автореферат диссертации по строительству, 05.23.04, диссертация на тему:Исследование городского поверхностного стока и его взаимодействия на речную систему Нижнего Поволжья

На правах рукописи

ККЧЁВ ДОКТРИН СТАНИСЛАВОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ГОРОДСКОГО ПОВЕРХНОСТНОГО стасл И ЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА РЕЧНУО СИСТЕМУ НИЖНЕГО ПОВОЛЖЬЯ

Специальность 05.23.04 - Водоснабжение, каыаяиэацил,

строительные системы охраны водных ресурсов ■

Автореферат

диссертации иа соискание ученой степени кандидата технических иаук

МОСКВА - 1995

Работа выполнена в Московском государственной

строительной университете

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор КАРЕЛИН Я.А.

Официальна» оппоненты: доктор технических наук старший научный еатрудиик ПОНОМАРЕВ В.Г,

ванзддат технических н&уи

ПАЛьШЮВН.В.

Ведущая организация: Нюше-Воляское бассейновое

водохозяйственное управление

З&а^та диссертация состоится " Б * декабря 1996 г. в 16^2 ц&с. на заседании диссертационного Совета К 053.11.06 в Московской государственной строительном университете по адресу: 129337, Москва, Ярославское п., Д. 26. «УД. 517 г •

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного строительного университета

Автореферат разослан СИС^Л^хЯу

1995 г.

Учены* секретарь

диссерт&цаашого совета

В.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Загрязненные талке и дождевые сточное» води с территорий городов Волгограда и Волжского являются основном фактором загрязнения Волго-Ахтубинской речной системы в составе Нижней Волги.

Кратковременный интенсивный сброс значительных масс биологических, биогенных и токсичных веществ при многократном преви-псгаи норм предельно-допустимых концентраций (ПДК) оказывает особо негативное воздействие на состояние р.Волги. Нормативные "Правила охраны поверхностных вод" запрецаат сброс в водные объекты неочищенных докдевых и талых городских сточных вод.

Приведенные факторы опр^челяпт необходимость практического решения проблем» загрязнения водоемов данной категорией стоков. Актуальность работ в данной области отражена в законодательстве и нормативных документах Рй.

"Национальный план действий РО по окрухалдей среде" предусматривает к 2000 г. прекращение поступления в водоемы всех видов неочищенных сточных вод. Прикладные исследования з области зацитн экосистем Нижней Волги и Северного Каспия от загрязнения сточными водами отнесены к приоритетный объектам инвестирования. "Волжское бассейновое соглааение-субъектов РО" программирует разработку рвкоыендаций по охране возгеких экосистем, включая технические репення по сбору и обезвреаивашш доздевых и талых сточных вод.

Концепции ревешь проблем отсутствуют как на федеральной, так и региональном уровнях. Остается недостаточным научное, историческое и нормативное обеспечение разработки решений. Отсутствие зкоаого-оконо-.личаского обоснования эффективности водоохранных мер в данном направле 1ии приводит к значительным затруднениям и части финансирования работ.

Цель работы заклпчается в ноучио-иссяодовательскоы обос- . сечении практического решешш проблемы прекращения сброса в речнув систему НизноЯ Волги неошщзштх городских поверхностных сточных вод.

Продмот исследования составлял? качествсннпо характеристи-о .кй доздевых и талых сточных вод с территорий .городов .

Волгограда и Волжского и степень воздействия поверхностного городского стока на состояние водных объектов. Задачи исследования:

определение показателей загрязненности доздевых и талых вод на территориях гг.Волгограда и Волжского, изучение их воздействия на качество вод Волго-Ахтубинской речной системы;

классификация природнас, техногенных и градостроительных факторов загрязнения поверхностных сточных вод, определение состава мер по профилактическому уменьшению объемов начальных поверхностных загрязнений на городских водосборах;

наблюдение процессов отстаивания дождевых и талых сточных вед в части изменения показателей БПК, взвешенных веществ и соединений тяжелых металлов, исследование распределения соединений тяжелых металлов в осадке, растворенной форме и остаточной взвеси;

экономическое обоснование эффективности прекращения сброса неочищенных городских поверхностных сточных вод в водоеиы;

составление рекомендаций по использованию результатов исследования в водоохранной и градостроительной практике.

Научная новизна работы в целой определяется концепцией решения проблемы, предполагавшей исследований процессов загрязнения городских дссвдевых и талых сточных вод от источников поступления примесей до акваторий водоемов включительно. Элементы научной новизны исследования: показатели загрязненности городских доздевых и талых сточных вод определены по расширенному составу ингредиентов в соответствии с программой государственного мониторинга р.Волги;

особенности загрязнения поверхностных сточных вод исследованы в характерных зонах городских водосборных бассейнов от верховий до речных акваторий, включая различные виды водостоков (дорожные лотки, коллекторы доздевоЯ канализации, оврахно-балочные водотоки);

в ходе натурных наблюдений в русловых створах р.Волги исследованы изменения качества речных вод под воздействием загрязненных доздевых вод с городских территорий;

в составе городских поверхностных сточных вод исследована группа соединений тяжелых металлов, установлена оовксяыость

их содержания от концентрации взвешенных веществ, определено содержание да!пшх соединений в осадке, растворенной форме и остаточной взвеси при отстаивании стоков;

проведена зкояого-гродостроитедьная классификация территорий городских водосборных бассейнов, выявлены определяющие факторы загрязненности дсэдевых и талых сточных вод, нанечены основные направления решения проблемы;

выполнены нормативные расчеты величин убытков от сбросов в р Волгу неочищенных доздевых и тальк сточных вод, проведено зконслическое обоснование эффективности прекращения сбросов,

Практическая значимость. Результату исследования предназначены для проектирования городских бассейновых систем отведения и очистки городских поверхностных сточных вод, расчетов нормативных платезей за сбр ^ загрязненных дождевых и талых стоков, планирования пер по уыеньаениа объемов поверхностных загрязнений на городских территориях. Поэтапная реализация результатов работы в условиях Волгоградской агломерации позволяет устранить убытки водопользователей в размере 100 ылрд. руб в год (в ценах первого полугодия 1595 г.).

Внедрение результатов работы проводится в рамках деятельности Килко-Волхского бассейнового водохозяйственного управления, Комитета по водному хозяйству Волгоградской области. Волгоградского областного и городского комитетов охраны природы.

Апробация материалов диссертации прозедена на заседаниях научно-технических советов Волгоградского областного п городского комитетов охраны природы, Низне.-Во.чкского бассейнового водохозяйственного уттравдешш, нпучно-техшгееских конференциях Золгсгрсдского шкенерно-строательного института (1991 -1995 гг./, международна; сеиинаро "Охрана и воспроизводство • зксспстем роки Волги" (Волгоград, апрель 1995 г.), расширенной заседали кафедры водоотводенил (¡иль 1995 г.).

Публикации. По материалам исследования опубликовано пять научных робог. ■ . ■ •

Пп защиту встроятся:

натурныо даншо о загрязненности девдевнх и талых сточных вод на территориях гг.Волгограда и Вольского и их воздействии на качество рочикх вод;

б

сравнительные данные о загрязненности доздевых и талых сточных вод в различных типах водостоков и городских водосборных бассейнах;

данные об изменении концентрации примесей городского стока при отстаивании, зависимость содержания соединений тяжелых металлов от концентрации взвешенных веществ, распределение тяжелых металлов в осадке, растворенной форме и остаточной взвеси; .

основные направления практических мер по прекращении сброса неочищенных доздевых и талых вод с территорий гг.Волгограда а Вольского, показатели экономической эффективности водоохранных мероприятий.

Объем работа составляет стр., включая 32 таб-

лиц и 27 рисунков. Диссертация состоит из шести глав, пяти приложений и списка литературы из вВ наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕШНИЕ РАБОТЫ

_Введете содераит общую xapairrepucTiniy работы, определяет

предмет, актуальность и практическую значимость исследования городских поверхностных, сточных вод а регионе Нижнего Поволжья.

В первой главе приведен обзор отечественных и зарубежных исследований состава и свойств городских поверхностных сточных вод, рассмотрены вопросы регулирования расходов и очистки талых и дсадовых стоков.

В Российской Федерации годовой объем поверхностного стока с застроенных территорий составляет около 15 куб,км, при этом в водные объекты сбрасывается 5 клн.т взветешшх веществ, 150 тыс.? нефтепродуктов и более 400 тыс.т органических соединений. В то же время с бытовыми и производственными стоками сбрасывается 2.3 млн.т взвешенных веществ, 74 тыс.т нефтепродуктов и 1.6 млн.т органических соединений. •

В городских дождевых и талых стоках концентрация взвешенных веществ составляет 1.5-2.5 г/дм3, нефтепродуктов -20-25 мг/ди3, Ш% - 40-120 мг/дм3, ХПК - до 500 мг/дмэ. Отмечается бактериальная зараженность и токсичныр свойства поверхностных сточных вод.

. Защита водных объектов от загрязнения городским поверхностный стоком осложняется ;;зме1гчивостъю параметров вод, ыно-кестБенкостьэ факторов загрязнения, эпизодичностьв формирования значительных расходов стока.

Для очистки данного вида сточных вод применяется механические и физико-химические методы, рекомендуются сооруяения .длл отстаивания стока, d том число ?онкослоЯныо отстсПники и пруды-отстойники с водной растительностью, методы фильтрования, сорбции, флотации к коагуляции.

Вторая глава вклпчает природно-клнматическ'ое описание региона, характеристики городских водосборных бассейнов. Приведены предпосылки исследования, цель и задачи работы, актуальность и практическая значимость результатов.

Климат в раПоне проведен, л исследования отличается засушливость«, длительные периода)/.;; сухой погоды (евьге 50 сут). Годоьая осад:; о и 300-350 юл. Около 60 % осадков выпадает

в виде интенсивных даздеЯ. Продолжительность выпадеиз:л дскдеП за теплый период составляет 5-7 суток. СноговоЯ погсроа неустойчивый, зимой набяадаотся частые оттепели, интенеяаиоо снеготаяние происходит и ыарто.

Дзя рольефа г.Волгограда характерна развитая овроасно-Сллочиая система с крутшуи водосборами. В Заволзьо преобладает плоский роЕннннкЛ рельеф. Территория Волгоградской агломерации занимает с:соло 7G0 кв.го-!, города Волгоград и ВоласкиЯ образуют френт застройки береговой полосы Волго-АхтубинскоЯ системы протяженностью болсо ICO км.

06ÍOM сброса неочищенных дождевых и талых вод с территории гг.Волгограда и Вольского составляет 35 нли.н3 в год. Нормативное водоохранные акта Р$ запрецсшт сбросы в водоемы без очистки загрязненных поверхностных сточных под. Меры по прекращении таких сбросов вклачены я ^одераяьныо и региональна программ d рамках действия по охране оярукевдаП природной средн.

Концепция решения проблемы закяачсотсл 'в системной планировании мероприятия и проектировании 'с зругсениЯ по бассейновому принципу, вкяачгч оргшша^бэ и отведение поверхностного стока, регулирование расходов, очистку дендепых и талых вод,

уменьшение объемов поверхностных загрязнений в источнике, экономическое стимулирование водоохранной деятельности владельцев территорий. В рамках данной концепции поставлены цель и задачи исследования, приведенные в общей характеристике данной работы.

Полевые исследования Проведены в 1990-94 гг. в городах Волгограде и Волжском на 24 коллекторах дождевой канализации, 7 овражно-балочных водотоках и в 4 русловых створах р.Волги. Обработано около 800 проб дождевых, талых и речных вод. В пробах определялось содержание 15-27 ингредиентов при среднем числе определений 23. Использовались методы жидкостной хроматографии, коцдуктометрии, плазменной фотометрии, атомно-абсорбционной спектрофотометрии.

В третьей главе приведены показатели содержания примесей в дождевых, талых и речных водах по материалам исследования.

Содержание взвешенных веществ, нефтепродуктов, соединений тяжелых металлов, показатели BSC и ХПХ значительно превшая* нормы ЦДК (табл. I).

Таблица I

Примеси довдевого стока в различных водостоках (Волгоград)

Примеси дорожные лотки коллекторы канализации балка Царица ЦДК, ыг/да1

средние значения, иг/дм8

Взвешенные b-bi > 9500 1615 677 4.25

Нефтепродукты 8.14 2.7 0.5 0.05

71.9 71.9 52 3

Хлориды 30 65 220 300

Азот амыон. 1.43 1.0 1.45 0.39

Медь ' 0.025 0.022 0.024 0.007

Марганец 0.019 0.16 0.057 0.01

Железо общ. 0.33 0.37 0.36 0.1

Цинх 0.03 0.039 0.016 0.01

В характерных зонах водосборов (лотки, коллектоы, балки) наблюдаются различные уровни загрязненности вод в зависимости от природных и градостроительных условий. Индексация данных условий и факторов загрязнения стоков определяет состав мероприятий и сооружений для уменьшения объемов поверхностных :

загрязнений в источнике образования и поступления примесей в поверхностные сточные воды.

Под воздействием поверхностного стока в р.Волге формируется устойчивый массив загрязненных вод с превышением ПДК по взвешенным веществам, БПК^, нефтепродуктам и соединениям тяжелых металлов, который наблюдается более суток на удалении от юрода на 60-70 км.

В четвертой главе приведены результаты изучения соединений тяжелых металлов в дождевых и талых сточных водах, изменений показателей ВПК, взвешенных веществ и соединений тяжелых металлов при отстаивании стока, зависимость концентрации соединений меди, марганца, железа, никеля свинца и цинка от взвешенных веществ, распределение соединений тяжелых металлов в осадке, растворенной форме и остаточ! й взвеси.

Соединения тязелкх металлов в составе поверхностного стопа образуют трудноокисляектко комплексы, устойчивые к трансформации и оказывающие токсичное действие на биологические объекты.

Растворенные соединения меди, железа и никеля присутствуют в дождевых и талых водах на уровне 3-4 ПДС, хрома - 6-7 ЦЦС, марганца - до 15 ЦЦС. Наибольшее количество тяжелых металлов в стоке отмечается в зонах крупных автомагистралей и проыъа-ленных предприятий.

Отстаивание проб дождевых и талых стоков.проводилось в колонках высотой 500 мм, объемом I дм3 в течение 120-180 мин с временным шагом от 5 до 30 шш. Основная масса взвешеины веществ отстоиваетсп в течение 60-90 мин. Эффект осветления в точение 120 мин составляет 67-Сб При начальной концентрации вэвсшошшх веществ 800-4000 мг/дм3 остаточные значения составляют 250-' j0 мг/дм3 (рис. I).

Снижение показателя БПК^ за 180 мин составляет 40-70 % при остаточных значениях 10-35 it/^i3. Эффект снигенил ЕПКд зависит от длительности сухой погоды.

Характер „меньпения концентрации соединений тяжелых металлов при отстаивании указывает на со зависимость от пзво-пешшг вещостп (рис. 2). На рис. 3 пр' -зоденм графические примеры данной зависимости о диапазоне начальной концентрации взвешенных веществ 800-4000 мг/дм3.