Характеристики каналізаційно-поверхневих стоків міста Херсон та оцінка їх впливу на стан гідроекосистем Нижнього Дніпра

Abstract

У дисертаційній роботі представлено гідролого-гідрохімічне дослідження джерел водонадходження, розподілу каналізаційно-поверхневого стоку в урбосистемі та здійснена оцінка їх впливу на стан гідроекосистем Нижнього Дніпра із застосуванням картографічних методів та математичної статистики. Наукові дослідження проведені у відповідності до завдань Водної Рамкової директиви 2000/60/ЄС, Водної стратегії України на період до 2025 року, Закону України "Про затвердження Загальнодержавної цільової програми розвитку водного господарства та екологічного оздоровлення басейну річки Дніпро на період до 2021 року". Методичними основами дисертаційного дослідження є концепція сталого розвитку суспільства та раціонального природокористування; сучасні гіпотези саморегуляції екосистем та гідроекосистем; теорії природно-кліматичної перманентності гідрологічного та гідрографічного стану річок; концепція еколого-збалансованого розвитку урбосистем. До вивчення кліматично-техногенних деструкцій природного середовища та обґрунтування їх екологічно-економічних наслідків застосовано системний підхід. Для вирішення поставлених завдань вжито комплекс загальнонаукових і спеціальних, емпіричних і теоретичних методів дослідження. Просторово-часові дослідження гідролого-гідрохімічного розподілу каналізаційно-поверхневого стоку на території міста Херсон та приміській акваторії р. Дніпро здійснені в період 2012–2017 рр. Наукова новизна одержаних результатів полягає у визначені просторово-часової закономірності гідролого-гідрохімічного розподілу каналізаційно-поверхневого стоку в урбосистемі та оцінки їх впливу на стан гідроекосистем Нижнього Дніпра, розробці водоохоронних заходів з очистки та повторного використання каналізаційно-поверхневих стоків для зрошення. Об'єктом дослідження визначено процес впливу каналізаційно-поверхневих стоків урбосистеми міста Херсон на стан гідроекосистем Нижнього Дніпра в приміській акваторії річки та за її межами в напрямку течії. Дослідження проводилося у системній причинно-наслідковій взаємодії «водонадходження (І етап) → каналізаційно-поверхневий стік (ІІ етап) → стан гідроекосистеми (ІІІ етап)». Стан якості води на трьох етапах визначався в період 2012-2017 рр. за показниками зміни її гідрохімічних властивостей у відповідності до загальноприйнятих методик в атестаційних лабораторіях міського комунального підприємства "Виробниче управління водопровідно-каналізаційного господарства міста Херсон", Державної екологічної інспекції в Херсонській області та проблемній науково-дослідній лабораторії еколого-меліоративного моніторингу ім. професора Д.Г. Шапошнікова ДВНЗ "ХДАУ". Основними джерелами водонадходження є підземні артезіанські води і атмосферні опади. В останні 20 років середньорічне значення поверхневого стоку зменшилося в 2,7 рази (від 328,34 до 121,20 млн м3 на рік). Водопостачання міста відбувається за рахунок міцевих підземних артезіанських вод – 50–55 тис. м3 на добу із 137 свердловин глибиною 60–100 м. Якість питної води за окремими гідрохімічними показниками перевищують значення гранично допустимої концентрації в 1,1–2,0 раза. У відповідності токсико-екологічної оцінки семи тестових полігонів міських свердловин питна вода в 2-х скважинах є допустимо токсичною, 3-х – токсичною, 2-х – сильно токсичною. Штучне регулювання перерозподілу поверхневого стоку у найбільш небезпечених ділянках урбосистеми здійснюється за рахунок зливової мережі загальною довжиною 71,4 км, із них 70% знаходяться в стані ґрунтово-мулового забруднення. Відсутність їх поєднання з водотоками каналізаційної мережі призводить до прямого та опосередкованого потрапляння поверхневих вод до річки Дніпро. Водовідведення побутових та промислових стоків здійснюється самотічно каналізаційною системою міста потужністю до 250 тис.м3 на добу. Близько 60% каналізаційної системи міста Херсон має незадовільний технічний стан, що призводить до її систематичного прориву, витоку та перерозподілу каналізаційних стоків в ґрунтових водах. Щоденні обсяги каналізаційного водовідведення на очисні споруди міста (смт. Комишани) складають 45–50 тис. м3, які через біологічні ставки умовно очищеними скидаються в правий рукав Дніпра. Гідрохімічні властивості неочищених та умовно очищених каналізаційно-поверхневих скидів в акваторію р. Дніпро за окремими показниками перевищують значення ГДК для потреб рибогосподарського призначення: каналізаційні стоки в 1,2–4,2 рази, поверхневі стоки в 1,12–163,8 рази. Вплив поверхневих стоків урбосистеми міста Херсон на гідроекоситему р. Дніпро на 100- і 300-метровій ділянці акваторії річки за течією визначає відношення річкової води до класності рибогосподарського призначення: у 100-метровій зоні «дуже брудна» – «надзвичайно брудна»; у 300-метровій зоні «брудна» – «дуже брудна». Це обумовлює незадовільний екологічний стан гідроекосистем Нижнього Дніпра в зоні дії урбосистеми і за її межами в напрямку течії. Запропоновані практичні водоохоронні рекомендації щодо удосконалення механізму ліквідації можливих аварійних ситуацій на очисних спорудах за рахунок створення аварійно-скидового ставка-накопичувача, який здатен увібрати і утримувати 5-7 денний стік міста, та повторного використання каналізаційно-поверхневих стоків для зрошення на площі 9468 га. Вжиття запропонованих заходів знизить негативний вплив каналізаційно-поверхневих стоків на гідроекосистему Нижнього Дніпра та забезпечить отримання врожаїв сільськогосподарських культур на зрошуваних землях за рахунок повторного використання каналізаційно-поверхневих вод. In the thesis the hydrological and hydrochemical research of sources of water supply, distribution of sewage-surface waste water in the urbosystem is presented and an estimation of their influence on the state of hydroecosystems of the Lower Dnieper river with the usage of cartographic methods and mathematical statistics is made. Scientific research has been carried out in accordance with the objectives of the Water Framework directive 2000/60 / EC, the Water Strategy of Ukraine for the period up to 2025, the Law of Ukraine "On Approval of the National Target Program for the Development of Water Management and Environmental Recovery of the Dnieper River Basin until 2021". The methodological principles of the thesis research were the concept of sustainable development of society and rational nature management; modern hypotheses of self-regulation of ecosystems and hydro-ecosystems; the theory of natural and climatic continuity of the hydrological and hydrographic state of rivers; the concept of ecologically balanced development of urbosystems. The systematic approach has been applied to the study of climate-technogenic degradations of the natural environment and the justification of their environmental and economic consequences. To solve the problems, a complex of general scientific and special, empirical and theoretical research methods was used. The spatial-temporal investigations of the hydrochemical distribution of sewage-surface waste water in the territory of the city of Kherson and the suburban waters of the Dnieper River have carried out in the period of 2012-2017. The scientific novelty of the obtained results has consisted in the determining the spatio-temporal regularities of the hydrological and hydrochemical distribution of sewage-surface waste water in the urbosystem and assessing their impact on the state of hydroecosystems of the Lower Dnieper, developing water protection measures for the purification and reuse of sewage-surface waste water for the irrigation. The object of research was the process of influence of sewage-surface waste water of the Kherson urbosystem on the state of hydroecosystems of the Lower Dnieper River in the suburban water area of the river and beyond its boundaries in the direction of flow. The research was carried out in the system causal interaction "water intake (stage I) → sewage-surface waste water (stage II) → state of the hydro ecosystem (stage III)". The state of water quality in three stages was determined in the period of 2012-2017 on the basis of changes in its hydrochemical properties in accordance with the generally accepted methods in the laboratories of the municipal utility enterprise "Production management of the water supply and sewerage economy of the city of Kherson", the State Ecological Inspection in the Kherson region and the problem research laboratory of ecological and meliorative monitoring named by professor D.G. Shaposhnikov of the State Higher Education Institute "Kherson state agrarian university". The main sources of water intake have been underground artesian waters and rainfalls. In the last 20 years, the annual average surface drain has dropped by 2.7 times (from 328.34 to 121.20 million m³ per year). Water supply to the city was due to state underground artesian waters - 50-55 thousand m³ per day from 137 wells with a depth of 60-100 m. The quality of drinking water according to the individual hydrochemical indicators have exceeded the value of the maximum allowable concentration in 1,1-2,0 times. In accordance with the toxic and ecological assessment of seven test runways of urban wells, drinking water in 2 wells was permissible toxic, 3-toxic, 2-was highly toxic. Artificial regulation of the redistribution of surface runoff in the most dangerous parts of the urbosystem has been due to a storm network with a total length of 71.4 km, from which 70% were in the state of soil-mud pollution. The absence of their combination with the water drains of the sewerage network has leaded to direct and indirect penetration of the surface waters to the Dnieper River. Sewage of domestic and industrial effluents has carried out by the sewage system of the city itself with the capacity up to 250 thousand m³ per day. About 60% of the sewerage system in the city of Kherson has had an unsatisfactory technical condition, which leaded to its systematic breakthrough, leakage and redistribution of sewage waste water in groundwaters. Daily amounts of sewage drainage to the city's waste water treatment facilities (Komishany village) made up 45-50 thousand m³, which due to biological ponds conditionally cleaned are discharged into the right Dnieper River's sleeve. The hydrochemical properties of uncleaned and conditionally cleaned sewage-surface waste waters in the Dnieper river basin, according to individual indicators, have exceeded the value of the GDK for the needs of the fishery management: sewage effluent 1,2-4,2 times, surface runoff in 1,12-163,8 times. The influence of surface drains of the Kherson urbosystem on the hydro ecosystem of the Dnieper River on the 100- and 300-meter section of the river water area has determined the relation of the river water to the class gradation of the fishery management: in the 100-meter zone, "very dirty" - "extremely dirty"; in the 300-meter zone "dirty" - "very dirty". This caused unsatisfactory ecological state of the hydro ecosystems of the Lower Dnieper in the urbosystem's zone and beyond its boundaries in the direction of the current. Practical water protection recommendations were proposed to improve the mechanism for elimination of possible emergency situations at the waste water treatment plants by creating the accident discharging accumulative pond that could absorb and contain 5-7 day runoff of the city and reuse sewage-surface waste water for irrigation the area of 9468 hectares. The application of the proposed measures would reduce the negative impact of sewage-surface waste water on the hydroeco system of the Lower Dnieper River and ensure the yield of crops on the irrigated areas due to the reuse of sewage-surface waters.