Введение к работе
Актуальность работы. Сложившаяся в течение последних лет напряженная экологическая ситуация практически во всех регионах России представляет собой серьезную угрозу для состояния здоровья населения. Среди множества аспектов, определяющих состояние поверхностных вод, особое место занимают проблемы их загрязнения поверхностным стоком (ПС). В первую очередь, это связано с тем, что масштабы антропогенного воздействия ПС на водные объекты, по мнению многих ученых, значительно превышают другие источники загрязнения. Большая часть объема годового ПС не удовлетворяет требованиям допустимого сброса. Перегруженность поверхностных водоемов и водотоков загрязнениями убедительно доказывает, что существующая система регулирования антропогенного воздействия на окружающую среду малоэффективна.
Проблема защиты водотоков от поверхностных сточных вод чрезвычайно трудна и решается в значительной степени организационно-техническими мероприятиями. Их осуществление требует времени и вложения значительных денежных и трудовых ресурсов. Вот почему в настоящее время способность дать объективную оценку влиянию поверхностного стока на качество воды водотоков, с тем, чтобы при необходимости осуществить квалифицированные водоохранные мероприятия является актуальной задачей. Достижение положительных результатов в этой задаче возможно только при комплексном подходе к ее решению.
Часть проведенных исследований выполнялась по плану госбюджетных работ Самарского государственного архитектурно-строительного университета в рамках научно-технической программы «Интеграция науки и высшего образования России».
Работа выполнена при финансовой поддержке (в форме гранта) Самарского государственного архитектурно-строительного университета.
Цель и задачи работы. Основной целью является совершенствование методики прогнозирования и оценки качества поверхностных водоисточников, разработка алгоритмов мониторинга и установления ПДС, с учетом ПС, как одного из доминирующих источников загрязнения водных объектов.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие основные задачи:
классификация поверхностных сточных вод и источников загрязнения;
анализ влияния учитываемых факторов на расчетные концентрации загрязнений в контрольном створе и совершенствование методики расчета поступления неорганизованного поверхностного стока в водные объекты;
разработка алгоритмов расчета ПДС сточных вод территориальных систем водо-отведения;
сравнительный анализ применимости и сопоставимости различных критериев и индексов качества воды;
создание электронной базы данных загрязненности рек, определение взаимосвязей между качеством воды в различных створах и классификация створов по схожести качественного состава воды и их ранжирование на основе количественной оценки уровня загрязненности;
выявление зависимости между различными показателями качества воды и опре
деление репрезентативных показателей, для диагностики состояния поверхностных ис
точников.
Методы исследований. Для решения рассматриваемых в работе задач использовались методы теории вероятностей и математической статистики (регрессионный, дисперсионный, кластерный и факторный анализы), планирование эксперимента, математическое моделирование, аналитические методы.
Научная новизна.
предложена обобщенная классификация поверхностных сточных вод, учитывающая: характер и способ их отведения, тип создаваемого источника загрязнения, способ математического описания и место образования;
предложен подход, позволяющий увеличить точность расчета смешения неорганизованного ПС;
количественно оценена значимость всех факторов, учитываемых при расчете концентраций загрязнений в контрольном створе;
установлена сопоставимость отдельных критериев (индексов) качества воды;
определены зависимости между различными показателями, характеризующими качество воды поверхностных источников (для условий Самарского региона).
Практическая значимость и внедрение результатов работы.
Результаты работы позволяют оперативно, достоверно, более полно и наглядно оценить картину загрязнения водных объектов и на базе оценок создавать модели управления и регулирования водохозяйственной деятельности. Созданная база данных загрязненности рек, методика комплексной оценки качества воды и влияния на нее поверхностного стока, а также репрезентативный набор показателей приняты и используются территориальным отделом водных ресурсов по Самарской области Нижне-Волжского бас-' сейнбвого водного управления, а также Фондом социально-экологической реабилитации Самарской области.
Результаты исследований используются в учебном процессе в Самарском государственном архитектурно-строительном университете, Тольяттинском государственном университете и Астраханском инженерно-строительном институте при выполнении курсовых и дипломных проектов, а также на практических занятиях по дисциплинам «Мо-> делирование и оптимизация территориальных систем водоотведения», «Водоотводящие системы промышленных предприятий», «Моделирование технологических процессов очистки воды».
Отдельные разработанные положения включены в учебные пособия: «Водоотводящие системы промышленных предприятий» (2004 г.), «Выбор систем водоотведения на ЭВМ» (2005 г.).
На защиту выносятся;
классификация ПС и источников загрязнения;
результаты исследования по моделированию загрязнения водных объектов поверхностным стоком и оценке влияния различных факторов на расчетные концентрации загрязнений в контрольном створе;
результаты анализа методов комплексной оценки качества природных вод и методика классификации качества воды на классы;
репрезентативный диагностический набор показателей;
основные результаты и методика оценки качества водотоков Самарской области на основе интегральных показателей загрязненности.
Апробация работы. Основные результаты, полученные при выполнении работы, докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-практической конференции «Энерго- и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» (Екатеринбург, 2001 г.), международной научно-практической конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности» (Пенза, 2002 г.), 59,60,61 региональных и 62,63 Всероссийских научно-технических конференциях «Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Образование. Наука. Практика» (Самара, 2002-2006 гг.), II Всероссийской научно-практической конференции «Водохозяйственный комплекс России: состояние, проблемы, перспективы» (Пенза, 2004 г.), 6,8-м международных научно-промышленных форумах «Великие реки '2004, '2006» (Н. Новгород, 2004, 2006 г.), IV международной научно-практической конференции «Природноресурсный потенциал, экология и устойчивое развитие регионов России» (Пенза, 2005 г.), VII международной научно-практической конференции «Города России: проблемы строительства, инженерного обеспечения, благоустройства и экологии» (Пенза, 2005 г.), XI Всероссийском конгрессе «Экология и здоровье населения» (Самара, 2006 г.).
Публикации. Основные результаты и положения диссертации отражены в 31 печатной работе, включая монографию, учебные пособия, статьи и тезисы докладов.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографического списка литературы из 222 наименований и приложений. Работа изложена на 149 страницах машинописного текста, содержит 25 рисунков и 37 таблиц.
Автор приносит глубокую признательность и благодарность д.т.н., профессору Кичигину В.И. за научные консультации и помощь, оказанные при выборе темы диссертации и работе над ней, а также всем сотрудникам кафедры «Водоснабжение и водоотве-дение» СГАСУ и особенно зав. кафедрой, д.т.н., профессору Стрелкову А.К., за неоценимую помощь и поддержку на протяжении всей работы над диссертацией.
