УДК 574:556.52:581.5

Рижикова І.А.

Український науково-дослідний інститут екологічних проблем, м. Харків, Україна

МЕТОДИКА РОЗРАХУНКУ ЗАБРУДНЕННЯ РІЧКИ ПОВЕРХНЕВИМ СТОКОМ З ТЕРИТОРІЇ СЕЛИЩ.

Стан проблеми.

Незадовільний стан водних екосистем в значній мірі обумовлений антропогенним навантаженням на їх заплаву. Розширення урбанізованих територій по берегам річок спричиняє винос забруднюючих речовин з бортів долин до гідрографічної мережі. Одна з основних причин їх забруднення – відсутність розвинутою інфраструктури селищ та скид не очищених або недостатньо очищених зворотних вод у річкову мережу.

Кількість невеликих населених пунктів, що розташовані в басейнах малих річок України, досить значна, особливо в промислових регіонах; іноді відстань між ними становить всього 1-6 км. Як правило, розвиток каналізаційних мереж в невеликих населених пунктах не задовольняє необхідним вимогам, більшість селищ зовсім не мають очисних споруд, або вони непрацездатні. В таких випадках зворотні води не очищеними взагалі або недостатньо очищеними скидаються на рельєф місцевості та по території водозбору надходять до річок [1].

Вивченню впливу селищ, розташованих по берегам річок на погіршення якісного складу річкових вод не приділялось достатньої уваги і тому невідомо яке антропогенне навантаження здійснюється на малі річки в умовах постійної експлуатації прибережної екосистеми. Основна причина цього - відсутність методики, за якою можна було б розрахувати кількість забруднюючих речовин, яке надходить до річки з території села [2].

Методика розрахунку забруднення річки поверхневим стоком з території селищ.

Як правило, забруднення з території населеного пункту надходять або окремими потоками – вздовж доріг та вулиць, що виходять до річки, або дифузно – з сторони житлових забудов та присадибних господарств. Треба відзначити, що забруднення, що надходить з поверхневим потоком з доріг та вулиць села безпосередньо потрапляє до річки на відміну від дифузного забруднення, яке повільно мігрує в поверхневому шарі ґрунту, частково затримуючись рослинністю та фільтрується у перший від поверхні водоносний горизонт. В процесі міграції забруднені речовини трансформуються та очищуються. Але треба враховувати те, що ці джерела забруднення діють постійно на протязі багатьох десятків років (з дня заснування селища), а підземні водні потоки розвантажуються у основну дрену, якою являється річка і, таким чином, дифузне забруднення все одно надходить до водного потоку і потрапляє до гідрографічної мережі. Прикладом цього являється той факт, що більша частина колодязів на території селищ, живлення яких відбувається від першого водоносного горизонту, як правило, забруднені.

З вище наведеного можна зробити висновок, що забруднення до річки надходить як з поверхневим та і з підземним потоками в зоні контакту останньої з селищем. Кількість забруднень, що надходять до річки залежить прямо пропорційно від довжини села вздовж річки (ℓ). Визначається ℓ за допомогою карти. При необхідності враховується розташування села з обох боків річки.

Основою для розрахунку виносу забруднюючих речовин з території села є витрата річкового стоку (Q, м3/добу) на даному відрізку. Цей параметр визначається традиційним гідрологічним методом на основі показників - площі водозбору всієї річки та окремих її ділянок, а також характеристики стоку - руху води по поверхні землі і в ґрунті у напрямі до водного об'єкту.

Поверхневий стік - стік дощових та талих  вод, що відбувається по земній поверхні. Ґрунтовий (підземний – першого від поверхні водоносного горизонту) - стік вод, що потрапляють в ґрунт із земної поверхні і переміщаються у вигляді фільтруючого потоку у напрямі розташованих нижче водних об'єктів. Об'єм стоку - об'єм води, що стікає з водозбору за рік (W, м3/рік). Модуль стоку - об'єм води, що стікає з одиниці площі водозбору в одиницю часу (м3/с з 1 га). Ця характеристика, що об’єднує поверхневі та ґрунтові води, які стікають до річки з території села і використана нами для розрахунків.

Розрахунок виконується згідно існуючої методики [4] на основі інтегрального показника ΔСС, який враховує погіршення якості забруднених вод за хімічним споживанням кисню (ХСК) за формулою (12):

ΔСС =  ;        (12)

де:

ΔСС – кількість забруднюючих речовин, які надходять до річки з території селища;

С1 – концентрація забруднюючих речовин перед селом, г/м3;

С2 - концентрація забруднюючих речовин після села, г/м3;

Q1 – витрата річкового стоку перед селом, м3/добу;

Q2 - витрата поверхневого стоку з території села, м3/добу, яке дорівнює:

Q2 = q  х ℓ ;                            (13)

де:

q – питоме живлення ріки (поверхневий та підземний стік) , м3/добу з 1 п.м. ширини потоку;

ℓ -  довжина села вздовж річки, м.

На основі інтегрального показника визначаємо кількість забруднюючих речовин (fС), яке надходить до річки з одного погонного метру довжини села вздовж річки - (ℓ):

fС =  ;                   (14)

де:

fС - надходження забруднюючих речовин до річки з 1 п. м. довжини села вздовж річки, г/м3 ;

ℓ -  довжина села вздовж річки.

Шляхи вирішення проблеми.

Селища, що розташовані по берегах малих річок є джерелами їх забруднення і для покращення екологічного стану необхідно нейтралізувати забруднені потоки, що рухаються в напрямку до русла [3].

Для реалізації необхідних заходів розроблено комплекс інженерних рішень, які поєднують в собі як природні умови місцевості, так і інфраструктуру населеного пункту.

Для впровадження водоохоронних заходів на території селищ необхідно визначити місця надходження поверхневих потоків зворотних вод до річки (автошляхи, мостові переходи та вулиці селищ) та природні умови заплави при дифузному надходженні забруднення до річкового потоку.

На основі аналізу рельєфу поверхні села визначаємо місця надходження поверхневих потоків до річки та площу водозбору, на якій формується поверхневий стік розглянутої ділянки села. Як правило, місця розвантаження пов’язані з вулицям та шляхам, які виходять до річки, а також з балками, які також являються колекторами для збору та відведення зливового потоку.

При цьому обов’язково враховуються значення коефіцієнту стоку в залежності від характеру поверхні (перш за все – для асфальтобетонних та ґрунтових поверхонь).

При цьому, для сіл України є характерною такі особливості – вулиці, що мають тверде покриття, як правило, виходять до мостових переходів. Вулиці ж що не виходять до мостового переходу, як правило, не мають твердого покриття (у всякому разі – при виході на заплаву).

Основний потік забруднень формується вздовж доріг з твердим покриттям, перш за все завдяки тому, що вони мають стандартний профіль та кювети, які виконують роль колекторів з збору та відведенню поверхневого стоку.

На таких ділянках для перехоплення забруднення перших 15 хвилин поверхневого стоку рекомендується влаштовувати фільтруючі дамби з траншеями. Задача таких заходів - перехоплення найбільш забрудненої частини стоку, очищення та переведення її до ґрунтового потоку чи розсіювання по поверхні заплави [4].

У випадку, якщо вулиця не має твердого покриття і виходить на заплаву, об’єм поверхневого стоку різко зменшується за рахунок інфільтрації води до ґрунтового потоку. У такому разі використовуються у якості заходу, що перехоплює забруднення – нефільтруючі вали чи фашини. Це ж стосується і виходу до заплави балок, що проходять через село.

Ефективність запропонованих заходів на території села, залежить від кількості джерел забруднення, на яких доцільно перехопити поверхневий стік. Кількість водоохоронних заходів становить сумарний ефект очищення поверхневого стоку, що дозволяє розрахувати зниження концентрації забруднюючих речовин на певному відрізку річки (або села).

Таким чином, для розрахунку ефективності запропонованих заходів використовуємо залежність (15):

ΔС0 = fС × ℓ ×Кочищ,                  (15)

де:

ΔС0 – питомий показник зниження концентрації забруднюючих речовин, г/м3 на п.м. довжини села;

fС - надходження забруднюючих речовин до річки з 1 п. м. довжини села, г/м3 ;

ℓ -  довжина села вздовж річки, м.

Кочищ.- долі одиниці – показник зменшення надходження забруднення з території села після впровадження водоохоронних заходів. Визначається на основі аналізу особливостей рельєфу поверхні села та інфраструктури вулиць, як основних регулюючих елементів в формуванні поверхневого стоку.

Тоді вміст забруднюючих речовин (Срозрах) у річці після впровадження водоохоронних заходів буде визначатись формулою (16):

С розрах. = С1 + ΔС - ΔС0 ,         (16)

Оптимальна величина необхідного очищення визначаються за екологічно-економічними критеріями та корегується за допомогою коефіцієнтів розвитку та стану водоохорони ά та β.

Висновки.

Таким чином, використовуючи дану методику можна визначити кількість забруднення, що надходить до річки з території населеного пункту та ефективність запропонованих заходів.

Як показують розрахунки, впроваджуючи водоохоронні заходи на призаплавних терасах та в заплаві річки, ми можемо за їх допомогою перехопити та направити на очищення основну частину забрудненого поверхневого стоку. Їх мета - забезпечити інтенсифікацію процесів самоочищення річки, яке відбувається двох напрямках:

1. перехоплення частки забруднень що поступають в річку з боку села і

2. збільшення часу контакту води з біоценозом вищих водяних рослин.

Наявність даної методики дає механізм, за допомогою якого можна покращити екологічний стан малих річок та впровадити малозатратні технології очищення в селищах, в яких відсутні очисні споруди.

Література

1.      А.В.Яцик, Л.Б.Бишовець, Є.О.Богатов та інш.; Малі річки України: Довідник.-К.: Урожай, 1991.- 296с.

2.      Рижикова І.А. Використання фітотехнологій для перехоплення забруднення в долинах малих рік. Матеріали IV Міжнародної науково-практичної конференції. ч.2, 22-24 травня 2006 р., Харків, 2006 с.172-174.

3.        Захарченко А.М., Рижикова І.А.,Рижиков А.М,, Рижкова М.М. Заходи по зменшенню антропогенного забруднення малих річок // наук.-техн. зб., вип. 93 «Коммунальное хозяйство городов». –К.: Техніка -2010. – с. 38-42

4.        Захарченко М.А., Рижикова І.А., Мельник Л.В. Вибір водоохоронних заходів в долині великих та малих річок України // Матеріали науково-практичної конф. «Вода та Довкілля» VI Міжнародного Водного Форуму «AQUA UKRAINE- 2008». – К. 20085. – с.169-172