Scientific journal
Advances in current natural sciences
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

MODELING OF THE ECOLOGICAL EMERGENCIES CAUSED BY POLLUTION OF WATER OBJECTS

Kiyashko I.Y. 1 Kiyashko L.Y. 1 Elizarev A.N. 1 Manyakova G.M. 1 Gabdulkhakov R.R. 1 Martynova O.G. 1
1 Ufa State Aviation Technical University
This article proposes an approach to assessing the environmental risk of water pollution, with the possible placing of objects of waste disposal on the territory of water protection zones or in areas not protected rocks of the aeration zone. The preconditions of a disaster when placing objects of waste disposal on the territory of watersheds in normal and emergency operating conditions. Develop comprehensive indicators for the improvement of facilities for monitoring the system of waste disposal in the river basins. Testing carried out for the Republic of Bashkortostan, the area which is ranked highest in the proposed article indicator of environmental risk by using geoinformation technologies. An algorithm for decision-making in the management of designed and existing objects of storage of solid waste, posing a threat of environmental disaster caused by water pollution landfill filtrate.
monitoring
risk
indicators
landfill filtrate
waste
aeration zone
tree of refusals
GIS
geometrical probability

Развитие системы переработки отходов в России находится на начальном этапе, поэтому основной способ утилизации ТБО сегодня – захоронение на полигонах. Проблема образования ТБО сопровождается интенсивным загрязнением окружающей среды при выделении биогаза и жидкого фильтрата из тела объекта складирования. Если интенсивность выделения биогаза незначительная и загрязняющее вещество своевременно рассеивается, то проблема образования фильтрата осложняется целым рядом неопределенностей: пространственная, временная и качественная неравномерность формирования фильтрата представляет угрозу водным объектам в штатном и аварийном режимах эксплуатации полигона (объекта складирования отходов).

Степень влияния фильтрата на водные объекты определяется гидрологическим режимом водотока-реципиента, а ее оценка предполагает обработку и использование значительного массива данных о природно-климатических условиях территории (динамика и характер выпадения осадков), объеме образования и химическом составе свалочного фильтрата, показателях водного и гидрохимического режима водотоков-реципиентов [5, 6]. В этой связи целесообразно агрегировать получаемую при мониторинге экологическую информацию (используя методы свертки экологической информации) и представлять ее в виде комплексных показателей – индикаторов и индексов с целью пространственной обработки.

В качестве индикаторов принимаются показатели, выводимые из первичных данных, т.е. данных, которые нельзя использовать для интерпретации степени устойчивости экологической системы к негативному воздействию. Среди методов свертки экологической информации широкое применение нашел метод, основанный на применении понятия риска и агрегирующий информацию о вероятности и ущербе от возникновения события (негативного воздействия фильтрата на водные объекты) [10], однако единого подхода к его оценке нет. В этой связи для принятия и выполнения управленческих решений по снижению опасности для водных объектов в результате эксплуатации объектов складирования отходов необходима разработка методических основ управления экологическими рисками [7].

В качестве критерия нагруженности территории речных бассейнов объектами складирования отходов предложено: в штатном режиме определять индекс нагруженности территории речного бассейна D [4], а в аварийном – экологический риск R (экологические ЧС при залповом попадании фильтрата в водные объекты) загрязнения водных объектов при размещении объектов складирования отходов на территории водоохранных зон либо в зоне незащищенных пород зон аэрации.

Водоохранная зона, в соответствии с Водным кодексом РФ, является особо охраняемой природной территорией, на которой запрещено размещение объектов складирования. Тем не менее практика показывает, что в пределах водоохранных зон некоторых рек размещены объекты складирования ТБО. Размещение объекта складирования отходов на территории водоохранных зон либо в зоне незащищенных пород зоны аэрации будет свидетельствовать о риске ЧС, вызванной залповым поступлением свалочного фильтрата в водный объект с минимальной степенью фильтрации через геологические породы и сохранением высоких концентраций загрязняющих веществ. Величину риска, как правило, рассчитывают [1, 8, 9] по формуле

R = Y∙Р, (1)

где R – величина риска загрязнения водных объектов; Y – величина экологического ущерба водным объектам, руб.; Р – вероятность размещения объекта складирования отходов на уязвимой территории, %.

Экологический риск в соответствии с формулой (1) определяется вероятностью размещения объекта складирования отходов на уязвимой территории речного бассейна (в пределах речной водоохраной зоны и/или на территории незащищенных пород зоны аэрации), а также величиной экологического ущерба, причиняемого водному объекту при поступлении в него фильтрата. Для определения вероятности размещения объектов складирования отходов на уязвимой территории используются подходы расчета геометрической вероятности (рис. 1) [3].

Величину ущерба предложено оценивать в соответствии с Методикой исчисления размера вреда, причиненного водным объектам вследствие нарушения водного законодательства (утв. приказом Минприроды РФ от 13 апреля 2009 г. № 87).

Для расчета вероятности размещения объекта складирования отходов на уязвимой территории речного бассейна построено «дерево отказов» (рис. 2), которое представляет собой многоуровневую графологическую структуру причинных взаимосвязей, анализируемых событий и причин.

pic_23.tif

Рис. 1. Оценка геометрической вероятности

pic_24.wmf

Рис. 2. Графическая модель взаимосвязи причин экологических ЧС, вызванных поступлением свалочного фильтрата в водный объект: A – экологическая ЧС, вызванная поступлением свалочного фильтрата в водный объект с минимальной степенью фильтрации через геологические породы (головное событие); В – размещение объекта складирования отходов в водоохранной зоне; С – размещение объекта складирования отходов на незащищенных породах зоны аэрации; D – пересечение водоохранной зоны с территорией речного бассейна; Е – размещение объекта складирования отходов на территории речного бассейна; F – пересечение территории незащищенных пород зоны аэрации с территорией речного бассейна

Вероятность пересечения речной водоохранной зоны с территорией водосборного бассейна предложено определять по формуле

kiyashko01.wmf (2)

где Sв.з – площадь водоохранной зоны, м2; Sреч.б – площадь речного бассейна, м2.

Вероятность размещения объекта складирования отходов на территории речного бассейна предложено определять по формуле

kiyashko02.wmf (3)

где Sо.с – площадь, занимаемая объектами складирования ТБО на территории водосборного бассейна, м2.

Вероятность пересечения территории незащищенных пород зоны аэрации с территорией водосборного бассейна предложено определять по формуле

kiyashko03.wmf (4)

где Sз.а – площадь, занимаемая незащищенными породами зоны аэрации, м2.

С учетом операторов «и» и «или», согласно [9], вероятность головного события определяется по следующей формуле:

kiyashko04.wmf (5)

Для оценки применимости предложенного подхода проведены расчеты экологического риска (R) ЧС, вызванных возможным загрязнением водных объектов при эксплуатации объектов складирования отходов на территории РБ на основе определения значений ущерба и расчета значений вероятностей PA, PB, PC с помощью ГИС.

С целью графической интерпретации полученных результатов проведено ранжирование речных бассейнов территории РБ по величине экологического риска R. Количество классов ранжирования определено на основе методики [2]. Результаты ранжирования представлены на рис. 4, а.

Минимальная величина экологического риска R наблюдается на территории бассейна р. М. Ик (0,4), максимальное – на территории р. Белой (1 489,3). По-видимому, максимальная величина экологического риска на территории р. Белой связана с высокой плотностью размещения объектов складирования ТБО на территории водоохранной зоны реки или на территории незащищенных пород зоны аэрации.

Для управления экологическим риском R разработан алгоритм принятия решений при анализе размещения проектируемых и существующих объектов складирования ТБО. Данный алгоритм заключается в оценке соответствия расположения объекта складирования ТБО экологическим критериям, предъявляемым к территории их размещения, нарушение которых несет угрозу возникновения экологических ЧС. Согласно нормативным документам (Водный кодекс РФ и СП 2.1.7.1038-01), в случае, если территория размещения объекта складирования ТБО соответствует экологическим критериям, объект складирования может быть спроектирован без организации комплекса природоохранных мероприятий. Схема реализации предложенного алгоритма приведена на рис. 3.

pic_25.wmf

Рис. 3. Схема реализации алгоритма принятия решений при управлении размещением проектируемых и существующих объектов складирования ТБО: 1 – уклон местности менее 10 %; 2 – расстояние до населенного пункта более 500 м; 3 – защищенность пород зоны аэрации (уровень грунтовых вод более 2 м, коэффициент фильтрации подстилающих пород менее 10–7 и т.д.); 4 – расположение объекта не в водоохранной зоне реки; 5 – расположение объекта не на территории ООПТ

Согласно предложенному алгоритму (рис. 3) при соответствии территории размещения объекта складирования ТБО установленным в нормативных документах экологическим критериям проведение природоохранных мероприятий не требуется. В случае невыполнения условий 4 и/или 5 (размещение объекта в водоохранной зоне реки и/или на территории ООПТ) необходима ликвидация объекта (согласно Водному кодексу РФ). В случае, если не выполняются условия 1…3, решение об управлении объектом складирования принимается с учетом степени нагруженности территории его размещения.

Для анализа соответствия территории предъявляемым экологическим критериям проведено ранжирование территории РБ на три зоны с помощью ГИС (рис. 4, б).

Для апробации алгоритма принятия решений при управлении размещением проектируемых и существующих объектов складирования ТБО проведен анализ размещения объектов складирования ТБО Республики Башкортостан в зонах I, II, III (рис. 4, б). Анализ позволил выявить необходимость принятия решений при управлении объектами складирования ТБО, размещенными на территории речных бассейнов РБ.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 15-05-09022 а).

pic_26.tif pic_27.tif

а б

Рис. 4. а – ранжирование речных бассейнов территории РБ по экологическому риску ЧС, вызванных загрязнением водных объектов; б – ранжирование территории РБ по степени соответствия экологическим критериям размещения объектов складирования ТБО; I зона – несоответствие критериям 4 и 5 (размещение объектов складирования не допускается); II зона – несоответствие критериям 1…3; III зона – соответствие всем критериям (объекты складирования могут быть размещены без организации комплекса природоохранных мероприятий)