Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время проблема загрязнения водоемов является одной из важнейших технических, эколого-биологических и социальных проблем мегаполисов и населенных мест. В связи с постоянно повьппающимися требованиями к охране окружающей среды необходимо значительно снизить сбросы вредных веществ в водные объекты. В городах, где имеется канализационная сеть для отведения поверхностных вод, стоки собираются дождеприемниками и организованно отводятся с территории населенного пункта. Там где нет дождевой сети, поверхностные сточные воды удаляются по рельефу местности в нижерасположенные места: овраги, реки и т.д. Так, на железнодорожных путях, станциях и перегонах, в частности, на железнодорожных станциях Самары, не предусмотрены сбор и отведение поверхностных сточных вод. Таким образом, поверхностные сточные воды, образующиеся на железнодорожном полотне, отводятся по рельефу местности и попадают в ближайшие водные объекты: водохранилища, реки, озера и в горизонты подземных вод.
Цель и задачи проводимых исследований. Целью проводимых исследований является получение систематических данных по концентрациям загрязняющих веществ и значениям расходов поверхностного стока с путей железнодорожных станций и предприятий железнодорожного транспорта для дальнейшего использования в проектной и производственной практике. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
изучить существующие методы сбора и отведения поверхностного стока с железнодорожных путей, методики расчета расхода поверхностных сточных вод и методы, позволяющие снизить объем воды, проникающий в балласт железнодорожного пути;
разработать классификацию загрязненности балласта железнодорожных путей с определением граничных значений для каждой категории загрязненности балласта;
определить концентрации загрязняющих веществ в поверхностном стоке с железнодорожных путей, а также закономерности их изменения в зависимости от категории загрязненности балласта железнодорожного пути;
разработать методику отбора проб загрязненного балласта для определения параметров загрязненности железнодорожных путей;
уточнить коэффициенты стока применительно к балластной призме железнодорожного пути и определить зависимость изменения коэффициента стока от категории загрязненности балласта железнодорожного пути;
определить удельный расход поверхностного стока с участка железной дороги с учетом загрязненности балласта и уточненных коэффициентов стока;
выполнить сравнение результатов практических исследований и математически полученных качественных и количественных показателей поверхностного стока с железнодорожных путей на предприятиях железнодорожного транспорта;
выполнить эколого-экономическую оценку существующего состояния сброса поверхностного стока с железной дороги в водные объекты и просчитать возможные варианты снижения негативного воздействия на природную среду.
Научная новизна работы заключается в следующем:
предложен комплексный подход к определению качественных И КОЛИЧЇ ственных показателей поверхностного стока с балластной призмы станционны железнодорожных путей;
разработана классификация загрязненности балласта железнодорожны путей;
определены концентрации загрязнения поверхностных сточных вод и и зависимость от категории загрязненности балласта железнодорожного пути;
разработан метод отбора проб балласта - метод полуэллипсов, позве ляющий найти загрязненность железнодорожного пути;
экспериментально определены коэффициенты стока с балластной приз мы железнодорожных путей;
рассчитаны расходы поверхностного стока с участка железной дороги с учетом категории загрязненности балласта и уточненных коэффициентов стока;
впервые вычислено расчетное значение величины вреда, наносимого поверхностному водному объекту при сбросе поверхностных сточных вод с железнодорожных станций.
Практическая ценность и реализация работы. В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований вычислены расходы и концентрации загрязнений поверхностных сточных водах с путей железнодорожных станций. Использован в проектной и исследовательской деятельности разработанный метод отбора проб - метод полуэллипсов на примере промывочно-пропарочной станции «Уруссу» (Куйбышевская железная дорога, Республика Татарстан). Разработана классификация загрязненности балласта железнодорожных путей. Определены коэффициенты стока с балластной призмы железнодорожных путей, имеющих различную категорию загрязненности. Полученные значения коэффициентов стока применены в проектной практике при определении расхода поверхностного стока с железнодорожного пути в структурном подразделении ОАО «РЖД», База № 47 (Куйбышевская железная дорога, Самарская область). Выявлена зависимость концентраций загрязнений поверхностной сточной воды с железнодорожных путей от категории загрязненности балласта, а также зависимость коэффициент стока - загрязненность балласта. Полученные зависимости были использованы для определения интервалов расхода и концентраций загрязняющих веществ поверхностного стока с участков железнодорожного пути.
Апробация работы. Основные результаты работы, изложенные в диссертации, докладывались: на X Всероссийском конгрессе «Экология и здоровье человека» (Самара, 2005 г.); 25-й Юбилейной межвузовской студенческой научно-технической конференции «Исследования в области архитектуры, строительства и охраны окружающей среды» (Самара, 2006 г.); научной конференции «Актуальные проблемы современного общества» (Самара, 2006 г.); 2-м Международном форуме (7-й Международной конференции) «Актуальные проблемы современной науки» (Самара, 2006 г.); IV Всероссийской научно-практической конференции «Экология человека: концепция факторов риска, экологической безопасности и управления рисками» (Пенза, 2007 г.); 64-67-й научно-технических конференциях «Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Образование. Наука.
Практика» (Самара, 2007-2010 гг.); ХХХІП Самарской областной студенческой научной конференции «Общественные, естественные и технические науки» (Самара, 2007 г.); 2-й конференции, посвященной памяти академика РАН СВ. Яковлева, «Совершенствование систем водоснабжения и водоотведения по очистке природных и сточных вод» (Самара, 2007 г.); IV Академических чтениях, посвященных 200-летию Университета путей сообщения, «Новые исследования в области водоснабжения, водоотведения, гидравлики и охраны водных ресурсов» (Санкт-Петербург, 2009 г.); IV Открытом международном молодежном научном форуме «Мир глазами молодых ученых» (Самара, 2009 г.); II Международном экологическом конгрессе (IV Международной научно-технической конференции) «Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов» (Тольятти, 2009 г.); Республиканской научной конференции «По проблемам архитектуры и строительства» (Казань, 2009 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Качество и инновации - основа современных технологий» (Новосибирск, 2010 г.).
Публикации. Результаты исследований опубликованы в 15 основных печатных работах, из них 4 работы опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Личный вклад автора в полученные научные результаты, включенные в диссертацию, опубликованные им лично и в соавторстве, состоял в непосредственном проведении исследований, обработке, систематизации, анализе их результатов и подготовке выводов.
Достоверность полученных результатов подтверждается большим объемом и длительностью экспериментальных исследований на лабораторных установках, в полевых условиях, с применением стандартизованных и разработанных с непосредственным участием автора методов измерения и анализа, а также статистической обработкой результатов.
На защиту выносятся следующие вопросы:
классификация загрязненности балласта железнодорожных путей;
зависимость концентраций загрязнений поверхностных сточных вод от категории загрязненности балласта железнодорожного пути;
метод отбора проб балласта - метод полуэллипсов;
значения коэффициентов стока с балластной призмы железнодорожных путей с различной категорией загрязненности, а также обработанных вяжущими материалами различной консистенции;
зависимость коэффициента стока от категории загрязненности балласта железнодорожного пути;
зависимость расхода поверхностных сточных вод с железнодорожного полотна от категории загрязненности балласта;
экологс-экономическая оценка сброса поверхностного стока с участка железнодорожного пути при различных системах водоотведения.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов, библиографического списка и приложений. Библиографический список включает 145 источников. Общий объем диссертации - 139 страниц, включая 33 рисунка и 30 таблиц.
