних значеннях мінералізації - 1200 мг/дм³. За результатами розрахунку індексу забруднення води (ІЗВ) для Болградського та Деснянського водозаборів була виявлена тенденція змін якості води по роках.

Четвертий розділ присвячено визначенню рівнів порушення сталого функціонування поверхневих вод для окремих природно-кліматичних зон України. На основі аналізу існуючих літературних джерел та власних дослідів були вибрані найбільш впливові для всіх зон багатофакторні ресурсоформуючи показники, від яких залежить рівень мінералізації поверхневих вод: опади, природна мінералізація підземних вод; сонячна активність (число Вольфа), мінералізація дренажного стоку тощо.

Для досліджень були вибрані окремі водні екосистеми в різних природно-кліматичних зонах України: зона посушливого Степу - озеро Ялпуг, Болградський водозабір; зона Полісся - р. Ірпінь, с. Мостище та р. Десна с. Летки; зона західного лісостепу - р. Полтва, м. Буськ; Донецько-Дніпровський регіон - р. Самара, м. Новомосковськ; Калуський гірничо-видобувний район, Передкарпаття - р. Лімниця.

Визначено, що хоча приріст техногенних змін обумовлен впливом різних факторів навантаження (зрошення в районі посушливого Степу, закриття шахт і зменшення відкачки високомінералізованих шахтних вод на Донбасі тощо), характер прояви цих факторів однакови та адекватно описується асиметричною кривою розподілення Пірсона ІІІ роду.

Визначено, що рівняння приросту мінералізації поверхневих вод з врахуванням складової рівня порушення сталого функціонування для окремого конкретного року () найбільш достовірно описується закономірністю:

, (1)

де - середньорічна мінералізація поверхневих вод в і-й рік в розглядаємому створі;

- початок спостережень в циклі багаторічних спостережень;

- модальна абсциса проміжку часу між максимально спостерігаємою концентрацією та центром розподілення, або - ордината радіуса асиметрії кривої розподілення.

В розділі складено математичну модель для визначення залежностей між рівнем мінералізації у водній системі та показниками, які характеризують ступінь порушення системи.

В інтегральному вигляді рівняння (1) представлено залежністю:

, (2)

де C_d - рівень мінералізації для модальної точки;

- рік, в який спостерігалася максимальна концентрація солі за весь період спостережень;

- максимальний рівень мінералізації, який спостерігався в системі.

За рівень порушення мінерального складу водної системи запропоновано приймати перевищення значення переважаючого рівня мінералізації, що має місце принаймні в останні десять років в розглядаємому створі над початковим , а відношення визначати як перевищення ресурсної спроможності розглядаємої екосистеми.

Складова порушення визначалася, як різниця інтегралу по згідно рівняння (2) та осередненої величини мінералізації поверхневих вод за попередні роки спостережень (коли система не відчуває суттєвого антропогенного впливу і має гідрохімічні параметри, що наближені до природного фону). Для річок, які вже набули стадії техногенної рівноваги значення складової рівня порушення мінерального складу можна визначити згідно рівняння:

. (3)

Початкові умови та крайові умови:

З врахуванням заміни

; ; ; , , ,

, , .

Рівняння (3) запишеться у вигляді:

. (4)

При розрахунках величини складової рівня порушення техногенного забруднення на мінеральний склад у застосовувався метод Сімпсона, як один з найбільш точних наближених методів.

Розрахунки за запропонованими формулами показали, що середньорічна складова змін мінерального складу поверхневих вод (), рівень порушення екосистем () та перевищення ресурсної спроможності системи () складають відповідно: оз Ялпуг м. Болград - 792, 2 мг/дм³ на рік (за 12 років, 1982-1994 рр.), 1032 мг/дм³ та 3,143; р. Десна (с. Летки) - 35 мг/дм³ на рік, 40 мг/дм³, 1,1; р. Полтва (м. Буськ) - 97 мг/дм³ на рік (за 30 років, 1960-1990 рр.), 100 мг/дм³, (до 1996 року), 1,0; р. Ірпінь (с. Мостище) - 65 мг/дм³ на рік (за 43 роки, 1960-2003 рр.), 510 мг/дм³ та 1,5; р. Самара (м. Новомосковськ) - 859 мг/дм³ на рік (за 6 років, 1987-1993 рр.), 1010 мг/дм³, 4,25 (до 1996 року)., р. Лімниця (с. Перевозець) - 55 мг/дм³ на рік (за 32 роки, 1971-2003 рр.), 66 мг/дм³, 1,3

Розрахована по формулі (4) середньорічна складова змін мінерального складу поверхневих вод () була порівняна із величиною отриманою методом обробки багаторічних статистичних спостережень. Похибка в розрахунках склала 9%, що знаходиться в задовільних межах.

Достовірність математичного моделювання щодо визначення впливу рівня порушення техногенного забруднення на мінеральний склад дало можливість поширити результати досліджень на інші водні об'єкти в розглядаємих природно-кліматичних зонах.

В п'ятому розділі визначено вплив підземного стоку на ступінь порушення поверхневих вод суші в умовах рівня техногенного навантаження на порушення сталого розвитку водних об'єктів.

Дослідження даного розділу підтверджують ствердження відомих авторів - Шестопалова В.Н., Яцика А.В., Яковлєва Є.О., Огняника М.С., Ситнікова А.Б. про взаємозв'язок складової підземного стоку і коефіцієнту взаємозв'язку підземного та поверхневого стоку, а також про актуальність комплексного вивчення індикаторів техногенних змін водообміну, як важливого фактору захищеності підземних горизонтів в умовах регіонального впливу рівнів порушення мінерального складу та зростаючої ролі підземних вод як захищеного джерела питного водопостачання.

Регіональні особливості формування підземного стоку для річок України, де з ним пов'язана значна частина їх меженної витрати і величина коефіцієнтів взаємозв'язку поверхневого та підземного стоку детально розглядалися в роботах Яцика А.В., Яковенка П.І., Соболевського Е.Е., Лютого Г.Г., Лущика А.В.

Функціональний зв'язок між величинами відносним порушенням мінерального складу (), значенням коефіцієнта підземного стоку (М), співвідношенням сумарного річкового стоку (W) при екстремальних значеннях їх водності запропоновано автором визначати кореляційними залежностями, які відбивають прямий вплив підземного живлення на приріст рівня техногенного навантаження на порушення сталого функціонування річкових басейнів регіонів:

,

,

,

де M_min і M_max та W_min і W_max - мінімальні та максимальні значення коефіцієнтів підземного стоку та величинами мінімального та максимального співвідношення сумарного річкового стоку відповідно, що характеризує два періоди - паводковий та межений.

За величину відносного порушення мінерального складу поверхневих вод приймаємо величину, яка визначається за формулою (5):

, (5)

де C_r - переважаючий рівень мінералізації, що має місце принаймні в останні десять років в розглядаємому створі над початковим (С_і).

Отримані дані дозволяють зробити висновок про те, що регіональна зарегульованість річкових систем та уповільнення водообміну в гідрогеологічних структурах обумовлює зниження захищеності водоносних горизонтів та погіршання гідродинамічних та водних показників об'єктів поверхневої та підземної гідросфери.

У шостому розділі визначено підхід до визначення граничного інтегрального рівня екологічних порушень для окремо взятої водної екосистеми, який полягає у визначенні кількісних змін окремих показників, характерних для даної екосистеми, що в сукупності дає можливість отримати узагальнюючу оцінку екологічної безпеки території. Розглядаючи динаміку змін показника мінералізації під впливом зовнішнього фактору для різних природно-кліматичних зон України, було розглянуто чотири окремих її етапи (рис. 2).

Автором запропоновано етапи змін росту показника мінералізації по різних водних об'єктах описувати загальною системою рівнянь:

(6)

де C_i, C_o, і C_max - відповідно мінералізація поверхневих вод об'єкту в деякій точці і, до початку техногенного впливу, максимальний показник мінералізації до встановлення нової стадії сталого розвитку системи мг/дм³;

K_n і K_з - коефіцієнти, які характеризують підйом та зниження рівня суми іонів у воді, відповідно (мг/дм³)/рік.

Етапи довгострокових змін показника мінералізації у водній екосистемі під впливом зовнішніх факторів наступні:

Даний підхід дозволить визначити рівняння підйому вмісту мінералізації у поверхневих водах для різних природно-кліматичних зон з використанням багаторічної бази даних гідрохімічних показників:

	- для зони посушливого Степу (оз. Ялпуг); - для зони Полісся (р. Ірпінь); - для зони західного Лісостепу (р. Полтва); - для Степової зони (р. Самара); - для зони Полісся (р. Десна)

В системі (6) коефіцієнт K_n залежить від витрати річки (або об'єму води, який приймає участь у розбавленні випуску стічних або дренажних вод у стоячій водоймі (Q_в)); модуля підземного стоку території (М); об'єму дренажного стоку з території, природного рівня мінералізації ґрунтових вод (С_пр); величини атмосферних опадів (Р); водогосподарського водозабору, як зворотнього, так і безворотнього (W_n); або: K_n =f(Q_в, W_n, P, M, M_д, С_пр). Відповідно коефіцієнт К_з можна представити залежністю К_з =f(К_в, Q_в, W_n, P). При наявності вище перерахованих факторів величина (К_з) перш за все залежить від підземного живлення водного об'єкта, а (К_n) від опадів.

За результатами досліджень були побудовані залежності які представлені на рис. 3 та 4.

і

Друге рівняння системи (6) для різних водних об'єктів має вигляд:

	- для зони посушливого Степу (оз. Ялпуг); - для зони Полісся (р. Ірпінь); - для зони західного Лісостепу (р. Полтва); - для Степової зони (р. Самара); - для зони Полісся (р. Десна)

Сумісне рішення рівнянь записаної системи дасть змогу знайти , тобто час, коли водна система набуває значення максимального зовнішнього впливу:

, (7)

Час стабілізації екосистеми після досягнення нею максимального граничного значення впливу, визначається за формулою:

(8)

Виходячи з вищенаведених міркувань та запропонованих кількісних залежностей щодо визначення ступеню порушення сталого функціонування поверхневих вод суші, логічно ввести поняття показника самовідновлення системи, кількісне значення якого знаходиться в межах від 0 до 1 та пропонується визначати за формулою:

(9)

Отримані результати досліджень дозволили розрахувати рівень порушення сталого функціонування водно-поверхневої екосистеми по різним природно-кліматичним зонам по показнику мінералізації, часу досягнення нею максимального значення показника мінералізації та техногенного рівня стабілізації гідрохімічних показників. Доведено, що максимальне значення останнього показника залежить не стільки від послаблення антропогенного навантаження на систему, стільки від основних режимоутворюючих та ресурсних факторів. В розділі проведено співставлення значень максимального показника, які розраховано за запропонованими формулами та статистичними даними, величина відхилень якого не перевищує значень 7 - 10%.

В цьому розділі здійснено зонування території України по ступеню порушення та по коефіцієнту самовідновлення поверхневих вод суші (рис. 5).

Аналіз інтегрального розподілення значень впливу порушення по території України дозволяє відокремити головний фактор, який впливає на ступінь техногенного порушення системи в тому, або іншому регіоні.

Так, наочно бачимо, що в Південно-Східному регіоні роль головного природного фактору, який суттєво впливає на відновлення природної рівноваги, відіграє підземне живлення поверхневих водних об'єктів; у Північно-Східному регіоні - природна мінералізація ґрунтових вод та дренажний стік з сільськогосподарських полів зрошення.

Підвищений показник у водних об'єктах Донецько-Придніпровського регіону (до 3,36) пояснюється, перш за все, впливом гірничовидобувної промисловості та закриттям нерентабельних підприємств, а також - потужним металургійним комплексом. Помірний показник західних областей території України (0,81) пояснюється сумісною дією двох факторів: зниження в 90-х роках минулого століття об'ємів промислового комплексу, а також величиною підземного стоку. Такий природний фактор як атмосферні опади суттєво відчувається в зоні Полісся, і майже не впливає у Північних зонах.

На підставі проведених розрахунків за формулою (9) були знайдені значення коефіцієнту самовідновлення водно-поверхневих екосистем, що дозволяє робити відповідні висновки, що терміновості розгляду та впровадження необхідних природоохоронних заходів.

За рівнем порушення водних екосистем суші та коефіцієнтом самовідновлення природної рівноваги озерних і річкових екосистем проведено зонування території України в різних природно-кліматичних зонах.

При цьому пропонується здійснювати загальній підхід до процедури розгляду першочергових заходів в басейнах різних природно-кліматичних зон України. В залежності від отриманого значення коефіцієнта самовідновлення (К_{самовідн.}) можна здійснити наступну класифікацію: 0,2 К_{самовідн}. ? 0 - високий коефіцієнт самовідновлення (прийнятний рівень екологічної безпеки); 0,7 К_{самовідн}. ? 0,2 - середній коефіцієнт самовідновлення (неприйнятний рівень екологічної безпеки); 1 К_{самовідн}. ? 0,7 - низький коефіцієнт самовідновлення (небезпечний рівень екологічної безпеки).

На основі проведених досліджень і узагальнень призначаються першочергові природоохоронні заходи, які можуть включати в себе наступні питання:

1. В першому випадку слід проводити аналіз довгострокових змін по окремих гідрохімічних показниках в поверхневих водах водного об'єкту. На основі даного аналізу визначаються додаткові моніторингові створи, в яких необхідно проводити регулярні спостереження. Визначається ступінь порушення водного об'єкту і найбільш впливові фактори (як природні так і техногенні), які сприяють збільшенню цього показника. Складається водний баланс басейну.

Крім цього необхідним є посилення гідрохімічного контролю за якістю поверхневих вод та намічення шляхів з удосконалення водокористування в басейні.

2. В другому випадку крім вище перелічених в пункті 1 заходів, необхідно визначити техногенну складову водного балансу території та дослідити її динаміку у часі, а потім розробити заходи щодо її зменшення.

Удосконалення водокористування повинно складатися: з впровадження новітніх технологій водокористування, включаючи повторне використання води в промисловості та введення найбільш оптимальних норм зрошення на сільськогосподарських територіях; підвищення ефективності роботи очисних споруд при скиді стічних вод у водні об'єкти; аналізу та ранжуванню потенційно небезпечних об'єктів в басейні по ступеню безпеки та загрозі виникнення надзвичайної ситуації; створення геоінформаційних систем для удосконалення механізмів водокористування в регіоні та управління надзвичайними ситуаціями; розробка природоохоронних програм та проектів місцевого та регіонального рівнів.

3. В третьому випадку крім заходів, передбачених в пункті 2, при розробці регіональних та державних програм по оздоровленню та поліпшенню екологічного стану водно-поверхневих об'єктів слід передбачати поступове зменшення техногенного навантаження на регіон з метою відновлення природних зв'язків в екосистемі.

В роботі також наведені дані по синтезованому тематичному шару «Охорона і раціональне використання водних ресурсів» ГІС-картографічного забезпечення-підтримки прийняття рішень з питань охорони навколишнього природного середовища і планування ефективних природоохоронних заходів в управліннях Облдержадміністрації Сумської області (Сумський та Білопільський райони).

У додатках наведено допоміжні таблиці, а також документи щодо впровадження результатів роботи.

Висновки

1. Здійснено оцінку та прогнозування змін мінерального складу поверхневих вод суші в залежності від техногенного навантаження в різних природно-кліматичних зонах України.

2. Проведено дослідження в районі питних водозаборів оз. Ялпуг - Болградський водозабір та р. Десна в/п с. Летки, які засвідчили, що в поверхневих водах поблизу м. Болград (оз. Ялпуг) в 2001-2003 роках спостерігалося підвищення рівня мінералізації за санітарно-гігієнічними нормами для питних водозаборів ДСанПіН №136/1940, ДСТУ 4808: 2007. Автором визначено, що екосистема оз. Ялпуг з 2001 року знаходиться в стадії нової техногенної рівноваги з середньорічним рівнем мінералізації поверхневих вод 1200 мг/дм³.

3. Встановлено для типових водних об'єктів в основних природно-кліматичних зонах України з різними рівнями водозабезпечення і водокористування багаторічну динаміку мінералізації поверхневих вод, як індикатора техногенних впливів на них. Показано, що цю динаміку можна описувати асиметричною кривою розподілення Пірсона ІІІ роду.

4. Запропоновано на основі отриманих залежностей визначення змін показників техногенного навантаження та порушення сталого розвитку за показником мінералізації та перевищення ресурсної спроможності водної екосистеми.

5. Отримано для різних регіонів залежності показали, що щорічна складова змін мінерального складу водних об'єктів (R), рівень порушення екосистем () та перевищення ресурсної спроможності системи () складають відповідно: оз Ялпуг м. Болград - 792, 2 мг/дм³ на рік (за 12 років, 1982-1994 рр.), 1032 мг/дм³ та 3,143; р. Десна (с. Летки) - 35 мг/дм³ на рік, 40 мг/дм³, 1,1; р. Полтва (м. Буськ) - 97 мг/дм³ на рік (за 30 років, 1960-1990 рр.), 100 мг/дм³, (до 1996 року), 1,0; р. Ірпінь (с. Мостище) - 65 мг/дм³ на рік (за 43 роки, 1960-2003), 510 мг/дм³ та 1,5; р. Самара (м. Новомосковськ) - 859 мг/дм³ на рік (за 6 років, 1987-1993 рр.), 1010 мг/дм³, 4,25 (до 1996 року)., р. Лімниця (с. Перевозець) - 55 мг/дм³ на рік (за 32 роки, 1971-2003 рр.), 66 мг/дм³, 1,3.

6. Зроблено нові узагальнення щодо впливу підземного живлення та величини складової підземного стоку на рівень порушення мінерального складу поверхневих вод. Доведено, що підземний стік відіграє суттєву роль у відновленні сталого розвитку системи. Запропоновані статистичні залежності між рівнем порушення сталого розвитку водно-поверхневих екосистем в умовах екстремальних значень водності для різних природно-кліматичних зон України та величинами підземного стоку території (М) та коефіцієнтом взаємозв'язку поверхневих і підземних вод (К_в).

7. Визначено залежності для досягнення поверхневими водами суші часу максимального значення показника загальної мінералізації та часу нової техногенної стадії стабілізації екосистеми. Доведено, що максимальне значення останнього показника залежить не стільки від послаблення антропогенного тиску на систему скільки від природних режимоутворюючих факторів.

8. Досліджено етапи в довгострокових змінах порушення водних об'єктів в залежності від природних циклів основних режимоутворюючих факторів та параметрів техногенного навантаження. Запропонована формула для коефіцієнту самовідновлення (за показником мінералізації), в залежності від рівня якого призначаються водоохоронні заходи в річковому басейні.

9. Проведено зонування території України за ступенем впливу техногенного навантаження на порушення змін мінерального складу водних об'єктів та коефіцієнтах самовідновлення в різних природно-кліматичних зонах.

10. Запропоновано класифікацію першочергових природоохоронних заходів в залежності від отриманого значення коефіцієнту самовідновлення (1 К_{самовідн}. ? 0).

11. Розроблено на основі отриманих в роботі технічних рішень картографічну модель джерел забруднення Білопільського та Сумського районів Сумської області, що дозволяє оптимізувати систему підтримки прийняття управлінських рішень на обласному рівні та підвищити оперативність і достовірність вихідних даних для екологічної експертизи щодо природоохоронних заходів області як існуючих так і нових проектів.

12. Отримано результати досліджень впроваджені в Методичних рекомендаціях до виконання лабораторних робіт «Оцінка та прогнозування якості природних вод» з дисципліни «Основи екологічної безпеки територій і акваторій» при підготовці студентів зі спеціальності «Екологія та охорона навколишнього середовища», спеціалізації «Екологія будівництва» на кафедрі Охорона праці та навколишнього середовища Київського національного університету будівництва та архітектури, Київ - 2003, 40 с.

Основні положення дисертації викладено у працях

1. Оцінка якості поверхневих вод р. Десна у районі Деснянського водозабору Київської області / [О.С. Волошкіна, Н.М. Чайковська, Т.В. Котова, О.Г. Лисюк] // Науковий вісник будівництва. - Х.: ХДТУБА ХОТВ АБУ, 2002. - №19. - С. 205-214.

2. Аналіз довгострокових тенденцій зміни якості поверхневих вод у районі питного водозабору м. Болград Одеської області / [О.С. Волошкіна, Н.М. Чайковська, Т.В. Котова, О.Г. Лисюк]. - К.: УІНСіР РНБОУ, 2003. - Випуск 8. - С. 32-39. - (Зб. наук. праць. Екологія і ресурси).

3. Котова Т.В. Оцінка ступеня техногенної трансформації водно-поверхневих екосистем України / Т.В. Котова, О.С. Волошкіна, Є.О. Яковлев // Екологія і ресурси: Зб. наук. праць Інституту проблем національної безпеки. - К.: Інститут проблем національної безпеки. - 2006. - №14. - С. 50-54.

4. Котова Т.В. Методичні основи визначення рівня техногенної деформації водних екосистем для окремих природно-сільськогосподарських зон України / Т.В. Котова, О.С. Волошкіна, Є.О. Яковлєв // Екологія довкілля та безпека життєдіяльності: Науково-технічний журнал. - К.: Товариство «Знання». - 2005. - С. 39-43.

5. Волошкіна О.С. Вплив техногенезу на динаміку змін мінералізації поверхневих вод оз. Ялпуг в районі Болградського водозабору / О.С. Волошкіна, Т.В. Котова, А.Я. Польовий // Екологія і ресурси: Зб. наук. праць Інституту проблем національної безпеки. - К.: Інститут проблем національної безпеки. - 2005. - №11. - С. 142-147.

6. Волошкіна О.С. Сталість екосистем в умовах техногенезу / О.С. Волошкіна, Т.В. Котова // Научно-производственный журнал. Экология и промышленность. - Харьков: УкрГНТЦ Енергосталь, 2005. - №3 (4). - С. 7-10.

7. Волошкіна О.С. Щодо аналізу складової техногенезу в коливаннях природних циклів водних екосистем / О.С. Волошкіна, Є.О. Яковлєв, Т.В. Котова // «Екологічна безпека: проблеми і шляхи вирішення. Зб. наук. ст. у [2 т]. Т.1. - Х: Райдер, 2005. - С. 259-263.

8. Волошкина Е.С. Влияние подземного стока на степень трансформации водно-поверхностных экосистем Украины в условиях техногенеза / Е.С. Волошкина, Е.А. Яковлев, Т.В. Котова // Материалы конгресса ЭКВАТЭК. 30 мая-2 июня 2006. - Москва, 2006. - 15 с.

9. Котова Т.В. Вплив господарської діяльності на порушення природної рівноваги водних екосистем // Тетяна Валентинівна Котова // «Сучасні проблеми екологічної та техногенної безпеки регіонів». - Київ-Харків-Крим: Інститут проблем національної безпеки, 2006. - 218 с. - (Зб. наук. праць V Міжнародної науково-практичної конференції).

Размещено на Allbest.ru

...