Размещено на http://www.allbest.ru/

УКРАЇНСЬКИЙ НАУКОВО - ДОСЛІДНИЙ ІНСТИТУТ ЕКОЛОГІЧНИХ ПРОБЛЕМ

УДК 556.52:504.4.06

КОМПЛЕКСНА ОЦІНКА ЕКОЛОГІЧНОГО СТАНУ ТА РЕСТРУКТУРИЗАЦІЯ ГОСПОДАРСЬКОГО ВИКОРИСТАННЯ БАСЕЙНІВ МАЛИХ РІЧОК

Спеціальність 21.06.01 - екологічна безпека

А в т о р е ф е р а т

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Рибалова Ольга Володимирівна

Х а р к і в 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківському національному автомобільно-дорожньому університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор географічних наук, професор, заслужений діяч науки і техніки України Гриценко Анатолій Володимирович, Харківський національний автомобільно-дорожній університет, завідувач кафедри екології та хімії

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор, заслужений діяч науки і техніки України Шеренков Ігор Аркадійович, Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, завідувач кафедри безпеки життєдіяльності і інженерної екології

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник, Коваленко Михайло Сергійович, Український науково-дослідний інститут екологічних проблем, завідувач лабораторією формування якості поверхневих вод

Провідна установа: Національний гірничий університет, кафедра екології, Міністерство освіти і науки України, м. Дніпропетровськ

Захист відбудеться 18.03.2005 року о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.812.01 в Українському науково-дослідному інституті екологічних проблем за адресою: 61166, м. Харків, вул. Бакуліна, 6.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Українського науково-дослідного інституту екологічних проблем (61166, м. Харків, вул. Бакуліна, 6).

Автореферат розісланий 16.02. 2005 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Жуковський Т.Ф.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Аналіз екологічного стану малих річок свідчить про досягнуту межу використання їх водних ресурсів. Методи нормування антропогенного навантаження на водні об'єкти, засновані на гігієнічній регламентації, не дозволяють оцінити можливість використання водних ресурсів малих річок з дотриманням рівноважного стану водних екосистем.

Необхідним є принципово новий підхід до оздоровлення малих річок, заснований на оцінці імовірності виникнення несприятливих для природного середовища і людини наслідків господарської діяльності.

Малі річки як природні об'єкти з низькою стійкістю до антропогенного навантаження потребують ощадливого відношення до проведення господарської діяльності в їх басейнах на основі наукового аналізу процесів, що відбуваються в їх екосистемах, і оцінки чинників, які впливають на їх стабілізацію. Реструктуризація господарського використання малих річок з дотриманням оптимального співвідношення показників лісистості, залуженості і розораності має велике значення для поліпшення їх екологічного стану.

Розроблені в дисертаційній роботі методи дають змогу вирішити дуже актуальну проблему відродження та оздоровлення малих річок України.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами. Наукові дослідження з теми дисертаційної роботи здійснювалися відповідно до "Основних напрямів державної політики України у галузі охорони довкілля, використання природних ресурсів та забезпечення екологічної безпеки", затверджених Постановою Верховної Ради України від 27.02. 1997р. та пов'язані з тематичними планами Українського науково-дослідного інституту екологічних проблем (УкрНДІЕП) 2000 - 2004р. Матеріали дисертаційної роботи використано у темах: № 0100U001524 держреєстрації "Розробка й удосконалення методологічних основ раціонального водокористування і системи заходів по екологічному захисту та оздоровленню малих річок області"; № 0102U003979 держреєстрації “Розробка проекту нормативно-методичного документу щодо методології інтегральної оцінки стану довкілля”; № 0102U006061 держреєстрації “Міжрегіональна екологічна програма щодо охорони та використання вод басейну ріки Сіверський Донець”.

Мета роботи і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є удосконалення методичних основ комплексної оцінки екологічного стану малих річок та визначення напрямку і масштабів господарського використання їх басейнів.

Для досягнення поставленої мети в роботі необхідно було вирішити наступні задачі:

· удосконалити метод комплексної оцінки екологічного стану малих річок;

· розробити метод оцінки розвитку процесів в басейнах малих річок на основі аналізу причин зміни водності та погіршення екологічного стану;

· удосконалити метод визначення найбільш значних джерел забруднення малих річок та оцінки раціональності господарського використання їх басейнів;

· розробити метод реструктуризації господарського використання водозбірної площі малих річок;

· визначити басейни малих річок Харківської області з незадовільним екологічним станом та ідентифікувати джерела їх забруднення;

· розробити пропозиції щодо захисту малих річок Харківської області від виснаження та забруднення з визначенням напрямку господарської діяльності в їх басейнах.

Об'єктом дослідження є антропогенний вплив на екосистеми малих річок. річка басейн забруднення екологічний

Предмет дослідження - методичні основи комплексної оцінки екологічного стану малих річок та науковий аналіз раціональності господарського використання їх басейнів.

Методи дослідження. Методика досліджень базується на використанні методів системного аналізу, математичної статистики, математичного моделювання, аналітичній, математичній і картографічній обробці фактичних і фондових матеріалів щодо формування і розвитку екосистем малих річок.

Наукова новизна одержаних результатів. Наукова новизна роботи полягає в наступному:

удосконалено метод комплексної оцінки екологічного стану малих річок на основі поєднання гігієнічного та екологічного підходів до нормування антропогенного навантаження на водні об'єкти;

запропоновано нову класифікацію екологічного стану басейнів малих річок на основі оцінки трьох критеріїв екологічної небезпеки: прийнятності потенційного ризику здоров'ю населення при рекреаційному водокористуванні, комплексного еколого-гігієнічного показника якісного стану водних об'єктів та показника розвитку деградаційних процесів в їх екосистемах;

удосконалено метод ідентифікації джерел забруднення малих річок і запропоновано їх визначення на основі порівняльного аналізу потенційного ризику здоров'ю населення та перевищення допустимого виносу забруднюючих речовин;

запропоновано оцінку раціональності господарського використання малих річок на основі аналізу спрямованості розвитку процесів в їх екосистемах;

розроблено новий метод реструктуризації господарського використання водозбірної площі малих річок на основі визначення допустимої розораності та оптимальних показників лісистості і залуженості з метою зменшення впливу антропогенних чинників на розвиток деградаційних процесів.

Практичне значення одержаних результатів.

Комплексний еколого-гігієнічний показник якісного стану водних об'єктів і класифікацію водотоків на основі визначення указаного показника застосовано при розробці "Комплексу заходів щодо упорядкування водовідведення в населених пунктах України". Згідно з Постановою Кабінету Міністрів України №754 від 29.04.99 ця тема віднесена до пріоритетних в галузі науки і техніки.

Новий метод оцінки розвитку процесів в басейнах малих річок впроваджено в проект нормативно-методичного документу щодо методології інтегральної оцінки стану довкілля.

Практичні результати дисертації використані при розробленні “Міжрегіональної екологічної програми щодо охорони та використання вод басейну річки Сіверський Донець”, що схвалена Координаційною Радою 29.01.2004.

Особистий внесок здобувача. Результати досліджень, які характеризуються постановкою та вирішенням задач, їх теоретичним обґрунтуванням, статистичним, картографічним та математичним аналізом, математичним моделюванням, науковою новизною, належать особисто автору.

Апробація результатів дисертації.

Основні результати дисертаційної роботи доповідались: на Міжнародній науково-практичній конференції "Сучасні проблеми гуманізації і гармонізації управління" (Харків, 2000 - 2003); Міжнародній науково-практичній конференції "Проблеми і перспективи очищення і повторного використання води" (Харків, 2000); Міжнародному Конгресі "ЕТЕВК-2001: Екологія, Технологія, Економіка, Водопровід, Каналізація" (Ялта, 2001); Міжнародній міждисциплінарній науково-практичній конференції "Сучасні проблеми науки і освіти" (Керч, 2001; Ужгород, 2002; Ялта, 2003; Алушта, 2004); ІV Міжнародній науково-практичній конференції "Вода і здоров'я - 2001" (Одеса, 2001); Міжнародній науково-практичній конференції "Техногенно-екологічна безпека регіонів як умова сталого розвитку України" (Львів, 2002); Міжнародній науковій конференції "Екологічні проблеми басейнів транскордонних річок” (Луцьк, 2002); Х ювілейній Міжнародній науково-технічній конференції "Екологія і здоров'я людини, охорона водного і повітряного басейнів, утилізація відходів" (Щелкіно, 2002); Міжнародній науково-практичній конференції "Вода, екологія, суспільство" (Харків, 2002); Міжнародній науково-практичній конференції "Водні ресурси на рубежі XXІ сторіччя. Проблеми раціонального використання, охорони і відродження" (Київ, 2003); VІ Міжнародній науково-практичній конференції "Вода і здоров'я - 2003" (Одеса, 2003); Міжнародному водному форумі "АКВА - Україна 2003" (Київ, 2003).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 26 наукових праць, у тому числі 1 монографія (у співавторстві) та 12 статей у фахових виданнях. Сім наукових праць опубліковані без співавторів.

Обсяг і структура дисертаційної роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел з 174 найменувань та 13 додатків. Робота містить 27 рисунків та 18 таблиць, з них 8 рисунків та таблиць на повних сторінках. Основний обсяг дисертації складає 172 сторінки.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовані актуальність, мета і завдання дисертаційної роботи, об'єкт і предмет дослідження, розкрито наукову новизну і практичне значення одержаних результатів. Відображено особистий внесок автора, наведені апробація та публікації результатів дисертації.

У першому розділі досліджені особливості малих річок як основного компоненту екосистеми та різні методичні підходи до комплексної оцінки екологічного стану поверхневих вод.

При управлінні водоохоронною діяльністю важливою задачею є комплексна оцінка якісного стану водних об'єктів. Відомі два основних підходи до оцінки якості поверхневих вод: гігієнічний та екологічний.

Основним принципом гігієнічного нормування є дотримання гранично допустимих концентрацій (ГДК) речовин у водних об'єктах. Розроблено чимало комплексних оцінок якості поверхневих вод на основі гігієнічного нормування антропогенного навантаження. Це, насамперед, роботи вітчизняних вчених С.М. Драчьова, В.П. Ємельянової і Г.М. Данілової, В.Р. Лозанського, О.С. Шайн, Ю.В. Новікова, В.В. Морокова, А.В.Гриценко. Гігієнічний принцип розробки комплексних показників якості поверхневих вод застосовано також закордонними вченими Horton R. K., Brown R. M., Mc.Clelland, Deininger R. A., Tozer R. C., Dinius S. H., Ott W. R. Запропоновані комплексні оцінки якості поверхневих вод представляють собою різні модифікації сумації усереднених кратностей перевищення ГДК, але оцінити комплексний вплив шкідливих речовин на здоров'я людини надзвичайно важко, тому що між речовинами існують взаємодії, що підсилюють чи послабляють їхній спільний вплив.

Встановлено, що методи оцінки ризику здоров'ю населення більш перспективні при ідентифікації зон підвищеної екологічної небезпеки, тому що в силу імовірнісного характеру дозволяють інтегрувати ризики за різними забруднюючими речовинами, джерелам забруднення, адміністративними чи ландшафтно-територіальними одиницями, компонентами навколишнього середовища. Показник потенційного ризику здоров'ю населення, розроблений під керівництвом професора С. М. Новікова, представляє імовірну характеристику появи рефлекторних реакцій організму й інших шкідливих ефектів від рівнів впливу забруднюючих речовин.

Однак гігієнічним нормативам притаманний антропоцентричний підхід до оцінки стану навколишнього середовища, тобто при безпечних умовах проживання населення не беруться до уваги особливості функціонування власне екосистем.

Екологічне нормування антропогенного впливу на навколишнє середовище припускає урахування стійкості і регенераційних можливостей екосистем на основі аналізу взаємозв'язку всіх компонентів ландшафтно-географічної системи в цілому і дослідження закономірностей формування, функціонування, а також їх зміни під впливом природних і антропогенних чинників. Цій складній проблемі присв'ячено багато наукових досліджень, в том числі в Ю.А. Ізраеля, В.Д. Романенко, В.М. Жукінського, О.П. Оксіюк, А.В. Гриценко, О.К. Кузіна, Г. А. Верниченко, О.Г. Васенко, С.В. Багоцького, А.В. Качинського, О.Г. Наконечного, Holling C.S., Baalsrud Kjell, Felfцldy L.I.M., Feliciano D.V., Lester W.F. В багатьох країнах світу розроблено класифікації поверхневих вод на основі оцінки їх якісного стану, але єдиний методичний підхід поки не визначений.

Напрямком досліджень дисертаційної роботи обрано удосконалення методу комплексної оцінки екологічного стану малих річок та розроблення методу реструктуризації господарського використання їх водозбірної площі як ефективного заходу щодо стабілізації розвитку процесів в водних екосистемах.

Другий розділ містить опис розроблених автором нових показників: прийнятності потенційного ризику здоров'ю населення при рекреаційному використанні водних ресурсів малих річок; комплексного еколого-гігієнічного показника якісного стану водних об'єктів; спрямованості розвитку процесів в басейнах малих річок, розробленого на основі аналізу причин змін водності та якісного стану. Запропоновано комплексну оцінку екологічного стану малих річок, яка поєднує гігієнічний та екологічний підходи при визначенні гостроти ситуації, пов'язаної з водокористуванням (рис.1). На основі оцінки трьох критеріїв екологічної безпеки, яка пов'язана з водокористуванням (показник прийнятності потенційного ризику здоров'ю населення при рекреаційному водокористуванні, комплексний еколого-гігієнічний показник якісного стану водних об'єктів; показник розвитку процесів в басейнах малих річок) автором запропонована нова класифікація екологічного стану басейнів малих річок України (табл.1.).

Першим критерієм, значення якого визначаються при оцінці екологічного стану малих річок, є показник прийнятності потенційного ризику здоров'ю населення (PRZ) при рекреаційному водокористуванні.

Причиною інфекційної захворюваності може бути не тільки купання, але неякісне харчування або вживання питної води, що не відповідає санітарно-гігієнічним нормам.

Бази даних Інтегральні показники Критерії оцінки екологічної ситуації

Рис. 1 Критерії комплексно оцінки екологічного стану малих річок

Размещено на http://www.allbest.ru/

Таблиця 1

Класифікація екологічного стану басейнів малих річок України

Назва показника	1 клас	2 клас	3 клас	4 клас	5 клас
Потенційний ризик здоров'ю населення (Risk)	незначний вплив	слабкий вплив	значний вплив	великий вплив	дуже великий вплив
	0 - 0,05	0,06 - 0,19	0,2 - 0,59	0,6 - 0,89	0,9 - 1,0
Прийнятність потенційного ризику здоров'ю населення (PRZ)	мінімальне збільшення захворюваності	незначне збільшення захворюваності	середній рівень захворюваності	значне збільшення захворюваності	небезпечне збільшення захворюваності
	<0,01	0,011 - 0,05	0,051 - 0,2	0,21 - 0,3	>0,3
Комплексний еколого - гігієнічний показник якісного стану поверхневих вод (Р)	відмінний стан	гарний стан	задовільний стан	поганий стан	дуже поганий стан
	0 - 0,2	0,21 - 0,75	0,76 - 1,75	1,76 - 2,3	2,31 - 2,7
Показник розвитку процесів в басейнах малих річок (Пнп)	значний розвиток стабілізаційних процесів	незначний розвиток стабілізаційних процесів	незначний розвиток деградаційних процесів	значний розвиток деградаційних процесів	небезпечний розвиток деградаційних процесів
	<0,01	0,011 - 0,1	0,11 - 1,0	1,1 - 2,0	>2,0
Показник екологічної ситуації (А)	відмінна екологічна ситуація	добра екологічна ситуація	задовільна екологічна ситуація	погана екологічна ситуація	небезпечна екологічна ситуація
	<0,2	0,21 - 0,76	0,77 - 2,0	2,1 - 3,0	>3,1

Тому при дослідженні захворюваності запропоновано розраховувати вагові коефіцієнти окремо для господарсько-питного водопостачання (L^r ₁), стану водних об'єктів (L^r ₂) та продуктів харчування (L^r ₃) відношенням проб (P_1,2,3), що перевищують ГДК речовин (K_1,2,3), до загальної кількості проб (n_1,2,3), що аналізуються органами ОблСЕС за формулами:

P_1,2,3= ,

L^r ₁+ L^r ₂ + L^r ₃ = 1.

Ідентифікація адміністративних районів області з неблагополучною санітарно-епідеміологічною ситуацією виконується обчисленням розробленого автором коефіцієнта перевищення узагальненого індексу екозалежної захворюваності з урахуванням вагових коефіцієнтів за формулою:

K^r = I^r_обL^r₂/(I_обL₂),

де K^r - коефіцієнт перевищення узагальненого індексу екозалежної захворюваності в r-ому адміністративному районі;

I^r_об - узагальнений індекс екозалежної захворюваності в r - ому адміністративному районі;

I_об - узагальнений індекс екозалежної захворюваності в цілому по області;

L^r₂ - ваговий коефіцієнт при рекреаційному водокористуванні в r-ому адміністративному районі;

L₂ - ваговий коефіцієнт при рекреаційному водокористуванні в цілому по області.

При K^r > 1 стан здоров'я населення в r-ому адміністративному районі викликає тривогу через поганий стан водних об'єктів, що вимагає прийняття заходів в галузі охорони здоров'я та відновлення природної цінності водних об'єктів.

Для оцінки впливу якісного стану j-ої річки на збільшення захворюваності населення в r-ому адміністративному районі запропоновано ввести коефіцієнт впливу рекреаційного водокористування (m), що обчислюється за формулою:

m_j = ,

де m_j - коефіцієнт впливу рекреаційного водокористування j-ої малої річки на здоров'я населення;

l_j - довжина j-ої малої річки в r - ому адміністративному районі, м;

l_об - загальна довжина річок в r - ому адміністративному районі, м.

Тоді коефіцієнт перевищення узагальненого індексу екозалежної захворюваності в j-ому басейні малої річки буде визначатися за формулою:

K_j = m_j K^r.

Реакція організму на забруднення довкілля може проявитися через якийсь час, а рівень захворюваності має нелінійний характер, тому проблемою оцінки впливу якісного стану навколишнього середовища є визначення прийнятності ризику здоров'ю населення, тобто з'ясування наскільки небезпечне його збільшення при існуючому рівні захворюваності.

Показник прийнятності потенційного ризику здоров'ю населення (PRZ) запропоновано визначати як добуток потенційного ризику здоров'ю населення (Rіsk) і коефіцієнта перевищення узагальненого індексу екозалежної захворюваності досліджуваного водного об'єкту (K) за формулою:

PRZ= RiskК.

Далі потрібне рангування басейнів малих річок за величиною прийнятності потенційного ризику здоров'ю населення, причому басейн з більшою величиною (PRZj) одержує перший ранг.

Автором розроблено комплексний еколого-гігієнічний показник якісного стану водних об'єктів (Р), що являє собою середнє геометричне екологічного індексу (Іe) (обчислюється згідно "Методиці встановлення і використання екологічних нормативів якості поверхневих вод суші та естуаріїв України"), і потенційного ризику здоров'ю населення (Rіsk):

P = (IeRisk).

Комплексний еколого-гігієнічний показник якісного стану поверхневих вод характеризує імовірність виникнення несприятливих для природного середовища і людини наслідків здійснення господарської діяльності, поєднує гігієнічний і екологічний підходи до оцінки стану водних об'єктів і є другим критерієм при ідентифікації зон екологічної небезпеки.

Автором досліджені "негативні" фактори, що є причиною або можуть прискорити процес деградації екосистем, і "позитивні" фактори, що можуть стабілізувати екологічний стан басейнів малих річок.

Для визначення ступеня негативного впливу антропогенних факторів на розвиток деградаційних процесів в басейнах малих річок автор пропонує використовувати в процентному співвідношенні наступні показники: розораність (Р), урбанізованість (У), вплив водозабору на зменшення стоку малих річок (ВЗ) і вплив скидів стічних вод на якісний стан малих річок (СВ). Показник негативного впливу антропогенних факторів на розвиток деградаційних процесів в екосистемах малих річок обчислюється як площа чотирикутника:

S_а^- = (У + Р)(ВЗ +СВ).

При оцінці значимості позитивних факторів на розвиток стабілізаційних процесів в басейнах малих річок пропонується використовувати в процентному співвідношенні показники залуженості (ЛГ), озерності (ПО), показник зміни стоку річки (ВІ) і лісистість (Л). Показник впливу позитивних факторів на розвиток процесів в басейнах малих річок розраховується за формулою:

S_ес⁺ =(Л + ЛГ)(ПО +ВІ).

З метою оцінки інтенсивності деградаційних процесів автор пропонує визначати показники яругоутворення (О), заболочення (Б), еродованості земель (Е), замулення (І). Показник інтенсивності деградаційних процесів, що відбуваються в басейні малої річки обчислюється за формулою:

S_пр = (О + Б)(Е + І).

Автор пропонує визначати коефіцієнт спрямованості процесів в басейнах малих річок (К_н) відношенням величини негативного впливу антропогенних факторів на розвиток деградаційних процесів (S_а^-) до величини позитивного впливу природних факторів (S_ес⁺):

К_н =.

Показник розвитку процесів (П_нп), що відбуваються в басейнах малих річок під впливом природних і антропогенних факторів визначається за формулою:

П_нп = К_нS_пр.

Якщо S_а^- > S_ес^+-, то К_н > 1, отже, антропогенні фактори впливають на розвиток деградаційних процесів в басейнах малих річок, що вимагає опрацювання комплексу природоохоронних заходів на основі аналізу значимості позитивних та негативних факторів і оцінки їх наслідків.

Метод комплексної оцінки екологічного стану малих річок заключається у побудові в системі координат прорангованих басейнів малих річок за трьома вищевикладеними критеріями. Далі відповідно до запропонованої методики в тривимірному просторі знаходяться крапки A₁, A₂, …, Aj з координатами А₁(PRZ₁; P₁; П_нп1); А₂(PRZ₂; P₂; П_нп2); А_j-1(PRZ_j-1; P_j-1; П_нпj-1); А_j(PRZ_j; P_j; П_нпj). Будуються відповідні вектори . Довжина таких векторів визначається за формулою:

.

Найдовший вектор буде відповідати басейну річки, яка знаходиться в нестабільному, найгіршому стані і вимагає впровадження природоохоронних заходів, можливо, з перерозподілом антропогенних навантажень у першу чергу.

Третій розділ містить опис розроблених автором методів: ідентифікації джерел забруднення водних об'єктів на основі порівняльного аналізу потенційного ризику здоров'ю населення, оцінки раціональності господарського використання малих річок на основі аналізу спрямованості процесів у їх екосистемах і реструктуризації господарського використання їх водозбірної площі. Також розглянуто еколого-економічний аспект вибору комплексу регіональних заходів щодо захисту малих річок від виснаження і забруднення.

Метод ідентифікації джерел забруднення малих річок на основі порівняльного аналізу потенційного ризику здоров'ю населення складається з декількох основних етапів:

порівняльний аналіз ризиків за і-ими забруднюючими речовинами у кожнім з досліджуваних j-их басейнів малих річок з наступним рангуванням ризиків з метою визначення переліку небезпечних забруднюючих речовин;

аналіз зосереджених джерел забруднення водних об'єктів на основі оцінки маси виносу і- их забруднюючих речовин у j-ому басейні малої річки (М^т_ij=C^т _ij Q^т _j);

визначення впливу поверхневого стоку із сільськогосподарських угідь на основі оцінки маси виносу і-их забруднюючих речовин у j-ому басейні малої річки (М^сх_ij = C_ij ^схQ^сх _j);

аналіз впливу поверхневого стоку з урбанізованих територій на основі оцінки маси виносу і-их забруднюючих речовин у j-ому басейні малої річки (М^ут_ij = C_ij^утQ^ут _j);

визначення сумарної маси виносу і-их забруднюючих речовин у j-ому басейні малої річки (М^сум_ij = М^т_ij + М^сх_ij + М^ут_ij);

оцінка перевищення допустимого виносу і-ої забруднюючої речовини в j-ому басейні малої річки: ПВ^д_ij= (С^ф_iQ_j^ф + М^сум_ij) - C_i^н Q_j^95%;

рангування джерел забруднення за часткою перевищення допустимого виносу найбільш небезпечних забруднюючих речовин (=; =; =).

Найбільш небезпечні джерела забруднення мають максимальні величини Х^max_ij (Х^т_ij, Х^сх_ij, Х^ут_ij ) і при рангуванні їм привласнюється перший ранг, що означає необхідність аналізу існуючого комплексу природоохоронних заходів і розробки рекомендацій з його удосконалення з метою мінімізації негативного впливу на стан екосистем басейнів малих річок і здоров'я населення.

Для стабілізації процесів формування гідрологічного і гідрохімічного режимів річки необхідно дотримуватись умови:

(У + Р)(ВЗ +СВ) < (Л + ЛГ)(ПО +ВІ).

При аналізі раціональності господарського використання водних ресурсів і водозбірної площі малих річок запропоновано рангування позитивних та негативних чинників, що впливають на розвиток деградаційних процесів. Показникам з більшою величиною привласнюється перший ранг і вони ідентифікують проблеми, на які необхідно звернути першочергову увагу при виборі заходів щодо захисту малих річок від забруднення і виснаження.

При недотриманні оптимального співвідношення площ підсистем лісу, лугу, розораності порушується природне формування річкового стоку, що за умов інтенсивного водокористування веде до обміління і зникнення малих річок. З метою покращення екологічного стану малих річок та зміни напрямку розвитку процесів в їх басейнах запропоновано новий метод реструктуризації водозбірної площі на основі визначення оптимальних показників лісистості, розораності і залуженості.

На першому етапі реструктуризації господарського використання водозбірної площі розраховується оптимальна лісистість за методикою Ю.П. Бялловича:

Л₀ = Л_б + ,

де Л_о - оптимальна лісистість басейну малої річки, частка від 1;

Л_б - існуюча лісистість басейну малої річки, частка від 1;

О_р - загальна оптимальна лісистість району, частка від 1;

М_р - масивна лісистість району, частка від 1.

Результати досліджень Ю.П. Бялловичем залежності середнього річного коефіцієнта річкового стоку від лісистості водозбору різних регіонів України дозволили зробити висновок про те, що при збільшенні лісистості на 1% річковий стік збільшується на 0,4 %. У відповідності з цим висновком дисертантом запропоновано розрахувати прогнозний показник зміни стоку при досягненні оптимальної лісистості (ВІ_ло) за формулами:

W^пр_сг = W_сг + ,

ВІ_ло = W^пр_сг / W_р,

де W^пр_сг - прогнозний середньорічний стік річки при досягненні оптимальної лісистості, тис.м³;

W_сг - середньорічний стік річки, тис.м³;

W_р - норма стоку річки, тис.м³;

Ві_ло - показник зміни стоку річки при досягненні оптимальної лісистості, частка від 1.

В басейнах малих річок, де коефіцієнт спрямованості розвитку процесів К_н >1 з причини великого значення показника розораності (Р>0,5) і низької величини залуженості (ЛГ <0,2), необхідно розрахувати їх оптимальні значення на основі гіпотези, що при К_н 0,5 почнеться стабілізація процесів в басейнах малих річок і покращиться екологічна ситуація. Чинники, якими не керують при реструктуризації господарського використання водозбірної площі позначено таким чином:

У= В₁; (ВЗ + СВ) = В₂; Л₀ = В₃; (ПО + ВІ) = В₄.

Показник допустимої розораності розраховується за формулою:

Р_д = (ЛГ_н +В₃) - В₁,

де Р_д - показник допустимої розораності, частка від 1;

ЛГ_н - нормативна залуженість (0,25 - 0,3) в частках від 1.

Якщо аналіз раціональності господарського використання басейнів малих річок показує, що в j-ому басейні малої річки причиною розвитку деградаційних процесів є низький показник залуженості, необхідно розрахувати його оптимальне значення за формулою:

ЛГ_о = (Р_н + В₁) - В₃,

де ЛГ_о - показник оптимальної залуженості, частка від 1;

Р_н - нормативна розораність (0,45 - 0,5) в частках від 1.

Якщо показник розвитку процесів (П_нп) має більше значення з причини високого значення показника інтенсивності деградаційних процесів (S_пр), необхідна реалізація спеціальних організаційно-господарських, агротехнічних, лукомеліоративних, лісомеліоративних, гідротехнічних, організаційних водоохоронних і протиерозійних заходів.

Оцінка еколого-економічної ефективності запропонованого комплексу природоохоронних заходів дозволить визначити заходи, що доступні за цінами і приносять найбільший ефект у поліпшенні стану навколишнього середовища та здоров'я населення.

У четвертому розділі проведено аналіз раціональності водокористування та ідентифікація основних джерел забруднення на основі порівняльної оцінки ретроспективного та сучасного екологічного стану малих річок, а також запропоновано необхідний комплекс природоохоронних заходів.

Порівняльний аналіз якісного стану малих річок на основі оцінки потенційного ризику здоров'ю населення при рекреаційному водокористуванні з 1990 по 2002 рік показав, що в середньому він незначно зменшився з 0,364 (в 1990 році) до 0,316 (в 2000 році) і 0,325 (в 2002 році), що відповідає 3 класу “значний вплив на здоров'я населення”.

Для оцінки захворюваності проаналізовано дані обласної санітарної епідеміологічної станції щодо захворюваності населення гострими кишковими захворюваннями, сальмонельозом, дизентерією, вірусним гепатитом і лептоспірозом в адміністративних районах області за 1990 - 2002 роки.

Аналіз зміни вагових коефіцієнтів для господарсько-питного водопостачання (L^r₁), стану водних об'єктів у місцях водокористування (L^r₂) і продуктів харчування (L^r₃) за період з 1990 по 2002 рік показав, що за цей період значно зріс ваговий коефіцієнт (L^r₂) (з 15,2% до 52%), тобто в останні роки основною причиною виникнення інфекційної захворюваності в Харківській області є рекреаційне водокористування.

Рангування 100 басейнів малих річок Харківської області за показником екологічної ситуації (А) дозволило ідентифікувати водотоки з незадовільною екологічною ситуацією. Так, наприклад, за період з 1990 по 2000 рік значно погіршився екологічний стан річок: Тетлега (А збільшився у 7,3 рази), Балаклійка (А збільшився у 5,6 рази), Немишля (А збільшився у 4,4 рази).

На основі порівняльного аналізу потенційного ризику здоров'ю населення ідентифіковано найбільш небезпечні джерела забруднення басейнів малих річок та визначено економічну оцінку ризику за даними 1990, 2000 і 2002 років.

Аналіз господарського використання басейнів малих річок на основі оцінки коефіцієнту спрямованості розвитку процесів в їх екосистемах та рангування негативних і позитивних чинників дозволив дати рекомендації щодо реструктуризації водозбірної площі з урахуванням оптимальних показників лісистості, розораності та залуженості індивідуально для кожного водотока з незадовільним екологічним станом.

Запропоновано комплекс природоохоронних заходів щодо запобігання надходження неочищених і недостатньо-очищених стічних вод підприємств промисловості, комунального і сільського господарства, поверхневого стоку з урбанізованих територій і сільськогосподарських угідь, регулювання річкового стоку, установлення водоохоронних зон, посадки лісосмуг, розчищення русел, охорони ґрунтових вод і деякі інші.

Загальні висновки

1. Господарська діяльність, яка здійснюється в басейнах малих річок, чинить більш значний вплив на стан їх екосистем у порівнянні із середніми і великими річками. У дисертаційній роботі удосконалено метод комплексної оцінки екологічного стану малих річок, який дозволяє виявити регіональні проблеми водокористування. Запропоновано новий метод реструктуризації господарського використання водозбірної площі малих річок з метою визначення стратегії раціонального природокористування.

2. Встановлено, що найбільш перспективним методом комплексної оцінки стану водних об'єктів є оцінка потенційного ризику здоров'ю населення, яка представляє собою імовірну характеристику появи рефлекторних реакцій організму й інших шкідливих ефектів. Але цей метод не розглядає водні об'єкти з позиції збереження їхньої природної цінності за умови забезпечення стійкості екосистем і рівноваги природних компонентів. Відсутність єдиного методологічного підходу до нормування антропогенного навантаження на водні екосистеми викликає необхідність розробки інструментарію ідентифікації зон екологічної небезпеки.

3. Автором розроблено показник прийнятності потенційного ризику здоров'ю населення при рекреаційному водокористуванні, який дозволяє проаналізувати ступінь впливу досліджуваного чинника на реципієнтів і виділити басейни малих річок, у яких необхідно зменшити антропогенне навантаження з метою забезпечення безпечних умов проживання. Порівняльний аналіз потенційного ризику здоров'ю населення дозволяє ідентифікувати найбільш небезпечні джерела забруднення водних об'єктів. Вперше дана економічна оцінка потенційного ризику здоров'ю населення при рекреаційному використанні малих річок Харківської області.

4. Запропоновано комплексний еколого-гігієнічний показник якісного стану водних об'єктів, який характеризує імовірність порушення стійкості водної екосистеми і виникнення несприятливих наслідків для здоров'я людини.

5. Впроваджено новий метод оцінки розвитку процесів в басейнах малих річок. Цей метод дозволяє оцінити раціональність господарського використання басейнів малих річок на основі аналізу спрямованості розвитку процесів у їх екосистемах.

6. Метод комплексної оцінки екологічного стану малих річок удосконалено поєднанням екологічного і гігієнічного підходів до оцінки гостроти проблемної ситуації водокористування. Запропонована нова класифікація екологічного стану басейнів малих річок, яка використовується як у природоохоронному менеджменті, так і у сфері охорони здоров'я при розробці заходів щодо поліпшення екологічної і санітарно-епідеміологічної ситуації.

7. Визначено басейни малих річок Харківської області з небезпечною екологічною ситуацією та ідентифіковано джерела їх забруднення. Аналіз раціональності господарського використання малих річок на основі оцінки спрямованості розвитку процесів в їх басейнах дозволив визначити основні причини їх забруднення та виснаження.

8. Новий метод реструктуризації господарського використання водозбірної площі водних об'єктів дозволив розробити пропозиції щодо екологічно безпечного використання водних, земельних і лісових ресурсів з дотриманням оптимального співвідношення показників лісистості, розораності та залуженості індивідуально для кожної малої річки Харківської області, яка має незадовільний екологічний стан.

9. Впроваджено метод оцінки прийнятності потенційного ризику здоров'ю населення при рекреаційному водокористуванні в „Програму підвищення рівня та якості життя населення Харківської області на період до 2010 року”, а метод оцінки розвитку процесів в басейнах малих річок - в проект нормативно-методичного документу щодо методології інтегральної оцінки стану довкілля. Практичні результати дисертаційної роботи впроваджено у “Міжрегіональну екологічну програму з охорони та використання вод басейну річки Сіверський Донець”.

Основні публікації за темою дисертації

Всього за темою дисертації опубліковано 26 наукових праць. Нижче наведено список основних робіт:

Анісімова С.В., Рибалова О.В., Поддашкін О.В. Екологія // Навчальна книга для учнів загальноосвітньої школи. К.: Грамота, 2001. С. 56-114.

Анисимова С.В., Рыбалова О.В., Поддашкин А.В. Оценка детской заболеваемости как индикатор экологического состояния территории // Коммунальное хозяйство городов. К.: Техніка. 2002. Вып.38. С. 126 130.

Определение первоочередности реализации природоохранных мероприятий на основе оценки комплексного эколого-гигиенического показателя потенциального состояния водных объектов. / Дмитриева Е.А., Верниченко А.А., Рыбалова О.В., Савченко Н.В. // Коммунальное хозяйство городов. К.: Техніка. 2002. Вып.45. С. 177-184.

Рыбалова О.В. Идентификация источников загрязнения малых рек на основе сравнительного анализа потенциального риска здоровью населения // Вісн. Міжнар. слов'янського ун.-ту. Харків. 2002.Т.V. №7. С. 26 - 28.

Рибалова О.В., Анісімова С.В., Поддашкін О.В. Оцінка спрямованості процесів стану екосистем малих річок // Вісн. Міжнар. слов'янського ун.-ту. Харків. 2003.Т.VІ. №1. С. 12-16.

Рыбалова О.В. Оценка приемлемости потенциального риска здоровью населения при использовании малых рек Харьковской области в целях рекреации // Коммунальное хозяйство городов. К.: Техніка. 2003. Вып. 51. С. 123-133.

Рыбалова О.В. Определение комплекса природоохранных мероприятий на основе оценки направленности процессов в экосистемах малых рек // Східно-Європейський журнал передових технологій. Харків: Технологічний Центр. 2003. № 6 (6). С. 88 - 92.

Рыбалова О.В. Метод идентификации бассейнов малых рек с низкой устойчивостью к антропогенной нагрузке // Довкілля та здоров'я. К.: НПЦ „Екологія. Наука. Техніка” Товариства „Знання” України. 2004. №2. С. 37-48.

Жуковский Т.Ф., Рыбалова О.В., Вакуленко В.М Идентификация зон экологической опасности на основе оценки потенциального риска здоровью населения // Східно-Європейський журнал передових технологій. - Харків: Технологічний Центр. 2004. № 2 (8). С. 37 - 43.

Рыбалова О.В., Поддашкин А.В. Метод реструктуризации водосборной площади малых рек на основе анализа рациональности хозяйственной деятельности и определения направленности процессов в их бассейнах // Східно-Європейський журнал передових технологій. Харків: Технологічний Центр. 2004. № 5 (11). С. 116 - 122.

Особистий внесок здобувача у роботах, опублікованих у співавторстві полягає у: [1] - самостійно написано розділи 16 - 18; [2] - розроблено нові показники: коефіцієнт та індекс гострої захворюваності; [3] - запропоновано комплексний еколого-гігієнічний показник якісного стану водних об'єктів; [5] - описано розроблений автором метод оцінки розвитку процесів в басейнах малих річок та зроблено порівняльний аналіз екологічного стану декількох малих річок Харківської області; [9] - запропоновано нову класифікацію водних об'єктів за величиною потенційного ризику здоров'ю населення та проранговано басейни водотоків Харківської області за величиною цього показника; [10] - описано розроблений автором новий метод реструктуризації господарського використання басейнів малих річок з визначенням оптимального співвідношення показників залуженості, розораності та лісистості.

Анотація

Рибалова О.В. Комплексна оцінка екологічного стану та реструктуризація господарського використання басейнів малих річок. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 21.06.01 - екологічна безпека. - Український науково-дослідний інститут екологічних проблем, Харків, 2005.

Дисертаційна робота присвячена удосконаленню методичних основ комплексної оцінки екологічного стану малих річок та визначенню напрямку і масштабів господарського використання їх басейнів. Запропоновано інтегральний показник для оцінки здоров'я населення - узагальнений індекс захворюваності, пов'язаної з рекреаційним водокористуванням. Автором розроблено показник прийнятності потенційного ризику здоров'ю населення при рекреаційному використанні водних об'єктів. На основі аналізу причин змін водності та якісного стану малих річок розроблено метод оцінки розвитку процесів в їх басейнах і проведено аналіз раціональності їх господарського використання. Розроблено метод комплексної оцінки екологічного стану малих річок з метою визначення пріоритетності реалізації природоохоронних заходів. Запропоновано нову класифікацію екологічного стану басейнів малих річок на основі визначення показника прийнятності потенційного ризику здоров'ю населення при рекреаційному водокористуванні, комплексного еколого-гігієнічного показника якісного стану водних об'єктів та показника розвитку процесів в їх екосистемах. Удосконалено метод ідентифікації джерел забруднення малих річок на основі порівняльного аналізу потенційного ризику здоров'ю населення. З метою зменшення впливу антропогенних факторів на розвиток деградаційних процесів в басейнах малих річок автором запропоновано метод реструктуризації водозбірної площі на основі визначення оптимальних показників лісистості, розораності та залуженості. Виділено басейни малих річок Харківської області з найгіршим екологічним станом. Раціональність господарського використання басейнів малих річок області вперше оцінена на основі спрямованості розвитку процесів в їх екосистемах. Вперше дано економічну оцінку потенційного ризику здоров'ю населення при рекреаційному використанні малих річок. Розроблено пропозиції щодо удосконалення комплексу природоохоронних заходів з метою поліпшення екологічного стану басейнів малих річок Харківської області.

Ключові слова: екосистема, мала річка, методи, водокористування, антропогенне навантаження, ризик здоров'ю населення, класифікація водотоків, природоохоронні заходи.

Аннотация

Рыбалова О.В. Комплексная оценка экологического состояния и реструктуризация хозяйственного использования бассейнов малых рек. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 21.06.01 - экологическая безопасность. - Украинский научно-исследовательский институт экологических проблем, Харьков, 2005.

Диссертационная работа посвящена усовершенствованию методических основ комплексной оценки экологического состояния малых рек и определению направленности и приемлемых масштабов их хозяйственного использования. Существующие методы нормирования антропогенной нагрузки на водные объекты, основанные на гигиенической регламентации (предельно-допустимые концентрации - ПДК, предельно-допустимые сбросы - ПДС) и не учитывающие экологических закономерностей, определяющих функционирование речных систем, не позволяют оценить возможность использования водных ресурсов малых рек с соблюдением условий равновесного состояния водных экосистем. Необходим принципиально новый подход при определении комплекса региональных мероприятий по оздоровлению малых рек, основанный на оценке вероятности возникновения неблагоприятных для природной среды и человека последствий осуществления хозяйственной деятельности. Предложен интегральный показатель для оценки здоровья населения - обобщенный индекс острой заболеваемости, связанной с рекреационным водопользованием. Автором разработан показатель приемлемости потенциального риска здоровью населения при рекреационном использовании водных объектов. Показатель приемлемости потенциального риска здоровью населения предлагается определять как произведение потенциального риска здоровью населения и коэффициента превышения обобщенного индекса экозависимой заболеваемости изучаемого региона. Предложена классификация малых рек на основе оценки комплексного эколого-гигиенического показателя качественного состояния водных объектов, который представляет собой среднее геометрическое потенциального риска здоровью населения и экологического индекса. На основе анализа причин изменений водности и качественного состояния малых рек разработан метод оценки развития процессов в их экосистемах и рациональности их хозяйственного использования. Отношение негативных факторов (распаханность, урбанизированность, водозаборы и сбросы сточных вод предприятий промышленности, коммунального и сельского хозяйства), влияющих на развитие деградационных процессов к позитивным факторам (залуженность, озерность, лесистость, изменение водного режима реки), представляет собой коэффициент направленности процессов в бассейнах малых рек. Предложена комплексная оценка экологического состояния малых рек, которая состоит из оценки трех критериев экологической опасности: приемлемости потенциального риска здоровью населения при рекреации; комплексного эколого-гигиенического показателя качественного состояния; показателя развития процессов в экосистемах. В качестве исходной информации используются данные мониторинга и паспортизации малых рек. Предложена новая классификация экологического состояния бассейнов малых рек, которая позволяет присваивать им один из пяти классов с целью идентификации, определяющей первоочередную реализацию природоохранных мероприятий. Усовершенствован метод идентификации источников загрязнения малых рек. Предлагается выделять наиболее опасные источники загрязнения водных объектов на основе сравнительного анализа потенциального риска здоровью населения и оценки превышения допустимого выноса загрязняющих веществ. Анализ рациональности хозяйственного использования бассейнов малых рек основан на оценке коэффициента направленности процессов (К_н). Если показатель воздействия антропогенных факторов (S^-_a) превышает показатель влияния позитивных факторов (S⁺_ес), то есть К_н > 1, то деградационные процессы (оврагообразование, заболоченность, эродированность и заиленность) будут интенсивно развиваться. Оптимальное соотношение площадей лесистости, залуженности и распаханности имеет чрезвычайно большое значение для экологического состояния бассейнов малых рек. Автором предложен новый метод реструктуризации водосборной площади с учетом оптимального соотношения показателей лесистости, распаханности и залуженности. Доказано, что реструктуризация водосборной площади на основе расчета оптимальных показателей лесистости, распаханности и залуженности позволит изменить направленность развития процессов в направлении их стабилизации с целью возрождения малых рек. Диссертантом дана оценка приемлемости потенциального риска здоровью населения при рекреационном использовании малых рек Харьковской области. Бассейны малых рек Харьковской области проранжированы по величине комплексного эколого-гигиенического показателя качественного состояния. Рациональность хозяйственного использования бассейнов малых рек Харьковской области впервые проанализирована на основе оценки направленности развития процессов в их экосистемах. Выделены бассейны малых рек Харьковской области с неудовлетворительной экологической ситуацией и даны предложения по усовершенствованию комплекса природоохранных мероприятий.

Ключевые слова: экосистема, малая река, методы, водопользование, антропогенная нагрузка, риск здоровью населения, классификация водотоков, природоохранные мероприятия.

Annotation

Rybalova O.V. Complex assessment of ecological state and restructure of economic use of small river basins. - Manuscript.

The thesis for granting of a Candidate of Technical Sciences Degree in the speciality 21.06.01 - ecological safety. - The Ukrainian Scientific Research Institute of Ecological Problems, Kharkiv, 2005.

The thesis is devoted to improvement of methodical bases for comlex evaluation of the ecological state of small rivers and determination of acceptable trends and scales of economic use of small river basins. A proposed integrated parameter for the estimation of population health is a generalized index of morbidity related to recreational water use. The author has developed the index of acceptability of a potential risk for population health caused by recreational use of water objects. On the basis of analysis of causes of variations in water volume and qualitative state of small rivers, the method for estimation of processes' development in basins and analysis of rationality of their economic use has been developed. To prioritize the nature protection measures implementation, a method for complex assessment of small river ecological state is developed. A new classification of the ecological state of small river basins on the basis of determination of the index of acceptability of potential risk for population health caused by recreational water use, complex ecological-hygienic index of potential state of water objects and an index of processes development in ecosystems are proposed. A method for identification of pollution sources of small rivers has been improved for the first time on the basis of comparative analysis of potential risks to population health. With the purpose to reduce negative impact of anthropogenic factors on degradation processes' development in small river basins, the author has proposed a method for restructuring the catchment area on the basis of determination of optimal indexes of percentage of forest area, tilled land, and meadows. Small river basins of Kharkiv Oblast in the worst ecological state are determined. The rationality of economic use of small river basins of Kharkiv Oblast is estimated for the first time on the basis of trends of processes going on within ecosystems. Economic assessment of potential risk for population health caused by recreational use of small rivers in Kharkiv Oblast is performed for the first time. Recommendations on refinement of a complex of environment protection measures aimed at improvement of the ecological state of small river basins in Kharkiv Oblast is offered.