Підвищення екологічної безпеки при підтопленні земель лівобережжя Каховського водосховища

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

МІНІСТЕРСТВО ЕКОЛОГІЇ ТА ПРИРОДНИХ РЕСУРСІВ УКРАЇНИ

НАУКОВО-ДОСЛІДНА УСТАНОВА «УКРАЇНСЬКИЙ НАУКОВО-

ДОСЛІДНИЙ ІНСТИТУТ ЕКОЛОГІЧНИХ ПРОБЛЕМ»

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ В.Н. КАРАЗІНА

Спеціальність 21.06.01 - Екологічна безпека

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Підвищення екологічної безпеки при підтопленні земель лівобережжя Каховського водосховища

Цимбал Віктор Анатолійович

Харків-2016

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі прикладної екології та охорони праці в Запорізькій державній інженерній академії (ЗДІА) Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: кандидат географічних наук, доцент

Буц Юрій Васильович,

Харківський національний економічний університет

імені Семена Кузнеця, доцент кафедри технології,

екології та безпеки життєдіяльності

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Филипчук Віктор Леонідович,

Національний університет водного господарства та природокористування, м. Рівне, завідувач кафедри охорони праці та безпеки життєдіяльності

кандидат технічних наук, старший

науковий співробітник

Проскурнін Олег Аскольдович,

Науково-дослідна установа «Український науково-дослідний інститут екологічних проблем», м. Харків, старший науковий співробітник

Захист відбудеться «_____»______________2016 р. о _____год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.812.01 у науково-дослідній установі «Український науково-дослідний інститут екологічних проблем» за адресою: 61166, м. Харків, вул. Бакуліна, 6.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці науково-дослідної установи «Український науково-дослідний інститут екологічних проблем» (61166, м. Харків, вул. Бакуліна, 6).

Автореферат розісланий «____»_____________2016 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Т.Ф. Жуковський

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Сучасний екологічний та соціально-економічний стан України визначає актуальність постійної уваги з боку держави щодо забезпечення екологічної безпеки територій при підтопленні земель в зонах впливу водосховищ. Підтоплення земель призводить до зміни інфільтрації поверхневих вод, забруднення ґрунтових вод, деградації ґрунтів, пригнічення рослин, активізації зсувних, карстових процесів, росту сейсмічності. За останні десятиріччя ці процеси стали набирати регіонального характеру і охопили майже всю територію України.

Через підтоплення Україна втрачає свої родючі ґрунти. Більше 20% населення України сьогодні мешкають на підтоплених землях, що займають понад 17% загальної площі країни. Щорічні економічні збитки від підтоплення міських територій оцінюються у 2,2 млрд. грн. Площа підтоплених земель сільськогосподарського призначення становить близько 118 тис. га. У підтопленому стані знаходяться 454 сільські населені пункти, з них 223 у зонах впливу зрошуваного землеробства та великих водосховищ. На деяких ділянках внаслідок підйому рівня ґрунтових вод активізувалися зсувні явища, збільшується засолення ґрунтів та заболочування територій. Підтоплення створює неможливі умови для проживання населення, завдає значних матеріальних збитків, погіршує стан навколишнього природного середовища.

Особливе місце стосовно даної проблеми займає лівобережжя Каховського водосховища, де внаслідок широкомасштабного гідротехнічного будівництва, створення мережі зрошувальних систем, магістральних каналів та невпорядкованого водовикористання привело до порушення природного балансу ґрунтових вод. На цій території розташовані об'єкти підвищеної ядерної, радіаційної, пожежної та екологічної небезпеки, такі як Запорізька атомна та теплова електростанція, нафтобази, склади паливно-мастильних матеріалів, до яких пред'явлені жорсткі конструктивні вимоги до устаткування, комунікацій, виключенню перекосів, осідання, кренів і горизонтальних зміщень фундаментів споруд.

Своєчасне впровадження ефективних інженерних заходів захисту земель від підтоплення дозволяє попередити розвиток та ліквідацію негативних наслідків цього процесу, забезпечення надійності й безпечної експлуатації будівель, споруд та інженерних мереж, безпеки громадян.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Основні положення дисертаційної роботи виконано відповідно до Законів України «Про охорону навколишнього природного середовища» № 1268-ХІІ від 26.06.1991 р., Водного кодексу України, введеного в дію Постановою Верховної Ради України № 213/95-ВР від 06.06.1995 р., Постанови Верховної Ради України «Про основні напрями державної політики України в галузі охорони довкілля, використання природних ресурсів та забезпечення екологічної безпеки» № 118/98-ВР від 05.03.1998 р.

Дисертаційна робота виконана на кафедрі прикладної екології та охорони праці Запорізької державної інженерної академії. Матеріали дисертаційного дослідження запропоновані та використані здобувачем в рамках науково-дослідних робіт «Розробка заходів з підвищення рівня експлуатації природоохоронних об'єктів з метою зниження змісту солей в стічних водах Запорізького титаномагнієвого комбінату» (№ 9-1/2012) та «Дослідження та розробка заходів з охорони праці та засобів по зменшенню негативного впливу на навколишнє середовище» (2012-2014 рр.), в яких здобувач брав участь як виконавець.

Мета і задачі досліджень. Мета роботи - зменшення негативного впливу Каховського водосховища на підтоплення земель шляхом розробки технічних рішень та заходів щодо зниження рівня ґрунтових вод.

Для досягнення зазначеної мети були поставлені такі задачі:

розрахувати складові водного балансу підземних вод на дослідженій території;

виконати екологічну оцінку сучасного стану підтоплення дослідженої території та впливу Каховського водосховища на процес підтоплення земель;

побудувати структурно-логічну модель підтоплення Запорізької АЕС та визначити основні фактори, які можуть впливати на хід негативних подій;

удосконалити математичну модель процесу підтоплення земель в зоні впливу водосховищ;

теоретично обґрунтувати та розробити спосіб зниження рівня ґрунтових вод в зонах впливу водосховищ та комплексного багаторівневого інженерного захисту земель від підтоплення;

скласти карту підтоплення Запорізької області та дослідженої території з відокремленням зон небезпечних рівнів залягання ґрунтових вод;

розробити комплекс заходів щодо недопущення виникнення надзвичайних ситуацій, пов'язаних з підтопленням земель в зонах впливу водосховищ, або мінімізації їх наслідків.

Об'єкт дослідження - екологічно небезпечні процеси підтоплення земель в зоні впливу Каховського водосховища.

Предмет дослідження - підвищення рівня екологічної безпеки при підтопленні земель шляхом розробки комплексу заходів щодо запобігання виникнення надзвичайних ситуацій. водосховище підтоплення інженерний

Методи дослідження. В дисертаційній роботі використанні методи: математичного моделювання - для прогнозування стану земель; натурних спостережень - для дослідження негативного впливу підтоплення, розробки заходів із підвищення екологічної безпеки; експериментальні дослідження - перевірки теоретичних положень.

Гідрогеологічне становище дослідженої території оцінене за статистичними даними архівних матеріалів, за даними моніторингу природних факторів, рівнів ґрунтових вод, рівнів Каховського водосховища.

Наукова новизна отриманих результатів:

- вперше теоретично обґрунтовано та розроблено спосіб зниження рівня ґрунтових вод та комплексного багаторівневого захисту земель від підтоплення;

- вперше побудовано структурно-логічну модель оцінки екологічного ризику виникнення підтоплення на території Запорізької атомної електростанції;

- удосконалено математичну модель підтоплення земель ґрунтовими водами в зоні впливу водосховищ;

- отримало подальший розвиток наукове обґрунтування залежності процесу підвищення рівня ґрунтових вод на дослідженій території від статей водного балансу та впливу Каховського водосховища.

Практичне значення одержаних результатів. Впроваджено спосіб зниження рівня ґрунтових вод під час ліквідації підтоплення території СП «Михайлівське ВРН» ТОВ «ЗАПОРІЖНАФТОПРОДУКТГРУП» (Акт впровадження від 14.03.2012 р.). Удосконалено комп'ютерну програму створення та аналізу імітаційної структурно-логічної моделі підтоплення території АЕС. Складено карту підтоплення дослідженої території з визначенням зон небезпечних рівнів залягання ґрунтових вод, з метою вивчення гідрогеологічних явищ та прогнозування процесу підвищення рівня ґрунтових вод. Розроблено та запропоновано програму заходів щодо підвищення екологічної безпеки при підтопленні земель в зоні впливу водосховищ. Окремі положення та результати дисертаційної роботи використано у навчальному процесі викладання дисципліни «Цивільний захист» кафедри прикладної екології та охорони праці Запорізької державної інженерної академії (Акт впровадження результатів дисертаційної роботи у навчальний процес від 14.03.2012 р.)

Особистий внесок здобувача полягає в безпосередньому самостійному проведенні теоретичних досліджень, експериментів, оформленні проміжних результатів роботи у вигляді публікацій і доповідей та дисертаційної роботи в цілому. Наукові результати, які викладені в дисертації, отримані особисто здобувачем на підставі вивчення існуючого становища і особливостей підвищення рівня ґрунтових вод, аналізу даних моніторингу, проведення дослідження залежності процесу підвищення рівня ґрунтових вод від статей водного балансу.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи доповідалися та обговорювалися на: V науково-практичній конференції «Нагальні проблеми запобігання та боротьби з регіональним підтопленням земель» (Бердянськ, НПЦ «ЕНТ», 2007 р.); науково-практичній конференції «Проблеми прогнозування та надзвичайних ситуацій природного, природно-техногенного походження» (Одеса, НПЦ «ЕНТ», 2008 р.); V Всеукраїнській науково-практичній конференції «Охорона навколишнього середовища промислових регіонів як умова сталого розвитку України» (Запоріжжя, ЗДІА, 2009 р.); ХVIII міжнародній науково-технічній конференції «Екологічна і техногенна безпека. Охорона водного і повітряного басейнів» (Бердянськ, НПЦ «ЕНТ», 2010 р.); Всеукраїнській науково-практичній конференції: «Техногенно-екологічна безпека України: стан та перспективи розвитку» (Ірпінь, НАГНС, 2010 р.); Міжнародній науково-практичній конференції «Регіон-2010: стратегія оптимального розвитку» (Харків, ХНУ ім. В.Н. Каразина, 2010 р.); 6-й науково-практичній конференції «Підтоплення- 2010» (Київ, НПЦ «ЕНТ», 2010 р.); Міжнародному семінарі «Результаты предварительной оценки рисков возникновения наводнений в Центральной и Восточной Европе и внедрение Дерективы ЕС по наводнениям» (Мінськ, 2012 р.); VIII Всеукраїнській науково-практичній конференції «Охорона навколишнього середовища промислових регіонів як умова сталого розвитку України» (Запоріжжя, ЗДІА, 2012 р.); IV Міжнародній науково-практичній конференції «Безпека життєдіяльності в ХХІ віці» (Дніпропетровськ, ПДАБА, 2013 р.); VI Міжнародній науковій конференції «Ресурс і безпека експлуатації конструкцій, будівель і споруд» (Харків, ХНУБА, 2013 р.); X Міжнародній науково-практичній конференції «Екологічна безпека: проблеми і шляхи вирішення» (Харків, УкрНДІЕП, 2014 р.)

Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 18 наукових праць, серед них: 5 публікацій у фахових наукових виданнях України, 1 стаття - у виданні іншої держави, 1 декларативний патент України на корисну модель та 11 тез доповідей на всеукраїнських та міжнародних науково-практичних конференціях.

Структура і об'єм дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, 4 розділів, загальних висновків, списку використаних джерел з 126 найменувань на 14 сторінках та 6 додатків на 12 сторінках. Робота містить 9 таблиць і 29 рисунків. Загальний обсяг дисертаційної роботи становить 156 сторінок, із них основного тексту - 130 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність та доцільність виконання роботи, зв'язок з науковими програмами, планами та темами, сформульовано мету і завдання та напрямок дослідження, наукову новизну, практичне значення отриманих результатів, наведено загальну характеристику роботи, особистий внесок здобувача, повноту апробації результатів досліджень.

У першому розділі розкрито вплив природних та техногенних факторів на загальний процес підвищення рівня ґрунтових вод (далі РГВ), розглянуто можливі екологічні та соціально-економічні наслідки підтоплення територій, існуючі засоби боротьби з процесом підвищення РГВ на території України та інших країн.

Питаннями вивчення причин і наслідків підтоплення земель займалися відомі вчені та фахівці: С.К. Абрамов, О.П. Нечаєв, В.Л. Филипчук, Г.С. Пантелят, С.В. Висоцький, М.Д. Волошин, Є.О. Яковлєв, А.Я. Олійник,

В.С. Кремез, І.К. Решетов та інші.

З'ясовано основні причини виникнення підтоплення в зоні впливу водосховища, та його вплив на процес підняття рівня ґрунтових вод.

Визначено, що існуючі засоби боротьби з підтопленням потребують значних капіталовкладень. Тому виникає необхідність у проведенні більш економічно ефективних заходів, нових способів боротьби з підтопленням земель.

Сформульовано завдання дисертаційної роботи, вирішення яких є необхідним для підвищення екологічної безпеки при підтопленні земель в зонах впливу водосховищ. Визначено напрямок дисертаційного дослідження.

У другому розділі на прикладі Запорізької АЕС, яка знаходиться в зоні впливу Каховського водосховища, за допомогою комп'ютерної програми SAPFIR побудована структурно-логічна модель оцінки ризику підтоплення. Ця програма дозволяє провести розрахунки ймовірностей, аналіз дерева відмов та визначити важливість складових його подій.

Визначені події з переліком природних явищ та антропогенних факторів, які можуть впливати на процес підтоплення територій підприємств та побудовано дерево відмов моделі (рис. 1).

Рис. 1. Дерево відмов моделі процесу підтоплення території Запорізької атомної електростанції

Визначений мінімальний переріз подій та розрахунок ймовірності небажаних подій та обставин, які можуть привести до виникнення надзвичайних ситуацій, пов'язаних з підтопленням, на Запорізькій АЕС.

Мінімальний переріз складається з шести базисних подій: ZN (зрошувальні норми), ZO (значні опади), PN (поди та низини), AS (аварійний стан), WU (водоупор), F (фільтрація). Особливу увагу треба приділити керованим подіям, таким як зрошувальним нормам, водоупору, та фільтрації (рис. 2).

Рис. 2. Фактори та обставини, які можуть вплинути на хід подій

Виконання заходів, щодо збільшення фільтраційних властивостей земель приведе до зниження ймовірності виникнення надзвичайних ситуацій, пов'язаних з підтопленням на 12%.

Будь які ґрунти складаються з твердих мінеральних часток і пустот. Відношення пустот в загальному обсязі ґрунту характеризує ступінь пористості ґрунту. Чим більше пористість породи, тим більше в ній може поміститися води, тим більше її вологоємність. Однак для характеристики ґрунтів по відношенню до води важлива не лише величина загальної пористості, але і розмір самих пор.

Здатність утримувати воду є важливою фізичною характеристикою ґрунтів. Якщо умовно взяти частину з водоносного горизонту, частина води через деякий час витече з нього (гравітаційна водовіддача S), а частина залишиться в порах. Вологоємність і водовіддача характеризують ємнісні властивості земель.

Так, в глинах загальна пористість досягає 0,45 і більше, однак воду вони майже не пропускають. Вона утримується на поверхні частинок молекулярними силами.

Пористість піску не перевищує 0,30-0,33, навпаки, дуже добре пропускають через себе воду (табл. 1).

Таблиця 1 - Значення пористості, коефіцієнта фільтрації, гравітаційної водовіддачі ґрунтів

Можливий склад ґрунту	Коефіцієнт пористості, м	Коефіцієнт фільтрації, k	Гравітаційна водовіддача, S
Глина	0,45	<0,001	0,05
Суглинок	0,40	0,01	0,10
Супісок	0,40	0,05	0,20
Пісок дрібний глинистий	0,35	0,1	0,30
Пісок середньозернистий	0,33	1,0	0,32
Пісок крупнозернистий	0,30	5,0	0,29
Гравій	0,25	10,0	0,24

Різниця м - S відповідає максимальній молекулярній вологоємності. Тому в реалізації нового способу зниження рівня ґрунтових вод необхідно передбачити будівництво фільтраційного насипу, сифонного дренажу, з метою видалення відфільтрованої води, шляхом вакуумування, через водоупор до нижче розташованого водоносного горизонту.

Розглянуто розвиток фільтраційного процесу в прибережній смузі водосховища при умові зниження його рівня.

Удосконалено математичну модель фільтрації ґрунтових вод при підтопленні земель у зоні впливу водосховищ, шляхом зміни коефіцієнта п'єзопровідності (а). Враховано коефіцієнти пористості та гравітаційної водовіддачі:

(1)

де - відмітки РГВ; Н1 - рівень водосховища після його зниження;

- осереднена товщина фільтраційного потоку;

Н2 - максимальний рівень заповнення водосховища

t - час;

x - просторова координата по лінії потоку від зрізу води у водоймище в напрямку берега;

k - коефіцієнт фільтрації;

м - коефіцієнт пористості;

S - гравітаційна водовіддача;

- початкова та граничні умови,

де - початкова відмітка РГВ; - підвищений рівень води у водосховищі.

Доведено необхідність проведення системи контролю і управління режимом підземних вод, яка включає створення наглядової мережі свердловин, необхідність зниження підпору водоносного горизонту та збільшення його водовіддачі.

Гідрогеологічний моніторинг дає можливість отримання достовірної інформації про стан та розвиток підтоплення, своєчасно відреагувати та провести невідкладні роботи щодо його ліквідації.

Посилення і систематичність моніторингу з метою отримання оперативної інформації та визначення динаміки процесів підтоплення з урахуванням певних факторів на критичних територіях можливе у разі прийняття рішення щодо обов'язкового створення спостережних свердловин у зонах стійкого розвитку підтоплення. Це суттєво підвищить інформаційне забезпечення системи управління екологічною безпекою.

Визначено, що поліпшення екологічної безпеки може бути досягнуто шляхом вдосконалення ефективних інженерних заходів та впровадження нових способів захисту земель від підтоплення, застосування системних досліджень, визначення рівнів ризику, розроблення та запровадження наукових методологій: природно-кадастрових, еколого-господарських балансів територій, екологічного моніторингу та картографування, регіональних географічних інформаційних систем (ГІС), впровадження заходів спрямованих на попередження розвитку та ліквідацію негативних наслідків цього процесу, надійності та безпечної експлуатації будівель, споруд та інженерних мереж об'єктів підвищеної небезпеки.

У третьому розділі визначена геологічна характеристика земель та гідрогеологічні умови підтоплення лівобережжя Каховського водосховища.

Доведено, що головною причиною підтоплення дослідженої території є порушення водного балансу території. Встановлені кількісні значення його складових, що викликають зміни природного режиму.

Підвищення рівня Каховського водосховища сприяє підпору водоносного горизонту, що негативно впливає на природній відтік ґрунтових вод.

Встановлена динаміка збільшення кількості опадів та температури на дослідженій території.

Найбільш несприятливі природні умови для підтоплення відбуваються на початку весни, у періоди різкого потепління, інтенсивного сніготанення або аномально рясного випадіння атмосферних опадів, зимового промерзання верхнього шару землі.

Надзвичайні ситуації, пов'язані з підтопленням, відбувалися в Україні у 1977, 1985, 1998 та 2005 роках. Роки підвищеної водності повторюються з інтервалами приблизно через 11, 33 та 100 років.

Проведено дослідження процесу підтоплення земель Тимошівського поду, визначення статей водного балансу, впливу на цей процес Каховського водосховища.

З метою вивчення гідрогеологічних явищ, прогнозування процесу

підтоплення складено карту підтоплення з визначенням зон небезпечних рівнів залягання ґрунтових вод, фрагмент якої наведено на рис. 3.

Рис. 3. Фрагмент карти підтоплення лівобережжя Каховського водосховища

Встановлено, що середньорічний показник рівня температури - 11,24оС.

Температура щорічно збільшується на 0,027оС.

Середньорічний показник рівня опадів - 497,7 мм/рік.

Кількість опадів щорічно збільшується на 3,9 мм/рік.

Складовими водного балансу ґрунтових вод дослідженої дільниці є:

інфільтрація опадів;

випаровування з поверхні ґрунтових вод;

горизонтальний відтік-приплив ґрунтових вод;

перелив ґрунтових вод через роздільний прошарок у нижче розташований водоносний горизонт.

До основних джерел поповнення ґрунтових вод відносяться: інфільтрація і горизонтальний приплив.

Річні суми випаровування з поверхні суші дорівнюють: максимальна - 555 мм/рік, мінімальна - 300 мм/рік. При цьому близько 70% річної суми випаровування вологи з ґрунтів приходиться на травень-серпень місяці. Мінімальна кількість випаровування спостерігається в місцях найменшого випадання опадів.

На поверхню дослідженої території загальною площею 625 км2 надходить вологи 11,17 млн. м3/рік.

Використовуючи карту глибин залягання ґрунтових вод з інтерполяцією отриманих значень випаровування і перерахуванням їх площі, визначено загальний обсяг води, що йде на випаровування, рівний 3,7 млн. м3/рік .

Таким чином, враховуючи загальну кількість води, що йде на випаровування, можна розрахована величина інфільтраційного поповнення:

Wінф = W - I , (2)

де: Wінф. - інфільтраційне поповнення, млн. м3/рік;

W - інфільтрація, млн. м3/рік;

І - випар з поверхні ґрунтових вод, млн. м3/рік.

Річне поповнення на розрахунковій площі складає 7,47 млн. м3/рік.

За даними моніторингу сумарна річна величина горизонтального притоку дорівнює 23710 м3/рік. Сумарна річна величина горизонтального відтоку за межі дослідженої території дорівнює 24160 м3/рік. Зазначені величини незначні і на подальших розрахунках балансу виключаються.

Балансовий розрахунок показує, що річне поповнення запасів ґрунтових вод складає 2% від надходження води (атмосферних опадів), що привело до річного підйому рівня ґрунтових вод та, як наслідок, підтоплення земельних угідь і населених пунктів.

Нестабільність погодних умов, висока ймовірність випадіння значних опадів, підняття рівня водосховищ вимагають вживання невідкладних організаційних та інженерних заходів. Для боротьби з підтопленням у попередні роки створено захисний комплекс гідротехнічних споруд і дренажних систем. Існуючі дренажні та водовідвідні системи потребують удосконалення та реконструкції.

Застосування тільки вертикального дренажу може привести до просадки ґрунту і, як наслідок, руйнування будівель та комунікацій об'єктів в зоні впливу водосховища.

У четвертому розділі на підставі виконаних досліджень, узагальнення й урахування отриманих результатів запропоновано спосіб зниження рівня ґрунтових вод та комплексного багаторівневого захисту земель від підтоплення (патент на корисну модель UA 14967 від 15.06.2006 р.), заходи щодо підвищення екологічної безпеки при підтопленні земель в зонах впливу водосховищ.

Метою запропонованого способу є зниження рівня ґрунтових вод, встановлення водного балансу земель, своєчасного спрацювання, стабільної та ефективної роботи дренажних систем.

Досягнення поставленої мети здійснюється будівництвом в низинах та подах гідротехнічних споруд, до яких входять: загально спланований фільтраційний насип з системою водовідвідних канав, комплексний дренаж.

Спосіб зниження рівня ґрунтових вод та комплексного багаторівневого захисту земель від підтоплення відноситься до гідротехнічного і меліоративного будівництва та призначений для інженерної підготовки забудовуваних територій, захисту сільськогосподарських угідь та населених

пунктів від підтоплення (рис. 4).

Рис. 4. Схема багаторівневого інженерного захисту території від підтоплення

Загальноспланований насип доцільно розташувати в місцях прокладання ґрунтових автомобільних доріг, дорожнє покриття яких заглиблюють з введенням каркасних добавок (гравій, шлак). Відведення поверхневих вод здійснюється через систему канав (перший рівень). Для видалення поверхневих вод з насипу в нього укладають дренажний фільтраційний шар з можливістю відводу води в систему горизонтального дренажу (другий рівень). При підвищенні рівня ґрунтових вод спрацьовує насос сифонного дренажу, який створює розрядження у фільтраційному насипу, та ґрунтова вода примусово надходить через водоупор (червоно-бурі глини) до відкладів понтичного регіоярусу (третій рівень).

Завдяки інфільтрації ґрунтова вода надходить до нижче розташованого водоносного горизонту.

Для відновлення горизонтального відтоку водоносного горизонту свердловиною вертикального дренажу створюється депресійна воронка та знижується рівень водосховища до мінімально допустимої відмітки водозабору насосними станціями (рис. 5).

Рис. 5. Схема розташування комплексного дренажу на підтопленій дільниці

На початку 2010 року внаслідок великої кількості опадів склалася загрозлива ситуація щодо підтоплення земель прилеглих до Дніпровського каскаду водосховищ.

Згідно протоколу засідання оперативної робочої групи Міжвідомчої комісії при Держводгоспі України до середини березня рівень води в Каховському водосховищі був знижений до відмітки 14,80 м. В результаті цього склалися сприятливі умови для проведення натурних досліджень по впровадженню запропонованого способу зниження рівня ґрунтових вод.

На території підприємства по зберіганню нафтопродуктів СП «Михайлівське ВРН» ТОВ «ЗАПОРІЖНАФТОПРОДУКТПЛЮС» знаходяться підземні споруди, ємності, комунікації, які перебувають в небезпечній зоні підтоплення поверхневими та ґрунтовими водами. При відведенні поверхневих вод здійснювалось одночасне відкачування води свердловиною вертикального дренажу з глибини 75 м.

Оцінка аналізу даних моніторингу рівня ґрунтових вод показала ефективність запропонованого способу.

Екологічна ефективність способу зниження рівня ґрунтових вод та багаторівневого інженерного захисту територій від підтоплення полягає в зниженні екологічного ризику шкідливої дії ґрунтових та поверхневих вод на об'єкти господарювання, автоматичному спрацюванні системи захисту, оперативності реагування та мінімізації наслідків підтоплення.

Очікуваний економічний ефект при впровадженні нового способу зниження рівня ґрунтових вод складає 286,8 тисяч гривень на рік. Економія вартості електроенергії складає 141,7 тисяч гривень на рік.

З метою підвищення екологічної безпеки при підтопленні земель в зонах впливу водосховищ розроблено комплекс заходів для органів місцевого самоврядування:

при загрозі паводку та підвищення рівня ґрунтових вод забезпечити спрацювання каскаду водосховищ, щодо поступового зниження їх рівня;

визначити території з потенційною загрозою підняття рівня ґрунтових вод;

в місцях можливого підтоплення земель здійснити захист від дії поверхневих вод шляхом будівництва фільтраційного насипу з системою водовідвідних канав;

забезпечити роботу комплексного дренажу (вертикального, горизонтального та сифонного);

забезпечити проведення оцінки довгострокової динаміки процесів підтоплення земель по регіонах та здійснити їх прогноз та постійний моніторинг;

забезпечити контроль за безумовним дотриманням режиму використання територій водоохоронних зон та прибережних захисних смуг, порядку використання земель у зонах їх можливого підтоплення;

вжити заходи щодо відновлення природної дренуючої здатності територій посилити соціально-економічну та екологічну складові експертизи проектів будівництва об'єктів, що можуть мати статус потенційно небезпечних та об'єктів підвищеної небезпеки;

внести відповідні зміни до діючих нормативно-правових актів з питань проектування та будівництва захисних гідротехнічних споруд;

оцінити еколого-економічні показники водогосподарського комплексу на територіях активного розвитку підтоплення земель;

забезпечити додержання технологічних режимів експлуатації зрошувальних систем та впровадження науково обґрунтованих водозберігаючих норм та режимів зрошування сільськогосподарських угідь;

вжити заходів щодо скорочення втрат води у мережах водопостачання та водовідведення, розчищення та відновлення систем зливової каналізації у межах населених пунктів;

забезпечити розробки та реалізацію заходів із запобігання шкідливої дії води при закритті шахт.

Внаслідок збереження природного водного балансу територій забезпечується можливість організації ефективної водовідвідної системи та її функціонування вже на ранніх стадіях підтоплення земель.

Вирішення проблем регіонального підтоплення в останні 4-5 років вийшло за межі впливу виконання певних заходів і робіт на об'єктовому рівні та потребує переоцінки підходів, перегляду схем водно-господарського розвитку як промислово-міських територій так і сільських населених пунктів.

Основними засобами боротьби з підтопленням є профілактичний, пов'язаний з зменшенням втрат води на фільтрацію, та захисний, оснований на будівництві різних типів дренажу.

Питання обрання оптимальних для конкретних територій захисних заходів необхідно вирішувати на основі даних прогнозів рівня ґрунтових вод, під впливом всього комплексу техногенних та природних факторів.

ВИСНОВКИ

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, яка вирішує важливу науково-практичну задачу підвищення екологічної безпеки при підтопленні земель в зонах впливу водосховищ шляхом розробки та впровадження нового способу комплексного багаторівневого захисту територій від підтоплення, а також комплексної програми заходів щодо зниження екологічного ризику виникнення надзвичайних ситуацій, пов'язаних з підтопленням.

У процесі виконання роботи отримано такі підсумкові наукові висновки:

1. Визначено, що на підвищення рівня ґрунтових вод на дослідженій території впливають несприятливі метеорологічні умови, порушення водного балансу, підпір водоносного горизонту водами водосховища. На поверхню дослідженої території загальною площею 625 км2 надходить вологи 11,17 млн. м3/рік. Загальний обсяг води, що йде на випаровування складає 3,7 млн. м3/рік. Річне поповнення води на розрахунковій площі складає 7,47 млн. м3/рік. На перелив через роздільний шар витрачається 2,3 млн. м3/рік води. Балансовий розрахунок показує, що річне поповнення запасів ґрунтових вод складає 2% від надходження води (атмосферних опадів), що привело до річного підйому рівня ґрунтових вод та, як наслідок, підтоплення земельних угідь і населених пунктів.

2. Розроблено карту-схему підтоплення лівобережжя Каховського водосховища з виділенням подів, ділянок з небезпечним рівнем залягання підземних вод, розташування дренажних систем, яка дозволяє прогнозувати процес підтоплення земель та приймати першочергові заходи.

3. Теоретично обґрунтовано та розроблено спосіб зниження рівня ґрунтових вод та багаторівневого інженерного захисту територій від підтоплення. Сутність цього способу у встановленні водного балансу земель в зонах впливу водосховищ, а саме підвищення інфільтрації та горизонтального відтоку водоносного горизонту.

4. Досліджено, що зміна фільтраційних властивостей окремих дільниць, будівництво загально спланованого фільтраційного насипу з системою водовідвідних канав на ґрунтових дорогах та сифонного дренажу підвищить інфільтрацію ґрунтових вод. Робота комплексного багаторівневого інженерного захисту територій від підтоплення можлива при умові спрацювання каскаду Дніпровських водосховищ, зниженню їх рівня в період відлиги, сніготанення, несприятливих метеорологічних умов.

5. Впроваджено спосіб зниження рівня ґрунтових вод та багаторівневого інженерного захисту територій від підтоплення при ліквідації надзвичайної ситуації на території підприємства з зберігання нафтопродуктів СП «Михайлівське ВРН» ТОВ «ЗАПОРІЖНАФТОПРОДУКТПЛЮС». Було не допущено підняття рівня ґрунтових вод до небезпечного рівня - 2 метрів від поверхні землі.

6. Розроблено структурно-логічну модель підтоплення територій об'єктів підвищеної небезпеки, яка визначає базисні події, фактори впливу на процес підтоплення. Зменшення таких факторів впливу, як водоупор та фільтрація, приведе до зниження ймовірності виникнення надзвичайних подій та ситуацій пов'язаних з підтопленням на 12%. Удосконалена математична модель фільтрації ґрунтових вод в зонах впливу водосховищ шляхом зміни коефіцієнта п'єзо провідності, а також врахування коефіцієнтів пористості та гравітаційної водовіддачі.

7. Науково обґрунтовано та запропоновано комплекс заходів при підтопленні земель в зонах впливу водосховищ. Контроль за їх виконанням знизить ймовірність виникнення надзвичайних подій та ситуацій, підвищить рівень екологічної безпеки прилеглих територій.

8. Виконано оцінку ефективності запропонованого способу зниження рівня ґрунтових вод та багаторівневого інженерного захисту територій від підтоплення, впровадження комплексу заходів для підвищення екологічної безпеки при підтопленні земель лівобережжя Каховського водосховища. Очікуваний річний економічний ефект становить 286,8 тис. гривень.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Буц Ю.В. Аналіз водного балансу території з метою зниження рівня підземних вод / Ю.В Буц, В.А. Цимбал // Збірник наукових праць. Проблеми надзвичайних ситуацій. - Випуск 4. - Харків: УЦЗУ, 2006. - С. 84-89.

Дисертантом проведено розрахунок водного балансу підземних вод дослідженої території.

2. Кремез В.С. Деякі аспекти математичного моделювання підтоплення територій ґрунтовими водами у зонах впливу водосховищ / В.С Кремез, В.А. Цимбал, Ю.В. Буц // Збірник наукових праць. Проблеми надзвичайних ситуацій. - Випуск 10. - Харків: УЦЗУ, 2010. - С. 61-67.

Здобувачем наведена рекомендація щодо обрання типу математичної моделі підтоплення на основі диференційних рівнянь.

3. Цимбал В.А. Прогнозування рівнів ґрунтових вод в зонах їх впливу на

заглиблені споруди / В.А. Цимбал // Науковий вісник будівництва. - Випуск 73. - Харків: ХНУБА, 2013. - С. 241-245.

4. Цимбал В.А. Шляхи зниження збитків від підтоплення заглиблених споруд / В.А. Цимбал // Науково-технічний збірник. Проблеми водопостачання та гідравліки. - Випуск 22. - Київ: КНУБА, 2013. - С. 55-58.

5. Цимбал В.А. Зниження рівня ґрунтових вод в зонах впливу на заглиблені споруди / В.А. Цимбал // Строительство, материаловедение, машиностроение.

- Серия: безопасность жизнедеятельности. Сборник научных трудов. - Выпуск 71. - Днепропетровск: ГВУЗ «Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры», 2013. - С. 246-249.

6. Цымбал В.А. Построение структурно-логической модели оценки риска подтопления атомной электростанции / В.А. Цымбал // Международный научно-исследовский журнал. - № 8 (15) 2013. - Часть 2. - Екатеринбург, 2013. - С. 66-69.

7. Цимбал В.А. Опис до деклараційного патенту на корисну модель UA 14967. Спосіб зниження рівня ґрунтових вод / В.А. Цимбал // Бюлетень № 6 від 15.06.2006. Державний департамент інтелектуальної власності. - С. 234-235.

8. Буц Ю.В. Сучасний стан водного балансу території в межах впливу Каховського водосховища / Ю.В. Буц, В.А. Цимбал // Матеріали науково-технічної конференції «Актуальні проблеми наглядово-профілактичної діяльності МНС України». - Харків: УЦЗУ, 2006. - С. 122-123.

Участь дисертанта полягає в проведений аналізу сучасного стану підтоплених територій в межах прибережної смуги Каховського водосховища.

9. Буц Ю.В. Аналіз загроз гідродинамічної небезпеки басейну Дніпра та системи реагування на них / Ю.В. Буц, В.А. Цимбал // Матеріали науково-технічної конференції «Актуальні проблеми наглядово-профілактичної діяльності МНС України». - Харків: УЦЗУ, 2007. - С. 177-179.

Участь дисертанта полягає в проведенні аналізу загроз, пов'язаних з підтопленням земель.

10. Буц Ю.В. Аналіз впливу метеорологічних факторів на підтоплення прибережних територій Каховського водосховища / Ю.В. Буц, В.А. Цимбал // Збірник наукових праць ІV науково-практичної конференції «Охорона навколишнього середовища промислових регіонів як умова сталого розвитку України». - Запоріжжя: ЗДІА, 2008. - С. 170-172.

Дисертантом проаналізовано вплив метеорологічних факторів на підтоплення прибережних територій.

11. Буц Ю.В. Роль метеорологічних факторів у підтопленні прибережних територій в зоні впливу Каховського водосховища / Ю.В. Буц, В.А. Цимбал // Матеріали науково-технічної конференції «Актуальні проблеми наглядово-профілактичної діяльності МНС України». - Харків: УЦЗУ, 2008. - С. 128-130.

Здобувачем досліджено вплив метеорологічних факторів та рівня водосховища на підтоплення земель.

12. Буц Ю.В. Забезпечення техногенно-екологічної безпеки в зоні впливу 17

Размещено на Allbest.ru

...