Підвищення екологічної безпеки поверхневих джерел водопостачання шляхом удосконалення басейнового принципу управління водними ресурсами

Abstract

У дисертації вирішене актуальне науково-практичне завдання підвищення рівня екологічної безпеки поверхневих джерел водопостачання. Розроблено методичне забезпечення ефективної реалізації оптимальних форм управління екологічною безпекою на рівні річкового басейну. Найбільш доцільним методом для дослідження динаміки індикаторних (сигнальних) показників екологічного стану поверхневих вод можна вважати двокомпонентну модель Стритера – Фелпса та її модифікації (розчинений кисень – біохімічне споживання кисню). Простота вимірювань показників обумовлюють перевагу цього методу як одного з найкращих стандартних методів аналізу екологічного стану поверхневих вод. Розраховані значення показника комплексного індексу забруднення води свідчать про постійний та стійкий вплив стічних вод Ізюмського комунально-виробничого водно-каналізаційного підприємства на екологічний стан річки Сіверський Донець. Науково обґрунтовано вибір та використання індикаторних (сигнальних) показника екологічного стану поверхневих вод для прогнозування забруднення водного середовища. Доведено, що концентрація розчиненого кисню та біохімічного споживання кисню у водному об’єкті з достатньо високою достовірністю може бути застосована як індикаторні (сигнальні) показники екологічного стану водного середовища. Удосконалено математичну модель динаміки індикаторних (сигнальних) показників екологічного стану поверхневих вод доповненням коригуючими коефіцієнтами, що дозволяє з високою точністю прогнозувати екологічний стан водотоків. Така модель оптимізує екологічний моніторинг та управління екологічною безпекою басейну річки. Теоретично обґрунтовано та експериментально підтверджено можливість довгострокового прогнозування екологічного стану водного об’єкту на основі спостереження за динамікою змін показників біохімічного споживання кисню та розчиненого кисню. Удосконалено методичні підходи до формування системи екологічного моніторингу басейну, в тому числі за умов впливу несанкціонованого та аварійного скидів стічних вод техногенно-небезпечних об’єктів з метою оптимального управління екологічною безпекою басейну.

В диссертации решена актуальная научно-практическая задача повышения уровня экологической безопасности поверхностных источников водоснабжения. Разработано методическое обеспечение эффективной реализации оптимальных форм управления экологической безопасностью на уровне речного бассейна. Наиболее целесообразным методом для исследования динамики индикаторного (сигнального) показателя экологического состояния поверхностных вод можно считать модель Стритер – Фелпса и ее модификации (растворенный кислород – биохимическое потребление кислорода). Рассчитанные значения показателя комплексного индекса загрязнения воды свидетельствуют о постоянном и устойчивом влиянии сточных вод Изюмского коммунально-производственного водно-канализационного предприятия на экологическое состояние реки Северский Донец. Научно обоснован выбор и использование индикаторного (сигнального) показателя экологического состояния поверхностных вод для прогнозирования загрязнения водной среды. Доказано, что концентрация растворенного кислорода и биохимического потребления кислорода в водоеме с достаточно высокой достоверностью может быть применены как индикаторные (сигнальные) показатель экологического состояния водной среды. Усовершенствована математическая модель динамики индикаторных (сигнальных) показателей экологического состояния поверхностных вод. Модель дополнена корректирующими коэффициентами, что позволяет с высокой точностью прогнозировать экологическое состояние. Такая модель оптимизирует экологический мониторинг и управление экологической безопасностью бассейна. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность долгосрочного прогнозирования экологического состояния водоемов на основе наблюдения за динамикой изменений показателей биохимического потребления кислорода и растворенного кислорода с применением модифицированной модели Стритера – Фелпса с учетом корректирующих коэффициентов. Усовершенствовано методическое обеспечение формирования сети наблюдений за экологическим состоянием поверхностных водоемов, в том числе для случая аварийного или несанкционированного сброса сточных вод.

The topical scientific and practical problem of increasing the ecological safety level of surface water sources has been solved in the thesis. Methodical support of effective implementation of optimal forms of environmental safety management at river basin level has been developed. The most suitable method for studying the dynamics of the indicator (signal) index of the ecological state of surface waters can be considered the Streeter-Phelps model and its modifications (dissolved oxygen-biochemical oxygen consumption). Indices of dissolved oxygen and biochemical oxygen consumption were used as integral indicators of water body pollution. The simplicity of measuring the biochemical consumption of oxygen and dissolved oxygen makes this method preferable as one of the best standard methods for analyzing the ecological state of surface waters. The calculated values of the complex index of water pollution testify to the constant and stable impact of sewage from the Izyum municipal industrial water and sewage plant on the ecological state of the Siverskiy Donets River. The choice and use of the indicator (signal) index of the ecological state of surface waters for predicting water pollution is scientifically grounded. It is proved that the concentration of dissolved oxygen in a reservoir with a sufficiently high reliability can be applied as an integral indicator of the ecological state of the aquatic environment. The mathematical model of the dynamics of indicator (signal) indicators of the surface waters ecological state has been improved. The model is supplemented with correcting coefficients, which allows to predict the ecological conditions of the reservoir with high accuracy and to evaluate the impact of technogenic-hazardous objects on surface waters. The possibility of long-term forecasting of the ecological state of reservoirs on the basis of observing the dynamics of changes in the parameters of biochemical consumption of oxygen, dissolved oxygen was theoretically substantiated and experimentally confirmed. Forecasting is carried out using the modified Streeter-Phelps model taking into account the corrective coefficients. Methodical support of crisis water monitoring, related to notification of emergencies, organization and conduct of observations of the ecological state of surface water bodies in case of emergency discharge of sewage, has been improved.