Размещено на http://www.allbest.ru/

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ім. В.Н. КАРАЗІНА

УДК 911+504.062

МОНІТОРИНГ ВОД У СИСТЕМІ ЇХ ОХОРОНИ ВІД ЗАБРУДНЕННЯ

(в умовах техногенного впливу підприємств

нафтопереробної промисловості)

11.00.11 - конструктивна географія і раціональне використання природних ресурсів

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата географічних наук

Демьохін Геннадій Анатолійович

Харків, 2001



Дисертацією є рукопис

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

Науковий керівник: кандидат геолого-мінералогічних наук, с.н.с. Бабаєв Михайло Вікторович, завідувач лабораторією Українського науково-дослідного інституту екологічних проблем.

Офіційні опоненти: доктор географічних наук, професор Мольчак Ярослав Олександрович, Луцький державний технічний університет Міністерства освіти і науки України, завідувач кафедрою екології та БЖД,

кандидат географічних наук, Степанян Світлана Володимирівна, Харківський державний педагогічний університет ім. Г.С. Сковороди Міністерства освіти і науки України, в.о. завідувача кафедрою географії.

Провідна установа: Київський національний університет імені Тараса Шевченка, кафедра гідрології і гідрохімії.

Захист відбудеться 04.12.2001 р . о 13⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.051.04 при Харківському національному університеті ім. В.Н. Каразіна за адресою : 61077, Харків, пл. Свободи, 4, аудиторія II-49.

З дисертацією можна ознайомитись уЦентральній науковій бібліотеці Харківського національного університету ім. В.Н. Каразіна за адресою: 61077, Харків, пл. Свободи, 4.

Автореферат розісланий “ 1 ” 11.2001 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради, к.г.н. Жемеров О.О.



АНОТАЦІЯ

Демьохін Г.А. Моніторинг вод у системі їх охорони від забруднення (в умовах техногенного впливу підприємств нафтопереробної промисловості). - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук за спеціальністю 11.00.11 - конструктивна географія і раціональне використання природних ресурсів. - Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна, Харків, 2001.

Дисертація присвячена питанням створення локальної системи для ведення кризового моніторингу поверхневих і підземних вод (на прикладі Кременчуцького нафтопереробного заводу АТ “Укртатнафта”). У роботі розглядається ефективність оперативного використання даних моніторингу вод для розробки і корегування водоохоронних заходів.

На підставі проведенних досліджень запропоновані зміни до “Порядку здійснення державного моніторингу вод”, затвердженого Постановою Кабінету Міністрів України від 20.07.1996 р. № 815.

Застосовано комплексний метод досліджень, якийдозволяє провести детальну оцінку впливу нафтопереробного підприємства на поверхневі та підземні води. нафтопереробний поверхневий підземний вода

Основні результати роботи, які впроваджено на нафтопереробному заводі АО “Укртатнафта”, дозволили стабілізувати ситуацію із забрудненням поверхневих та підземних вод в районі розташування підприємства.

Ключові слова: моніторинг вод, водоохоронні заходи, поверхневі води, підземні води, нафтопродукти, спеціальна мережа, фонова мережа, електрозондування, біотестування, математичне моделювання.



ANNOTATION

Demekhin G.A. The Water monitoring in the system of its protection from pollution (in conditions of technological impact of the oil refinery industry). - Manuscript.

Dissertation to apply for scientific degree of the candidate of the geographical sciences on the speciality 11.00.11 - Constructive geography and rational use of natural resources. - Kharkov National University by name of Karazin V.N., Kharkov, 2001.

The dissertation is dedicated to the problems of the local system creation for conducting the crisis monitoring superficial and underground water (on the basis of the Kremenchug oil-refinery plant Joint Stock Company “Ukrtatnaphta”). The dissertation deals with the efficiency of the operative usage of the water monitoring for elaboration and correction water protection measures.

On the basis of provided researches some changes were proposed to “The Order of Fulfillment State Water Monitoring”.

The complex method of researches has been proposed. It gives an opportunity to know the influence of the oil refinery plant on superficial and underground water.

The basic work results were inculcated at the oil refinery plant Joint Stock Company “Ukrtatnaphta” allowed to stabilize the situation connected with pollution superficial and underground water in and around the area of location above the plant mentioned.

Key-words: water monitoring, water protection measures superficial water, underground water, oil products, a special network, a background network, to explore the electric, biotesting electroexploring, mathematical modeling.



АННОТАЦИЯ

Демехин Г.А. Мониторинг вод в системе их охраны от загрязнения (в условиях техногенного влияния предприятий нефтеперерабатывающей промышленности ). - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук по специальности 11.00.11 - конструктивная география и рациональное использование природных ресурсов. - Харьковский национальный университет им. В.Н. Каразина, Харьков, 2001.

Диссертация посвящена вопросам создания локальной системы для ведения кризисного мониторинга поверхностных и подземных вод (на примере Кременчугского нефтеперерабатывающего завода (КНПЗ) АТ “Укртатнафта”). В работе рассмотрены вопросы эффективности оперативного использования данных мониторинга вод для разработки и корректирования водоохранных мероприятий.

Детально изучена миграция жидких нефтепродуктов в условиях двухслойного строения водоносного горизонта. Разработана система локального мониторинга вод на объектах нефтеперерабатывающей промышленности.

Выделены характерные зоны, возникающие при воздействии нефтеперерабатывающего предприятия на водные объекты: зона техногенной нагрузки, зона трансформации, зона предельно допустимых концентраций.

Проведено комплексное исследование в выделенных зонах, что позволило выбрать оптимальные методы выявления нефтепродуктов в зависимости от состояния их нахождения в природных водах.

Научно обоснованы и частично реализованы мероприятия по предотвращению дальнейшего загрязнения вод и устранению его последствий, позволившие прекратить поступление жидких нефтепродуктов в поверхностные водные объекты и уменьшить переток нефтепродуктов в нижележащий водоносный горизонт.

Результаты научных исследований дали возможность задействовать систему инженерной защиты, состоящую из отечественных установок селективного извлечения нефтепродуктов из подземных вод. За период работы установок извлечено более 2 тысяч тонн нефтепродуктов.

Для оценки масштаба загрязнения и степени эффективности выполнения первоочередных водоохранных мероприятий на изменение качества поверхностных и подземных вод создана математическая модель гидродинамического режима. Поставленная задача включала решение уравнения геофильтрации с использованием программы GG-PRO. Полученные результаты подтверждают правильность принятых решений и имеют запас надежности, перекрывающий возможные ошибки и погрешности моделирования.

На основании проведенных диссертационных исследований предложены коррективы в “Порядок здійснення державного моніторингу вод”, который утвержден Постановлением Кабинета Министров Украины 20.07.1996 р.№ 815.

Основные результаты работы, внедренные на КНПЗ АО “Укртатнафта”, позволили стабилизировать ситуацию, сложившуюся в связи с загрязнением поверхностных и подземных вод нефтепродуктами в районе размещения предприятия и могут быть использованы для разработки систем локального мониторинга на предприятиях-аналогах.

Ключевые слова: мониторинг вод, водоохранные мероприятия, поверхностные воды, подземные воды, нефтепродукты, специальная сеть, фоновая сеть, электрозондирование, биотестирование, математическое моделирование.



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Україна володіє відносно обмеженими запасами поверхневих водних ресурсів, тому велике значення у водогосподарському балансі мають підземні води, які задовольняють суттєву долю питних потреб нашої держави. Із 186 великих міст 50 повністю і 85 переважно постачаються за рахунок підземних вод. Крім того, сільським господарством та дрібними споживачами використовується близько 80 тисяч свердловин. У зв'язку з прогресуючим забрудненням поверхневих вод роль підземних у водопостачанні буде зростати. Це зумовлено, перш за все, високою якістю прісних підземних вод та більш надійною їх захищеністю від забруднення. Однак при інтенсивному антропогенному навантаженні на природне середовище поряд з поверхневими до забруднення схильні і підземні води. Особливістю їх є досить тривалий час накопичення забруднюючих речовин (десятки і навіть сотні років) і ще більший термін відновлення їх якостей після припинення впливу.

Проблема забруднення водних ресурсів, в тому числі підземних вод, розглядалась багатьма дослідниками (Ф.М. Бочевір, А.Ю. Орадовська, Л.М. Горев, В.І. Пелешенко, В.К. Хільчевський, М.В. Бабаєв з країн СНД та фахівці з інших країн: Я. Врба, Я. Швома (Чехія), Ж. Фрід, І. Кастані (Франція), Г. Мейер, О. Коуен, Б. Франке (США), Г. Енгелен (Нідерланди) та іншими. Їх наукові праці присвячені, в основному, питанням розробки методології і прогнозу забруднення природних вод, обгрунтування їх міграційних характеристик; взаємодії в системі “вода - гірська порода”; аналізу існуючих, вдосконаленню та розробці нових водоохоронних заходів.

Що стосується питань моніторингу, то ця проблема не набула в зазначених роботах достатнього розвитку.

Існуючі багаточисельні приклади свідчать про те, що запобігання та боротьба з забрудненнями, які вже потрапили до водоносного горизонту, - це складна задача, котра потребує вагомих витрат, та заходів, що часто важко реалізувати. У випадку, коли осередок забруднення має значну площу, а товща водоносних горизонтів велика, забруднення підземних вод ліквідувати взагалі не вдається, і ця ділянка водоносного шару практично втрачається.

Аналіз та узагальнення інформації щодо динаміки якості підземних вод в Україні свідчать, що їх забруднення носить локальний характер, але виявляється практично повсюди в зонах інтенсивної господарської діяльності. Забруднення нафтопродуктами поверхневих та підземних вод в місті Кременчуці є характерним прикладом впливу нафтопереробного підприємства (Кременчуцького нафтопереробного заводу АТ “Укртатнафта”) на стан водних об'єктів.

На сьогодні в Україні 133 з 197 крупних водозаборів знаходяться в зонах розташування існуючих або потенційних джерел нафтохімічного забруднення. Зафіксовані випадки забруднення водоносних горизонтів більш ніж в 150 населених пунктах. Площа забруднення території нафтопродуктами досягає 30 тис. га. Особливістю нафтохімічного забруднення є утворення вуглеводнями та продуктами їх розпаду токсичних сполук, що впливають, насамперед, на стан грунтів зони аерації та підземних вод. Тому впровадження системи моніторингу для оцінки техногенного впливу нафтохімічних підприємств з метою запобігання забруднення поверхневих та підземних вод нафтопродуктами та своєчасної розробки водоохоронних заходів - це важлива народногосподарська задача, актуальність якої обумовлена складною екологічною ситуацією в Україні.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами. Робота виконувалась в Українському науково-дослідному інституті екологічних проблем, як складова частина теми за угодою Т4-451-14/12-330/4“Контроль ефективності водоохоронних заходів, які реалізуються АТ “Укртатнафта” в зоні розташування проммайданчика нафтопереробного заводу“.

Виконана робота є частиною плану “Науково-методичне забезпечення створення регіональної системи комплексного екологічного моніторингу”, який виконує дисертант за місцем основної роботи.

Дисертант є керівником наукового напрямку “Розробка і експлуатація систем екологічного моніторингу" на кафедрі екології Кременчуцького державного політехнічного університету.

Мета роботи та основні задачі досліджень. Метою даної роботи є наукове та методичне обгрунтування основних положень створення системи локального моніторингу поверхневих і підземних вод з блоком управління для розробки, реалізації та корегування водоохоронних заходів (на прикладі техногенного впливу підприємств нафтопереробної промисловості), спрямованих на підвищення оперативного реагування і охорони від забруднення водних ресурсів. Для виконання поставленої мети необхідно було виконати такі завдання:

аналіз стану питання щодо вивчення наукових підходів до створення систем моніторингу вод, у тому числі у районах з кризовою екологічною ситуацією;

вивчення природного режиму та гідрохімічного складу поверхневих та підземних вод у зоні впливу Кременчуцького нафтопереробного заводу (КНПЗ);

виявлення джерел забруднення поверхневих і підземних вод нафтопродуктами у зоні впливу КНПЗ;

вивчення динаміки забруднення підземних та поверхневих вод у зоні впливу КНПЗ ;

вибір і обгрунтування заходів щодо локалізації осередків забруднення та засобів вилучення рідинних нафтопродуктів з підземних водоносних горизонтів;

моделювання гідродинамічної схеми руху забруднених підземних вод для визначення напряму та площі розповсюдження нафтопродуктового забруднення у зоні впливу КНПЗ;

прогноз зміни гідродинамічного режиму підземних вод та їх якості до і після реалізації водоохоронних заходів.

Обєкт досліджень: поверхневі та підземні води в зоні розміщення Кременчуцького нафтопереробного заводу.

Предмет досліджень: зміна якості природних вод під впливом нафтопереробного підприємства.

Методи досліджень: у період виконання дисертації було використано комплекс стандартних методів: гідрогеологічний, геофізичний, гідрохімічний, біоіндикаційний, метод математичного моделювання з використанням комп'ютерної програми GG-PRO та методи різноманітних фізико-географічних і геоекологічних досліджень.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному:

науково обгрунтовано та розроблено методичну схему створення системи локального моніторингу вод на об'єктах нафтопереробної галузі, яка дозволяє оперативно обробляти одержану інформацію та безпосередньо її використовувати з метою пошуку, реалізації та корегування водоохоронних заходів;

вперше в умовах техногенного впливу на водні об'єкти нафтопереробного підприємства детально досліджені та визначені, за станом та концентраціям нафтопродуктів, три типові зони забруднення: зона техногенного навантаження, зона трансформації, зона гранично допустимих концентрацій (ГДК);

вперше проведено комплексне дослідження (гідрогеологічне, геофізичне, гідрохімічне, біоіндикаційне) у типових зонах, що дозволило вибрати оптимальні методи визначення нафтопродуктового забруднення в залежності від стану находження нафтопродуктів;

вперше, на підставі проведенних досліджень, в умовах двошарової будови водоносного горизонту, в якому верхній шар складається з суглинків, а нижній - піщаний, запропоновано та задіяно, як найбільш ефективний засіб, дослідно-промислове устаткування селективного вилучення рідких нафтопродуктів;

враховуючи реальний стан справ, в дисертації науково обгрунтовані та запропоновані деякі зміни до “Порядку здійснення державного моніторингу вод” затвердженного Постановою Кабінету Міністрів України від 20.07.1996 р. № 815.

Практичне значення отриманих результатів полягає у розробці системи локального моніторингу на КНПЗ та адаптації стандартних методів для вивчення забруднення поверхневих і підземних вод нафтопродуктами з метою оптимізації та реалізації водоохоронних заходів на регіональному рівні.

Внаслідок дисертаційного дослідження встановлені закономірності накопичення та розповсюдження нафтопродуктів у поверхневих та підземних водах, процеси їх міграції, науково обгрунтовані і частково реалізовані конкретні заходи щодо запобігання подальшого забруднення вод в зоні впливу КНПЗ. Все це дозволило:

зменшити гостроту проблеми забруднення поверхневих і підземних вод нафтопродуктами в зоні впливу КНПЗ;

запропонувати, як найбільш ефективний водоохоронний захід, селективне вилучення нафтопродуктів з підземних вод;

забезпечити припинення дренажу рідинних нафтопродуктів в річку Сухий Омельник і далі в р. Псьол.

Виконаний комплекс робіт забезпечив певний вклад у поліпшення екологічного стану Середнього Дніпра.

Результати дисертаційних досліджень використовуються при викладанні навчальних дисциплін загальна гідрологія, природоохоронне інспектування, методи інвентаризації джерел скидів на кафедрі екології Кременчуцького державного політехнічного університету.

Результати, отримані у дисертаційній роботі, можуть використовуватись для розробки систем моніторингу на підприємствах-аналогах.

Особистий внесок здобувача. У процесі роботи над дисертацією особисто здобувачем виконані такі власні розробки:

збір інформації та спостереження за природним режимом і гідрохімічним складом підземних і поверхневих вод по фонових постах ;

обгрунтування розміщення і влаштування пунктів системи спостереження локального моніторингу;

вивчення динаміки забруднення поверхневих і підземних вод у зоні впливу КНПЗ;

дослідження шляхів надходження нафтопродуктів у водні об'єкти;

виконання хімічних досліджень концентрацій нафтопродуктів у природних водах (зокрема, на приладі “Мікран”);

вибір та обгрунтування заходів щодо локалізації осередків нафтопродуктового забруднення;

збір та підготовка вихідних даних щодо математичного моделювання гідродинамічного режиму вод у зоні впливу КНПЗ;

виконання картографічних та комп'ютерних робіт.

Апробація роботи. Основні положення дисертації доповідалися та обговорювалися на науково-практичних конференціях і з'їздах: Українсько-Польській науково-технічній конференції “Сучасні проблеми водопостачання і знешкодження стічних вод” (Львів, 1996 р.); Всеукраїнській науково-методичній конференції “Екологія та інженерія. Стан, наслідки, шляхи утворення екологічно чистих технологій” (Дніпродзержинськ, 1996 р.); міжнародній науково-практичній конференції “Екологічні проблеми басейнур. Дніпро” (Кременчук, 1996 р.); II з`їзді гідроекологічного товариства України (Київ, 1997 р.); міжнародній науково-практичній конференції “Оцінка техногенного впливу на довкілля” (Кременчук, 1998 р.); міжнародній науково-практичній конференції “Інженерний захист територій і об'єктів у зв'язку з розвитком небезпечних геологічних процесів” (Ялта, 1999 р.); регіональній науково-практичній конференції “Оцінка техногенного впливу на довкілля” (Кременчук, 2000 р.); на науково-практичних семінарах професорсько-викладацького складу кафедри екології Кременчуцького державного політехнічного університету (1995-2000 рр.).

Публікації. Здобувачем, самостійно та у співавторстві з колегами, за темою дисертації опубліковано 18 робіт, з них - 5 у фахових виданнях.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку літератури і додатків. Загальний обсяг дисертації 217 сторінок, містить 147 сторінок машинописного тексту, включає 34 рисунків, 26 таблиць і 11 додатків. Список літератури нараховує 140 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Сучасний стан системи державного моніторингу вод

Внаслідок проведенного аналізу сучасних наукових джерел щодо вивчення питань моніторингу, у тому числі моніторингу поверхневих і підземних вод сформовано коло питань, що потребують розгляду у ході виконання дисертаційної роботи. За базову основу при створенні системи локального моніторингу вод були прийняті наукові положення, розроблені І.П. Герасимовим (1975), Ю.О. Ізраелем (1984), В.М. Гольдбергом (1987), В.П. Белогуровим (1996), Г.М. Баренбоймом (1998), Я.О. Мольчаком (1999), О.Г. Васенко (1999) та іншими. Розглянуто існуючий стан організації та ведення моніторингу в Україні, зокрема, державного моніторингу вод. Проведено аналіз законодавчої та нормативної бази з даного питання.

За результатами виконаного наукового огляду зроблені такі висновки:

в Україні функціонують окремі цільові системи спостережень, у першу чергу - це системи вимірів забруднення повітря в містах, контроль за хімічним станом поверхневих вод на гідрологічних постах та в місцях централізованих водозаборів;

- найбільш складна ситуація склалась з моніторингом підземних вод. У практичних умовах службами Мінекоресурсів ведеться контроль за вивченням режиму підземних вод, на який іноді розповсюджується поняття “моніторинг”, однак, на жаль, в цих спостереженнях основна увага приділялась і приділяється гідродинамічному режиму. При вивченні якості підземних вод в основному ведеться контроль іонного складу.

Вищевказане свідчить, що результати спостереження за станом атмосферного повітря, поверхневих вод в якійсь мірі є джерелом інформації для прийняття рішень щодо управління якістю довкілля, а існуючий в Україні стан контролю за станом підземних вод не відповідає науковому поняттю “моніторинг” і здебільшого використовується для оцінки кількісних показників підземних вод.

Для проведення практичних розробок зі створення локальної системи кризового моніторингу у екологічно небезпечних районах було обрано, як дослідний полігон, Північний промрайон м. Кременчука, де сконцентровані підприємства нафтохімічної галузі. Кліматичні характеристики регіону досліджень відповідають умовам помірного поясу з показниками достатньої водозабезпеченості, з добре розвиненою гідрографічною мережею. Територія, яка досліджувалася, розташована в зоні переходу Українського щита в Дніпровсько-Донецьку западину, що є її геолого-морфологічною особливістю.

Регіон має високорозвинену промислову та соціальну інфраструктуру з високими показниками антропогенного навантаження.

Теоретико-методичні підходи дослідження впливу нафтопереробного підприємства на водні ресурси

При створенні системи локального моніторингу поверхневих і підземних вод необхідно науково обгрунтувати вибір методів дослідження з урахуванням місцевих умов та специфіки нафтопродуктового забруднення.

При попередньому вивченні природно-техногенних умов у зоні впливу КНПЗ буловстановлено,що основна маса нафтопродуктів зосереджена в техногенному водоносному горизонті, сформованому у льосоподібних суглинках. Внаслідок водообміну з водоносним горизонтом, що залягає нижче, здійснюється перетікання найбільш розчинних вуглеводнів з подальшим дренуванням в область розвантаження - річок Сухий Омельник та Псьол. Під загрозою забруднення опинився четвертинний водоносний горизонт, який використовується в ряді населених пунктів як єдине джерело водопостачання.

За весь період експлуатації заводу, з 1967 р. до початку 90-х років, лише констатувався факт забруднення за даними епізодичних спостережень, які не дозволяли оцінити його реальний обсяг і виконати своєчасну розробку і реалізацію водоохоронних заходів.

З 1992 р. УкрНДІЕП розпочато створення мережі спостережних пунктів за стандартною схемою шляхом буріння свердловин. Однак визначені масштаби забруднення, площинна та глибинна неоднорідність, складність розміщення мережі на території діючого підприємства, що має велику насиченість інженерними комунікаціями, висока вартість робіт привели до пошуку іншого рішення. Враховуючи невелику глибину залягання нафтопродуктів, для деталізування місцезнаходження та оконтурення лінз було запропоновано використати геофізичні методи, зокрема, вертикальне електрозондування (ВЕЗ), яке широко використовується для визначення будови водоносних горизонтів, особливо в алювіальних відкладах, які за своїми електричними властивостями часто різко відрізняються від контактуючих з ними прошарків. Даний метод у виконаній роботі є додатковим і неможливий без наявності мережі спостережних свердловин, з яких проводиться відбір проб на гідрохімічний аналіз для уточнення результатів електрозондування.

Точність стандартних методик гідрохімічних досліджень, що використовувались, забезпечують вірогідність результатів при роботі на території проммайданчика підприємства, однак, при визначенні концентрацій у зоні трансформації, близьких до ГДК, похибка стає неприпустимо великою: при визначені нафтопродуктів - у діапазоні 0,1-0,05 мг/л - 50%, а фенолів - у діапазоні 0,005 - 0,01 мг/л до 100%.

Враховуючи те, що визначення нафтопродуктів складає близько 80 % всіх гідрохімічних досліджень, для підвищення точності результатів був застосований автоматичний аналізатор місткості нафтопродуктів “Мікран”, який дозволяє робити експрес-аналіз. Аналізатор виконує в автоматичному режимі забір проби, дозування екстрагуючого розчинника, екстракцію, розділ, вимір оптичної щільності нафтопродуктів в екстракті, регенерацію розчинника, промивку та сушку вимірювальної кювети, фільтрів, роздільної колонки, розрахунок та індикацію результатів вимірювання. Максимальна похибка аналізатора по всьому діапазону вимірювань не перевищує 20% при точній настройці, в практичних умовах при налагодженні було досягнуто значення похибки 12% .

Наступним фактором, який змусив застосувати додаткові методи оцінки забруднення вод, стала супутність нафтовому забрудненню граничних вуглеводнів (алкани, метанові вуглеводні, парафінові вуглеводні), ароматичних вуглеводнів (бензол, толуол, ксилол), поліциклічних вуглеводнів (найважливіше значення серед яких має канцероген - бенз-(а)-пірен). Складність їх визначення зумовлена малою концентрацією (при високій токсичності), тому комплексна оцінка забруднення поверхневих і підземних вод у доповнення до гідрохімічних методів робилася методом біоіндикації. В межах виконання дисертаційних досліджень оцінку токсичності води здійснювали за допомогою методики біотестування з використанням чутливих тест-організмів - церіодафній. Біотестування води проводили за стандартних умов згідно з вимогами КНД 211.1.4.056-97 “Методика визначення хронічної токсичності води на ракоподібних Geriodaphnia affinis Lilljebory”.

Враховуючи масштабність задач, що розв'язувались, обсягу надходженнь даних, доцільне використання математичного моделювання на ПЕОМ (з використанням програми GG-PRO), як метода досліджень, що дозволяє реалізувати поставлені задачі навіть в умовах недостатньої вихідної екологічної інформації.

Виконання запланованого обсягу досліджень із застосуванням вищенаведених методів дозволили створити локальну систему моніторингу вод з блоком управління для розробки, реалізації та корегування природоохоронних заходів.

Оцінка стану поверхневих та підземних вод у системі локального моніторингу для планування водоохоронних заходів

Науково-дослідна робота, проведена у період 1994-2000 рр., дозволила отримати достатню для оцінки техногенного впливу КНПЗ на водні об'єкти інформацію та розробити і частково реалізувати водоохоронні заходи.

Вивчення рівневого режиму підземних вод дозволяє стверджувати, що на території проммайданчика КНПЗ відбулися значні зміни в розташуванні його рівня. На час проведення польових робіт він знаходився на відмітках 78,07-81,50 м, тобто на 3,0-4,5 м вище, ніж у природних умовах (на початок будівництва КНПЗ, у 1957 р.).

Ці зміни викликані забудовою території та витоком з комунікаційних систем, надходження з яких до водоносного горизонту перевищує відток підземних вод. Внаслідок цього здійснюється обводнення льосоподібних суглинків з формуванням в них техногенного водоносного горизонту. Максимальні відмітки рівня (80-81 м) притаманні окремим підвищенням, які знаходяться у західній та центральній частині проммайданчика, в місцях максимальних втрат із споруд та комунікацій.

Живлення водоносного горизонту здійснюється як за рахунок інфільтрації атмосферних опадів, так і техногенних вод. Аналіз наявних даних режимних спостережень показав, що за останній час (1998-2000 рр.) знизився рівень підземних вод у південно-східній частині (свердловина № 4335) на 1,39 м, на іншій території в середньому на 0,3 м, однак це ще не свідчить про його стабілізацію. Вцілому рівневий режим має чітко визначений техногенний характер:

відсутність чітко виражених сезонних коливань, характерних для алювіального водоносного горизонту в непорушених умовах;

суттєві коливання на окремих ділянках проммайданчика під впливом техногенних чинників.

Геофізичні дослідження проведені на проммайданчику і частково за його межами у кількості 466 координатних точок. Вимірювання проводилось за профілями з кроком 50 м. Профілі, як правило, розташовувалися вздовж автошляхів проммайданчика у північно-східному та південно-східному напрямках. Середня довжина між профілями складає 400 м. Щільність мережі дещо вище в північно-західній частині проммайданчика, ніж в південно-східній. Вцілому вона забезпечує можливість картографування основних осередків забруднення водоносного горизонту нафтопродуктами.

Застосування електророзвідки (ВЕЗ - ВП) для виявлення та оцінки інтенсивності забруднення дозволило значно скоротити обсяги бурових робіт та оптимізувати розташування спостережних свердловин. У порівнянні з даними буріння електророзвідка дала більш просторову картину забруднення, що дозволило оцінити закономірності акумуляцій рідких нафтопродуктів і напрямки їх міграції.

Метою проведення біотестування стало визначення рівнів токсичності підземних вод, забруднених нафтопродуктами, та поверхневих водотоків, що дренують цей стік. Відбір проб для біотестування поверхневих вод проводили в створах річок Сухий Омельник і Псьол, підземних вод - з шахтних колодязів, спостережних та експлуатаційних свердловин.

Аналіз результатів біотестування проб підземних вод свідчить про те, що наявність токсичних властивостей води залежить в значній мірі від глибини відбору проб та вмісту у воді нафтопродуктів. У пробах води, що відбирались із шахтних колодязів, рівень токсичності в окремих випадках складав 32 одиниці гострої токсичності, тобто для усунення токсичних властивостей таку воду необхідно розбавити в 32 рази. При цьому вміст нафтопродуктів в означених пробах води коливався від 0,12 до 0,90 мг/л. У пробах води, відібраних із свердловин, при наявності в ній нафтопродуктів на порядок вище і глибині відбору 6,6 м, рівень токсичності досягав лише 8 одиниць. Цей факт, на наш погляд, пояснюється інтенсивно протікаючим процесом окислення нафтопродуктів у воді шахтних колодязів, який у водоносному горизонті лімітується кількістю розчиненого кисню. У шахтних колодязях, в умовах вільного доступу кисню, нафтопродукти можуть окислитись до 1,4-хінонів, до складу котрих входять 1,4-бензохінони - високотоксичні хімічні сполуки, які можуть викликати загибель тест-організмів.

Що стосується результатів біотестування проб поверхневих вод, то в жодній з них токсичних властивостей не виявлено. Це свідчить про відсутність значного впливу забруднених підземних вод на якість річкової води.

Таким чином застосування біотестування дозволяє фіксувати наявність продуктів окислення нафтопродуктів які не можливо визначити (важко визначити) гідрохімічним методом.

Мета математичного моделювання гідродинамічного режиму, при виконанні досліджень - визначення масштабу забруднення та оцінка ступеню впливу водоохоронних заходів на зміну якості поверхневих та підземних вод в зоні впливу КНПЗ. Ця задача вирішувалась шляхом виконання наступних робіт:

створення гідрогеологічної карти району досліджень з рівнями поверхневих і підземних вод;

розробки геофільтраційної схеми;

розробки пропозицій щодо зменшення техногенного навантаження на поверхневі та підземні води;

прогнозу формування гідродинамічної структури потоку після реалізації водоохороних заходів;

обгрунтування екологічної ефективності рекомендованих до реалізації першочергових водоохоронних заходів.

Математична інтерпретація задачі, відповідно до вищенаведенного алгоритму, має вигляд диференційного рівняння:

d/dx (T_xx dH/dx)+d/dy (Т_yy dH/dy)-Q_new+Q+ Q_wd(x-x_j)(y-y_j)-L(H_r - h) = S dH/dt

де, x, y, t - просторові та часові координати;

Н -рівень або напір підземних вод;

Т_{х х} - водопроникність шару в напрямку осі Х;

Т_уу -водопроникність шару в напрямку осі Y;

Q_new- інфільтраційне живлення;

L= K₀/m₀ - відношення коефіцієнту фільтрації розділяючих відкладів (К₀) до їх товщини ( m₀ ) ;

Н_r - рівень підземних вод в водоносному горизонті 2 (горизонті, з якого надходить живлення в основний водоносний горизонт 1), або рівень поверхневих вод в водному об'єкті;

h = H в разі, якщо H >B_r, в протилежному випадку h = B_r ;

Q - продуктивність свердловин або дренажів з постійним дебітом;

Q_wd - продуктивність свердловин або дренажів зі змінним у часі дебітом;

N<20 - кількість свердловин зі змінним у часі дебітом;

S - коефіцієнт гравітаційної водовіддачі, у нашому випадку безнапірної фильтрації

Т_xx=( H-B₀ )K_x, T_xx=T_yy

де В₀ - відмітка підошви водоносного горизонту.

Для рішення вищенаведеного рівняння геофільтрації використана розроблена на підставі пакета прикладних програм ASM (Kinzelbach W.), комп'ютерна програма GG-PRO, яка вирішує планові задачі кінцево-різносними методами, що дозволило реалізувати складні розрахункові схеми і досягти потрібної точності рішення.

При моделюванні розв'язувались дві задачі: перша - калібровка моделі, тобто корегування фільтраційних параметрів з метою максимального наближення до наявних в натурі рівнів грунтових вод та їх балансу на території, що розглядається (при ії розв'язанні виділені зони впливу, які формуються в першому від поверхні водоносному горизонті в результаті техногенного впливу ; друга (прогнозна) - визначення впливу водоохоронних заходів на зміну режиму та якості підземних вод в районах розташування осередків забруднення.

Отримані дані дозволяють стверджувати про значні втрати нафтопродуктів за період існування заводу, обсяг яких дорівнює близько 50 тисяч тонн.

Практичне використання оперативної інформації у системі локального моніторингу.

Згідно з виконаними дослідженнями, задачею водоохоронних заходів на території проммайданчика КНПЗ є максимально можливі зниження техногенного навантаження на водоносний горизонт, які можна досягти шляхом:

ліквідації або зниження втрат на всіх етапах технологічного процесу;

відкачки лінз рідинних нафтопродуктів;

локалізації та перехвату забруднення у верхньому шарі техногенного водоносного горизонту.

Інформація, отримана в результаті експлуатації системи локального моніторингу в зоні впливу КНПЗ, дозволила скорегувати водоохоронні заходи і здійснити як першочергові:

виведення на поверхню трубопроводів зворотних, стічних вод та продуктопроводів на установках заводу і блоках зворотнього водопостачання (БЗВ) № 1-4 ;

виведення на поверхню паливних трубопроводів заводу;

- впровадження на першому етапі дослідної установки з селективним вилученням рідких нафтопродуктів за допомогою шурфо-свердловини, обладнаної агрегатом “ВITRO”. На другому етапі,враховуючи результати випробування і досвід роботи з установкою, а також найширший спектр можливих варіантів гідрогеологічних умов і технічних задач, запропоновано нове вітчизняне обладнання, яке зберігає позитивні характеристики випробуваного агрегату, але більш пристосоване до умов вітчизняного виробництва, з екологічним підходом до розв'язання задач.

Кожен з перелічених заходів окремо не може розв'язати проблему захисту поверхневих та підземних вод у досліджуваному районі. Тільки впровадження всього комплексу дозволить одержати екологічний ефект.

Розв'язання прогнозних задач і характеристика на основі їх результатів впливу водоохоронних заходів на поліпшення якості підземних вод наведені лише для кінцевої стадії - періоду стаціонарного гідродинамічного режиму.

За приблизними розрахунками він може встановитися не раніше, ніж через п'ять років післяреалізації перерахованих заходів. Тому для оперативного управління процесом потрібен контроль за його динамікою як в натурі, так і на більш детальній постійно діючій моделі (наприклад, із застосуванням комп'ютерного програмного забезпечення FEFLOW), який повинен увійти складовою частиною у систему локального моніторингу в зоні впливу КНПЗ.



ВИСНОВКИ

Науковий аналіз літературних джерел показав, що існуючі на сьогодні системи спостереження за станом забруднення поверхневих та особливо підземних вод не забезпечують екологічного обгрунтування прийняття рішень щодо управління водними ресурсами. Відсутність достовірної інформації призводить до економічних та екологічних прорахунків при розробці розділів ОВНС, для яких вихідними умовами повинні бути дані екологічного моніторинга.

В сучасних економічних умовах в Україні обмежуються програми державних спостережень на мережі гідрогеологічних пунктів. В той же час не використовується можливість часткової компенсації таких втрат за рахунок регулярних багаторічних спостережень на мережах систем локального моніторингу, які дають можливість наукового обгрунтування прийняття водоохоронних рішень.

Запропонована науково обгрунтована структура організації та управління системи державного моніторингу, шляхом його побудови “знизу”. Зокрема пропонується:

до суб'єктів державного моніторингу включати держадміністрації (в містах обласного підпорядкування - органи місцевого самоврядування), на яких покладено вирішення ряду задач, (ст. 19 Закону України “Про охорону навколишнього природного середовища), рішення яких пов'язано з наявністю оперативної інформації;

при (в) Міжвідомчій комісії ведення державного моніторингу доцільно створити центр обробки інформації та прогнозу екологічних ситуацій. Це дозволить уникнути втрат часу при передачі інформації, сконцентрувати первинну інформацію, зменшити витрати на створення додаткових структур на кожному з суб'єктів державного моніторингу. Центр повинен бути незалежним від будь-якого з суб'єктів моніторингу і підпорядковуватись безпосередньо Міжвідомчій комісії, або аналогічному центру вищого рівня.

Виявлено, що нафтопереробні підприємства в Україні, у тому числі КНПЗ, здійснюють значне техногенне навантаження на оточуюче середовище, призводячи до змін на регіональному рівні. Такі наслідки, як зміна динамічного та хімічного режиму поверхневих і підземних вод, призводять до підтоплення територій, появи невластивих речовин у водних об'єктах, що в свою чергу призводить до виведення з експлуатації водозаборів питної води. Крім того, ці об'єкти є потенційними чинниками екологічних катастроф. Тому проектування і реалізація на них систем локального моніторингу повинні стати обов'язковими.

5. Внаслідок проведенних досліджень було встановлено, що в умовах техногенного впливу на водні об'єкти нафтопереробним підприємством формуються три типові зони забруднення (зона техногенного навантаження, зона трансформації, зона гранично допустимих концентрацій). Запропоновано, при досліджені розповсюдження нафтопродуктів, як доповнення до гідрохімічних спостережень:

у зоні техногенного навантаження застосовувати геофізичні методи, особливо при наявності прошарків або лінз нафтопродуктів у підземних водах;

у зонах трансформації та гранично допустимих концентрацій - метод біоіндикації, зокрема, біотестування для виявлення високотоксичних продуктів окислення нафтопродуктів.

За результатами отриманої інформації у системі локального моніторингу розглянуто декілька варіантів захисту поверхневих та підземних вод від забруднення нафтопродуктами. Ряд з них реалізовано в стислі терміни для припинення катастрофічних наслідків забруднення поверхневих та підземних вод (шурфи та шурфо-свердловина з обладнанням “BITRO”). Оптимальними як з економічної, так і з екологічної точки зору в умовах двошарової будови визначено селективне вилучення нафтопродуктів за допомогою установки “ВІТRO” (1995 р.), а також десяти установок вітчизняного виробництва (1999 р.). За період експлуатації із підземних вод, станом на 1.01.2000 р., вилучено близько 2000 тонн нафтопродуктів.

7. Виконано математичне моделювання, що дозволило оптимізувати розміщення пунктів спостереження, оцінити ефективність запроектованих водоохоронних заходів. При моделюванні гідродинамічної ситуації з урахуванням найбільш несприятливого гідрологічного та гідрогеологічного режиму доцільно використовувати комп'ютерну програму GG-PRO. Для більш детального моделювання гідродинамічної та гідрохімічної ситуації рекомендується програмне забезпечення рівня FEFLOW.



СПИСОК ПУБЛИКАЦІЙ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Демехин Г.А. Ведение мониторинга качества вод в районах техногенного воздействия объектов нефтепереработки // Захист довкілля від антропогенного навантаження. - Харків-Кременчук: МПП “Август”, 1999. - № 1(3). - С. 143-147.

Бабенко В.Д., Солодовников Ю.С., Карагодин Г.В., Петик В.А.,Демехин Г.А., Беседин Н.В. Опыт создания и эксплуатации систем инженерной защиты подземных вод от загрязнения жидкими нефтепродуктами на промплощадках действующих предприятий нефтехимического комплекса // Захист довкілля від антропогенного навантаження. - Харків-Кременчук: МПП “Август”, 1999. - № 1(3). - С. 95-101.

Автору належать дослідження забруднення підземних вод.

Никифоров В.В., Демехин Г.А., Некос В.Е., Гальченко Н.П. К вопросу включения ландшафтного заказника “Кременчугские плавни” в систему фонового мониторинга // Вісник Харківського університету - Харків, 1999 - Вип. 455. - С. 162-167.

Автору належать пропозиції та обгрунтування розміщення пункту мережі фонового моніторингу

Демехин Г.А. К вопросу ведения государственного мониторинга вод суши // Вісник Дніпропетровського університету. - Дніпропетровськ: ДДУ, 2000 - Вип. 3. - С. 133-138.

Демехин Г.А., Мороз Е.П. Особенности ведения мониторинга в условиях городских агломераций // Захист довкілля від антропогенного наван-таження. - Харків-Кременчук: МПП “Август”, 2000. - № 2(4). - С. 68-75.

Автору належать пропозиції до порядку створення та функціювання регіональних систем моніторингу.

Демехин Г.А., Бабаев М.В., Бабенко В.Д., Солодовников Ю.С. Исследование формирования очага загрязнения и проведение комплекса опытных работ по извлечению жидких нефтепродуктов из подземных вод // Нові технології. Переробка відходів виробництва. - Кременчук: ТРІЕЛ, 1996. - С. 44-48.

Автору належить виконання оцінки динаміки забруднення, гідрохімічні дослідження та пропозиції по розміщенню захисних споруд.

Демехин Г.А., Бабаев М.В. Влияние техногенных факторов на формирование гидрохимического режима р. Псел // Экологические проблемы р. Днепр. - Кременчуг: Ассоциация “Славутич”, 1996. - С. 50-51.

Автору належать гідрологічні і гідрохімічні розрахунки та висновки.

Демехин Г.А. Предпосылки создания регионального мониторинга качества подземных вод // Оценка техногенного воздействия на природную среду. - Кременчуг: ДВ “Кременчук”, 1996. - С. 13-18.

Рыжикова С.В., Демехин Г.А. Формирование химсостава подземных и поверхностных вод бассейна р. Псел // Оценка техногенного воздействия на природную среду. - Кременчуг: ДВ “Кременчук”, 1996. - С. 18-22.

Автором виконані гідрохімічні дослідження та висновки.

Бабаев М.В., Маркина Н.К., Маркина Я.С., Демехин Г.А. Использование математического моделирования геофильтрации для обоснования водоохранных мероприятий // Проблемы создания новых машин и технологий. - Кременчуг: КГПИ, 1997. - С. 3-10.

Автором виконано збір вихідних даних та картографічні роботи.

Демехин Г.А., Козловская Т.Ф. Использование бенз-(а)-пирена как трассера при оценке степени загрязнения почв и подземных вод // Проблемы создания новых машин и технологий. - Кременчуг: КГПИ, 1997. - С. 37-39.

Автором виконані теоретичні обгрунтування запропонованого методу.

Цаплина М.Е., Никифоров В.В., Демехин Г.А. К вопросу о включении заказника “Белецковские плавни“ (Полтавская область) в программу фонового экологического мониторинга // II з`їзд гідроекологічного товариства України. - Київ: Інститут гідробіології НАН України, 1997.- С. 192 - 194.

Автору належить обгрунтування створення пункту фонового мониторингу.

Демехин Г.А., Рыжикова С.В. Влияние берегового регулирования речного стока на формирование зоны загрязнения подземных вод // Захист довкілля від техногенного впливу. - Кременчук: ДВ “Кременчук”, 1997. - С. 31-35.

Автору належить узагальнення гідрохімічної і гідрологічної інформації, виконання розрахунків та висновки.

Бабаев М.В., Демехин Г.А., Бабенко В.Д., Солодовников Ю.С. Селективное извлечение жидких нефтепродуктов из водоносных горизонтов // Захист довкілля від техногенного впливу. - Кременчук: ДВ “Кременчук”, 1997. - С. 79-84.

Автору належить оцінка стану забруднення підземних вод.

Демехин Г.А. Экологический мониторинг: теория и реальность // Регіональні перспективи, 1998. - № 1 - С. 44 - 48.

Аллилуев А.Н., Музыка В.В., Бабаев М.В., Демехин Г.А. Использование методов электроразведки для картирования загрязнения подземных вод жидкими нефтепродуктами // Захист довкілля від техногенного впливу.- Кременчук: ДВ “Кременчук”, 1998. - С. 140-144.

Автору належить участь в опрацюванні результатів досліджень та співавторство у висновках.

Демехин Г.А., Козловская Т.Ф. Использование биотестирования в кризисном мониторинге вод // Проблемы создания новых машин и технологий. - Кременчуг: КГПИ, 1998. - С. 334-336.

Автору належить обробка отриманих результатів та висновки.

Демехин Г.А. Использование экомониторинга для информационного обеспечения управления природопользованием // Регіональні перспективи, 1999. - № 4 - С. 115.

Размещено на Allbest.ru

...