Введение к работе
Актуальность темы
Актуальность диссертационных исследований определяется необходимостью улучшения экологического состояния городских водных объектов, находящихся в условиях негативного воздействия комплекса антропогенных и техногенных факторов, приводящих к их прогрессирующему заилению и деградации.
Для разработки инженерных природоохранных мероприятий по реабилитации городских водных объектов необходимы научно-обоснованные методы прогнозирования процессов накопления загрязненных донных отложений, база данных по загрязненности тяжелыми металлами и токсичными веществами, анализ их миграции, из донных отложений в водную массу, обоснованные требования для удаления отложений из речных русел и водоемов.
Для оценки влияния донных отложений на общее экологическое состояние водных объектов и прилегающих пойменных территорий и зон рекреации рассмотрена возможность оценки экологической опасности загрязненных донных отложений на основе изучения миграции тяжелых металлов в растения, выращенные на грунтах с добавками загрязненных донных отложений.
Область и объекты исследований
Область исследований – формирование и оценка загрязненности донных речных отложений на урбанизированных территориях, процессы переноса примесей из донных отложений в речную воду и миграция тяжелых металлов из загрязненных грунтов в растения.
В качестве объектов исследований миграции соединений тяжелых металлов из загрязненных грунтов в воду и растения выбраны загрязненные донные отложения водных объектов города Москвы и некоторые виды растительных культур.
Рабочая гипотеза
Улучшение экологического состояния водных объектов на урбанизированных территориях может быть достигнуто удалением донных отложений с учетом их загрязненности, объемов и распределения в речных руслах с предварительной оценкой их экологической опасности.
Цель и задачи исследований
Цель диссертационных исследований - изучение процессов формирования загрязненных донных отложений на урбанизированных территориях, процессы миграции химических соединений тяжелых металлов из загрязненных грунтов в воду и растения для обоснования мероприятий по улучшению экологического состояния городских водных объектов, включая их очистку.
Задачи исследований:
1. выявить источники загрязнения водных объектов на городских территориях с оценкой степени влияния каждого из источников на качество воды и состояние речного русла;
2. разработать метод прогнозирования количества загрязненных отложений в речных руслах в пределах урбанизированных территорий для определения объемов загрязненных отложений при очистке русел рек в пределах крупных городов РФ;
3. установить характер и степень влияния факторов, влияющих на осаждение мелкодисперсных взвесей и последующее формирование слоя загрязненных отложений в речных руслах;
4. исследовать загрязненность донных отложений в руслах рек на урбанизированных территориях примесями техногенного и антропогенного происхождения, в том числе соединениями тяжелых металлов
5. исследовать миграцию тяжелых металлов из донных отложений в водную массу в статических условиях, условиях движения воды а также при разгрузке в водный объект грунтовых вод
6. определить степень перехода соединений тяжелых металлов в растения, выращенные на грунтах с добавками загрязненных донных отложений для оценки их экологической опасности.
Метод исследований
Экспериментально-аналитический, с использованием апробированных подходов и зависимостей, отражающих поведение мелкодисперсных взвесей в водном потоке и описывающих диффузионные массообменные процессы между водой и донными отложениями с проверкой полученных зависимостей данными лабораторных измерений, выполненных на сертифицированном оборудовании по стандартным методикам.
Достоверность результатов исследований обусловлена соответствием представлений о гидравлических и физических факторах, определяющих массообменные процессы, результатам ранее проведенных исследований других авторов; применением апробированных методик и стандартной измерительной техники, тщательным проведением основных и контрольных опытов.
Научная новизна результатов исследований:
1. Установлены источники загрязнения водных объектов на городских территориях с оценкой степени их влияния на качество воды и состояние речного русла.
2. Разработан метод прогнозирования количества загрязненных отложений в речных руслах в пределах урбанизированных территорий, определены объемы загрязненных отложений при очистке русел рек в пределах крупных городов РФ.
3. Установлены особенности осаждения взвесей в водном потоке, определены факторы, влияющие на формирование слоя загрязненных отложений в речных руслах.
4. Установлена высокая степень загрязненности донных отложений в руслах рек на урбанизированных территориях примесями техногенного и антропогенного происхождения, в том числе соединениями тяжелых металлов, концентрация которых в некоторых случаях превышает в десятки и сотни раз ПДК для воды.
5. Исследованы миграция тяжелых металлов из донных отложений в водную массу в статических условиях, в условиях движения воды с различной скоростью и при разгрузке грунтовых вод в водный объект. Установлена зависимость диффузионного процесса от концентрации примесей в растворах поровых отложений, крупности частиц, гидравлических характеристик водного потока и скорости фильтрации.
6. Определена степень перехода соединений тяжелых металлов в растения, выращенные на грунтах с добавками загрязненных донных отложений для оценки их экологической опасности.
Практическая значимость исследований заключается:
в научно-методическом обеспечении методов воздействия на процессы формирования загрязненных русловых отложений и их удаление для улучшения экологического состояния водных объектов на урбанизированных территориях;
оценке степени экологической опасности загрязненности речных русел, затапливаемых пойм и зон рекреации при экологическом мониторинге водных объектов;
усовершенствовании учебного процесса по специальности «Инженерная защита окружающей среды».
На защиту выносятся:
метод прогнозирования количества загрязненных отложений в речных руслах в пределах урбанизированных территорий;
зависимости, характеризующие распределение взвесей в водном потоке и осаждение их в речное русло;
состав и степень загрязненности донных отложений в руслах рек на урбанизированных территориях примесями техногенного и антропогенного происхождения, в том числе соединениями тяжелых металлов;
методика экспериментальных модельных исследований.
зависимость скорости миграции примесей из отложений от их концентрации в поровых растворах, крупности частиц, гидравлических характеристик водного потока и скорости инфильтрации;
коэффициенты перехода соединений тяжелых металлов в растения, выращенные на грунтах с добавками загрязненных донных отложений;
Апробация диссертации
Результаты исследований обсуждались на совместном заседании кафедр инженерной геологии и геоэкологии, гидравлики, гидроэнергетики и использования водных ресурсов Московского государственного строительного университета, а также:
- на 4-й научной конференции молодых ученых, МГСУ, 2001;
-XIII Международной межвузовской научно-практической конференции «Строительство – формирование среды жизнедеятельности», апрель 2010 г.
Основные положения диссертации опубликованы в 8-и научных статьях, в том числе 7 в рецензированных изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, шести глав, включающих общие выводы и рекомендации, списка литературы и приложений; работа изложена на 185 страницах машинописного текста включая 56 рисунков и 27 таблиц.
