Геоэкологическое обоснование орошения городскими сточными водами Ивлев, Виктор Владимирович

Введение к работе

Актуальность проблемы. В системе мероприятии, направленных на решение задач по охране природы и рациональному использованию природных ресурсов, особое место отводится очистке, безопасному отведению и утилизации сточных вод. Последнее представляется особенно актуальным в связи с незначительным сокращением объемов сточных вод промышленного и сельскохозяйственного производства по сравнению с 1990-1995 г.г. Многолетний опыт орошении в нашей стране и за рубежом свидетельствует о том, что перспективным в орошаемом земледелии является использование городских сточных вод. Они включают в себя хозяйственно-бытовые сточные воды и другие виды стоков, образующихся в населенных пунктах как результат проживания людей, функционирования коммунальных и небольших производственных предприятий. Городские сточные воды - наиболее распространенный вид сточных вод. Они проходят очистку на городских очистных сооружениях и поэтому в основном характеризуются невысокой концентрацией минеральных и органических веществ.

Орошение при определенных природно-климатических и техногенных факторах сопряжено с опасностью загрязнения почв, грунтов зоны аэрации и подземных вод. Потенциальному негативному воздействию подвержены также и поверхностные водные объекты вследствие поверхностного стока поливных вод с орошаемых участков и разгрузки загрязненных подземных вод, формирующихся под полями орошения -очагами инфильтрации. В связи с этим обстоятельством представляется необходимым и актуальным создание практической методики для оценок и прогноза геоэкологической обстановки на сельскохозяйственных землях с учетом специфики орошения городскими сточными водами.

Цель исследований заключается в разработке методической основы геоэкологического обоснования орошения городскими сточными водами. Методика должна включать набор методов

и расчетных зависимостей, позволяющих выполнить количественные оценки и прогнозы возможного изменения гидро-геохимнческой обстановки на рассматриваемой территории, а также специальные прикладные программы для персональных ЭВМ, необходимые для инженерных расчетов.

Задачи исследований. Для реализации поставленной цели исследований необходимо решить следующие задачи:

1. обосновать подход к схематизации природных и техногенных условий территории, орошаемой городскими сточными водами, для прогнозирования изменений в почвах, грунтах и подземных водах;

2. обосновать научно-методический подход к прогнозированию состояния почв и пород зоны аэрации н уровенного режима грунтовых вод при орошении городскими сточными водами;

3. развить и обобщить методику прогнозирования загрязнения подземных вод при орошении сельскохозяйственных земель городскими сточными водами; свести в единую методику геоэкологического обоснования орошения городскими сточными водами оригинальные разработки и разработки других авторов;

4. реализовать наиболее практичные модели в виде прикладных программ для персональных ЭВМ;

5. апробировать разработанную методику геоэкологического обоснования на конкретных объектах орошения городскими сточными водами.

Условия и методика проведения исследований. Теоретическая часть диссертационной работы выполнялась автором в рамках Республиканской (Федеральной) Целевой Научно-Техни-ческой Программы на 1992-1995 г.г. "Разработать и освоить высокоэффективные ресурсосберегающеие технологии и технические средства по воспроизводству плодородия почв для возделывания сельскохозяйственных культур на мелиорированных землях и сельскохозяйственному водоснабжению, обеспечивающие получение экологически безопасной продук-

ции, охрану окружающей среды, интенсивное развитие производства и улучшение социально-бытовых условии на селе" (Мелиорация и гидротехника) по тематике Главводхоза Минсельхозпрода РФ (тема №4.2.3) и ряда хоздоговорных работ. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и производственных условиях на объектах в Алтайском крае. Методика исследований заключалась в изучении и систематизации литературных и фондовых материалов по проблеме; в изучении природных условий конкретных мелиоративных объектов по проектным разработкам и справочной литературе; в изучении химического состава используемых на орошение городских сточных вод; в математической обработке результатов полевых исследований на персональной ЭВМ. Химические анализы проб городских сточных вод, образцов почв, водной вытяжки и грунтовых вод выполнялись НИИССВ "Прогресс" и его Алтайским подразделением. Научная новизна работы включает.

6. разработку специальной схематизации природных и техногенных условий полей орошения городскими сточными водами для целей прогноза состояния почв, грунтов и подземных вод;

7. разработку и обоснование подхода к прогнозу водно-солевого режима почвогрунтов зоны аэрации и уровенного режима грунтовых вод в условиях орошения городскими сточными водами;

3)развитие и обобщение методики прогнозирования загрязнения подземных вод при орошении сельскохозяйственных земель городскими сточными водами;

4. разработку комплексной методики геоэкологического обоснования орошения городскими сточными в'одамн;

5. разработку автоматизации прогнозирования иа ПЭВМ загрязнения подземных вод при орошении городскими сточными водами;

6) апробацию разработанных автором научно-методических положений на конкретных мелиоративных объектах с использованием городских сточных вод на орошение. Практическая значимость диссертационной работы состоит в том, что разработанные автором научно-методический подход в сочетании с программным обеспечением могут использоваться широким кругом специалистов изыскательских, проектных и водохозяйственных организаций, а также работниками сельского хозяйства и органов охраны природы при проектировании, эксплуатации и экспертизе мелиоративных систем, использующих городские сточные воды. С одной стороны, оперативный прогноз позволит своевременно предусмотреть природоохранные мероприятия, что в целом будет минимизировать загрязняющее воздействие орошения городскими сточными водами. С другой стороны, положительный результат прогноза позволит шире использовать городские сточные воды в агрономических целях, что имеет важный ресурсосберегающий, экологический и сельскохозяйственный аспекты.

Реализация результатов работы. Результаты теоретических и методических исследований были использованы при проектировании и экспертизе следующих объектов в Алтайском крае: Оросительная система в совхозе "Колпаковский" с использованием сточных вод г.Алейска, прошедших предварительную очистку, на площади 852 га; объем сточных вод - 2500 тыс.м³ в год. Алейская оросительная система (Рубцовский участок) в совхозе-техникуме "Рубцовский" с использованием сточных вод г.Рубцовска после очистки на площади 2055 га; объем сточных вод - 6500 тыс.м⁵ в год.

Основные положения, которые выносятся на защиту: 1. Научно-методический подход к схематизации природных и техногенных, условий исследуемого объекта на комплексной основе, заключающийся в анализе и обобщении: фондовых и литературных материалов по природным условиям объекта;

проектных разработок и решений по использованию городских сточных вод для орошения на конкретных объектах;

данных натурных наблюдений за состоянием природной среды при орошении сточными водами на объектах-аналогах;

баланса вещества с учетом специфики и химического состава сточных вод.

2. Развитие и адаптация существующих расчетных схем и решений уравнений, описывающих процессы засоления почв и грунтов зоны аэрации и уровенного режима грунтовых вод для геоэкологического обоснования орошения городскими сточными водами.

3. Разработка комплексной методики геоэкологического обоснования орошения городскими сточными водами, включающей специально созданное автором программное обеспечение на основе современных вычислительных средств и методов, которое позволяет автоматизировать математические расчеты.

Апробация. Основные положения диссертации и результаты исследований докладывались в 1993-1996 г.г. на Ученом Совете НИИССВ "Прогресс", Ученом Совете Инженерно-гидрогеологического и геоэкологического научного центра Российской Академии Наук (ИГЦ РАН), на практическом семинаре "Использование коммунальных сточных вод и животноводческих стоков для орошения сельскохозяйственных площадей".

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 печатных работ и монография в соавторстве (В.М.Гольдберг. Р.П.Воробьёва).

Объем и структура работы. Текст диссертации изложен на 150 страницах, включает 16 таблиц, 10 рисунков. Диссертация состоит из введения, 7 глав основного текста, заключения и списка литературы из 185 наименований.