Анотація до роботи:

Василенко С.Л. Екологічна безпека систем водопостачання міст: методологія вивчення та управління. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 21.06.01 – екологічна безпека. Український науково-дослідний інститут екологічних проблем, Харків, 2007.

Дисертація присвячена теоретичному обґрунтуванню і розробці форм управління екологічною безпекою систем господарсько-питного водопостачання міст із застосуванням математичних моделей якості води, інформаційних технологій та найкращих доступних технічних рішень.

Теоретичні дослідження включають побудову водної аксіоматики, визначення поняттєво-термінологічного апарату, формулювання методологічних принципів і системотехнічних закономірностей.

Практичні аспекти пов’язані з підвищенням сталості функціонування систем водопостачання і зменшенням їх негативного впливу на людину та довкілля.

Дослідження охоплюють питання технічної реконструкції водопровідних мереж, підвищення еколого-енергетичної ефективності систем водопостачання, застосування селективного багаторівневого забору води з водних об’єктів, регулювання руслових і наливних водосховищ, використання географо-інформаційних технологій та комп’ютерної картографії, інтегрованого басейново-регіонального управління водними об’єктами.

Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою. В ній наведено теоретичне узагальнення та нове розв’язання актуальної наукової проблеми забезпечення екологічної безпеки систем питного водопостачання міст (ЕБВ) і розроблено форми оптимального управління нею із застосуванням математичних моделей, інформаційних технологій та найкращих доступних технічних рішень, що спрямовані на покращення умов життєдіяльності населення та стану довкілля.

1. Створено науково-методологічні передумови ЕБВ із формулюванням постулатів, принципів, визначень і системотехнічних ознак.

Запропонована аксіоматика визначає ключові поняття про евентуальну небезпеку діяльності з питного водопостачання, недосягнення абсолютної сталості водопостачальних систем, їх екологічні протиріччя тощо.

2. З еколого-системних позицій розроблено теоретичні основи ЕБВ як дуальної взаємопов’язаної проблематики щодо впливу природно-техногенних факторів на водопостачання та зворотної дії самого водопостачання на людину і довкілля.

Сформовано поняттєво-термінологічну базу безпеки водопостачання з визначенням технічної і санітарно-гігієнічної безпеки, ЕБВ на вході й виході системи в інтерпретації приймача і джерела небезпеки. Для їх оцінки введено інтегровані системоутворюючі параметри «ККД_В/С» і «ВВП_В/С». Перший характеризує ступінь технологічного підтримання якості, подачі і тиску води на внутрішньосистемному рівні, другий – небажані наслідки впливу систем комунального водопостачання на довкілля.

3. Сформульовано методологічні принципи і системотехнічні закономірності екологічно безпечного функціонування та збалансованого розвитку водопостачальних систем як великих складних інженерних інфраструктур.

Наведено системне уявлення про можливі взаємні впливи комплексів водопостачання, населення, водних і техногенних об’єктів.

4. Методом агрегування подібних елементів виділено головні об’єкти забезпечення ЕБВ: джерела водопостачання, споруди кондиціонування води, підсистеми її подачі та розподілу, гідротехнічні споруди і хлорне господарство – як екологічно небезпечні об’єкти. На зовнішньосистемному рівні ЕБВ на вході системи розглядається як цільовий результат інтегрованого регіонально-басейнового управління водними об’єктами та охороною вод.

5. Визначено напрямки оптимального регулювання ЕБВ і еколого-господарчого удосконалення водопостачання в розвитку міст: поетапне зменшення потужностей і подачі води, мінімізація її втрат при транспортуванні, стабільне енергозабезпечення для відвертання аварійних подій на гідроспорудах і об’єктах хлорного господарства.

Розроблено принципово новий підхід щодо оцінки еколого-енергетичної ефективності систем централізованого водопостачання з визначенням показників відносній зміні питомих витрат електроенергії на один кубічний метр води, що рекомендується до впровадження на водопостачальних підприємствах України.

Управління екологічно безпечним (відтворним) розвитком комунального водного господарства міст запропоновано здійснювати шляхом поширення методологічної бази стратегічного водогосподарського менеджменту. Його формування на окремих підприємствах рекомендується починати з впровадження системи міжнародних стандартів серій ISO 14000, ISO 9000, OHSAS 18000.

6. Розроблено аналітико-статистичні багатокомпонентні моделі зміни якості води в джерелах водопостачання. Вони пристосовані для оперативного управління якістю води, а їх структури забезпечують прості процедури ідентифікації параметрів за даними натурних спостережень. Алгоритми моделювання реалізовано в програмно-математичних середовищах MathCAD-12, VisSim та впроваджено для вирішення оптимізаційних водоохоронних задач у басейні р. Сіверський Донець.

Побудовано математичну модель адвективно-дисперсійного переносу речовин у водотоках у вигляді оператора із зосередженими параметрами – набору аперіодичних ланок 1-го порядку. Для обчислення параметрів одержано універсальні емпіричні залежності з похибкою апроксимації перехідних функцій не більше як 2 %.

7. Запропоновано метод визначення обсягів робіт з реконструкції водопровідних мереж з урахуванням складу трубопроводів за їх діаметрами, матеріалами і термінами експлуатації.

Він не має аналогів, знайшов практичне застосування під час обґрунтування стратегії відновлення трубопроводів водопостачальних підприємств і дозволяє зменшити їх вплив на підтоплення міських територій. Наприклад, по м. Харкову розрахункове відновлення мереж складає 52,3 км/рік (з них 85 % сталевих), що збігається з експертними оцінками на підставі аналізу аварійності комунікацій.

8. Досліджено вплив ярусних водозабірних конструкцій на якісний і кількісний склад зворотної води, що відводиться від очисних споруд водопідготовки.

Застосування технічних рішень, викладених в патентах України 54966А і 71706А, щодо багаторівневого водозабору на водопровідному комплексі «Дніпро» дозволило вдвічі знизити об’єм зворотної води (з 5,1 до 2,5 млн м³/рік) і одночасно зменшити концентрації забруднюючих речовин на 10–25 %.

9. Емпіричним шляхом встановлено залежність якості вихідної води у питних водозаборах від режиму роботи каналу Дніпро–Донбас. Проведені дослідження покладено в основу запропонованої системи заходів щодо поліпшення екологічного стану Краснопавлівського водосховища з визначенням оптимальної кратності m=0,70,9 водообміну по загальній мінералізації, сульфатах і жорсткості води.

10. Розроблено гідрологічні моделі оптимального регулювання руслового стоку каскадом водосховищ з метою забезпечення найбільш сприятливих умов водокористування на питних водозаборах. Вони практично застосовані у процесі пропускання транскордонних вод у Бєлгородському і Печенізькому водосховищах.

11. На прикладі Харківської області розроблено і реалізовано картографічні моделі техногенного навантаження на довкілля із застосуванням ГІС-технологій – для моніторингу і прогнозування небезпечних процесів, пов’язаних із роботою комплексів водопостачання.

В їх основу покладено базову інформацію в системі Arc/View-платформи і тематичні шари, що характеризують екосистему поверхневих вод, аварійне розповсюдження «хлорної хвилі» від об’єктів водопостачання, зони можливого затоплення внаслідок руйнування відомчих гідротехнічних споруд та ін.

12. З метою забезпечення ЕБВ (на вході системи) розроблено та впроваджено технічний засіб контролю за станом поверхневих вод у вигляді автоматичного поста, працюючого на принципах біотестування загальної токсичності води шляхом реєстрації активності фотосинтезу і дихання зелених водоростей Scenedesmus і Chlorella.

Результати досліджень впроваджено у містах Чернівці, Слов’янськ, Запоріжжя, Харків, Луцьк, Дніпродзержинськ, Херсон, Бєлгород. Наукова цінність роботи полягає в розробці і реалізації методологічно обґрунтованого підходу до аналізу формування небезпеки та управління екологічною безпекою систем водопостачання, а практична цінність – у можливості використання здобутих результатів у різних регіонах країни.

Публікації автора:

Наукові монографії

1. Василенко С.Л. Законы водоснабжения. – Х.: ИД «Райдер», 2006. – 80 с.

2. Василенко С.Л. Экологическая безопасность водоснабжения. – Х.: ИД «Райдер», 2006. – 320 с.

3. Василенко С.Л., Оленюк М.И. Моделирование качества воды в водотоках. – Х.: Основа, 2006. – 232 с.

Статті у наукових фахових виданнях України з технічних наук

4. Василенко С.Л. Аксиоматика питьевого водоснабжения: экологический аспект // Екологія і ресурси. – К.: ІПНБ, 2006. – Вип. 14. – С. 55–65.

5. Василенко С.Л. Анализ и управление использованием воды в системах группового питьевого водоснабжения // Вісн. Одеської державної академії будівництва та архітектури. – Одеса: Астропринт, 2003. – Вип. 11. – С. 88–93.

6. Василенко С.Л. Влияние режима работы наливного водохранилища на качество воды // Екологія і ресурси. – К.: УІНСіР, 2003. – Вип. 5. – С. 158–161.

7. Василенко С.Л. Законы водоснабжения как технической системы. Часть вторая. // Вісн. НТУ «ХПІ». – Х.: ХПІ, 2006. – № 11. – С. 95–98.

8. Василенко С.Л. Законы водоснабжения как технической системы. Часть третья. // Вісн. НТУ «ХПІ». – Х.: ХПІ, 2006. – № 13. – С. 130–134.

9. Василенко С.Л. Использование воды в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения // Коммунальное хозяйство городов. – К.: Техніка, 2004. – Вып. 58. – С. 55–61.

10. Василенко С.Л. Критерии эффективности математического моделирования // Вісн. НТУ «ХПІ». – Х.: ХПІ, 2004. – № 18. – С. 13–16.

11. Василенко С.Л. Метод расчета объемов реконструкции технически изношенных водопроводных сетей // Наук. вісн. будівництва. – Х.: ХДТУБА, 2003. – Вип. 21. – С. 134–140.

12. Василенко С.Л. Модели взаимосвязи показателей качества поверхностных и сточных вод // Вісн. НТУ «ХПІ». – Х.: ХПІ, 2004. – № 13. – С. 47–56.

13. Василенко С.Л. Моделирование последовательной трансформации веществ в водотоках // Екологія і ресурси. – К.: УІНСіР, 2003. – Вип. 7. – С. 56–64.

14. Василенко С.Л. Моделирование процесса диффузии растворенных веществ в водотоке апериодическими звеньями // Інтегровані технології та енергозбереження. – 2003. – № 2. – С. 63–70.

15. Василенко С.Л. Моделирование процессов последовательно-параллельной трансформации веществ для решения задач оптимизации в области охраны вод // Інтегровані технології та енергозбереження. – 2004. – № 1. – С. 104–110.

16. Василенко С.Л. Моделирование переноса веществ в водотоке комбинированным оператором с сосредоточенными параметрами // Екологія і ресурси. – К.: ІПНБ, 2005. – Вип. 12. – С. 90–94.

17. Василенко С.Л. Моделирование процесса диффузии веществ в водотоке дискретными передаточными функциями // Вісн. НТУ «ХПІ». – Х.: ХПІ, 2005. – № 25. – С. 69–76.

18. Василенко С.Л. Моделирование совместной трансформации биогенных элементов и растворенного кислорода для прогнозирования качества воды // Інтегровані технології та енергозбереження. – 2004. – № 3. – С. 59–63.

19. Василенко С.Л. Нормативы использования воды в системах группового хозяйственно-питьевого водоснабжения // Наук. вісн. будівництва. – Х.: ХДТУБА, 2003. – Вип. 21. – С. 143–147.

20. Василенко С.Л. Об одной балансовой модели формирования качества воды в водотоках // Вісн. НТУ «ХПІ». – Х.: ХПІ, 2005. – № 26. – С. 11–18.

21. Василенко С.Л. Оптимизация пропуска половодий через каскад трансграничных водохранилищ для обеспечения питьевого водоснабжения в нижнем бьефе // Екологія і ресурси. – К.: ІПНБ, 2004. – Вип. 9. – С. 52–59.

22. Василенко С.Л. Оценка влияния естественного притока воды в отстойник сточных вод на характеристики их сброса в водный объект // Наук. вісн. будівництва. – Х.: ХДТУБА, 2004. – Вип. 29. – С. 136–144.

23. Василенко С.Л. Оценочные показатели энергоэффективности систем централизованного водоснабжения // Інтегровані технології та енергозбереження. – 2005. – № 3. – С. 89–94.

24. Василенко С.Л. Питьевое водоснабжение в структуре водного хозяйства // Наук. вісн. будівництва. – Х.: ХДТУБА, 2006. – Вип. 36. – С. 126–133.

25. Василенко С.Л. Приоритетные показатели для моделирования и качественной оценки состояния поверхностных вод // Наук. вісн. будівництва. – Х.: ХДТУБА, 2004. – Вип. 27. – С. 107–113.

26. Василенко С.Л. Регионально-бассейновое управление использованием и охраной поверхностных вод // Екологія і ресурси. – К.: ІПНБ, 2004. – Вип. 10. – С. 82–90.

27. Василенко С.Л. Статистическое моделирование трансформации азотосодержащих компонент в водотоках для задач охраны вод // Інтегровані технології та енергозбереження. – 2004. – № 2. – С. 120–124.

28. Василенко С.Л. Централизованное водоснабжение городов в контексте сложных водохозяйственных систем // Наук. вісн. будівництва. – Х.: ХДТУБА, 2006. – Вип. 37. – С. 115–121.

29. Василенко С.Л. Экологическая безопасность водоснабжения: концептуальные положения // Проблеми охорони навколишнього природного середовища та екологічної безпеки / УкрНДІЕП. – Х.: ВД «Райдер», 2005. – С. 174–184.

30. Василенко С.Л. Экологические аспекты нормирования использования воды в системах питьевого водоснабжения // Наук. вісн. будівництва. – Х.: ХДТУБА, 2005. – Вип. 32. – С. 146–156.

31. Василенко С.Л. Эколого-хозяйственные аспекты технического водоснабжения крупных городов // Наук. вісн. будівництва. – Х.: ХДТУБА, 2004. – Вип. 26. – С. 40–50.

32. Василенко С.Л., Волошкіна О.С., Красовський Г.Я. Моделі якості води, зумовленої транскордонним переносом забруднюючих речовин у водотоках // Екологія і ресурси. – К.: УІНСіР, 2003. – Вип. 5. – С. 98–105.

33. Василенко С.Л., Волошкина Е.С., Красовский Г.Я., Трофимчук А.Н. Регулирование стока половодий для обеспечения питьевого водоснабжения // Екологія і ресурси. – К.: УІНСіР, 2003. – Вип. 6. – С. 82–86.

34. Василенко С.Л., Кобылянский В.Я., Колотило В.Д., Павленко В.Ф. Менеджмент эколого-технической безопасности систем питьевого водоснабжения // Наук. вісн. будівництва. – Х.: ХДТУБА, 2004. – Вип. 28. – С. 54–60.

35. Василенко С.Л., Колотило В.Д. Взаимовлияние водонесущих коммуникаций и подтопления урбанизированных территорий как проблема экологической безопасности водоснабжения городских агломераций // Екологія довкілля та безпека життєдіяльності. – 2006. – № 2. – С. 63–70.

36. Василенко С.Л., Колотило В.Д., Паболков В.В. Повышение технического ресурса систем питьевого водоснабжения // Наук. вісн. будівництва. – Х.: ХДТУБА, 2006. – Вип. 38. – С. 236–239.

37. Василенко С.Л., Павленко В.Ф. Влияние селективного водозабора из водохранилища на отведение сточных вод от систем водоподготовки // Наук. вісн. будівництва. – Х.: ХДТУБА, 2005. – Вип. 30. – Т. 2. – С. 41–47.

38. Кобылянский В.Я., Максимова Е.Э., Колотило В.Д., Василенко С.Л. Повышение информативности индикаторных микробиологических показателей качества воды // Вісн. НТУ «ХПІ». – Х.: ХПІ, 2005. – № 27. – С. 19–22.

39. Кобылянский В.Я., Петросов В.А., Максимова Е.Э., Василенко С.Л. Моделирование отклика биосистемы водораспределительной сети на повреждающее воздействие // Інтегровані технології та енергозбереження. – 2005. – № 2. – С. 69–72.

40. Петросов В.А., Агаджанов Г.К., Василенко С.Л., Кобылянский В.Я. Эколого-экономическая безопасность хозяйственно-питьевого водоснабжения // Коммунальное хозяйство городов. – К.: Техніка, 2004. – Вып. 55. – С. 9–19.

41. Петросов В.А., Василенко С.Л., Колотило В.Д., Паболков В.В. Энергообеспечение в общей структуре эколого-экономической безопасности водоснабжения // Наук. вісн. будівництва. – Х.: ХДТУБА, 2004. – Вип. 28. – С. 47–54.

42. Петросов В.А., Василенко С.Л., Красовский Г.Я. Информационное обеспечение питьевого водоснабжения из поверхностных источников на основе ГИС-технологий // Коммунальное хозяйство городов. – К.: Техніка, 2003. – Вып. 53. – С. 15–20.

Статті у наукових журналах і збірниках

43. Василенко С.Л. Водные ресурсы и безопасность водоснабжения Харьковщины // Вода і водоочисні технології. – 2006. – № 4. – С. 40–42.

44. Василенко С.Л. Математическое моделирование процесса турбулентной диффузии в водотоках передаточными функциями САР // Водное хозяйство России. – 2005. – Т. 7, № 4. – С. 346–358.

45. Василенко С.Л. Екологічна безпека водопостачання: основні принципи // Екологічна безпека: проблеми і шляхи вирішення / УкрНДІЕП. – Х.: ВД «Райдер», 2005. – Т. 1. – С. 251–256.

46. Василенко С.Л. Региональные и национальные особенности экологической безопасности питьевого водоснабжения // Сучасні проблеми екологічної та техногенної безпеки регіонів. – Х.: УЦЕБОПнафтогаз, 2006. – С. 116–121.

47. Василенко С.Л. Социально-экологический риск аварий на накопительных и гидротехнических сооружениях // Экология и здоровье человека. Охрана водного и воздушного бассейна. – Х.: ИД «Райдер», 2004. – С. 170–175.

48. Василенко С.Л. Статистическое моделирование последовательной трансформации веществ в водотоках с непрерывными источниками вдоль потока // Проблеми охорони навколишнього природного середовища та екологічної безпеки / УкрНДІЕП. – Х.: Факт, 2004. – С. 54–66.

49. Василенко С.Л. Централизованное водоснабжение городов как макрокомпонент водного хозяйства // Водное хозяйство России. – 2006. – № 3. – С. 55–64.

50. Василенко С.Л. Энергоэффективность систем водоснабжения // Экология и здоровье человека. Охрана водного и воздушного бассейна. – Х.: УкрВОДГЕО, 2005. – С. 609–615.

51. Петросов В.А., Василенко С.Л. Проблемы экологической безопасности питьевого водоснабжения г. Харькова // Регион. Экологическая безопасность Северского Донца. – Х.: ИД «ИНЖЭК», 2003. – С. 61–64.

52. Петросов В.А., Василенко С.Л., Красовский Г.Я. Опыт разработки и использования ГИС-технологий в задачах управления водоснабжением в Харьковской области // Регион. Экология Сев. Донца. – Х.: Бизнес Информ, 2001. – С. 41–43.

Матеріали конференцій

53. Василенко С.Л. Информационные технологии управления экологической безопасностью питьевого водоснабжения // Матер. IV Міжнар. наук.-практ. конф. «Сучасні технології управління екологічною та інформаційною безпекою територій». – Х.: ХАІ, 2005. – С. 12–16.

54. Василенко С.Л. Менеджмент экологической безопасности питьевого водоснабжения // Сб. докл. Междунар. конгр. «ЭТЭВК-2005». – К.: НДКТІ МГ, 2005. – С. 238–243.

55. Василенко С.Л. Система водохозяйственного менеджмента в общей иерархии управления водными ресурсами // Тр. Міжнар. наук.-техн. конф. «Екологія промислових підприємств». – К.: Т-во «Знання» України, 2004. – С. 27–30.

56. Василенко С.Л. Подтопление городских агломераций как фактор экологической безопасности централизованного водоснабжения // Матер. ІV наук.-практ. конф. «Підтоплення – 2006». – К.: НПЦ «ЕНТ», 2006. – С. 71–74.

57. Василенко С.Л. Управление экологической безопасностью питьевого водоснабжения в регионах // Тез. доп. ІІІ Міжнар. наук.-практ. конф. «Проблеми розробки і впровадження сучасних інформаційних технологій». – Х.: УЦЕБОПнафтогаз, 2004. – С. 24–25.

58. Кобылянский В.Я., Василенко С.Л. Автономные посты контроля качества природных и сточных вод // Докл. Междунар. науч. конф. «Проблемы обеспечения населения качественной водой». – К.: Т-во «Знання» України, 1997. – С. 131–134.

Патенти

59. Спосіб відбору води із водосховища для водопровідної насосної станції першого підйому: Пат. 71706А України, МПК 7 E03B9/00 / Чорний А.П., Петросов В.А., Кузуб В.С., Ковирін В.О., Моісеєнко А.Б., Василенко С.Л. – № 2003065900; Заявл. 25.06.03; Опубл. 15.12.04, Бюл. № 12. – 6 с.

60. Спосіб забору води з водосховища для водопровідної насосної станції першого підйому та пристрій для його здійснення: Пат. 54966А України, МПК 7 E03B5/00 / Чорний А.П., Петросов В.А., Кузуб В.С., Василенко С.Л. – № 2002064536; Заявл. 04.06.02; Опубл. 17.03.03, Бюл. № 3. – 6 с.

Особистий внесок здобувача в публікаціях, написаних у співавторстві, полягає у такому: [3] – складання і написання розділів 1.5, 2–6; [32] – розроблення модельних структур, одержання результатів моделювання; [33] – постановка задачі, розрахунок гідрографів; [34] – формування розділів, узагальнення висновків; [35] – аналіз взаємовпливу водопостачання та підтоплення територій; [36] – постановка задачі, розгляд визначень; [37] – постановка задачі, експериментування та аналіз результатів; [38, 39] – участь в експериментах, обговорення результатів, формулювання висновків; [40] – аналіз ЕБВ і організації водозабезпечення міст; [41] – вживання заходів у разі надзвичайного стану в електропостачанні; [42] – формування ідеї та синтез географо-інформаційних моделей; [51] – розроблення заходів з екобезпеки поверхневих джерел; [52] – опрацювання тематичних шарів ГІС; [58] – розроблення гідравлічної системи та електронних блоків поста; [59, 60] – участь у формуванні ідеї та розробці пристроїв.