Прогнозування і управління рівнем ґрунтових вод для підвищення екологічної безпеки забудованих територій України

Abstract

Дисертація присвячена підвищенню рівня екологічної безпеки урбанізованих територій, що зазнають підтоплення ґрунтовими водами, за рахунок наукового обґрунтування методів та засобів прогнозування та управління підтопленням. Підтоплення територій не тільки негативно впливає на життєдіяльність населення, а і може привести до виникнення екологічних катастроф та значних матеріальних збитків. Вперше розроблено крайові умови математичної моделі зміни рівня ґрунтових вод, що враховують вплив штучних покриттів поверхні ґрунту і евапотранспірацію для вдосконалення прогнозів та управління рівнем ґрунтових вод забудованих територій. Зроблений прогноз максимально високого рівня ґрунтових вод в умовах природно-техногенних геосистем великих міст на прикладі Харкова. Для підвищення рівня екологічної безпеки міст України, обґрунтовано заходи оптимізації водного балансу ґрунтових вод шляхом регулювання основних режимоутворюючих факторів: зменшення втрат з водних комунікацій; збільшення водовідбору з водоносних горизонтів, гідравлічно зв’язаних з ґрунтовими водами; штучного відтоку ґрунтових вод за рахунок дренажів, що створюються при новому будівництві. Науково обґрунтовано та експериментально встановлено період з найменшим проявом природних факторів для виявлення величини техногенного додаткового живлення ґрунтових вод. Запропоновано інженерний захід для захисту дорожнього полотна автодоріг від шкідливої дії ґрунтових вод, що передбачає встановлення протифільтраційної завіси вздовж автошляху. Удосконалено теоретико-методологічні підходи до управління рівнем ґрунтових вод, що включають типову схему функцій органів управління та завдань попередження і ліквідації наслідків підтоплення, алгоритм дій у ході моніторингу за рівнем ґрунтових вод на підтоплених і потенційно підтоплених територіях та Проект комплексу заходів з попередження розвитку підтоплення міської території великих міст України з урахуванням європейського досвіду.

Диссертация посвящена повышению уровня экологической безопасности урбанизированных территорий, испытывающих подтопление грунтовыми водами, за счет научного обоснования методов и средств прогнозирования и управления подтоплением. Подтопление территорий не только негативно влияет на жизнедеятельность населения, но и может привести к возникновению экологических катастроф и значительному материальному ущербу. Впервые разработаны краевые условия математической модели изменения уровня грунтовых вод, учитывающие влияние искусственных покрытий поверхности почвы и эвапотранспирации для совершенствования прогнозов и управления уровнем грунтовых вод застроенных территорий. Сделан прогноз максимально высокого уровня грунтовых вод в условиях природно-техногенных геосистем крупных городов на примере Харькова. Для повышения уровня экологической безопасности городов Украины обоснованы мероприятия оптимизации водного баланса грунтовых вод путем регулирования основных режимообразующих факторов: уменьшение потерь из водных коммуникаций; увеличение водоотбора из водоносных горизонтов, гидравлически связанных с грунтовыми водами; искусственного оттока грунтовых вод за счет дренажей, создаваемых при новом строительстве. Научно обоснован и экспериментально установлен период с наименьшим проявлением природных факторов для выявления величины техногенного дополнительного питания грунтовых вод. Предложено инженерное мероприятие для защиты дорожного полотна от вредного воздействия грунтовых вод, предусматривающее установку противофильтрационных завес вдоль автодорог. Усовершенствованы теоретико-методологические подходы к управлению уровнем грунтовых вод, включающие типовую схему функций органов управления и задач предупреждения и ликвидации последствий подтопления, алгоритм действий в ходе мониторинга за уровнем грунтовых вод на подтопленных и потенциально подтапливаемых территориях и Проект комплекса мероприятий по предупреждению развития подтопления городской территории крупных городов Украины с учетом европейского опыта.

Thesis treats the environmental safety improving of urban territories flooded by groundwater through the scientific substantiation of methods and technics of flood forecasting and management. Flooding of the territories not only negatively affects the population vital activity. It also could lead to environmental disasters and significant material damage. For the first time, the boundary conditions of the groundwater level changing mathematical model have been developed. Mathematical model takes into account artificial coverings on the soil surface and groundwater discharge processes due to evapotranspiration to improve predictions and management of groundwater level on the built-up areas. The forecast of maximum groundwater level rise variant in natural and technogenic geosystems conditions of large cities has been developed on the Kharkiv city example. Measures to optimize the water balance of the groundwater by taking into account the technogenic factors affecting groundwater have been proposed. There are reducing losses from water communications; increase of water intake from aquifers hydraulically bound to groundwater; an artificial outflow of groundwater by the drainage expense created during the new building in the water balance optimization strategy. Scientifically has been grounded and experimentally established a period with the smallest natural factors manifestation for the value detection of technogenic additional groundwater replenishment. The engineering measure has been proposed for the roadbed protection from the groundwater harmful effects, which involves the installation of the anti-filtration curtain along the highway. The flood prevention system has been developed and specificated, includes typical scheme of the management functions and tasks for preventing and mitigating the flooding consequences, the actions algorithm during groundwater levels monitoring in flooded and potentially flooded areas, and the Project of measures set to prevent the flooding of urban areas in large cities of Ukraine on the basis of European experience.