Розвиток наукових основ басейнового принципу управління екологічною безпекою техногенно трансформованих поверхневих водних об’єктів

Abstract

У дисертаційній роботі викладені результати досліджень, спрямовані на розвиток наукових основ управління екологічною безпекою поверхневих водних об’єктів за басейновим принципом, які враховують закономірності впливу чинників на процес формування їх техногенно трансформованого стану та інтенсивність компенсаційного механізму біотичного саморегулювання. Розроблено науково-методологічні основи інтегрованого підходу в системі басейнового принципу управління екологічною безпекою техногенно трансформованих поверхневих водних об’єктів, які враховують ієрархічні рівні організації річок, що створило передумови зниження негативних наслідків техногенного впливу на якість водних ресурсів у районах річкових басейнів. За результатами експериментальних досліджень встановлено, що зміна речовинно-енергетичного балансу водного середовища суттєво впливає на процес формування її техногенно трансформованого стану. Доведено, що техногенні трансформації нівелюються за рахунок дії компенсаційного механізму біотичної саморегуляції в результаті адаптації біотичних складових до свого нового середовища існування. Розроблено науково-методичні рекомендації щодо реалізації інформативної інтегрованої системи індикаторів контролю структурно-функціональних змін внутрішньоводоймних процесів. Розроблені схемні рішення, за яким виготовлено та у польових умовах апробовано пілотну установку біоінженерної системи інтенсифікації компенсаційного механізму біотичної саморегуляції, поєднаної з двох складових блоків – берегового і наплавного, що дозволяє одночасно очищувати всю товщу водного середовища та донні відкладення.

В диссертационной работе изложены результаты исследований, направленные на развитие научных основ управления экологической безопасностью поверхностных водных объектов за бассейновым принципом, учитывающие закономерности влияния факторов на процесс формирования их техногенно трансформированного состояния и интенсивность компенсационного механизма биотического саморегулирования. Разработаны научно-методологические основы интегрированного подхода в системе бассейнового принципа управления экологической безопасностью техногенно трансформированных поверхностных водных объектов, которые учитывают иерархические уровни организации рек, создало предпосылки для снижения негативных последствий техногенного воздействия на качество водных ресурсов в районах речных бассейнов. По результатам экспериментальных исследований установлено, что изменение вещественно-энергетического баланса водной среды существенно влияет на процесс формирования её техногенно трансформированного состояния. На примере малой реки Нивка доказано, что под влиянием торможения реакции нитрификации в водоёме образуются вторичные зоны загрязнения и формируется материально-функциональная кумуляция за счёт увеличения массы донных отложений и снижения самоочистной способности реки до 0,2 у. е. в результате снижения интенсивности компенсационного механизма биотической саморегуляции. На основе прогнозирования изменений вещественного баланса и метаболической и экологической способности по компенсационным механизмом биотической саморегуляции научно обоснованно динамику пространственно-временных изменений экологического состояния поверхностных водных объектов на примере участка бассейна реки Днепр. Доказано, что механизм биотической саморегуляции вод является интегральным показателем механизма интенсивности внутриводоёмных процессов. Установлено, что для средней р. Ирпень бассейна р. Днепр интенсивность механизма биотической саморегуляции находится в пределах 17,0 у. е. Полученные значения находятся в пределах экологической ниши, характерной для техногенно трансформированных водных объектов, которая является не только физическое пространство для функционирования гидробионтов, но и создаёт условия для экосистемных процессов. Доказано, что техногенные трансформации нивелируются за счёт действия компенсационного механизма биотической саморегуляции в результате адаптации биотических составляющих к своей новой среде обитания. Разработаны научно-методические рекомендации по реализации информативной интегрированной системы индикаторов контроля структурно-функциональных изменений внутриводоёмных процессов. Научно обоснованно согласованность взаимосвязей и взаимодействий параметров процесса самоочищения поверхностных водных объектов, предложено градации параметров их преобразований в техногенно трансформированные: первая – изменение вещественно-энергетического баланса веществ техногенного происхождения по индивидуальным и суммарными показателями; вторая – изменение эффективности механизма пластического метаболизма химических соединений антропогенного происхождения (синтез и трансформация химических соединений) третья – неустойчивая динамическое равновесие в водном объекте в результате повреждающего действия экотоксикантов антропогенного происхождения (когда механизм биотической саморегуляции находится на грани внутреннего взаимодействия экологических и антропогенных факторов); четвертая – (типична для малых рек) преобразования абиотической среды, окружающей биоту; пятая – нарушение относительной стабильности развития водного объекта (компенсационные механизмы биотической саморегуляции не в состоянии положительно реагировать на антропогенные изменения и в результате происходит качественное истощение вод вследствие техногенной трансформации). Установлено, что разработанная информативная интегрированная система индикаторов контроля структурно-функциональных изменений внутриводоёмных процессов как элемента системы управления экологической безопасностью поверхностных водных объектов, соответствует системе управления экологической безопасностью техногенно трансформированных водных объектов и является адаптированной модели Международной экологической программы UNEP. Разработан схемное решение, изготовлено и в полевых условиях апробированы пилотную установку биоинженерного системы интенсификации компенсационного механизма биотической саморегуляции, соединенной из двух составляющих: блоков берегового блока, который функционирует как биологический фильтр при поступлении загрязнителей в прибрежную систему и обеспечивает формирование качества воды за счёт самих биоценозов – ценозов растений и ассоциированных с ними группировок бактерио-, фито- и зоопланктона, бентоса воды, а также наплавного блока, который позволяет осуществлять сам очистки придонного слоя воды, донных отложений и способствует изменению гидродинамических потоков диффузного рассеяния бактериоперефитону. Доказано, что предложенная биоинженерных система способна эффективно влиять на восстановление интенсивности механизма биотической саморегуляции и пластического метаболизма химических соединений антропогенного происхождения, за счёт гидродинамических преобразований, обеспечивает степень очистки до 95 % в зависимости от вида показателя.

In thesis the results of researches which directed on development of scientific bases of management of ecological safety of surface water objects on a basin approach, which take into account regularities of influence of factors on the process of formation of their technogenically altered state and intensity of compensatory mechanism of biotic self-regulation, are described. The scientific and methodological foundations of the integrated approach in the system of basin principle of ecological safety management of technogenically transformed surface water objects, which take into account the hierarchical levels of rivers organization are developed. This created the prerequisites for reducing the negative effects of technogenic influence on the quality of water resources in river basin districts It is set as a result of experimental researches, that the change in the substance-energy balance of the aquatic environment significantly influences on the process of forming of its technogenically transformed state. It is improved that technogenic transformations are offset by the action of the compensation mechanism of biotic self-regulation as a result of adaptation of biotic components to its new environment of existence. Scientific and methodical recommendations for the implementation of an informative integrated system of indicators for controlling of structural and functional changes in internal water body processes have been developed.