Еколого-соціальні наслідки підтоплення міських територій та розробка заходів до його зменшення (на прикладі міста Дніпродзержинська)

Размещено на http://www.allbest.ru/

УКРАЇНСЬКИЙ НАУКОВО-ДОСЛІДНИЙ ІНСТИТУТ

ЕКОЛОГІЧНИХ ПРОБЛЕМ

УДК 502.36 : 556.18

Спеціальність 21.06.01 - екологічна безпека

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Еколого-соціальні наслідки підтоплення міських територій та розробка заходів до його зменшення (на прикладі міста Дніпродзержинська)

Непошивайленко Наталія Олександрівна

Харків - 2005



Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Дніпродзержинському державному технічному університеті (ДДТУ) Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Волошин Микола Дмитрович, Дніпродзержинський державний технічний університет, завідувач кафедри технології неорганічних речовин

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Пантелят Гаррі Семенович, Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, професор кафедри водопостачання, водовідведення та гідравліки

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Захарченко Михайло Андрійович, Український науково-дослідний інститут екологічних проблем, завідуючий сектором інженерних методів захисту підземних вод лабораторії екологічної гідрогеології

Провідна установа: Національний гірничий університет, кафедра екології, Міністерство освіти і науки України, м. Дніпропетровськ.

Захист відбудеться 10.06. 2005 р. о 14 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 ознайомитися у бібліотеці Українського науково-дослідного інституту екологічних проблем (61166, м. Харків, вул. Бакуліна, 6).

Автореферат розісланий 05.05.2005 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Жуковський Т.Ф.



Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Підвищення рівня підземних вод (РПВ), яке викликає підтоплення урбанізованої території, та засоби боротьби з цим явищем поряд із забрудненням навколишнього середовища завдає зміни у стані довкілля населених пунктів. В Україні підтоплення земель розвинене на території понад 500 великих і малих міст й охоплює площу біля 200 тис. га (11% від загальної площі цих населених пунктів). В зоні потенційно підтоплених територій знаходиться більше 150 тис. га забудованих територій. Більш ніж у 20 великих містах підтоплені площі перевищують 1000 га.

Представницькими прикладами, де існує проблема підтоплення територій, є міста Дніпродзержинськ, Дніпропетровськ, Харків, Київ, Одеса та інші.

Промислова і цивільна забудова міст України сприяла порушенню історично сформованої природної рівноваги. Інфільтрація води з мереж водопостачання і водовідведення комунального господарства і промислових об'єктів, аварійні витоки води з указаних мереж, порушення балансу поверхневого стоку, скорочення площі відкритої поверхні на забудованих територіях сприяють додатковому живленню підземних вод і підвищенню їхнього рівня, замочуванню ґрунтів, підтопленню територій з виникненням просадних деформацій і зсувних явищ. Незадовільний санітарно-гідротехнічний стан, викликаний підтопленням на території міст, зумовлює забруднення ґрунтів, поверхневих і підземних вод, а також погіршення санітарно-епідеміологічного стану приміщень на підтоплених територіях, що сприяє поширенню епідемій та інфекцій. Вказане характерне більшості підтоплених урбанізованих територій України.

На прикладі м. Дніпродзержинська з'ясовано, що основним фактором, який викликає підтоплення, є господарська діяльність людини, що впливає на природне середовище і погіршує умови життя населення, а також знижує цінність земель міського фонду. Особливо небезпечне становище склалося у північно-західній частині м. Дніпродзержинська, де розміщені промислові підприємства (металургійний комбінат ім. Дзержинського, коксохімічний завод, хімічні комбінати тощо). Аварійний режим роботи дренажної меліоративної системи (МС), яка розташована у цьому районі міста, призводить до катастрофічного екологічного положення та потребує невідкладних заходів як наукового, так і технічного спрямування.

Таким чином, створення системи спостереження за розвитком процесів підвищення РПВ та розробка реальних технічних рішень, спрямованих на регулювання та зменшення негативних наслідків, є актуальним і своєчасним, оскільки нададуть можливість зменшити або усунути існуючі еколого-соціальні порушення, пов'язані з підтопленням урбанізованих територій та м. Дніпродзержинська зокрема.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась відповідно до напрямку Програми виходу з екологічної кризи м. Дніпродзержинська на 2000-2005 рр. розділу „Екзогенні процеси на території міста” (Розпорядження Президента України від 11.06.1997р. №235/97-рп „Про еколого-економічний експеримент у містах Кривий Ріг, Дніпродзержинськ, Маріуполь і Запоріжжя”, Постанови Кабінету Міністрів України від 28.04.1999р. №715), окремі її результати включені до програми з ліквідації підтоплення на території м. Дніпродзержинська.

Робота виконувалась за планом науково-дослідницької роботи Дніпродзержинського державного технічного університету „Теоретичне та дослідницьке обґрунтування засобів боротьби з підтопленням ґрунтів в умовах промислового міста Придніпров'я” (№ державної реєстрації 01970U06759), а також в об'ємі господарського договору №724-13 юр-99.

Мета роботи і завдання дослідження. Метою роботи є з'ясування еколого-соціальних наслідків підтоплення міських територій та розробка технічних рішень щодо зниження РПВ (на прикладі міста Дніпродзержинська).

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

дослідити гідрогеологічні, геоморфологічні, інженерні умови та соціальний стан на території м. Дніпродзержинська;

скласти водний баланс зони аерації для території м. Дніпродзержинська зі статтями притоку і витрати природних та господарчих вод, а також виявити об'єми та джерела вод, що потрапляють у підземні горизонти й спричиняють підтоплення територій;

розробити електронну карту підтоплення м. Дніпродзержинська з відокремленням зон небезпечних рівнів залягання підземних вод;

визначити вплив підтоплення міських територій на соціальний стан населення;

науково обґрунтувати та розробити заходи щодо поліпшення екологічного стану складових довкілля у м. Дніпродзержинську, розробити технічні рішення та рекомендації щодо усунення підтоплення окремих районів та м. Дніпродзержинська в цілому.

Об'єкт дослідження - еколого-соціальні наслідки підвищення рівня підземних вод.

Предметом дослідження є умови підвищення рівня підземних вод та заходи, спрямовані на його зменшення (на прикладі м. Дніпродзержинська).

Методи дослідження. Експериментальні дослідження виконано в лабораторних та реальних (польових) умовах. Гідрогеологічне та соціальне становище оцінене за статистичними дослідженнями архівних матеріалів й відповідних форм звітності. Методика дослідження та обробка отриманих даних базується на використанні методів системного аналізу, математичної статистики з використанням комп'ютерної техніки.

Наукова новизна отриманих результатів полягає у наступному:

встановлено залежність процесу підвищення рівня підземних вод від властивостей лесових ґрунтів і статей водного балансу;

розроблено математичну модель кореляції значень коефіцієнту фільтрації для лесових ґрунтів, одержаних лабораторним способом до значень цього показника в конкретних польових умовах;

науково обґрунтовано та розроблено заходи щодо поліпшення екологічного стану водної та ґрунтової складових довкілля у м. Дніпродзержинську за рахунок зниження рівня підземних вод, вдосконалення систем водокористування промислових підприємств та відновлення режиму роботи міської дренажної системи;

розроблено електронну карту підтоплення м Дніпродзержинська з визначенням зон небезпечних рівнів залягання підземних вод;

розраховано екологічні коефіцієнти впливу підтоплення на соціальний стан населення.

Практичне значення отриманих результатів.

Складено та впроваджено електронну карту підтоплення м. Дніпродзержинська з метою вивчення гідрогеологічних явищ у місті, прогнозування процесу підвищення РПВ і централізованого прийняття мір з покращання ситуації, що склалася.

Розроблено заходи, які спрямовані на усунення небезпечних гідрогеологічних явищ у м. Дніпродзержинську. Рекомендації щодо усунення підтоплення включені до розділу „Екзогенні процеси на території міста” Програми виходу з екологічної кризи м. Дніпродзержинська на 2000-2005 рр. та програми з ліквідації підтоплення на території м. Дніпродзержинська.

Складено комплекс заходів щодо поліпшення екологічного стану водної та ґрунтової складових довкілля у районах м. Дніпродзержинська, що вміщує низку заходів, спрямованих на вдосконалення систем водокористування промислових підприємств та відновлення працездатності МС.

Розроблено схему пристрою сифонного дренажу з метою відведення техногенних та підземних вод, у конкретному випадку впроваджено відведення води з підвалу п'ятиповерхового житлового будинку за допомогою сифонного дренажу.

Особистий внесок здобувача. Наукові результати, які викладені в дисертації, отримані особисто автором на підставі вивчення існуючого становища і особливостей підвищення РПВ, а також проведених досліджень властивостей лесових ґрунтів і соціального стану на підтопленій території. Виконано аналіз отриманих результатів, які пов'язують окремі результати у цілісну методологію дослідження підтоплення урбанізованої території. Здійснено обробку одержаних результатів та, як наслідок, розроблено пропозиції організаційного й технічного напрямку щодо відвернення підтоплення на території м. Дніпродзержинська (Комплексна програма заходів щодо поліпшення екологічного стану складових довкілля у місті), які вміщують низку заходів, спрямованих на вдосконалення систем водопостачання та водовідведення промислових підприємств та відновлення працездатності МС.

Апробація результатів дисертаційної роботи. Матеріали дисертаційної роботи доповідалися і обговорювалися на дев'яти конференціях: ІІІ Всеукраїнська науково-методична конференція з міжнародною участю „Екологія та інженерія. Стан, наслідки, шляхи створення екологічно чистих технологій (Дніпродзержинськ, 2000); ІІІ Міжнародна науково-практична конференція „Проблеми геоінформатики при комплексному засвоєнні надр” (Дніпропетровськ,2001); Міжнародна науково-практична конференція „Сталий розвиток міст” (Харків, 2002); Всеукраїнська студентська наукова конференція „Екологічна безпека довкілля. Проблеми та шляхи вирішення” (Ужгород, 2002); 2 Міжнародна науково-практична конференція „Екологічна та техногенна безпека” (Харків, 2002); ІV Всеукраїнська науково-методична конференція з міжнародною участю „Екологія та інженерія. Стан, наслідки, шляхи створення екологічно чистих технологій” (Дніпродзержинськ, 2002); ХІ міжнародна науково-технічна конференція „Экология и здоровье человека. Охрана водного и воздушного бассейнов. Утилизация отходов” (Бердянськ, 2003); Друга Міжнародна науково-практична конференція „Проблеми природокористування, сталого розвитку та техногенної безпеки регіонів” (Дніпропетровськ, 2003); Друга міжнародна науково-практична конференція „Нагальні питання вирішення проблеми підтоплення ґрунтовими водами територій міст та селищ міського типу” (Харків, 2003); VІІ Міжнародна науково-практична конференції студентів, аспірантів та молодих вчених „Екологія. Людина. Суспільство” (Київ, 2004); VІІ Международная научно-практическая конференция „Вода: проблемы и решения” (Дніпропетровськ, 2005).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано13 робіт у різних виданнях України, в тому числі 6 статей у фахових виданнях, регламентованих ВАК України, 2 статті та 5 тез доповідей у матеріалах наукових конференцій.

Структура й обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, 6 розділів, загальних висновків, списку використаних джерел (156 найменувань), 4 додатків та вміщує 150 сторінок основного тексту, 26 таблиць і 54 рисунків (з них 21таблиць і 40 рисунків на окремих сторінках), повний обсяг дисертації - 220 сторінок.

гідрогеологічний підземний підтоплення електронний



Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, зв'язок дисертації з науковими програмами та планами, сформульовано мету, об'єкт, предмет та задачі дослідження, визначено наукову новизну та практичне значення отриманих результатів дисертації, викладені основні положення дисертації, а також особистий внесок автора.

У першому розділі викладено аналіз сучасного стану питання підвищення РПВ та як наслідку - підтоплення територій у містах України, інших країнах СНД, а також у країнах далекого зарубіжжя. Розкрито вплив природних і техногенних факторів на загальний процес підвищення РПВ, розглянуто можливі соціальні, екологічні та економічні наслідки підтоплення, показані існуючі механізми та засоби боротьби з процесом підвищення РПВ.

Питаннями вивчення причин і наслідків підтоплення міських селітебних та промислових територій займались багато вчених і фахівців: Шилов И.А., КуриленкоВ.В., Трофимова В.Т., Осипов В.И., Карцев А.А, Захарченко М.А., створенням умов для зменшення впливу промислових підприємств: Алферова Л.А., Нечаєв О.П., Андоньєв С.М., Пантелят Г.С., Висоцький С.В., Волошин М.Д. та інші. Але задачі комплексного вивчення цього багатогранного явища, яким є підвищення РПВ, залишаються в теперішній час не до кінця розв'язаними, особливо стосовно великих промислових центрів, наприклад, таких, як м. Дніпродзержинськ. Встановлено, що існуючі механізми та засоби боротьби з підтопленням є достатньо трудомісткі та потребують значних капіталовкладень, що ускладнює їх проведення в умовах дефіциту матеріальних ресурсів. Тому виникає необхідність у проведенні загальних заходів контролю та нових, більш ефективних, засобів боротьби з підтопленням.

У підсумку цього розділу визначено напрямок дисертаційного дослідження.

Другий розділ присвячено викладенню відомостей, які характеризують особливості існуючого положення, пов'язаного з підвищенням РПВ у м. Дніпродзержинську, а також вивченню наслідків цього явища. З'ясовано основні причини виникнення підтоплення міських територій, які у м. Дніпродзержинську мають свої особливості:

відсутність на більшості території міста системи збору й організованого відводу поверхнево-дощових, зливових вод та вод від сніготанення, що призводить до неорганізованого відведення і накопичення води цієї категорії в підземних горизонтах селітебних та промислових районів міста, замочуванню ґрунтів, появі води у підвалах житлових будинків і промислових об'єктів;

незадовільний стан комунікацій комунального господарства (водопостачання, водовідведення, опалення), що призводить до аварійних ситуацій, наслідком яких є поповнення підземних водних обріїв;

аварійний режим роботи дренажної МС, яка недостатньо виконує функції відведення поверхневих і дренажних вод у р. Дніпро, насамперед з промислової зони міста. Відсутність сталого відводу збиткових вод з території МС має суттєвий негативний вплив на загострення питання для міста в цілому особливо тим, що до МС потрапляють стічні води, які скидаються зі шламонакопичувачів промислових підприємств, розташованих у цьому районі міста, також поверхнево-зливові й талі води, усі збиткові води, які утворюються на даній території. До того ж МС перегороджена залізничною дамбою, що не дозволяє здійснювати вільний плин води, а існуюча насосна станція, що призначена для перекачування води через дамбу, знаходиться у незадовільному стані. З другого боку, МС замулена та здатна здійснювати відведення не більше половини загального об'єму води. Інша частина води залишається на території району, що є причиною його заболочування і підвищення РПВ. За залізничною дамбою також річище МС замулене, територія заболочена, що в цілому призводить до скиду у р. Дніпро близько 5000 м3/год води, забрудненої різноманітними речовинами.

З'ясовано, що підвищений РПВ на території міської МС призвів до незадовільного санітарно-гідротехнічного її стану забрудненню грунтів (спостерігається наявність аномалій вмісту Ba, P, U та інших елементів, при якому вони стають токсичними для довкілля), поверхневих та підземних вод (збільшено рівень загальної мінералізації та погіршено якість води, яка характеризується перевищенням допустимих концентрацій окремих інгредієнтів у поверхневих водах: Ba, Pb, Cr, Zr, Ti та підземних водах: SO42-, NO3-, Al, Cd, Co, Pb, Li, F, Mn, V) тощо.

Досліджено гідрогеологічні й геоморфологічні умови території м. Дніпродзержинська. Виявлено, що накопиченню підземних вод сприяють лесові ґрунти, які є обводненими з приводу їх походження. Підземні води найближчі до поверхні утворюють єдиний безнапірний водоносний обрій, що має повсюдне поширення і знаходиться під впливом природних і штучних режимоутворюючих факторів. Порушенню історично сформованої природної рівноваги сприяла промислова й цивільна забудова м. Дніпродзержинська, що призвело до виникнення просадних деформацій і зсувних процесів у місті.

Внаслідок наведеного екологічного стану довкілля у м. Дніпродзержинську, на яке має вплив підтоплення міських територій, необхідно здійснити моделювання з визначення фільтраційних показників лесових ґрунтів у природних умовах з метою їх використання при наданні конкретних технічних рішень у кожній точці їх встановлення, виявити вплив статей водного балансу зони аерації, а також дослідити, як саме процес підвищення РПВ впливає на соціальний стан населення на підтопленій території м. Дніпродзержинська.

У третьому розділі наведена методика дослідження геоекологічних показників (властивості лесових ґрунтів, водний баланс зони аерації та соціальний стан у місті), а також методика складання електронної карти підтоплення території м. Дніпродзержинська. На підставі окремо розроблених методів складена цілісна методологія з визначення геоекологічних показників.

Властивості лесових ґрунтів (гранулометричний склад, пористість, вологість, водовіддача, коефіцієнт фільтрації ґрунтів) у лабораторних умовах досліджено на експериментальних установках.

З метою порівняння результатів дослідження соціальних наслідків підвищення РПВ, територію м. Дніпродзержинська розділено на ділянки відповідно адміністративного районування та згідно приналежності до районних лікувальних закладів.

У четвертому розділі здійснено аналіз та наукове узагальнення результатів проведених досліджень щодо геоекологічних показників.

Лесові ґрунти, особливо просадні, характеризуються високою пористістю, що змінюється в межах 43-55%. Величина пористості знижується з ростом вмісту глинистих часток.

Встановлено, що процес підтоплення інтенсифікується при вологості ґрунтів вище 25-30%. Таке водонасичення ґрунтів впливає на процес підтоплення, але на безпечній глибині лише на фізичні властивості ґрунтів. Отримані значення водовіддачі проб ґрунту коливаються в межах 0,07-0,13 долей одиниці.

Істотна відмінність властивостей лесових ґрунтів, особливо пористості й вологості ґрунтів, у рамках досліджуваних районів міста, послужило ініціативою для подальшого дослідження процесу підтоплення по районах м. Дніпродзержинська.

Розраховано кількісні значення фільтраційних властивостей лесових ґрунтів, що характеризуються коефіцієнтом фільтрації, пилувато-піщаного (Кф?0,2 м/добу) та пилувато-глинистого складу (Кф<1,0 м/добу). Встановлено, що зі збільшенням глинистої фракції ґрунту ступінь підтоплення збільшується. Проте, коефіцієнт фільтрації - це розрахунковий параметр, на результат якого впливають градієнт напору та пористість ґрунту, на що вказує тіснота зв'язку поточних параметрів (коефіцієнт кореляції +0,57).

Результати дослідження властивостей лесових ґрунтів, особливо коефіцієнтів фільтрації, у лабораторних умовах (>0,4 м/добу), у порівнянні з природними (<0,4 м/добу), виявились завищеними, що пояснюється помилкою результатів іспитів при проведенні лабораторних дослідів і умовами їхнього протікання. Адже з практики відомо, що проведення польових досліджень на всіх ділянках території, де необхідно впровадження захисних заходів, економічно недоцільно. Тому, з урахуванням ламінарного руху підземних вод і умов течії води, для визначення коефіцієнта фільтрації у будь-якій ділянці досліджуваної місцевості створено математичну модель розрахунку дійсного значення коефіцієнта фільтрації лесових ґрунтів.

, (1)

де ,- коефіцієнт фільтрації, який отримано у польових та лабораторних умовах відповідно, м/добу;

, - різниця абсолютних відміток РПВ у польових та лабораторних умовах відповідно, м;

, - відстань між дослідними стовпами у польових та лабораторних умовах відповідно, м;

, (2)

де , - градієнт напору, що належить польовим та лабораторним умовам відповідно, м/м;

- в'язкість рідини польових та лабораторних умов відповідно, Па·с;

- пористість ґрунту у польових та лабораторних умовах відповідно.

. (3)

Отримані відповідно до математичної моделі (3) значення коефіцієнта фільтрації вважаються точнішими, тому що вони розраховуються для конкретних умов та стану ґрунтів, на які накладено певний тиск і сила опору.

Аналізуючи результати експериментів з лесовими ґрунтами, виявили досить велику фільтраційну здатність при незначній водовіддачі ґрунтів, тобто здатність легко насичуватися водою і добре утримувати вологу (рис. 1).

Встановлено, що особливо сприятливими для обводнення є непросадні лесові ґрунти, природна вологість яких сягає 25-30%. У цьому випадку спостерігається перехід фільтраційної зони в зону водовіддачі без розриву площини з утворенням обводненої області (рис. 2), що становить найбільшу небезпеку при підтопленні територій. Обводнення ґрунту в результаті інфільтрації води і його водовіддачі під дією капілярних сил, погіршує природні властивості лесових ґрунтів, спричиняючи складні екологічні умови на окремих підтоплених ділянках

Для лесових ґрунтів також спостерігається закономірність збільшення обводненої області у зоні аерації зі збільшенням пористості породи. Однак для непросадних ґрунтів характерно при одночасному рості вологості, за рахунок зниження пористості ґрунтів, різке зменшення обводненої області водонасиченого ґрунту, що з'ясовує природу просадності ґрунтів та пояснює небезпеку процесу підтоплення в лесових ґрунтах особливо для забудованих територій.

Головною причиною підтоплення урбанізованих територій є порушення водного балансу зони аерації. Встановлені кількісні значення його складових, що викликають зміни природного режиму у м. Дніпродзержинську, основний обсяг яких приходиться на техногенні фактори його поповнення, тобто водопостачання-водовідведення. Щорічне надлишкове надходження техногенних вод до зони аерації за рахунок втрат з водоносних комунікацій у кількості понад 20 млн. м3/рік не тільки погіршує загальний геоекологічний стан у місті, але і завдає значної шкоди народному господарству через безгосподарське використання природних вод (рис. 3).

На підставі проведених гідрогеологічних досліджень і аналізу матеріалів інженерно-геологічних вишукувань на ділянках будівництва чи реконструкції цивільних та адміністративних об'єктів у м. Дніпродзержинську за період 1970-2000 рр., за умов коефіцієнта інтенсивності підвищення РПВ, наявності витоків з розташованих водоносних комунікацій та фізико-геологічних й інженерно-геологічних процесів і явищ, на цифрову карту міста нанесено понад 150 свердловин та складено геолого-літологічні розрізи районів міста, де характерні найбільш високі рівні залягання підземних вод. За допомогою комп'ютерної програми Statіstіka 5.0 побудовано гідрологічні схеми ділянок селітебної території підтопленої частини міста та використовуючи ресурси комп'ютерної програми ArcVіew складено електронну карту підтоплення території міста Дніпродзержинська.

Розроблена у дисертаційній роботі карта підтоплення території м. Дніпродзержинська може бути використана для прогнозування процесу підвищення РПВ і централізованого вживання заходів із запобігання ускладнення ситуації. Карта підтоплення складена з метою подальших досліджень, спрямованих на вивчення впливу підтоплення на еколого-соціальні умови.

У ході досліджень встановлено зв'язок між екологічними факторами техногенного навантаження (серед яких підтоплення територій) на стан довкілля, у тому числі соціальний стан населення, за допомогою кореляційного і дисперсійного аналізу цих показників. Соціальний стан населення розглянуто відповідно підтоплення урбанізованих територій: високий РПВ спричинює погіршення загального стану здоров'я населення по захворюваннях, що виникають у результаті порушення мікроклімату у житлових та громадських оселях, так звані „житлові захворювання”, забруднення ґрунтів і поверхневих вод, у тому числі нафтопродуктами. Характерний клас „житлових захворювань” вилучений шляхом проведення кореляційного аналізу матеріалів за останні десять років розрахованих площ ділянок підтоплення м. Дніпродзержинська та захворюваності груп населення, що частіше перебувають у будинках підтоплених територій, у порівнянні з контрольною дослідною групою.

Для кожного з видів захворювань по кожному з обстежених лікувальних закладів за прикладом методики розрахунку інтегрального біоіндикаційного показника (проф. Горової А.І) розраховані бальні оцінки екологічного коефіцієнта, що визначає екологічний стан (ЕС) по кожному з адміністративних районів міста Дніпродзержинська. Значення екологічного стану змінюються від 0 (благополучні для життєдіяльності умови) до 1 (небезпечні умови), за норматив прийняте значення ЕС=0,250, при яких можливі зворотні зміни пошкоджених екосистем, тобто їх відновлення. Для оцінки міри пошкодження екосистем й оцінки геоекологічного становища за критеріями, що досліджуються, запропоновано оцінну шкалу (табл. 1).

За результатами тестування, визначили, що загальний стан екосистем у м. Дніпродзержинську за дослідний період визначається як „застережливий” у середньому по місту, наближення до „критичного” відмічено в окремих районах міста, при цьому геоекологічне становище оцінене як ризикове з наближенням до небезпечного. Аналіз соціального стану населення у м. Дніпродзержинську наведено в табл.2.

Таблиця 1 - Шкала оцінки стану екосистем і екологічної ситуації (за методикою проф. Горової А.І)

Діапазон значень ЕС	Рівень пошкодження	Стан екосистем	Оцінка геоекологічного становища
0,000 - 0,250	Низький	Сприятливий	Благополучна
0,250 - 0,500	Середній	Застережливий	Ризикова
0,500 - 0,750	Високий	Критичний	Небезпечна
0,750 і більше	Максимальний	Кризовий	Катастрофічна

Таблиця 2 - Аналіз екологічного стану у м. Дніпродзержинську

Адміністративні райони	Лікувальні заклади	Екологічні коефіцієнти	Екологічний стан ЕС
		?	?	?
Селище Дніпробуд	Міська лікарня № 5	0,423	0,516	0,472	0,470
Район Черемушки	Міські лікарні № 6, 7	0,500	0,432	0,496	0,476
Центральна частина міста	Міська лікарня № 6 та територіальне медичне об'єднання № 3	0,328	0,336	0,382	0,349
Район Соцмісто	Міська лікарня № 2	0,335	0,308	0,374	0,339

Використовуючи проведені дослідження можливо стежити за динамікою й прогнозувати зміни соціального стану населення відносно геоекологічної ситуації, формувати реєстри населення з підвищеним ризиком „житлових захворювань” і хвороб, викликаних забрудненням ґрунтів і поверхневих вод, з метою проведення профілактичних заходів, попередження розвитку патології.

Узагальнення отриманих результатів геоекологічних досліджень полягає у складанні геоекологічної карти м. Дніпродзержинська, що включала б поряд із причинами процесу підвищення РПВ і наслідки підтоплення у вигляді соціального стану населення.

У п'ятому розділі розроблено концептуальні положення науково- й організаційно-технічних рішень, які спрямовані на усунення загрози екологічної кризи у м. Дніпродзержинську. На підставі виконаних досліджень, узагальнення й урахування попереднього досвіду розроблений комплексний проект невідкладних заходів щодо суттєвого поліпшення екологічного становища у районах м. Дніпродзержинська, що вміщує низку заходів, спрямованих на вдосконалення систем водопостачання промислових підприємств та відновлення працездатності МС:

невідкладні заходи, які потребують негайного втілення терміном 1-3 роки та спрямовані на виключення чи скорочення скиду стічних вод у шламонакопичувачі шляхом переведення систем водоспоживання й водного охолодження промислових підприємств на повністю замкнені; започаткування науково-технічних проектів зі зневоднення, сушіння й утилізації цінних шламів і відходів; здійснення капітального ремонту споруд та обладнання тощо;

заходи, здійснення яких розраховано на 5-10 років з метою продовження реалізації заходів, що почали виконуватися, і втілення нових, серед яких проекти захисту р. Дніпра від забруднень відходами виробництва, відвалами та дренажними водами тощо;

заходи віддаленої перспективи, які розраховані на виконання протягом 10-15 років з метою завершення здійснення заходів.

Також у цьому розділі з метою відведення техногенних та підземних вод від окремих ділянок міста Дніпродзержинська запропоновано влаштування пристроїв сифонів, схеми яких для кожного окремого випадку спроектовано автором та проведені розрахунки до них. Отже, пристрої сифонів можуть бути застосовані: А - для перекачування поверхневих вод до річищ міської дренажної МС і р. Коноплянки, Б - для відведення техногенних вод, що виникли в результаті витоків з водоносних комунікацій і каналізаційних систем у підвалах будинків та споруд, В - для відведення підземних вод неглибокого залягання, що сприяють підтопленню територій з комбінованим використанням фільтрів зворотної засипки (підтоплені і затоплені ділянки м. Дніпродзержинська). Схеми різновидів сифонних дренажів представлені на рис. 4.

Для кожного із різновидів представлених сифонних дренажів надані розрахунки параметрів дренажу, які виконано спираючись на результати дослідження властивостей та математичну модель кореляції значень коефіцієнту фільтрації лесових ґрунтів, складових водного балансу зони аерації, а також даних карти підтоплення м. Дніпродзержинська.

Для оцінки достовірності й перевірки теоретичних розрахунків та з метою практичного використання отриманих результатів встановлено сифонний дренаж у підвалі п'ятиповерхового житлового будинку № 276 по вул. Ціолковського у м. Дніпродзержинську. У ході випробувань отримано позитивні результати відведення техногенних вод здійснюється з витратою 7,2 м3/добу, що забезпечує відсутність затоплення підвалу житлового будинку техногенними водами відпливів системи опалення та підземними водами, які мають випадки підвищення їх рівня в період паводку.

У шостому розділі надано практичні рекомендації з ліквідації підтоплення промислової та селітебної частин м. Дніпродзержинська, у тому числі з використанням пристроїв сифонних дренажів та інших технічних рішень стосовно кожного окремого випадка підтоплення територій.

Резюмовано, що виконання на всій міській території інженерно-технічних заходів, спрямованих на усунення окремих техногенних факторів, не потребуючих значних капітальних витрат, дозволить сповільнити, в деяких районах призупинити розвиток небезпечних гідрогеологічних явищ.

До таких заходів відноситься ревізія існуючої системи водопроводу і каналізації. Безпосереднє зниження РПВ на території міста може бути досягнуто за допомогою горизонтальних променевих дренажів, відкритих і закритих водостоків, відкритих водовідвідних канав. Захисні заходи повинні проводитися в загальноміському масштабі на підставі моніторингу геоекологічних умов, з централізацією дренажних систем, зливових колекторів і матеріально-технічних ресурсів у єдиній міській службі.



Загальні висновки

1. Підтоплення забудованих територій викликає вагомі зміни у стані довкілля та відбивається на умовах життєдіяльності населення, що мешкає на підтоплених ділянках. У дисертаційній роботі зауважено, що спостереження за розвитком процесів підвищення рівня підземних вод та розробка технічних рішень, нададуть можливість зменшити або усунути еколого-соціальні порушення, пов'язані з підтопленням урбанізованих територій.

2. Встановлено, що для території м. Дніпродзержинська накопиченню підземних вод у верхніх шарах ґрунтів та підвищенню їх рівнів сприяють природні (до 20%) та техногенні чинники (70-80%). Наслідки техногенного впливу проявляються через порушення водного балансу зони аерації території. Встановлено, що додаткове живлення підземних вод і підвищення їх рівня призводить до замочування ґрунтів, розвитку підтоплення територій (понад 20% від селітебної частини міста), сприяє забрудненню грунтів, поверхневих та підземних вод, впроваджує за собою погіршення санітарно-гігієнічного та епідеміологічного благополуччя населення у місті.

3. Досліджено, що при повній відсутності крупнопіщаних зерен та наявності не менше 50% за вагою у супісках пилуватих часток, знижуються їх фільтраційні здібності, а при кількості глинистої фракції понад 20% за вагою в суглинках відбувається їх обводнення. Зі збільшенням пилувато-піщаного складу потенційне підтоплення істотно зменшується. Встановлено, що процес підтоплення пов'язаний з фільтраційними властивостями лесових ґрунтів, які залежать від їх пористості (43-55%) та вологості (понад 25-30%).

4. Розроблено математичну модель кореляції значень коефіцієнту фільтрації для лесових ґрунтів, одержаних лабораторним способом, до значень цього показника в конкретних польових умовах.

5. Встановлено кількісні значення водного балансу зони аерації забудованої території м. Дніпродзержинська, основний обсяг яких приходиться на техногенні чинники його поповнення (водопостачання - водовідведення) у кількості понад 20 млн. м3/рік.

6. Складено електронну карту підтоплення території м. Дніпродзержинська з виділенням ділянок з небезпечним рівнем залягання підземних вод, яка використовується з метою прогнозування та централізованого прийняття заходів для боротьби з підтопленням.

7. Доведено вплив підтоплення територій на соціальний стан населення у м. Дніпродзержинську через „житлові захворювання” за допомогою кореляційного та дисперсійного аналізу. Розраховано екологічний стан та екологічні коефіцієнти впливу підтоплення на захворюваність населення.

8. Науково обґрунтовано та розроблено комплекс заходів щодо поліпшення екологічного стану складових довкілля у м. Дніпродзержинську за рахунок зниження рівня підземних вод, вдосконалення систем водокористування промислових підприємств та відновлення працездатності міської дренажної системи. Запропоновано використання пристроїв сифонних дренажів з метою відведення техногенних та підземних вод від окремих ділянок м. Дніпродзержинська.

9. Впроваджено практичні результати дисертаційної роботи у „Програмі виходу з екологічної кризи м. Дніпродзержинська на 2000-2005 рр.”, практичні рекомендації із зниження рівня підземних вод на ділянках міста використані у „Програмі з ліквідації підтоплення на території м. Дніпродзержинська”.



Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Непошивайленко Н.О., Волошин М.Д. Гідрогеологічні аспекти підвищення рівня ґрунтових вод території міста Дніпродзержинська // Сб. научных трудов НГА Украины. - Днепропетровск: РИК НГА Украины. - 2001. - №12, Т.1. - С. 295-299.

2. Непошивайленко Н.О., Волошин М.Д., Трикило А.І. Дослідження динаміки руху підземних вод в умовах підтоплених ґрунтів промислового міста // Проблеми екології. - Донецьк: ДонНТУ. - 2001. - №1. - С. 65-68.

3. Непошивайленко Н.О., Волошин М.Д., Руденко Є.О. Досвід боротьби з підтопленням фундаментів житлових будинків // Комунальне господарство міст. Сер. архітектура і техн. науки. - К.: Техніка. - 2002. - Вип.36.-С.196-199

4. Непошивайленко Н.О., Волошин М.Д. Методологічні аспекти дослідження соціального стану на підтопленій території міста Дніпродзержинська // Екологія та природокористування: Збірник наукових праць Інституту проблем природокористування та екології НАН України. - Дніпропетровськ: Поліграфіст. - 2002. - Випуск 4. - С.118-122.

5. Непошивайленко Н.О. Методологія визначення коефіцієнту фільтрації лесових ґрунтів // Науковий вісник НГУ. - Днепропетровск: РИК НГУ. - 2004. - №6. - С. 82-84.

6. Непошивайленко Н.О., Кісільова Ю, Шкірко Ю. Соціальний аспект у дослідженні процесу підтоплення в умовах селітебних територій (на прикладі м. Дніпродзержинська) // Збірник наукових праць. - Тематичний випуск „Хімія, хімічна технологія та екологія”. - Харків: НТУ „ХПІ”. - 2004. - №29. - С. 31-36.

7. Непошивайленко Н.О., Волошин М.Д. Вплив геоекологічної ситуації, що склалася у м. Дніпродзержинську, на санітарно-гігієнічні й епідемічні умови місцевості // Вісник Харківського інституту соціального прогресу. Сер. екологія, техногенна безпека і соціальний прогрес. - Харків: ПП „Ізрайлев Є.М.”. - 2002. - Вип. 1 (2). - С. 163-170.

8. Непошивайленко Н.О., Карпенко О.О. Складання карти підтоплення та управління ним в місті Дніпродзержинськ // Ученые записки ТНУ. Серия: География. - Симферополь: ТНУ. - 2004. - Том 17. №2. - С. 41-45.

9. Непошивайленко Н.О., Волошин М.Д. Уравнение водного баланса для города Днепродзержинска // Збірка тез доповідей ІІІ Всеукраїнської наук.-метод. конф. з міжнародною участю „Екологія та інженерія. Стан, наслідки, шляхи створення екологічно чистих технологій”. - Дніпродзержинськ: ДДТУ. - 2000. - С. 51-52.

10. Непошивайленко Н.О., Волошин М.Д. Пристрої сифонних водоскидів та дренажів щодо вирішення проблеми підтоплення території міста Дніпродзержинська // Тези доповідей Всеукраїнської студ. наук. конф. „Екологічна безпека довкілля. Проблеми та шляхи вирішення”. - Ужгород, 2002. - С. 67.

11. Непошивайленко Н.О., Волошин М.Д., Трикило А.І. Визначення похибки характеристик лесових ґрунтів підтоплених районів м. Дніпродзержинська // Збірка тез доповідей ІV Всеукраїнської наук.-метод. конф. з міжнародною участю „Екологія та інженерія. Стан, наслідки, шляхи створення екологічно чистих технологій”. - Дніпродзержинськ: ДДТУ. - 2002. - С. 122-123.

12. Савельєва Н.А., Непошивайленко Н.О. Комплексне екологічне дослідження міських територій //Матеріали Другої Міжнародної наук.-практ. конф. „Проблеми природокористування, сталого розвитку та техногенної безпеки регіонів”. - Дніпропетровськ: ВПК ІнКомЦентр УДХТУ. - 2003. - С.25-27.

13. Непошивайленко Н.А., Киселева Ю, Шкирко Ю. Методология исследования процесса подтопления селитебных территорий (на примере г. Днепродзержинска) // Збірка тез доповідей VІІ Міжнародної науково-практичної конференції студентів, аспірантів та молодих вчених „Екологія. Людина. Суспільство”. - К.: НТУ „КПІ”. - 2004. - С. 49.

Особистий внесок здобувача у роботах, опублікованих у співавторстві полягає: [1] - виявлення природних чинників підвищення РПВ на території м. Дніпродзержинська; [2], [11] - методика дослідження фізичних та фільтраційних властивостей грунтів у лабораторних умовах, методологія аналізу точності визначення первинних характеристик ґрунтів та коефіцієнта фільтрації підземних вод у лесових ґрунтах у природних та польових умовах; [3], [10] - запропоновано засоби сифонних дренажів з метою боротьби з проблемою підтоплення міських територій; [4] - методологія дослідження еколого-соціального стану довкілля на підтопленій території шляхом обстеження санітарно-гігієнічних й епідемічних умови різних приміщень та окремих груп населення у підтоплених районах м. Дніпродзержинська; [6], [13] -встановлено основні фактори й наслідки, які характеризують проблему підтоплення селітебних територій та проявляються через захворюваність міського населення, на що вказують результати кореляційного аналізу, [7] - розглянута несприятлива геоекологічна ситуація у м. Дніпродзержинську, що склалася під впливом підвищення рівня підземних вод, та проведено дослідження динаміки захворювання населення відповідно існуючого санітарно-гігієнічного та епідемічного благополуччя у місті; [8] - алгоритм складання карти підтоплення території м. Дніпродзержинська за допомогою комп'ютерної програми ArcView; [9] - розрахунок водного балансу зони аерації на прикладі м. Дніпродзержинська, заснований на природних і техногенних складових рівняння водного балансу; [12] - дослідження ймовірних напрямків впливу процесу підвищення РПВ на компоненти біосистем.



Анотації

Непошивайленко Н.О. Еколого-соціальні наслідки підтоплення міських територій та розробка заходів до його зниження (на прикладі міста Дніпродзержинська). - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 21.06.01 - екологічна безпека. - Український науково-дослідний інститут екологічних проблем, Харків, 2005.

Дисертація присвячена дослідженню процесу підтоплення урбанізованих території на прикладі м. Дніпродзержинська та наданню заходів наукового та технічного характеру щодо регулювання рівня підземних вод.

Вивчено вплив природних та техногенних чинників на розвиток процесу підтоплення. Встановлено, що основними чинниками, які суттєво впливають на підтоплення територій м. Дніпродзержинська, є інтенсивні відпливи з водоносних комунікацій, втрати промислових вод, порушення природного поверхневого стоку, скорочення площі відкритої поверхні, а також геологічна будівля території та походження характерних лесових ґрунтів з їхніми типовими властивостями. Створено математичну модель кореляції значень коефіцієнту фільтрації для лесових ґрунтів, одержаних лабораторним способом до значень цього показника в конкретних польових умовах. Розраховано водний баланс зони аерації забудованої території м. Дніпродзержинська, встановлено кількісні значення штучних чинників, які викликають зміни природного водного режиму. Складено електронну карту підтоплення території м. Дніпродзержинська з виділенням ділянок з небезпечним рівнем залягання підземних вод. Розраховано екологічний стан та екологічні коефіцієнти впливу підтоплення на захворюваність населення. Науково обґрунтовано та розроблено програму заходів щодо поліпшення екологічного стану складових довкілля у м. Дніпродзержинську, запропоновано влаштування пристроїв сифонів з метою відведення техногенних та підземних вод на окремих ділянках території м. Дніпродзержинська.

Ключові слова: підтоплення територій, меліоративна система, рівень підземних вод, регулювання, лесові ґрунти, водний баланс зони аерації, екологічний режим, сифонний дренаж.



Непошивайленко Н.А. Эколого-социальные последствия подтопления городских территорий и разработка мероприятий по его снижению (на примере города Днепродзержинска). - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 21.06.01 - экологическая безопасность. Украинский научно-исследовательский институт экологических проблем, Харьков, 2005.

Диссертация посвящена исследованию процесса подтопления, развивающегося в грунтах урбанизированных территорий, на примере города Днепродзержинска, а также разработке научно-технических мероприятий по регулированию уровня подземных вод.

На основании обработки теоретических данных и экспериментальных исследований установлено, что дополнительное питание подземных вод и повышение их уровня приводит к замачиванию грунтов, развитию подтопления территорий, способствует загрязнению грунтов, поверхностных и подземных вод, влечет за собой ухудшение санитарно-гигиеничного и эпидемиологического благополучия населения, которое проживает или постоянно находится на подтопленных территориях.

Исследованы основные природные и техногенные факторы, влияющие на подтопление территорий, первые представлены геологическим строением территорий, происхождением лессовых грунтов с их типичными свойствами, характерными для данной местности. Техногенные факторы подтопления территорий это интенсивные утечки из водонесущих коммуникаций, потери промышленных вод, нарушение естественного поверхностного стока, сокращение площади открытой поверхности.

С помощью составленной автором методики по исследованию геоэкологических показателей, изучено влияние факторов подтопления территорий на развитие процесса подтопления, а именно: обосновано влияние фракционного состава, пористости и водоотдачи на фильтрационные свойства лессовых грунтов как основополагающих в процессе подтопления территорий; установлены количественные показатели составляющих водного баланса зоны аэрации территории г. Днепродзержинска (утечки водных масс из трубопроводов при транспортировании, потери при производственном оборотном водоснабжении, недостаточное отведение стоков в места природной разгрузки), вызывающие изменения природного водного режима.

Составлена математическая модель расчета коэффициента фильтрации для лессовых грунтов г. Днепродзержинска, которая является более точной по сравнению с природными и лабораторными значениями коэффициентов фильтрации, поскольку учитывает ламинарное движение подземных вод и условия течения воды. Кроме того, определение коэффициента фильтрации по математической модели позволит устранить нецелесообразность проведения исследований в каждой точке применения защитных мероприятий.

Доказано влияние подтопления территорий на социальное положение г. Днепродзержинска через „жилищные заболевания” и заболевания, возникающие в результате загрязнения грунтов и поверхностных вод, в том числе нефтепродуктами, с помощью корреляционного и дисперсионного анализа. Рассчитаны балльные оценки экологического коэффициента, определяющего экологическое положение и геоэкологическое состояние отдельных районов и города Днепродзержинска в целом.

Впервые, используя ресурсы компьютерной программы ArcVіew, составлена электронная карта подтопления территории г. Днепродзержинска путем нанесения на цифровую карту города более 150 аналитических скважин, характерных для участков с высоким уровнем залегания подземных вод. Карта подтопления используется для прогнозирования и централизованного принятия мер по предотвращению подтопления территорий, а также с целью изучения влияния подтопления на эколого-социальные условия.

Научно обоснована и разработана программа мероприятий по улучшению экологического состояния геологических и гидрологических составляющих окружающей среды г. Днепродзержинска. Основополагающими мероприятиями предложено снижение уровня подземных вод, усовершенствования систем водопользование промышленных предприятий и восстановление трудоспособности городской дренажной системы. Обоснован выбор и предложено использование устройств сифонов с целью отведения техногенных и подземных вод из отдельных участков г. Днепродзержинска. Они могут применяться для перекачивания поверхностных вод в местах их усложненного течения, отвода техногенных вод, возникших в результате утечек из систем водопользования в подвалах домов, и откачивания подземных вод неглубокого залегания, способствующих подтоплению территорий, с комбинированным использованием фильтров обратной засыпки.

Результаты научно-технических исследований используются в учебном процессе высшего учебного заведения, в работе городского исполнительного комитета. Кроме того, установлен сифонный дренаж в подвале пятиэтажного жилого дома, обеспечивающий отсутствие его затопления техногенными и природными водами. Отдельные практические результаты диссертационной работы использованы в „Программе выхода из экологического кризиса г. Днепродзержинска на 2000-2005 гг.”, рекомендации по снижению уровня подземных вод на участках города использованы в „Программе по ликвидации подтопления на территории г. Днепродзержинска”.

Ключевые слова: подтопление территорий, мелиоративная система, уровень подземных вод, регулирование, лессовые грунты, водный баланс зоны аэрации, экологический режим, сифонный дренаж.



Neposhivailenko N.A. Ecologo-social consequences of sinking of urban territories and development of measures to its decrease (on an example of city Dneprodzerzhinsk ). - The manuscript. The dissertation on reception of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 21.06.01-ecological safety. - Ukrainian research institute of ecological problems, Kharkov, 2005. The dissertation is devoted to research of process sinking of urban territories on an example of Dneprodzerzhinsk and granting of measures of scientific and technical character concerning regulation of a level of underground waters. It is established that major factors, which essentially influence on sinking of territories, are intensive having cast from the drainage communications, the losses of industrial waters, infringement of a natural superficial drain, reduction of the area of an open surface, and also geological building of territory and origin characteristic alluvial soils with their typical properties. The influence of natural and waste factors on development of process of sinking is investigated. The mathematical model of correlation of meanings of factors of a filtration for alluvial soils, received by a laboratory way of meanings of this parameter in concrete field conditions is created. The water balance of a zone of aeration of built up territory of Dneprodzerzhinsk is designed, the quantitative meanings of the artificial factors are established which will cause changes of a natural water mode. The digital card of sinking of territory of Dneprodzerzhinsk is made, with allocation of sites with a dangerous level of underground waters flowing. The ecological condition and ecological factors of influence of sinking on sick rate of the population is designed. It is scientifically proved and the program of measures on improvement of an ecological condition of Dneprodzerzhinsk is developed. Employment of siphons devices are offered with the purpose to divert waste and underground water from separate sites of territory of Dneprodzerzhinsk.

Key words: sinking of territories, reclamation system, the level of underground waters, regulation, alluvial soils, water balance of a zone of aeration, ecological mode, siphon drainage.

Размещено на Allbest.ru

...