Размещено на http://www.allbest.ru/

УКРАЇНСЬКИЙ НАУКОВО-ДОСЛІДНИЙ ІНСТИТУТ ЕКОЛОГІЧНИХ ПРОБЛЕМ

УДК 504.058

ОЦІНКА ВПЛИВУ ЗАБРУДНЕНИХ ЗЛИВОВИХ ВОД З ПОВЕРХНІ АВТОМОБІЛЬНИХ ДОРІГ НА НАВКОЛИШНЄ СЕРЕДОВИЩЕ

Спеціальність 21.06.01-екологічна безпека

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Мостепан Олена Володимирівна

Харків 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківському національному автомобільно-дорожньому університеті Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: доктор географічних наук, професор Гриценко Анатолій Володимирович, Харківський національний автомобільно-дорожній університет Міністерства освіти і науки України, завідувач кафедри екології та хімії

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Єременко Євген Васильович, Український науково-дослідний інститут екологічних проблем Міністерства охорони навколишнього природного середовища України, завідувач лабораторії гідравлічних та гідрологічних досліджень

кандидат технічних наук Гринь Світлана Олександрівна, Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" Міністерства освіти і науки України, доцент кафедри хімічної техніки та промислової екології

Провідна установа: Національний гірничий університет Міністерства освіти і науки України, м. Дніпропетровськ

Захист відбудеться "__24___" ______грудня________ 2004 р. о ____14⁰⁰____ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.812.01 в Українському науково-дослідному інституті екологічних проблем за адресою: 61166, м. Харків, вул. Бакуліна, 6.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Українського науково-дослідного іинституту екологічних проблем (61166, м. Харків, вул. Бакуліна, 6).

Автореферат розісланий "__23___" _____листопада_______ 2004 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Жуковський Т. Ф.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Серед значної кількості джерел забруднення довкілля істотну небезпеку являють зливові води, що утворюються внаслідок випадіння атмосферних опадів на поверхню урбанізованих територій. Оскільки планування сучасних міських територій передбачає організоване відведення зливових вод шляхом направлення їх до дощоприймачів, розташованих уздовж бордюрного каменю автомобільних доріг, це обумовлює необхідність вивчення впливу саме зливових вод з поверхні автомобільних доріг.

Дослідженням оцінки впливу зливових вод на довкілля приділялась увага в багатьох організаціях країн СНД, а саме в інститутах: Московському інженерному проектному інституті (м. Москва); Московському автомобільно-дорожньому інституті (м. Москва); Київському автомобільно-дорожньому інституті (м. Київ); Українському державному науково-дослідному інституті “УкрВОДГЕО” (м. Харків), Українському проектному науково-дослідному інституті “УкркомунНДІпроект” (м. Харків), Українському науково-дослідному інституті екологічних проблем (м. Харків). При наявності методик, керівництв та правил з проектування автомобільних доріг в області вивчення забруднення зливовими водами довкілля, вплив зливових вод з поверхні автомобільних доріг досліджено недостатньо.

Відповідно сучасним вимогам в галузі охорони довкілля, зливові води з урбанізованих територій не можна відносити до категорії умовно чистих вод, їх слід розглядати як істотне джерело забруднення довкілля. Актуальність теми полягає у науковому обґрунтуванні оцінки впливу забруднених зливових вод з поверхні автомобільних доріг, що дозволить забезпечити сталу роботу інфраструктури міст, запобігти забрудненню зливовими водами водних об'єктів, розробити технічні заходи з метою контролю об'ємів скидання зливових вод та поліпшення якості природного середовища.

Зв'язок з науковими програмами, планами, темами. В дисертаційній роботі наведено основні результати досліджень, які виконані в межах плану науково-дослідних робіт („Розробка Концепції екологічного оздоровлення басейну р. Сіверський Донець” - договір №54/240600 від 28.10.01 р., № д.р. 0101U007263; „Міжрегіональна екологічна програма з охорони та використання вод басейну р. Сіверський Донець” - договір №715 від 09.09.02 р., № д.р. 0102U006061; „Розробка проекту Державної програми екологічного оздоровлення басейну р. Дністер” - договір №11/1180/20 від 10.09.03 р., № д.р. 0103U006662; Замовник наведених робіт - Міністерство екології та природних ресурсів України) та в рамках Природоохоронної програми щодо покращання екологічного стану в Харківській області на 2002 р. (затвердженої рішенням Обласної ради від 21.05.02 р.), що розроблялись відповідно до:

Ш Загальнодержавної програми розвитку водного господарства, затвердженої Законом України від 17 січня 2002 р. №2988-III;

Ш Програми розвитку водопровідно-каналізаційного господарства, затвердженої Постановою Кабінету Міністрів України від 17 листопада 1997 р. №1269.

Метою дисертаційної роботи є оцінка впливу забруднених зливових вод з поверхні автомобільних доріг з метою контролю об'ємів скидання зливових вод та поліпшення стану навколишньoго середовища.

Для досягнення поставленої мети в дисертації були сформульовані наступні задачі:

- систематизувати зливові води з поверхні автомобільних доріг в залежності від розташування доріг та водозбірних територій, на яких вони утворюються;

- дослідити якісний та кількісний склад зливових вод з поверхні автомобільних доріг, розташованих на міських територіях та територіях промислових підприємств;

- розробити методичні положення щодо оцінки впливу забруднених зливових вод з поверхні автомобільних доріг на навколишнє середовище. Провести інвентаризацію джерел надходження забруднюючих речовин до складу зливових вод з урбанізованих територій, у тому числі з поверхні автомобільних доріг;

- уточнити розрахунок максимальної витрати зливових вод з поверхні автомобільних доріг з урахуванням чинників, які впливають на їх формування;

- з'ясувати можливі технічні заходи для запобігання шкідливої дії зливових вод з поверхні автомобільних доріг, що утворюються на різних водозбірних територіях.

Об'єктом дослідження є процес забруднення довкілля зливовими водами. зливові води автомобільний дорога

Предмет дослідження - вплив забруднених зливових вод з поверхні автомобільних доріг на формування стоків, що відводяться у каналізаційні мережі або у водні об'єкти на прикладі м. Харкова.

Методи дослідження. Хімічний аналіз складу зливових вод з поверхні автомобільних доріг виконувався за наступними показниками за допомогою наступних методів та засобів вимірювальної техніки:

ь завислі речовини, мінералізація, сульфати - гравіметричним методом з використанням аналітичних терезів 2 класу точності WA-21 (Чехословаччина) з похибкою 0,10 мг;

ь хлориди - титриметричним методом;

ь біогенні речовини (сполуки групи азоту, фосфати) - фотоколориметричним методом з використанням спектрофотоколориметра „Specol-11” (Чехословаччина) та спектрофотометра СФ-26-УХЛ вітчизняного виробника;

ь нафтопродукти - методом ІЧ-спектрометрії з використанням аналізатора нафтопродуктів „АН-1” вітчизняного виробника та спектрофотометра „Specord-80” (Німеччина);

ь метали, у тому числі важкі - методом атомно-абсорбційної спектрофотометрії з використанням спектрофотометра фірми „Hitachi” (Японія).

Для вимірювання концентрацій забруднюючих речовин у зливових водах з поверхні автомобільних доріг використані метрологічно атестовані методики виконання вимірювань з встановленими похибками вимірювань.

Для експериментальних досліджень складу зливових вод з поверхні автомобільних доріг визначено метод відбору проб, розташування ділянок дорожнього полотна для відбору проб та необхідна кількість проб, що підтверджено статистичною обробкою результатів вимірювань з визначенням надійного інтервалу за допомогою коефіцієнта Стьюдента.

Розрахунок максимальної витрати зливових вод, що надходять з різних поверхонь, виконано з використанням програмного забезпечення Microsoft Excel 97-2000.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у наступному:

§ визначено перелік пріоритетних забруднюючих речовин у складі зливових вод з поверхні автомобільних доріг;

§ розроблено методичні положення щодо оцінки впливу зливових вод з поверхні автомобільних доріг в залежності від умов їх відведення у довкілля;

§ уточнено розрахунок максимальної витрати зливових вод з поверхні автомобільних доріг з урахуванням індивідуальної ситуації утворення зливових вод з різних територій та типів поперечних перерізів водовідвідних пристроїв, влаштованих на автомобільних дорогах та територіях підприємств;

§ запропоновано систематизовані дані можливих діапазонів коливань кількісного вмісту забруднюючих речовин у складі зливових вод з водозбірних територій у межах та за межами міста, а також з територій промислових підприємств різних галузей промисловості, за умов відсутності або наявності очищення зливових вод.

Практичне значення роботи полягає у можливості використання одержаних результатів для оцінки впливу забруднених зливових вод на довкілля для території України.

Розроблені методичні положення щодо оцінки впливу зливових вод з поверхні автомобільних доріг на навколишнє середовище з урахуванням різних умов їх відведення у довкілля (на міські очисні споруди, у водний об'єкт) дозволяють визначити спроможність очисних споруд з урахуванням спроможності водних об'єктів до приймання забруднюючих речовин та встановити спроможність очищення зливових вод з поверхні автомобільних доріг до відповідних нормативних значень щодо якості води і можливості скидання цих зливових вод у водні об'єкти.

Уточнений розрахунок максимальної витрати зливових вод апробований при розрахунках проектів нормативів гранично допустимих скидів забруднюючих речовин із зливовими водами у водне середовище.

Отримані результати дослідження використані в подальшому формуванні комплексних планів розвитку адміністративних районів м. Харкова та Харківської області.

Особистий внесок здобувача:

· систематизовано зливові води з поверхні автомобільних доріг в залежності від розташування доріг та водозбірних територій, на яких вони утворюються;

· розроблено методичні положення щодо оцінки впливу зливових вод на довкілля в залежності від умов їх відведення з урбанізованих територій;

· уточнено розрахунок максимальної витрати зливових вод з поверхні автомобільних доріг з урахуванням типів поперечного перерізу водовідвідних пристроїв;

· визначено перелік пріоритетних забруднюючих речовин у складі зливових вод з поверхні автомобільних доріг;

· систематизовано дані складу зливових вод, що утворюються з територій, які характеризують ці стічні води за вмістом забруднюючих речовин (водозбірні території міста, а саме сучасна житлова забудова, центральні райони міста з інтенсивним рухом автотранспорту, автомобільні дороги біля автозаправних станцій; автомобільні дороги за межами міста, а також території підприємств).

Апробація результатів роботи. Основні положення та результати дисертаційної роботи доповідались на міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми та перспективи очистки і повторного використання води” (м. Харків, 2000 р.); на I міжвузівській науково-технічній конференції молодих вчених “Молодь ХДАДТУ 2001” (м. Харків, 2001 р.); на II всеукраїнській науково-практичній конференції студентів, аспірантів та молодих вчених за підтримкою Київської міської адміністрації “Крок у майбутнє” (м. Київ, 2002 р.); на міжнародній науковій конференції “Екологічні проблеми басейнів транскордонних річок” (м. Луцьк, 2002 р.); на міжнародній науково-практичній конференції “Водні ресурси на рубежі XXI ст. Проблеми раціонального використання, охорони та відтворення” (м. Київ, 2003 р.); на 4-й міжнародній міждисциплінарній науково-практичній конференції "Сучасні проблеми науки та освіти" (м. Ялта, 2003 р.).

Публікації. За результатами дисертаційної роботи опубліковано 10 наукових робіт у різних збірниках та у матеріалах конференцій, в тому числі 5 статей та 5 тез доповідей. Із 5 статей - 3 статті опубліковано у виданнях, регламентованих ВАК України. Чотири статті опубліковано без співавторів.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, трьох розділів, загальних висновків, списку використаних джерел із 120 найменувань та 11 додатків на 43 сторінках. Повний зміст роботи викладено на 251 сторінці машинописного тексту, в тому числі обсяг основного тексту складає 158 сторінок. Робота містить 47 таблиць та 29 рисунків, з них 26 таблиць та 29 рисунків на 36 повних сторінках.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, зв'язок дисертації з науковими програмами та планами, сформульовано мету та задачі досліджень, визначено об'єкт, предмет та методи дослідження, викладено наукову новизну та практичну цінність роботи, особистий внесок здобувача, надано апробацію результатів дослідження.

У першому розділі дисертаційної роботи наведено аналіз впливу забруднених зливових вод з поверхні автомобільних доріг на навколишнє природне середовище. Проаналізовано формування зливових вод з поверхні автомобільних доріг на різних територіях. Визначено основні джерела забруднення зливових вод та їх вплив на сучасний стан довкілля в Україні. Наведено дані відносно хімічного складу атмосферних опадів, які випадають на території України та обумовлюють забруднення ґрунтів та водних об'єктів. Охарактеризовано склад зливових вод з поверхні автомобільних доріг, що утворюються на території міста та територіях промислових підприємств. Відсутність диференціації значень концентрацій забруднюючих речовин у складі зливових вод за окремими ділянками міських територій, охоплених магістральними та вуличними дорогами, та територій промислових підприємств викликає необхідність дослідження кількісного складу зливових вод з поверхні автомобільних доріг.

Наведено визначення річного об'єму за ДСТУ 3013-95 та максимальної витрати зливових вод за БНіП 2.04.03-85 у зв'язку з широким практичним використанням для гідравлічних розрахунків зливових каналізаційних мереж, а також розробки проектів очисних споруд та визначення скидів зливових вод у водні об'єкти.

За рекомендацією БНіП 2.04.03-85, гідравлічні розрахунки відведення зливових вод визначаються лише для круглого перерізу водовідвідних пристроїв (трубопроводів), а для гідравлічних розрахунків лотоків автомобільних доріг різного поперечного профілю (симетричний трапецеїдальний, прямокутний, трикутний та параболічний) не наведені відповідні формули. Розрахунок максимальної витрати зливових вод не дає можливості точного встановлення тривалості протікання зливових вод до вуличних лотоків та точного визначення параметра інтенсивності дощу 20-хвилинної тривалості для всіх адміністративних областей України. У зв'язку з цим виникла необхідність уточнення даного розрахунку для корегування витрат скидів забруднюючих речовин у складі зливових вод для кожного окремого випадку розташування автомобільних доріг на водозбірних територіях.

Вказано способи відведення та методи очищення зливових вод з поверхні автомобільних доріг. Визначено, що вирішення проблеми полягає у впровадженні заходів, спрямованих на зменшення надходження забруднюючих речовин до складу зливових вод з поверхні автомобільних доріг, що підтверджує актуальність роботи та доцільність мети досліджень.

У другому розділі надано систематизацію зливових вод з поверхні автомобільних доріг в залежності від розташування доріг та умов, що впливають на формування їх забруднення: зливові води з поверхні автомобільних доріг, розташованих на міській території; зливові води з поверхні автомобільних доріг, розташованих за межами міста, та зливові води з поверхні автомобільних доріг, розташованих на території підприємств. Наведено перелік елементів площ водозбірних територій, на яких утворюються зливові води.

З метою систематизації досліджень запропоновано розділяти зливові води з поверхні автомобільних доріг на 2 види: сумарні зливові води з поверхні автомобільних доріг та зливові води безпосередньо з поверхні автомобільних доріг. Визначено перелік пріоритетних забруднюючих речовин у зливових водах з поверхні автомобільних доріг на підставі таких критеріїв встановлення пріоритетності, як частість випадків зустрічання речовин у зливових водах з поверхні автомобільних доріг та перевищення гранично допустимих концентрацій речовин у воді водних об'єктів культурно-побутового та рибогосподарського призначення. Перелік містить - завислі речовини; мінералізацію; сульфати; хлориди; біогенні речовини: азот амонійний, нітрити, нітрати, фосфати; біохімічне споживання кисню (БСК_п); хімічне споживання кисню (ХСК); нафтопродукти; важкі метали: свинець, цинк, хром, кадмій, нікель, мідь; залізо.

Досліджено склад сумарних зливових вод з поверхні автомобільних доріг за переліком пріоритетних забруднюючих речовин на підставі аналізу та систематизації даних вимірювань за теплий період року (березень-жовтень 2001 р.) за існуючою методикою відбору проб на обраних для досліджень водозбірних територіях м. Харкова (у межах міста: територія сучасної житлової забудови, територія центральних районів міста з інтенсивним рухом автотранспорту та територія біля автозаправних станцій; за межами міста - окружна автомобільна дорога).

За результатами досліджень складу сумарних зливових вод з поверхні автомобільних доріг, для визначення середньозважених концентрацій, розраховані маси забруднюючих речовин та побудовані графіки залежності мас речовин від експериментально визначених середньомісячних витрат зливових вод (приклад залежностей за окремими показниками надано на рис. 1, 2 для території сучасної житлової забудови). На графіках не спостерігається чітка кореляція маси забруднюючих речовин від середньомісячної витрати сумарних зливових вод. У зв'язку з цим виконано визначено можливість використання середніх концентрацій замість середньозважених, яка показала невеликий відсоток різниці у межах -0,21,4%, що дозволяє в подальших розрахунках використовувати середньоарифметичні значення концентрацій забруднюючих речовин у складі зливових вод з поверхні автомобільних доріг.

Досліджено склад зливових вод безпосередньо з поверхні автомобільних доріг, розташованих на обраних водозбірних територіях м. Харкова за теплий період року (березень-жовтень 2001 р.). Виконано визначення розрахункового об'єму зливових вод безпосередньо з поверхні автомобільних доріг на підставі розрахованих площ дорожнього покриття автодоріг, наведених для прикладу для території сучасної житлової забудови (рис. 3).

Запропоновано обрану методику відбору проб забруднень з визначенням ділянок дорожнього полотна для відбору проб в залежності від обраних водозбірних територій, яка полягає у механічному змітанні дорожнього пилу у пластиковий контейнер, а також визначення концентрацій забруднюючих речовин у відібраній усередненій пробі пилу.

Визначено перелік забруднюючих речовин у зливових водах безпосередньо з поверхні автомобільних доріг, характерних при забрудненні поверхні автомобільної дороги від автотранспорту (нафтопродукти, важкі метали: свинець, цинк, хром, кадмій, нікель, мідь; залізо). На підставі експериментальних досліджень виконані розрахунки середніх концентрацій забруднюючих речовин у складі зливових вод безпосередньо з поверхні автодоріг.

Встановлена потрібна кількість вимірювань для досягнення репрезентативності та точності результатів дослідження на основі статистичної обробки результатів вимірювань з визначенням надійного інтервалу ?a, мг/дм³, за допомогою коефіцієнта Стьюдента (t_б), який враховує коефіцієнт надійності б та кількість вимірювань n, за формулою

, (1)

де?(?a_i)² -- сума квадратів похибок окремих вимірювань концентрацій забруднюючих речовин у зливових водах безпосередньо з поверхні автомобільних доріг, (мг/дм³)².

Точність вимірювань концентрацій забруднюючих речовин у зливових водах безпосередньо з поверхні автомобільних доріг - е, %, визначається за формулою

, (2)

де в	-- середнє значення результатів вимірювання, мг/дм3.

Результати розрахунків точності вимірювань на прикладі концентрацій нафтопродуктів у зливових водах безпосередньо з поверхні автомобільних доріг (табл. 1) свідчать про приблизно однакові значення точності вимірювань при кількості проб від 4 до 7, отже достатньою кількістю проб дорожнього пилу при хімічному аналізі складу зливових вод безпосередньо з поверхні автомобільних доріг приймається 4 проби та більше.

Таблиця 1

Точність вимірювань концентрації нафтопродуктів у зливових водах безпосередньо з поверхні автодоріг при кількості проб пилу n=3ч7

Кількість проб дорожнього пилу, n, шт.	3	4	5	6	7
Точність вимірювань, е, %	8,5	7,3	7,1	7,2	7,3

Визначено склад сумарних зливових вод з поверхні автомобільних доріг, розташованих на території підприємств, що відносяться до житлово-комунального та дорожньо-експлуатаційного господарств, підприємств різних галузей промисловості (електроенергетики, паливної, металургійної, хімічної та нафтохімічної, лісопереробної, машинобудівельної, легкої, харчової, фармакологічної промисловості, промисловості будівельних матеріалів, транспортної галузі) та систематизовано дані щодо діапазону коливань концентрацій забруднюючих речовин у їх складі за переліком пріоритетних забруднюючих речовин, у масив даних з урахуванням відсутності та різного ступеня очищення зливових вод.

Досліджено вплив зливових вод з поверхні автомобільних доріг на навколишнє середовище на підставі визначення внеску у його забруднення зливовими водами безпосередньо з поверхні автомобільних доріг за умов різних шляхів їх відведення: загальносплавною та напівроздільною каналізаційною системами на міські очисні споруди, повною роздільною каналізаційною системою у водні об'єкти або за рельєфом місцевості. У кожному випадку відведення зливових вод з поверхні автодоріг встановлено показники, за якими спостерігається найбільший внесок у забруднення довкілля із зливовими водами безпосередньо з поверхні автодоріг, наприклад, для території сучасної житлової забудови, у разі відведення на міські очисні споруди сумарних зливових вод з поверхні автомобільних доріг як суміші зливових вод з території та зливових вод безпосередньо з поверхні автодоріг (1 варіант - рис. 4) та зливових вод безпосередньо з поверхні автодоріг у повному обсязі або з часткою сумарних зливових вод (2 варіант - рис. 5), у разі відведення повною роздільною каналізаційною системою, яка діє у м. Харкові, у водні об'єкти (рис. 6) та у разі відведення за рельєфом у водні об'єкти (рис. 7).

На підставі експериментальних даних складу зливових вод та досліджень впливу розроблено методичні положення щодо оцінки впливу зливових вод з поверхні автомобільних доріг, розташованих на різних водозбірних територіях, при умові різних шляхів їх надходження у довкілля. Врахована лімітуюча ознака шкідливості при надходженні зливових вод безпосередньо з поверхні автомобільних доріг у водні об'єкти культурно-побутового призначення (санітарно-токсикологічна, органолептична, загальносанітарна) та рибогосподарського призначення (токсикологічна, санітарно-токсикологічна, рибогосподарська).

Виконана інвентаризація джерел надходження забруднюючих речовин до складу зливових вод з поверхні автомобільних доріг за середовищем забруднення (атмосфера, поверхні територій, ґрунти, рослинний покрив), за природою речовин, які забруднюють зливові води, за пріоритетним переліком забруднюючих речовин зливових вод. Вона дозволяє при відсутності систематичних спостережень за скидами зливових вод встановлювати основні джерела надходження забруднюючих речовин у техногенній екосистемі “автомобільна дорога - довкілля” та визначати технічні заходи щодо зниження впливу зливових вод з поверхні автомобільних доріг на довкілля.

Третій розділ присвячено уточненню розрахунку максимальної витрати зливових вод з поверхні автомобільних доріг та з'ясуванню технічних заходів щодо зменшення їх впливу на довкілля.

Уточнення існуючого розрахунку максимальної витрати зливових вод з поверхні автомобільних доріг полягає у:

· уточненні гідравлічних розрахунків відведення зливових вод з поверхні автомобільних доріг (лотоки, трубопровід тощо);

· уточненні тривалості протікання зливових вод до вуличних лотоків - t_con, хв;

· визначенні параметра інтенсивності дощу 20-хвилинної тривалості q₂₀, л/с^.га, для території України.

Уточнення гідравлічних розрахунків відведення зливових вод з поверхні автомобільних доріг пов'язано з визначенням швидкості руху зливових вод при розрахунках тривалості протікання зливових вод лотоками автомобільних доріг (t_can, хв) та трубопроводами зливової каналізаційної мережі (t_p, хв). Вирішено задачу, мета якої полягає у виведенні формули визначення швидкості рівномірного безнапірного руху зливових вод для кожного окремого типу поперечного перерізу лотоків (симетричний трапецеїдальний, прямокутний, трикутний та параболічний) на підставі формул гідравлічного розрахунку швидкості руху рідини з урахуванням гідравлічних елементів живого перерізу лотоків.

Швидкість руху зливових вод лотоками автомобільних доріг різного поперечного перерізу (v, м/с) розраховується наступним чином:

Ш симетричний трапецеїдальний поперечний переріз лотока:

, (3)

де і	похил дна лотока, ;
b	ширина лотока, м;
h	-- глибина наповнення лотока, м;
m	-- коефіцієнт укосу;
n1	-- коефіцієнт шорсткості, який залежить від матеріалу лотока.

Ш прямокутний поперечний переріз лотока:

. (4)

Ш трикутний поперечний переріз:

. (5)

Ш параболічний поперечний переріз лотока:

· при К=h/B0,15

, (6)

де К	коефіцієнт, який враховує співвідношення h/B;
h	глибина наповнення лотока зливовими водами, м;
В	ширина поверхні потоку у лотоку, м.

· при 0,15<К=h/B0,33

, (7)

при 0,33<К=h/B2,0

, (8)

при К=h/B2,0

. (9)

Швидкість руху зливових вод трубопроводами зливової каналізаційною мережі круглого поперечного перерізу (v_р, м/с) розраховується наступним чином:

, (10)

де D	діаметр круглої труби, м.

Уточнення гідравлічних розрахунків відведення зливових вод з поверхні автомобільних доріг трубопроводами зливової каналізаційної мережі (тривалості їх протікання - t_p, хв) засновані на дослідженнях В.О. Карагодіна та В.М. Молокова, що враховують заповнення вільної ємності трубопроводів та поступове нарощування швидкості руху вод:

, (11)

де ri	-- коефіцієнт, що залежить від похилу місцевості та показника ступеня n формули максимальної витрати зливових вод;
lp	-- розрахункова швидкість течії зливових вод трубопроводами, м/с.

На підставі існуючої методики розрахунку максимальної витрати зливових вод для території України обрано такі значення показника ступеня n - для рівнинних областей та височин заходу України n=0,71; для сходу та півострову Крим n=0,67. Тоді за встановленими залежностями коефіцієнта r_i від похилу місцевості (і, ) та показника ступеня n його значення для території України складають:

§ у разі i<0,01 та n=0,67 коефіцієнт r_i =2,2; при n=0,71 коефіцієнт r_i=2,0;

§ при похилах i=0,01-0,03 коефіцієнт r_i необхідно зменшити на 25-30%, тобто при n=0,67 коефіцієнт r_i =1,54-1,65; при n=0,71 коефіцієнт r_i =1,4-1,5;

§ при похилах i>0,03 незалежно від показника ступеня n коефіцієнт r_i =1,2.

Уточнення тривалості протікання зливових вод до вуличних лотоків (t_con, хв) пропонується здійснити з урахуванням досліджень, виконаних Дикаревським В.С. та Кургановим О.М. У цьому разі тривалість протікання зливових вод з поверхні автомобільних доріг до вуличних лотоків (t_con, хв) складається з тривалості стоку зливових вод з дахів та водостічними трубами (t_rf=0,5 хв), а також з тривалості протікання зливових вод поверхнями без лотоків (t_wc=35 хв).

Визначення параметра інтенсивності дощу 20-хвилинної тривалості для території України, який використовується при розрахунку максимальної витрати зливових вод з поверхні автомобільних доріг, обумовлено труднощами з встановленням параметра q₂₀, л/с^.га, для різних областей України, що обумовило у сучасних умовах нанесення ізоліній q₂₀ на географічну карту України для точного встановлення його значень для адміністративних областей України.

Уточнення розрахунку максимальної витрати зливових вод були враховані при розробці проектів гранично допустимих скидів забруднюючих речовин із зливовими водами, що утворилися на території двох підприємств м. Умань Черкаської області, які відрізняються системами лотоків водовідведення різного перерізу. Зіставлення результатів розрахунків показало збільшення тривалості протікання зливових вод з території підприємств та зменшення максимальної витрати зливових вод на 6,7-25,4% у зв'язку з урахуванням чинників, які впливають на формування стоку зливових вод, що дозволили точніше встановити кількість або об'єм технічних заходів, спрямованих на досягнення нормативних показників для зливових вод, які скидаються у водні об'єкти різних категорій водокористування.

З'ясування технічних заходів щодо зменшення негативного впливу забруднених зливових вод з поверхні автомобільних доріг, розташованих у межах та за межами міста, а також на території підприємств, базується на виконаних дослідженнях впливу зливових вод при різних умовах їх відведення у довкілля. З'ясовано технічні заходи з рекомендаціями щодо поліпшення технічного стану автотранспорту, використання високоякісного палива для його роботи, збільшення зносостійкості дорожніх одеж, запобігання процесів корозії захисних засобів на дорогах, відгородження смуг озеленення газонів придорожньої смуги, здійснення очистки грат дощоприймачів від накопиченого сміття, підвищення роботи пило- та газоочисних приладів, упорядкування зберігання та транспортування сипучих і рідких матеріалів до влаштування локальних систем водовідведення і очищення забруднених зливових вод, систем збирання для попередньої очистки зливових вод, а також будівництво автомобільних доріг з резервуарною структурою. Крім того, систематизовано технічні заходи за конкретними забруднюючими речовинами у складі зливових вод безпосередньо з поверхні автомобільних доріг, які вносять найбільший внесок у забруднення довкілля. Визначено організаційне та управлінське забезпечення технічних заходів з метою їх ефективного втілювання.

Висновки

1. Екологічна безпека залежить від успішного вирішення питань зниження негативного впливу зливових вод з поверхні автомобільних доріг, які надходять з урбанізованих територій та безпосередньо з поверхні автомобільних доріг. У зв'язку з каналізуванням територій міст та перевагою при надходженні до каналізаційних систем зливових вод безпосередньо з поверхні автомобільних доріг набуває суттєвого значення з'ясування формування забруднених зливових вод, які відводяться каналізаційною системою у довкілля.

2. Запропоновано систематизувати зливові води з поверхні автомобільних доріг в залежності від їх утворення на різних водозбірних територіях на три групи: зливові води з поверхні автомобільних доріг, розташованих на міській території; зливові води з поверхні автомобільних доріг, розташованих за межами міста, та зливові води з поверхні автомобільних доріг, розташованих на території підприємств.

3. Досліджено склад зливових вод з поверхні автомобільних доріг, поділених на 2 види: сумарні зливові води з поверхні автомобільних доріг та зливові води безпосередньо з поверхні автомобільних доріг, розташованих на території м. Харкова та за його межами, на підставі систематизації на вищенадані три групи. Визначено перелік пріоритетних забруднюючих речовин у зливових водах з поверхні автомобільних доріг.

Для дослідження складу зливових вод безпосередньо з поверхні автомобільних доріг запропоновано методику відбору проб забруднень, ідентифікацію їх концентрацій, оцінювання потрібної кількості вимірювань для досягнення можливої репрезентативності та точності результатів дослідження на основі статистичної обробки результатів вимірювань з визначенням надійного інтервалу за допомогою коефіцієнта Стьюдента. Визначено перелік забруднюючих речовин у зливових водах безпосередньо з поверхні автомобільних доріг.

Визначено склад сумарних зливових вод з поверхні автомобільних доріг, розташованих на території підприємств, що відносяться до житлово-комунального та дорожньо-експлуатаційного господарств, підприємств різних галузей промисловості.

4. Розроблено методичні положення щодо оцінки впливу зливових вод з поверхні автомобільних доріг, розташованих на різних водозбірних територіях, при відведенні їх загальносплавною, полуроздільною каналізаційними системами на міські очисні споруди, повною роздільною каналізаційною системою та за рельєфом місцевості у водні об'єкти м. Харкова, що належать до басейну р. Сіверський Донець. Врахована лімітуюча ознака шкідливості при відведенні зливових вод у водні об'єкти м. Харкова з точки зору впливу зливових вод з поверхні автомобільних доріг на формування якості води. Виконано інвентаризацію джерел надходження забруднюючих речовин до складу зливових вод з поверхні автомобільних доріг.

5. Уточнено розрахунок максимальної витрати зливових вод з поверхні автомобільних доріг. Запропоновано для уточнення розрахунку тривалості протікання зливових вод лотоками автомобільних доріг та трубопроводами каналізаційних систем при заданому їх наповненні враховувати форми поперечного перерізу. Виведені формули визначення швидкості руху зливових вод для різних типів поперечного перерізу лотоків (симетричний трапецеїдальний, прямокутний, трикутний, параболічний) та трубопроводів круглого поперечного перерізу. Виконано нанесення ізоліній інтенсивності дощу тривалістю 20 хвилин на географічній карті України для точного визначення цього параметра для адміністративних областей України.

6. З'ясовано технічні заходи щодо зменшення впливу забруднених зливових вод з поверхні автомобільних доріг, розташованих на міській території, за межами міста та на території підприємств, за підсумками виконаної оцінки впливу зливових вод, яка враховує різні умови їх відведення. Систематизовано технічні заходи за конкретними забруднюючими речовинами у складі зливових вод безпосередньо з поверхні автомобільних доріг (нафтопродукти, свинець, цинк, хром, кадмій, нікель, мідь, залізо). Визначено організаційне та управлінське забезпечення технічних заходів з метою їх ефективного втілювання.

7. Наведені результати розрахунків впливу зливових вод з поверхні автомобільних доріг на довкілля за допомогою середніх значень витрат та концентрацій забруднюючих речовин у їх складі використовуються для первинних розрахунків. Подальші дослідження доцільно проводити з урахуванням зміни у часі значень витрат та концентрацій забруднюючих речовин для визначення їх мінімальних та максимальних значень, крім того потрібно при експериментальних дослідженнях складу зливових вод безпосередньо з поверхні автомобільних доріг урахування забруднюючих речовин, які містяться у атмосферних опадах.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Гриценко А. В., Мостепан О. В. Екологічна небезпека дощових та снігових стічних вод з поверхні автомобільних доріг і територій промислових підприємств // Коммунальное хозяйство городов. К.: Техника, 2001. Вып. 27. С. 95-97.

2. Мостепан Е. В. Комплексный подход к оценке влияния ливневого стока с поверхности автомобильных дорог на окружающую природную среду // Коммунальное хозяйство городов. К.: Техника, 2002. Вып. 38. С. 142-144.

3. Мостепан Е. В. Совершенствование методики расчета максимального расхода ливневых вод с поверхности автомобильных дорог // Вестник ХНАДУ. Харьков: ХНАДУ, 2002. Вып. 19. С. 65-67.

4. Мостепан О. В. Принципові підходи до вирішення проблеми забруднення водного середовища зливовим стоком з урбанізованих територій // Гідрологія, гідрохімія і гідроекологія. Луцьк: РВВ Луцького ДТУ, 2002. Т. 4. С. 140-145.

5. Мостепан О. В. Техногенна екосистема "автомобільна дорога довкілля": сучасний стан, проблеми та перспективи вирішення // Вісник ХІСП. Харків: ХІСП, 2003. Вип. 1-2 (3-4). С. 73-78.

6. Сухоруков Г.О., Болехан Т.В., Мурашова О.В., Лапшина А.П., Мостепан О.В. Методичне положення про регулювання скидання забруднюючих речовин у водні об'єкти із дощовими та сніговими стічними водами // Зб. тез доповідей наук.-практич. конф. “Екологія Харківщини: стан, проблеми, перспективи“. Харків: УкрНДІЕП, 2000. С. 56-57.

7. Мостепан Е. В. Эколого-экономические методы как решение проблемы загрязнения окружающей природной среды ливневым стоком на постсоветском пространстве // Вчені записки ХІУ. Харків: ХІУ, 2002. Вип. 4(8). С. 181-183.

8. Мостепан Е. В. Исследование влияния сбросов ливневого стока в окружающую природную среду // Сб. тезисов докладов XXXI научно-тех. конф. преподавателей, аспирантов и сотрудников Харьковской государственной академии городского хозяйства. Харьков: ХГАГХ, 2002. Часть 1. С. 40-41.

9. Мостепан О. В. Актуальність дослідження хімічного складу зливового стоку з автомобільних доріг в умовах сучасного забруднення довкілля // Зб. тез доповідей II Всеукр. науково-практич. конф. “Крок у майбутнє”. К.: Політехніка, 2002. С. 35.

10. Мостепан Е. В., Рыбалова О. В., Савченко Н. В. Проблема защиты малых рек от загрязнения их поверхностным стоком с урбанизированных территорий // Матеріали 4-ої Міжнар. міждисциплінар. наук.-практич. конф. "Сучасні проблеми науки та освіти". Харків: ХНУ, 2003. С. 73.

Особистий внесок здобувача: [1] запропоновано заходи щодо зниження впливу забруднених зливових вод; [6] виконано аналіз існуючих розрахунків об'ємів та витрат зливових вод; [10] визначені джерела надходження забруднюючих речовин до складу зливових вод.

Анотація

Мостепан О. В. Оцінка впливу забруднених зливових вод з поверхні автомобільних доріг на навколишнє середовище. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 21.06.01 - екологічна безпека. - Український науково-дослідний інститут екологічних проблем, Харків, 2004.

Дисертаційна робота Мостепан О. В. присвячена вирішенню актуального питання мінімізації впливу зливових вод з поверхні автомобільних доріг на довкілля. Систематизовано зливові води з поверхні автомобільних доріг в залежності від розташування доріг та водозбірних територій, на яких вони утворюються. Визначено перелік пріоритетних забруднюючих речовин у складі зливових вод з поверхні автомобільних доріг.

Досліджено склад зливових вод з поверхні автомобільних доріг, розташованих на території м. Харкова та за його межами. Запропоновано методику відбору проб забруднень, визначення їх концентрацій, оцінку потрібної кількості вимірювань для досягнення репрезентативності та точності результатів дослідження на основі статистичної обробки результатів вимірювань. Розроблено методичні положення щодо оцінки впливу зливових вод з поверхні автомобільних доріг при відведенні каналізаційними системами на очисні споруди, у водні об'єкти або при надходженні їх за рельєфом місцевості на довкілля. Враховано лімітуючу ознаку шкідливості при відведені зливових вод у водні об'єкти з точки зору їх впливу на формування якості води водних об'єктів. Виконано інвентаризацію джерел надходження забруднюючих речовин до складу зливових вод з поверхні автомобільних доріг.

Уточнено розрахунок максимальної витрати зливових вод з поверхні автомобільних доріг з урахуванням чинників впливу на формування зливових вод. З'ясовано технічні заходи для запобігання негативного впливу зливових вод з поверхні автомобільних доріг, розташованих на міській території, за межами міста та на території підприємств.

Ключові слова: забруднюючі речовини, зливові води, автомобільна дорога, навколишнє природне середовище, відведення зливових вод, інвентаризація, витрата зливових вод.

Аннотация

Мостепан Е. В. Оценка влияния загрязненных ливневых вод с поверхности автомобильных дорог на окружающую природную среду. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 21.06.01 - экологическая безопасность. - Украинский научно-исследовательский институт экологических проблем, Харьков, 2004.

Диссертационная работа Мостепан Е. В. посвящена решению актуальной задачи минимизации влияния загрязненных ливневых вод с поверхности автомобильных дорог на окружающую среду. Проанализировано формирование ливневых вод с поверхности автомобильных дорог, размещенных на различных территориях. Определены основные источники загрязнения ливневых вод и их влияние на современное состояние окружающей среды в Украине. Систематизированы ливневые воды с поверхности автомобильных дорог в зависимости от размещения дорог и водосборных территорий, на которых они образуются. Определен список приоритетных загрязняющих веществ в составе ливневых вод с поверхности автомобильных дорог.

Исследован состав ливневых вод с поверхности автомобильных дорог, разделенных на 2 вида: суммарные ливневые воды с поверхности автомобильных дорог и ливневые воды непосредственно с поверхности автомобильных дорог. Изучен состав суммарных ливневых вод с поверхности автомобильных дорог на основании анализа и систематизации данных измерений по существующей методике отбора проб на водосборных территориях г. Харькова (в пределах города: территория современной жилой застройки, центральных районов города с интенсивным движением автотранспорта, территория возле автозаправочных станций; за пределами города - окружная автомобильная дорога). Выполнены исследования состава ливневых вод непосредственно с поверхности автомобильных дорог с выбранных водосборных территорий г. Харькова. Предложена методика отбора проб загрязняющих веществ в составе ливневых вод, оценка необходимого количества измерений для достижения репрезентативности и точности результатов измерений на основе статистической обработки результатов измерений с определением доверительного интервала с помощью коэффициента Стьюдента.

Установлен состав суммарных ливневых вод с поверхности автомобильных дорог, размещенных на территории промышленных предприятий, относящихся к жилищно-коммунальному и дорожно-эксплуатационному хозяйству, различным отраслям промышленности (электроэнергетики, топливной, металлургической, химической и нефтехимической, лесоперерабатывающей, машиностроительной, легкой, пищевой, фармакологической промышленности, промышленности строительных материалов, транспортной отрасли). Систематизированы данные относительно диапазона концентраций загрязняющих веществ в составе суммарных ливневых вод с поверхности автомобильных дорог с учетом различной степени их очистки.

Разработаны методические положения по оценке влияния загрязненных ливневых вод с поверхности автомобильных дорог на окружающую среду при их отведении канализационными системами на городские очистные сооружения, в водные объекты либо по рельефу местности. При этом учтен лимитирующий показатель вредности при отведении ливневых вод в водные объекты с точки зрения влияния ливневых вод с поверхности автомобильных дорог на формирования качества воды. Выполнена оценка влияния ливневых вод с поверхности автомобильных дорог на окружающую среду в зависимости от путей поступления ливневых вод и установлены загрязняющие вещества, вносящие наибольший вклад в загрязнение окружающей среды в составе ливневых вод непосредственно с поверхности автомобильных дорог. Выполнена инвентаризация источников поступления загрязняющих веществ в состав ливневых вод с поверхности автомобильных дорог на основании списка приоритетных загрязняющих веществ.

Уточнен расчет максимального расхода ливневых вод с поверхности автомобильных дорог, включающий уточнение гидравлических расчетов отведения ливневых вод с поверхности автомобильных дорог лотками или трубопроводами ливневой канализации при заданном их наполнении, уточнение продолжительности протекания ливневых вод до уличных лотков, а также определение параметра интенсивности дождя 20-минутной продолжительности для территории Украины. С целью уточнения гидравлических расчетов лотков автомобильных дорог выведены формулы определения скорости движения ливневых вод для различных типов поперечного разреза лотка (симметричный трапецеидальный поперечный разрез, прямоугольный поперечный разрез, треугольный поперечный разрез и параболический поперечный разрез). Выполнено нанесение изолиний интенсивности дождя 20-минутной продолжительности на географической карте Украины для точного определения этого параметра для всех административных областей Украины.

Согласованы технические мероприятия для снижения воздействия загрязненных ливневых вод с поверхности автомобильных дорог, размещенных на городской территории, за пределами города, на территории предприятий. Систематизированы технические мероприятия по конкретным загрязняющим веществам в составе ливневых вод непосредственно с поверхности автомобильных дорог на основании выполненных оценок их влияния на окружающую среду. Установлено организационное и управленческое обеспечение эффективной реализации технических мероприятий.

Ключевые слова: загрязняющие вещества, ливневые воды, автомобильная дорога, окружающая природная среда, отведение ливневых вод, инвентаризация, расход ливневых вод.

Annotation

Mostepan О. V. Еstimation of the influence of polluted storm water runoff from the road surfaces on the environment. - Manuscript.

The thesis for getting of a Candidate of Technical Sciences Degree by the speciality 21.06.01 - ecological safety. - The Ukrainian Scientific Research Institute of Ecological Problems, Kharkiv, 2004.

The thesis of O. V. Mostepan is dedicated to a solution of the actual problem concerning minimizing the impact of the storm water runoff from road surfaces on the environment. The storm water runoff from road surfaces that depends from a disposition on roads and water gathering territories have been systematized. A list of priority pollutants contained in the road runoff has been compiled.

A composition of the road runoff at the territory of Kharkiv and its suburban areas has been investigated. The road pollutants sampling methodology, pollutants concentrations determination and estimation of a necessary number of samples for obtaining representative and accurate investigation results - based on statistical analysis - has been proposed.

The methodical guidelines for the road runoff environmental impact evaluation have been worked out with allowance for the runoff delivery to sewage treatment stations, to water bodies or to the land surface.

In a case of road runoff discharge to a water body the limiting indicator of noxiousness is taken into account as a factor impacting quality of water in the water body. An inventory of sources of pollutants entering to the road runoff has been compiled.

Computation of the maximum discharge from the road surfaces has been rendered more precise by allowance for factors impacting non-point discharge quality formation. Available technical means for the runoff harmful impact prevention situated at city and suburban territories and at industries areas have been identified.

Key words: pollutants, storm water runoff, road, environment, runoff delivery, inventory, storm water discharge.

Размещено на Allbest.ru

...