Комплексна оцінка впливів і управління екологічною безпекою протяжних гідротехнічних споруд

Размещено на http://www.allbest.ru/

Український науково-дослідний інститут екологічних проблем

УДК 504.05:504.056:504.064.4:626/627:656.628

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук

Комплексна оцінка впливів і управління екологічною безпекою протяжних гідротехнічних споруд

Спеціальність 21.06.01 - екологічна безпека

Аніщенко Людмила Яківна

Харків - 2011

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Українському науково-дослідному інституті екологічних проблем Міністерства екології та природних ресурсів України, м. Харків.

Науковий консультант: доктор технічних наук, старший науковий співробітник Абрамов Ігор Борисович Український науково-дослідний і виробничий інститут інженерно-технічних і екологічних вишукувань, заступник директора з оцінки впливу на навколишнє середовище

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Душкін Станіслав Станіславович Харківська національна академія міського господарства, завідувач кафедри водопостачання, водовідведення та очищення вод

доктор технічних наук, старший науковий співробітник Яковлев Євген Олександрович Інститут телекомунікацій і глобального інформаційного простору НАН України, головний науковий співробітник

доктор технічних наук, старший науковий співробітник Чумаченко Сергій Миколайович Інститут геохімії навколишнього середовища НАН та МНС України, старший науковий співробітник відділу проблем екологічної безпеки

Захист відбудеться 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 інституту екологічних проблем (61166, м. Харків, вул. Бакуліна, 6).

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Жуковський Т.Ф.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. В Україні в останні десятиріччя розробляється та здійснюється ряд проектів великих гідротехнічних споруд (ГТС). Створення ГТС спричиняє істотні впливи на навколишнє природне середовище (НПС), які полягають у техногенному забрудненні, змінах гідрологічного режиму і морфології поверхневих водних об'єктів, внутрішньоводоймових та прибережних екосистем. Особливості впливів ГТС визначаються передусім їх масштабом та довготривалістю. За специфікою задач оцінки взаємодії з навколишнім природним середовищем, які вирішуються на етапі прийняття рішення, ГТС можна розділити на локальні та протяжні (ПГТС). До локальних відносяться комплексні гідровузли, ГЕС, ГАЕС, водозабори. До протяжних - канали, суднові ходи, руслові водосховища, каскади ГЕС, водогосподарські системи (ВГС), які можуть включати водозабори, ГЕС, водосховища.

Згідно зі статтею 7 Закону України "Про основи національної безпеки" екологічна безпека є елементом національної безпеки. Гідротехнічні споруди, відповідно до Українського законодавства, відносяться до об'єктів, створення яких становить підвищену екологічну небезпеку, і проекти таких споруд підлягають процедурам оцінки впливів на навколишнє середовище (ОВНС) та екологічної експертизи. Крім того, створення великих ГТС, згідно з Конвенцією ЄЕК ООН щодо оцінки впливів на навколишнє середовище у транскордонному контексті (Конвенція Еспоо), включено до переліку видів діяльності, які можуть спричиняти значні транскордонні впливи, і у такому разі підпадають під процедури Конвенції. У нормативних документах викладені основні вимоги до складу і змісту матеріалів, що розробляються за цими процедурами, але аналіз попередніх досліджень дозволяє констатувати, що теоретична і методична база комплексної оцінки просторово-часових впливів і управління екологічною безпекою ПГТС розроблені недостатньо. За допомогою існуючих методик і методів можна оцінити лише розрізнені аспекти впливів планованої діяльності, що є недостатнім для обґрунтування та прийняття екологічно безпечних рішень. Це стає особливо очевидним, коли мова йде про проекти, що привертають підвищену увагу громадськості, у т. ч. міжнародної, такі як проект створення глибоководного суднового ходу (ГСХ) в українській частині дельти р. Дунай.

Реалізація загальнодержавної стратегії підвищення екологічної безпеки ПГТС, у т. ч. у транскордонному контексті, є можливою за умов застосування при плануванні таких споруд комплексної оцінки впливів на навколишнє природне середовище з аналізом складної системи взаємодіючих та взаємозалежних критеріїв, факторів, суджень, що моделюють проблему. Тому розробка теоретичних та методологічних основ комплексної оцінки впливів на навколишнє природне середовище і управління екологічною безпекою при плануванні ПГТС та впровадження результатів у реальні проекти є важливою, актуальною науково-прикладною проблемою.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана в межах затверджених Мінприроди України наукових робіт: "Розробити методику визначення екологічно допустимих рівнів відбору води з річок з метою збереження сталого функціонування їх екосистем" (№ 01999U001237 держреєстрації, 1999 р.); "Розробка рекомендацій стосовно еколого-експертної оцінки матеріалів ОВНС великих лінійних гідротехнічних об'єктів" (№ 0105U007640 держреєстрації, 2005 р.); "Забезпечення українською стороною діяльності Міжнародної Комісії із запиту, створеної у рамках Конвенції про ОВНС в транскордонному контексті (Конвенції Еспоо) з метою підготовки наукового обґрунтування впливу відновлення ГСХ Дунай - Чорне море на довкілля Румунії як сторони Конвенції" (№ 0104U010377 держреєстрації, 2005 р.); "Розроблення рекомендацій щодо визначення можливості і основних параметрів негативного транскордонного впливу спорудження і експлуатації великих гідротехнічних об'єктів (ГЕС, ГАЕС, дамб, суднових ходів, берегоукріплювальних робіт та ін.)" (№ 108U010181 держреєстрації, 2008 р.); "Розроблення рекомендацій щодо організації дій української сторони у випадках застосування процедур Конвенції Еспоо до планованої діяльності на водних об'єктах (на прикладі проекту ГСХ Дунай-Чорне море)" (№ 0108U010182 держреєстрації, 2008 р.); "Наукова еколого-експертна оцінка щодо впливу будівництва енергоблоків Чернаводської АЕС (Румунія) на довкілля України (№ 0108U010180 держреєстрації, 2008 р.).

Мета і задачі досліджень. Метою роботи є розробка теоретичних та методологічних основ комплексної оцінки впливів на навколишнє природне середовище і управління екологічною безпекою при плануванні протяжних гідротехнічних споруд та впровадження результатів у реальні проекти.

Для досягнення мети необхідно розв'язати наступні задачі:

· підвищити вірогідність існуючих процедур оцінки впливів планованої діяльності і сформувати на цій основі концепцію комплексної оцінки впливів і управління екологічною безпекою об'єктів дослідження;

· визначити особливості оцінки впливів протяжних гідротехнічних споруд на навколишнє природне середовище, включаючи транскордонні аспекти, і дослідити можливості застосування існуючих методів для вирішення задач комплексної оцінки впливів і управління екологічною безпекою таких об'єктів;

· розробити методологію комплексної оцінки впливів і управління екологічною безпекою ПГТС на принципах багатокритеріальності;

· розробити систему управління екологічною безпекою ПГТС на етапі проектування;

· розробити метод прийняття рішень в задачах комплексної оцінки впливів і управління екологічною безпекою ПГТС;

· провести дослідження прикладних задач комплексної оцінки впливів і управління екологічною безпекою ПГТС різного типу, включаючи задачі управління екологічною безпекою днопоглиблювальних робіт при експлуатації та реконструкції ПГТС;

· впровадити методологію комплексної оцінки впливів і управління екологічною безпекою ПГТС та метод прийняття рішень в ОВНС суднових ходів у дельті р. Дунай;

· удосконалити методологію оцінки транскордонних впливів на основі розширення складу задач та критеріїв комплексної оцінки таких впливів.

Об'єктом дослідження є екологічна безпека ПГТС, включаючи джерела, фактори, процеси, наслідки впливів на навколишнє природне середовище, та природоохоронні заходи, від яких вона є залежною.

Предметом дослідження є комплексна оцінка впливів на НПС та управління екологічною безпекою протяжних гідротехнічних споруд.

Методи дослідження: системний аналіз; теорія ієрархічних систем для моделювання задач багатокритеріальної комплексної оцінки впливів (БКО) і управління екологічною безпекою ПГТС; експертно-аналітичний метод аналізу ієрархій Т. Сааті для задач прийняття рішень; математичне моделювання задач гідроекологічної оцінки впливів, управління екологічною безпекою ПГТС при днопоглиблювальних роботах і судноплавстві поблизу заповідних територій.

Наукова новизна отриманих результатів.

Вирішено науково-прикладну проблему комплексної оцінки впливів і управління екологічною безпекою протяжних гідротехнічних споруд.

Вперше розроблено:

· концепцію і методологію комплексної оцінки впливів і управління екологічною безпекою протяжних гідротехнічних споруд шляхом дослідження ПГТС і НПС як єдиної системи на принципах багатокритеріальності, що дозволяє аналізувати складну систему взаємодіючих і взаємозалежних складових впливів, встановлювати закономірності формування екологічної безпеки та з урахуванням цього розробляти теоретичне обґрунтування і практичні рекомендації щодо управління екологічною безпекою об'єкта;

· систему управління екологічною безпекою ПГТС на етапі проектування, в основу якої покладено розроблену структуру впливів зі зворотними зв'язками; для цієї системи сформульовано задачі комплексної оцінки і управління, реалізація яких у запропонованій послідовності дозволяє перейти від констатації наслідків впливів до управління екологічною безпекою планованої діяльності;

· для розв'язання задач системи управління екологічною безпекою ПГТС вперше розроблено комбінований (вербальний і формалізований) метод прийняття рішень; головним принципом методу є об'єднання розрізнених часткових оцінок впливів на компоненти НПС та експертно-аналітичних процедур, які включають декомпозицію досліджуваних задач у вигляді багатокритеріальних багаторівневих ієрархічних структур, формування матриць експертних суджень і встановлення пріоритетів по всіх елементах структури;

· для формалізації процесу одержання рішень у задачах комплексної оцінки впливів і управління екологічною безпекою вперше використано метод аналізу ієрархій (МАІ) Т. Сааті, адаптований для задач, що розглядаються.

Удосконалено:

· методологію управління екологічною безпекою суднових ходів при експлуатації поблизу екологічно цінних (заповідних) територій на підставі оцінки ключових впливів, з урахуванням їх кумуляції та ризику аварійних ситуацій;

· методологію управління екологічною безпекою при організації днопоглиблювальних робіт на водних об'єктах різних типів та категорій на підставі аналізу первинних і вторинних процесів впливів;

· методологію оцінки транскордонних впливів ПГТС, що включає розроблені нові додаткові задачі комплексної оцінки таких впливів та нові додаткові критерії оцінки, які враховують імовірність та значущість впливів.

Отримали подальший розвиток:

· процедури ОВНС та екологічної експертизи у частині підвищення екологічної безпеки проектних рішень.

Практичне значення отриманих результатів досліджень полягає у тому, що вони дозволяють підвищити обґрунтованість і достовірність процедур ОВНС та екологічної експертизи, ефективність прийняття рішень щодо планованої діяльності з будівництва та експлуатації великих гідротехнічних споруд, забезпечити екологічну безпеку територій і акваторій, захистити інтереси України у транскордонному контексті.

Головні концепції, принципи, методологічні та практичні висновки і рекомендації першого розділу включені у ДБН А.2.2-1-95 "Склад і зміст матеріалів оцінки впливів на навколишнє середовище (ОВНС) при проектуванні і будівництві підприємств, будинків і споруд" і у "Посібник до розроблення матеріалів оцінки впливів на навколишнє середовище (до ДБН А.2.2-1-2003)".- Харків, Інститут "УкрНДІІНТВ", 2005.

Результати дисертаційного дослідження, які відображені у розділах 2 - 7, впроваджені у проект створення ГСХ Дунай - Чорне море у розділ "Оцінка впливу на навколишнє середовище (ОВНС) варіантів траси суднового ходу Дунай - Чорне море по шлюзованому каналу Соломонів рукав - Жебріянська бухта і по рукаву Бистрий" (2002 р.); "Оцінка впливу на навколишнє середовище (ОВНС) у складі робочого проекту "Створення глибоководного суднового ходу Дунай - Чорне море на українській ділянці дельти" (2003, 2004, 2005 р.р.); "Оцінка імовірних транскордонних впливів на довкілля (ОВНС) глибоководного суднового ходу Дунай - Чорне море на українській ділянці дельти" (2008, 2009 р.р.). У складі проектної документації ці роботи отримали позитивний висновок державної екологічної експертизи Мінприроди України (висновок № 345 від 19.04.2006). За результатами виконаних досліджень у проект втілено рекомендації: щодо вибору варіанта суднового ходу за екологічними показниками з урахуванням виявлених пріоритетів, щодо технології днопоглиблювальних робіт, щодо додаткових природоохоронних заходів.

Результати досліджень, наведені у розділах 4 - 6, використано автором як експертом від України у Комісії із запиту Румунії щодо імовірності значного негативного транскордонного впливу ГСХ Дунай - Чорне море (2004 - 2006 р.р.) для аргументації вибору варіанта траси суднового ходу, оцінки впливів на довкілля та передбачених проектом природоохоронних заходів, що відображено у висновку Комісії: "Opinion of the Inquiry Commission on the "Bystroe Canal" Project", appendices Ukr. 1-5 (2006).

Результати досліджень і рекомендації, запропоновані у розділі 6, включено у роботи, виконані за господарськими договорами з ДП "Дельта Лоцман": "Методологічний супровід та підготовка матеріалів до засідання Імплементаційного Комітету Конвенції Еспоо" (2007)"; "Програма дій української сторони по імплементації наукових висновків і рекомендацій Комісії із запиту Конвенції Еспоо ЄЕК ООН" (2007); "Поглиблена оцінка впливів ГСХ на довкілля, визначених Комісією із запиту як "імовірно значні негативні транскордонні впливи" та дієвості передбачених проектом і запропонованих Комісією інженерних заходів" (2008, 2009); "Підготовка проекту Остаточного рішення України щодо реалізації проекту "Створення глибоководного суднового ходу р. Дунай - Чорне море на українській ділянці дельти. Повний розвиток" (2009)".

Впровадження результатів дослідження підтверджено відповідними актами від 7 вересня 2009 р. та 15 грудня 2009 р.).

Особистий внесок здобувача. Дисертація базується на матеріалах науково-дослідних робіт, які були виконані автором безпосередньо або під його науковим керівництвом на протязі 1988 - 2010 р.р. відповідно до державних програм і господарських договорів. Автору належить постановка та обґрунтування науково-прикладної проблеми розробки теоретичної і методологічної бази комплексної оцінки впливів і управління екологічною безпекою ПГТС (в т. ч. у транскордонному контексті), яка включає: розробку концепції, методології та методів дослідження проблеми; формулювання для ПГТС задач комплексних оцінок впливів (гідроекологічної, вербально-аргументованої, багатокритеріальної) та задач управління; розробку структури впливів та системи управління екологічною безпекою; розробку ієрархічних моделей та формування матриць суджень; аналіз отриманих результатів; розробку рекомендацій щодо удосконалення процедур ОВНС і використання процедур Конвенції Еспоо. Експертне оцінювання та розрахунки у задачах, наведених у дисертації, виконані у співавторстві.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати роботи доповідалися та обговорювалися на наукових семінарах, конференціях, симпозіумах. Деякі з них: NATO Advanced Research Workshop (ARW) "Distributed Database Systems in the Management of Environmental and Water Resource Problems in Eastern Europe, Russia and the CIS" (м. Будапешт, Угорщина, 1997); науково-практичні конференції "Оцінка впливу об'єктів будівництва на навколишнє середовище (ОВНС). Безпека навколишнього природного, соціального, техногенного середовища (м. Ялта, 2001-2009, 2011, м. Київ, 2010); Третя науково-практична конференція "Оцінка впливу на навколишнє середовище (ОВНС) об'єктів будівництва. Регіональні, галузеві проблеми, практика проведення ОВНС" (м. Коктебель, 2002); ІІІ науково-практична конференція "Вплив руйнівних повеней та зсувних процесів на функціонування інженерних мереж" (м. Ужгород, 2002); науково-практична конференція "Практика виконання державної експертизи інвестиційних програм і проектів будівництва, шляхи та методи її удосконалення" (м. Ялта, 2003); Всеукраїнська екологічна конференція "Україна - рік після 5-ї Всеєвропейської конференції міністрів охорони навколишнього природного середовища "Довкілля для Європи" (м. Київ, 2004); науково-практична конференція "Шляхи та методи удосконалення порядку та процедури проведення комплексної державної експертизи (м. Ялта, 2005); міжнародна конференція "Conservation and Sustainable Development of the Danube Delta" (м. Одеса, 2006); науково-практична конференція "Моніторинг навколишнього середовища. Науково-методичне, нормативне, технічне, програмне забезпечення" (м. Коктебель, 2006); міжнародні науково-практичні конференції "Екологічна безпека: проблеми і шляхи вирішення" (м. Алушта, 2006-2010); VII міжнародна науково-практична конференція "Экология, энерго- и ресурсосбережение, охрана окружающей среды и здоровье человека, утилизация отходов" (м. Щолкіно, 2009); IV Міжнародний Водний форум "Стратегические проблемы охраны и использования водных ресурсов" (м. Мінськ, 2010).

Публікації. Основний зміст дисертації відображений у 51 науковій праці, з яких 30 статей надруковано у фахових наукових виданнях у галузі технічних наук, 21 - у журналах, збірниках наукових праць, матеріалах конференцій.

Структура дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, семи розділів, загальних висновків, переліку використаних джерел з 247 найменувань на 29 сторінках і шести додатків на 39 сторінках. Робота містить 59 рисунків (з яких 7 рисунків на 8 окремих сторінках), 48 таблиць (з яких 8 таблиць на 44 окремих сторінках). Повний об'єм дисертації - 382 сторінки, з них основного тексту - 262 сторінки.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, показано її зв'язок з науковими програмами, сформульовано мету, об'єкт, предмет і задачі дослідження, шляхи вирішення, визначено наукову новизну та практичне значення отриманих результатів, надано інформацію про впровадження і публікації, а також про особистий внесок автора.

У першому розділі проаналізовано екологічні аспекти природокористування і сформовані на їх підставі процедури ОВНС та екологічної експертизи, відображені у роботах Н.Ф. Реймерса, Ю. Одума, Т.Л. Акімової, І.І. Мазура, Т.А. Сафронова, О.І. Бондаря, Г.В. Лисиченка, В.П. Кучерявого, В.А. Вронського, Р.Є. Мунна, Н. Лі, О.М. Черпа, К.Н. Дияконова, М.В. Хотулевої, С.В. Калиновського, І.Б. Абрамова, Larry W. Canter, R. Therival, M.R. Partidario та інших авторів, у закордонних і українських нормативних і рекомендаційних документах, у виконаних за участю автора розділах ОВНС і висновках екологічної експертизи. Визначено недоліки існуючих в Україні процедур.

Показано, що традиційно задачі ОВНС планованої діяльності вирішуються шляхом аналізу окремих факторів впливів та їх наслідків. Досить повно розроблено методи часткових оцінок впливів на компоненти навколишнього природного середовища. В результаті такого підходу складається певна кількість розрізнених, не пов'язаних між собою висновків, а при формуванні комплексної оцінки та прийнятті рішень на її підставі виникає проблема врахування різних критеріїв і узагальнення часткових оцінок.

Сформульовано основні напрямки розвитку процедур оцінки впливів для підвищення їх ролі у забезпеченні екологічної безпеки планованої діяльності: поглиблення принципів поліваріантності, комплексності; розширення критеріальної бази ОВНС; розробка методологій комплексної оцінки впливів та управління екологічної безпекою на основі процедур ОВНС і екологічної експертизи.

Наведено аналіз базових підходів до оцінки впливів на НПС. Моделі та формалізовані методи оцінки впливів на окремі компоненти НПС описано у роботах К.С. Холінга, С.Н. Черкінського, А.В. Караушева, І.П. Родзиллера, Є.В. Єременка, Б.В. Солухи, В.М. Гаріна, В.Т. Медведева та ін. У працях С.Л. Вендрова, Ю.С. Васильєва, Г.В. Воропаєва, А.Б. Авакяна, Д. Лаукса, В.Г. Пряжинської, А.В. Яцика, Н.І. Керро та ін. розглянуто ряд екологічних проблем, які виникають при створенні ГТС і ВГС. Інженерно-екологічні моделі для комплексних гідроекологічних оцінок впливів ГТС з врахуванням внутрішньоводоймових процесів запропоновані у роботах І.Д. Романенка, О.П. Оксіюк, В.Н. Жукінського, Ф.В. Стольберга, В.І. Лаврика.

Показано, що для комплексної оцінки впливів складних проектів з великою кількістю вхідної інформації використовуються матричні методи, що входять у групу експертних (L.B. Leopold та ін.). Визначено проблемні аспекти матричних методів: обмежені прогностичні можливості, громіздкість побудови, складність агрегування показників, низька об'єктивність оцінок. На підставі аналізу особливостей ОВНС ПГТС встановлено, що задачі комплексної оцінки впливів і управління екологічною безпекою ПГТС не можуть бути достатньо адекватно вирішені існуючими методами.

Доведено, що планована діяльність разом з НПС являють собою складну систему, і для вирішення задач комплексної оцінки і управління екологічною безпекою такої системи є потрібним застосування методів системного аналізу. Встановлено доцільність розробки методу прийняття рішень у таких задачах на підставі експертно-аналітичних процедур з використанням методу аналізу ієрархій (МАІ), що дозволить підвищити обґрунтованість та екологічну безпеку рішень, що приймаються щодо створення ПГТС.

У другому розділі запропоновано методологію прийняття рішень у задачах комплексної оцінки впливів і управління екологічною безпекою ПГТС, яка реалізується у наступній послідовності. Спочатку розробляються часткові оцінки впливів на компоненти НПС за стандартними процедурами ОВНС. При необхідності виконуються гідроекологічні оцінки впливів і, як узагальнення, - вербально-аргументована комплексна оцінка впливів (ВКО). Результати цих оцінок використовуються як початкові дані для задач БКО та управління екологічною безпекою, що досліджуються експертно-аналітичним методом прийняття рішень. Для формування такого методу і формалізації процесу БКО та управління розроблено ряд нових методологічних аспектів.

Розроблено структуру впливів, в якій смодельовано взаємодію суб'єкта та об'єкта впливів з урахуванням зворотних зв'язків, через які можливе управління екологічною безпекою об'єкта. Центральним елементом структури є первинні та вторинні процеси впливів (рис. 1). Для водного об'єкта вторинні процеси впливів включають внутрішньоводоймові процеси.

Рис. 1. Структура впливів "ПГТС-НПС", яка включає зворотні зв'язки

На прикладі розв'язання практичних задач гідроекологічної оцінки впливів ПГТС різного типу (каскаду ГЕС, ВГС, руслового водосховища) у розділі показано можливість управляти екологічною безпекою ПГТС на підставі оцінки спрямованості внутрішньоводоймових процесів.

У цих задачах для оцінки впливів гідротехнічного будівництва використано інженерно-екологічні моделі О.П. Оксіюк, Ф.В. Стольберга, засновані на описі продукційно-деструкційних процесів у водній екосистемі. Вплив на якість води оцінено за трьома прийнятими гідроекологічними показниками С_БСК, С_РК, В_Ф (величина біохімічного споживання кисню, концентрація у воді розчиненого кисню та біомаса фітопланктону, відповідно).

Шляхом розв'язання чисельними методами системи диференціальних рівнянь, що являють собою інженерно-екологічні моделі, виконано оцінки впливів для проекту каскаду малих ГЕС на р. Тиса для різних розрахункових умов (рис. 2) і сформульовано рекомендації до проекту, які підвищують його екологічну безпеку.

Рис. 2. Розрахункова динаміка С_РК (1), С_{БСКповн} (2) і В_ф (3) на ділянці каскаду з п'яти ГЕС, що проектуються, для умов експлуатації при льодоставі та мінімальній середньодобовій витраті року 95% забезпеченості

Для умов ВГС на р. Ірша (лівому притоку р. Тетерев) з використанням описаних вище моделей вирішено задачу визначення екологічно безпечних об'ємів відбору води з водного об'єкта.

Для екологічної оцінки створення руслового водосховища запропоновано визначати усереднені значення гідроекологічних показників С_БСК, С_РК, В_Ф шляхом об'єднання інженерно-екологічних моделей, якими визначають їх змінення, і реакторної моделі Хіггінса-Кіма, якою моделюють водний об'єкт. Як приклад використання такого підходу виконано оцінку впливів створення Крапівінського гідровузла та руслового водосховища на р. Томь, на підставі якої визначено наслідки функціонування екосистеми у змінених умовах.

У відповідності з морфометричними особливостями водосховище смодельовано у вигляді чотирьох секцій, пов'язаних у п'ятикамерну модель, з яких чотири розташовано послідовно, а четверту і п'яту, якими описано пригреблеву частину, розміщено одна над іншою. Розрахункові рівняння для кожної камери наведено у вигляді:

;

;

де А₁, R₁ - валова первинна продукція, деструкція органічної речовини у планктонній підсистемі, відповідно, гО₂·м^-3·с^-1;

W_k, W_эв, W_a - об'єми, відповідно: камери, евфотної зони та зони аерації, м³;

q_i, q_n - витрата вод притоку та вод відтоку, відповідно, м³·с^-1;

f_БСК - потужність зовнішнього джерела органічної речовини, г·с^-1;

f_б, f_сед, f_РК, f_в, к₂ - коефіцієнти, відповідно: бактеріальної деструкції органічної речовини у підсистемі планктону; седиментації органічної речовини; поглинання кисню змоченою поверхнею; деструкції біомаси, атмосферної реаерації у водному об'єкті, с^-1;

- рівноважна концентрація розчиненого кисню у воді, гО₂·м^-3.

Результати розрахунків показали, що зміни умов функціонування водної екосистеми (дефіцит кисню) можна очікувати у пригреблевій частині, що дозволило рекомендувати розміщення водовипуску вище гіпоксичної зони.

Запропоновано розглянуті задачі розв'язувати на початкових стадіях ОВНС при виконанні ВКО варіантів здійснення планованої діяльності, що підвищує обґрунтованість та об'єктивність їх вибору.

Для характеристики на етапі ВКО залишкових наслідків впливів великих ГТС розроблено спеціальну шкалу. За цією шкалою загальний висновок щодо значущості впливів має враховувати величину, тривалість, частоту, імовірність, зворотність впливів, розміри та екологічну цінність зони впливів. Має також враховуватися характер взаємодії факторів впливів з факторами середовища.

З урахуванням розроблених методологічних аспектів і основних положень методології комплексної оцінки впливів у розділі запропоновано систему управління екологічною безпекою ПГТС (СЕБ) на етапі проектування шляхом поєднання трьох блоків процедур (рис. 3, 4, 5).

Рис. 3. Система управління екологічною безпекою ПГТС

Рис. 4. Структура багатокритеріаль-ної комплексної оцінки впливів ПГТС

Рис. 5. Задачі управління екологічною безпекою ПГТС

Розв'язання задач блоку III дозволяє визначити впливи, які є ключовими; обґрунтувати структуру проекту та розміщення окремих джерел та факторів впливів за умов зменшення негативних наслідків для НПС; оцінити можливість виключення окремих елементів проекту та відновлення компонентів НПС, що зазнали впливів; визначити можливість компенсування незворотної шкоди, що завдається НПС, або зменшення її системою управлінських рішень; обґрунтувати природоохоронні заходи, які є найбільш ефективними.

Для дослідження та розв'язання задач СЕБ розроблено комбінований (вербальний і формалізований) метод прийняття рішень, в якому поєднано розрізнені часткові оцінки впливів на компоненти НПС за стандартними процедурами ОВНС, що реалізуються відомими методами, та експертно-аналітичні процедури, які включають формалізований процес прийняття рішень на підставі вербальних оцінок з застосуванням адаптованого методу аналізу ієрархій (рис. 6).

Рис. 6. Схема алгоритму комбінованого методу прийняття рішень у задачах комплексної оцінки впливів і управління екологічною безпекою об'єкта дослідження

Застосування методу дозволяє враховувати інформацію різного типу (статистичну, прогнозну, дані безпосередніх вимірів, експертні оцінки); оперувати різноманітними факторами і критеріями; розв'язувати цілий ряд екологічних задач ПГТС (оцінки впливів, у т.ч. у транскордонному контексті та в умовах їх кумуляції, управління екологічною безпекою; вибору варіанта; оцінки екологічної ситуації та т. ін.). Об'єднання розрізнених часткових оцінок впливів, комплексної оцінки і задач управління екологічною безпекою є головним принципом розробленого методу прийняття рішень. Таке об'єднання дозволяє реалізувати СЕБ та перейти від простої констатації тих чи інших наслідків впливів до управління екологічною безпекою об'єкта.

У третьому розділі відповідно до наведеного вище алгоритму методу сформовані експертно-аналітичні процедури, які включають МАІ, адаптований для цілей досліджуваних задач. Ці процедури полягають у наступному. Виконується декомпозиція задачі у вигляді багаторівневої ієрархії, що має початкову вершину - мету рішення, яке аналізується. Нижче знаходиться рівень субкритеріїв, під ним на відповідних рівнях розташовуються критерії та фактори, що відображають зміст проблеми. На нижньому рівні розміщується перелік альтернативних варіантів рішення. Елементи ієрархії взаємопов'язані та взаємозалежні. Наступний етап - побудова матриць домінування шляхом знаходження відношень між елементами ієрархій через попарне порівняння та надання бальних оцінок з наступним синтезом і визначенням пріоритетів. Квадратна зворотносиметрична матриця домінування (суджень) записується у вигляді

_{, , де ; , aij = 1 при i=j.}

_Тут , де , - ваги відповідних елементів.

Якщо , , ..., заздалегідь невідомі, то попарне порівняння елементів виконується з використанням суб'єктивних суджень, чисельно оцінюваних від 1 до 9 за спеціальною шкалою відносної важливості факторів (Т. Сааті). Необхідність опису домінування та оцінки ступеню узгодженості суджень призводить до задачі щодо власного вектору (вектору пріоритетів ) і відповідного максимального власного значення . Для кожної матриці розв'язується матричне рівняння відносно і вектору ()

.

_{Розв'язання цього рівняння виконується шляхом зведення матриці А у достатньо високі ступені з наступним підсумовуванням рядків і нормалізацією (діленням суми кожного рядка на суму всіх елементів матриці), у результаті чого отримується вектор пріоритетів w=( w1, w2, ... , wn)^T. Визначається індекс узгодженості , який порівнюється з середнім індексом узгодженості для випадкових матриць такого же порядку, та при необхідності проводиться уточнення оцінок.}

_{Далі починається процедура синтезу пріоритетів.}

_Якщо , , … вагові коефіцієнти або глобальні пріоритети локальних цілей або факторів (і-1) рівня, а ui1, ui2 , ..., uim - вагові коефіцієнти або локальні пріоритети j-того фактору i-рівня відносно локальних цілей, то глобальний пріоритет цього фактору визначається за формулою:

.

_{Узгодженість} всієї ієрархії можна оцінити, перемножуючи кожний індекс узгодженості на пріоритет відповідного критерію, підсумовуючи отримані числа та порівнюючи результат із середнім індексом узгодженості випадкових матриць того ж порядку. Прийнятним вважається відношення індексів узгодженості до 10%.

_У розділі змодельовані ієрархії, які можна вважати типовими для сформульованих вище задач (див. рис. 4, 5).

_На заключному етапі формування методу виконано модифікацію шкали відносної важливості факторів (Т. Сааті) шляхом уточнення формулювань. Це спрощує порівняння складних, багатопараметричних відносно цілі, елементів ієрархії і покращує узгодженість думок експертів у процедурі оцінки.

_{Запропонован}о схему алгоритму типової процедури оцінки (рис. 7).

Рис. 7. Схема алгоритму типової процедури експертно-аналітичної оцінки

_{Розроблені експертно-аналітичні процедури та модифікована шкала завершують формування комбінованого методу прийняття рішень, що дозволяє формалізувати процес БКО та управління екологічною безпекою ПГТС на етапі планування.}

_У четвертому розділі досліджено задачі комплексної оцінки впливів створення глибоководного суднового ходу у багаторукавній дельті. Як типовий приклад ПГТС розглянуто проекти ГСХ у дельті р. Дунай, та особливості ОВНС таких споруд. ГСХ у дельті ріки являє собою ПГТС, що належить до класу транспортних об'єктів, які призначені для пропускання суден і перетинають область дельти на ділянках траси ріка-море. Головними елементами суднового ходу є: ділянка русла основної ріки, судноплавний канал або рукав дельти, морський підхідний канал (МПК) для подолання мілководних гирлових барів на морському узбережжі.

Визначено та охарактеризовано техногенні фактори, які впливають на флору та фауну ділянок дельти, прилеглих безпосередньо до траси суднового ходу, та можливі наслідки цих впливів. Обґрунтовано вибір ключових факторів впливів, а саме: площа земель, що вилучаються, площа пошкодження дна водотоку, об'єми земляних робіт у будівельний період, об'єми експлуатаційного днопоглиблення, зміни гідрологічного режиму островів дельти, зміни морфодинамічного режиму морського краю дельти (МКД).

Розроблено структуру ВКО першого блоку СЕБ ГСХ за складовими: фактори середовища ГСХ по окремих ділянках траси; джерела впливів (види робіт будівельного та експлуатаційного періоду); фактори впливів; процеси впливів; можливі екологічні наслідки для компонентів НПС; комплекс можливих природоохоронних заходів (ПЗ); імовірні залишкові наслідки впливів. Розроблено таблиці з детальною характеристикою кожної складової. Визначено, що результати ВКО використовуються як вхідні дані для БКО - другого блоку СЕБ. Ці дані також можуть бути використані в якості комплексної оцінки на ранніх стадіях проектування.

На противагу наявному досвіду комплексної оцінки впливів, структурування вербально-аргументованої оцінки у вищенаведеному вигляді дозволяє виявити усі основні аспекти впливів і уніфікувати саму процедуру, що є особливо важливим при порівнянні варіантів.

_{Досліджено задачі БКО ГСХ у дельті р. Дунай. Поданим у роботі методом вирішено одну з головних задач БКО - вибір найбільш екологічно безпечного варіанта траси суднового ходу, який відповідає необхідним технічним вимогам. На підставі розробленої типової структури виконано моделювання задачі у вигляді шестирівневої ієрархії (рис. 8). До ієрархії включено шість варіантів траси у межах ділянок від узмор'я до з'єднання з Кілійським рукавом. З використанням експертно-аналітичних процедур комбінованого методу прийняття рішень визначено пріоритети варіантів у відношенні до окремих факторів впливів (рис. 9).}

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 8. Декомпозиція задачі вибору найбільш екологічно безпечного варіанта траси ГСХ Дунай - Чорне море

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 9. Розподіл пріоритетів між альтернативними варіантами А1...А6 у відношенні до окремих факторів впливів: а) до вилучення земель (Ф1), б) до розміщення траси відносно зон заповідника (Ф2), в) до об'ємів земляних (або днопоглиблювальних) робіт у будівельний період (Ф3); г) до об'ємів днопоглиблювальних робіт в експлуатаційний період (Ф4), д) до змін гідрологічного режиму островів дельти (Ф5), е) до змін морфодинамічного режиму морського краю дельти (Ф6)

_{Розподіл локальних пріоритетів проілюстровано для рівня факторів впливів. Значення глобальних пріоритетів для всієї ієрархії (рис. 10) свідчать про суттєву перевагу за оцінюваними критеріями траси по рукаву Бистрий (27%).}

Рис. 10. Глобальні пріоритети альтернативних варіантів А1...А6

На основі п'ятирівневої ієрархії виконано БКО варіанта траси по рукаву Бистрий, розроблено таблицю характеристик зв'язків між елементами суміжних рівнів ієрархій. Оцінено розподіл техногенного навантаження по ділянкам траси, видам робіт, комплексним факторам впливів (КФВ), компонентам навколишнього середовища. Визначено пріоритетні компоненти НПС відносно їх чутливості до КФВ. Це біота (59,2%), водне середовище річки (17,9%) та ґрунт як середовище мешкання (12,1%). Наведено порівняльну оцінку ділянок траси за величиною залишкових наслідків впливів. Одержані пріоритети можуть бути використані як вхідна інформація для задач управління екологічною безпекою будівельного та експлуатаційного періоду.

У п'ятому розділі досліджено задачі управління екологічною безпекою ГСХ Дунай - Чорне море для будівельного та експлуатаційного періодів (блок III СЕБ). Розв'язано загальну задачу управління екологічною безпекою створення ГСХ. Виконано моделювання у вигляді п'ятирівневої ієрархії та визначено пріоритети у задачі управління. Встановлено, що оскільки техногенне навантаження передусім спрямоване на геологічне середовище, найбільший пріоритет (30%) у забезпеченні екологічної безпеки відповідає критерію КС-1 (геологічне середовище). В умовах близькості Дунайського біосферного заповідника (ДБЗ) наступним за величиною (21%) критерієм є КС-8 (орнітофауна). Сумарний пріоритет біотичних критеріїв склав 39%. Показано, що для першого етапу створення ГСХ найбільш значущі впливи очікуються на ділянці Кілійського річкового русла (39%) та на ділянці берегових відвалів (26%). Серед видів робіт, що впливають на екологічну безпеку, найбільшу вагу одержали роботи з виїмки ґрунту на ділянці Кілійського рукава (48%), складування ґрунту у берегові відвали (18%) та виїмка ґрунту на ділянці морського підхідного каналу (17%). На підставі оцінки величин глобальних пріоритетів встановлено, що забезпечення екологічної безпеки ПГТС у будівельний період найбільш ефективно здійснюється через захисні (пріоритет 40%) та охоронні, включаючи моніторинг, (пріоритет 28%) ПЗ. Сумарний пріоритет ресурсозберігаючих, захисних, відновлювальних і компенсаційних заходів, тобто таких, які можуть бути передбачені у проектних рішеннях, склав 72%. Ці результати визначають стратегію управління екологічною безпекою.

На підставі отриманих результатів значущості біотичних критеріїв виконано моделювання і вирішено задачу управління екологічною безпекою ГСХ при експлуатації у межах території ДБЗ в умовах кумуляції впливів на біологічні об'єкти (рис. 11). Розроблено таблицю визначень і характеристик зв'язків між елементами суміжних рівнів і розкрито заходи, які отримали найбільший пріоритет у загальній задачі управління. Розв'язання задачі дозволило визначити, від яких факторів впливів і від яких джерел впливів більш над усе залежить екологічна безпека при кумуляції впливів, а також які з розглянутих ПЗ є найбільш ефективними по відношенню до комплексу факторів, що спричиняють кумулятивні впливи. Ключовими факторами впливів визнано втрату місць мешкання, шумове навантаження, втрату кормової бази. Їх спільна дія за значущістю складає майже 75% сумарного впливу десяти розглянутих факторів. Усі встановлені джерела впливів оцінені як важливі (внесок кожного складає від 21 до 32%). З розглянутих десяти природоохоронних заходів найбільш ефективним (глобальний пріоритет 25,3%) виявилося компенсаційне відновлення місць мешкання на північних ділянках ДБЗ (ПЗ-10).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 11. Ієрархічна структура задачі управління екологічною безпекою ГСХ у період експлуатації в умовах кумуляції впливів на біоту

Размещено на http://www.allbest.ru/

Другим за ефективністю заходом (пріоритет 17,6%) визначено створення струмененапрямної дамби у місці відгалуження рукава Бистрий (ПЗ-1), на третьому місті (пріоритет 14,8%) - відновлення природної рослинності прируслових валів рукава Бистрий (ПЗ-8).

Враховуючи високі пріоритети ключових факторів впливів (сумарний пріоритет 75%), пов'язаних з цими факторами джерел впливів Д1 і Д2 (разом -53%) та природоохоронних заходів ПЗ-4, ПЗ-5, ПЗ-6 та ПЗ-8, спрямованих на пом'якшення їх дії (сумарний пріоритет понад 30%), проведено поглиблені дослідження задач оцінки впливів викидів суден в атмосферу на флору заповідника з урахуванням ризику аварійних ситуацій, шумових впливів судноплавства на орнітофауну у місцях їх сезонного мешкання, впливів днопоглиблювальних робіт на кормову базу риб.

Викладена у розділі послідовність досліджень задач управління екологічною безпекою ПГТС від загальної задачі до додаткових, визначення найбільш значущих задач та їх розв'язання є удосконаленнями методології управління екологічною безпекою при експлуатації ГСХ поблизу екологічно цінних (заповідних) територій. екологічний природний гідротехнічний

Запропоновано загальну стратегію управління екологічною безпекою планованої діяльності, що базується на врахуванні визначених пріоритетів: покращення проектних рішень за екологічними показниками; розробка рекомендацій щодо екологічно-безпечної технології проведення робіт та інших додаткових ПЗ; розробка програм екологічного моніторингу та післяпроектного аналізу, спрямованих на усунення невизначеностей у оцінках.

_{Задачі управління екологічною безпекою ПГТС при здійсненні днопоглиблювальних робіт розглянуто з урахуванням особливостей оцінки впливів днопоглиблення на водні об'єкти різного типу та категорій: великі ріки і дельти, малі та середні річки, водосховища. Встановлено, що управління екологічною безпекою цих об'ктів є можливим на підставі аналізу первинних і вторинних процесів впливів. Показано, що фактори та первинні процеси впливів днопоглиблення є однаковими для різних водних об'єктів, і тому на початкових стадіях ОВНС вибір варіанта технології можливий за ключовими факторами, що проілюстровано на конкретних прикладах. У той же час вторинні процеси впливів залежать від категорії та типу водного об'єкта, тому на завершальних стадіях ОВНС для вибору варіанта технології гідроінженерних робіт є доцільним застосовувати розроблений у роботі експертно-аналітичний метод, що дозволяє враховувати залежності та зв'язки між факторами впливів і факторами середовища. Можливість і переваги запропонованого методу прийняття рішень показано на прикладі вибору технології реконструкції водосховища Відсічне на р. Тетерів.}

...