Анотація до роботи:

Шпак О.М. Умови забруднення підземних вод нафтопродуктами в зоні водозаборів (на прикладі Херсонського вузла водозаборів). – Рукопис. Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата геологічних наук за спеціальністю 04.00.06 – гідрогеологія. – Інститут геологічних наук України. – Київ, 2004 р.

Об’єктом досліджень в дисертаційній роботі є геологічне середовище в районах забруднення нафтопродуктами. Предмет досліджень – умови забруднення водозаборів нафтопродуктами. Метою дисертаційної роботи є гідрогеологічний аналіз і прогнозування умов забруднення підземних вод нафтопродуктами в зоні водозаборів.

Розроблено схему типізації умов забруднення водозаборів нафтопродуктами з урахуванням основних показників: фізико-хімічні властивості нафтопродуктів, умови надходження та форми міграції нафтопродуктів, геолого-гідрогеологічні умови розташування водозабору, режим експлуатації та конструктивні особливості водозабору. Для виділених типових гідрогеологічних схем виконана оцінка захищеності водозаборів, яка базується на прогнозних розрахунках міграції нафтопродуктів до водозаборів, із застосуванням математичного моделювання. Розраховано безпечну відстань від джерела забруднення до водозабору, при якій водозабір не буде забруднений протягом терміну забезпеченості експлуатаційних запасів. На основі математичного моделювання фільтрації підземних вод і міграції нафтопродуктів виявлені особливості забруднення підземних вод нафтопродуктами в зоні Херсонських водозаборів. Запропоновано варіант вирішення проблеми забезпечення м. Херсона питною водою.

1. Розроблено схему типізації умов забруднення водозаборів нафтопродуктами з урахуванням основних показників:

фізико-хімічні властивості нафтопродуктів (щільність, в'язкість, розчинність, леткість, сорбуємість);

умови надходження і форми міграції нафтопродуктів у геологічному середовищі (надходження у рідинному стані – мігрують як рідина, що не змішується з водою, супроводжуючись процесами розчинення, випаровування, сорбції, деструкції; надходження в розчиненому та емульгованому стані – мігрують, згідно законів фільтрації води).

геолого-гідрогеологічні умови розміщення водозабору:

1а) У ґрунтовому водоносному горизонті в породах з високою проникністю,

1б) У ґрунтовому водоносному горизонті в породах з відносно низькою проникністю,

1в) У ґрунтовому водоносному горизонті в двошаровій товщі порід,

2) В міжпластовому безнапірному водоносному горизонті,

3а) У напірному водоносному горизонті, перекритому витриманим слабкопроникним шаром порід,

3б) У напірному водоносному горизонті, перекритому невитриманим слабкопроникним шаром (при наявності “гідрогеологічних вікон”).

режим експлуатації та конструктивні особливості водозабору (вертикальні свердловини, колодязі, горизонтальні водозабори, каптажі джерел).

Рис. 2. Розповсюдження розчинених нафтопродуктів в сарматському водоносному горизонті за даними прогнозного моделювання:

1 – п’єзоізогіпси сарматського водоносного горизонту, 2 – ізолінії концентрацій нафтопродуктів; 3 – проектний водозабір.

2. Для виділених типових гідрогеологічних схем за розробленою методикою вперше виконана оцінка захищеності водозаборів від забруднення нафтопродуктами, яка базується на прогнозних розрахунках міграції нафтопродуктів із застосуванням математичного моделювання.

Розглянуто дві основні форми міграції нафтопродуктів – рух лінзи мобільних нафтопродуктів і перенос розчинених та емульгованих нафтопродуктів. Виконано розрахунки міграції бензину і авіаційного гасу до водозаборів.

Результати виконаних обчислювальних експериментів дозволяють оцінити можливість забруднення водозабору нафтопродуктами, час та відстань від джерела забруднення при яких водозабір виявиться забрудненим в залежності від виду нафтопродукту, форми його надходження і міграції, геолого-гідрогеологічних умов території, параметрів водоносних горизонтів та слабкопроникних шарів. Розраховано безпечну відстань від джерела забруднення до водозабору, при якій водозабір не буде забруднений протягом терміну забезпеченості експлуатаційних запасів.

3. Як типовий приклад розглянуті умови формування еколого-гідрогеологічної ситуації в районі Херсонського вузла водозаборів.

На основі аналізу геолого-гідрогеологічних умов території та даних про забруднення геологічного середовища нафтопродуктами встановлено, що на території ХНПЗ підземні води зони активного водообміну, і, зокрема, сарматський водоносний горизонт, не захищені від забруднення. Виявлені фактори, які сприяли розповсюдженню процесу забруднення:

наявність вікон у пліоцен-четвертинних глинах на площадці ХНПЗ;

невитриманість та незначна потужність шару меотичних глин;

формування зони вільного водообміну трьох водоносних горизонтів – четвертинного, понтичного і сарматського у б. Вірьовчиній і, як наслідок, потрапляння нафтопродуктів у сарматський водоносний горизонт;

тріщинуватість і висока проникність понтичних і сарматських вапняків;

розташування ХНПЗ вверх по потоку від міських водозаборів та наявність значної депресійної воронки у сарматському водоносному горизонті внаслідок водовідбору.

Математичним моделюванням фільтрації підземних вод і міграції нафтопродуктів виявлені особливості забруднення підземних вод нафтопродуктами в зоні Херсонських водозаборів. Виявлено роль геоморфологічного фактору у забрудненні Херсонських водозаборів – поверхневий стік забруднених нафтопродуктами вод у б. Вірьовчина є джерелом забруднення сарматського водоносного горизонту розчиненими нафтопродуктами. Виконаним моделюванням підтверджені результати попереднього прогнозу, отриманого при оцінці захищеності водозабору у типових гідрогеологічних умовах (схема 3б). Прогнозними розрахунками встановлено, що після проведення відновлючальних робіт на території ХНПЗ, зниження концентрацій нафтопродуктів у сарматському водоносномуо горизонті нижче ГДК відбудеться приблизно через 35 років. Розглянутий варіант вирішення проблеми водозабезпечення м. Херсона – закладення водозабору на лівобережжі Дніпра. Результати прогнозного моделювання свідчать, що перетікання з р. Дніпро формує у сарматському водоносному горизонті гідравлічний бар'єр, який забезпечить захист водозабору від надходження забруднених вод з правобережжя.

Публікації автора:

1. Огняник М.С., Парамонова Н.К., Шпак О.М. Кількісна оцінка вмісту легких нафтопродуктів у підземному середовищі // Екологія довкілля та безпека життєдіяльності. — К.: Знання. — 2001. — №2. — C. 16–20.

2. Огняник Н.С., Парамонова Н.К., Шпак Е.Н. Problems of studying groundwater contamination with petroleum products // Збірка наукових праць Інституту геологічних наук НАН України/ — К.: Знання, 2001. — C. 219–229.

3. Шпак О.М. Проблема забруднення підземного середовища нафтопродуктами в Україні // Вісник Київського університету імені Тараса Шевченка. Сер. Геологія. — 2002. — вип. 21-22. — C. 129-131.

4. Н.С. Огняник, Е.Н. Шпак, Г.И. Голуб, Ю.А. Негода, О.И. Наседкина. Оценка эколого-геологического состояния территории авиабазы в связи с загрязнением грунтов и подземных вод нефтепродуктами // Екологія довкілля та безпека життєдіяльності — К.: Знання. — 2002. — №5-6. — C. 71-76.

5. О.М. Шпак, А.Л. Брикс. Типізація водозаборів відносно умов забруднення нафтопродуктами // Екологія довкілля та безпека життєдіяльності. — К.: Знання. — 2003. — №4. — C. 68-75.

6. Е.Н. Шпак, А.Л. Брикс. Условия загрязнения водозаборов нефтепродуктами // Збірник наукових праць ІГН НАН України. — К., 2003. — C. 212–217.

7. Ю.О. Негода, Г.І. Голуб, О.М. Шпак, А.П. Швець. Оцінка впливу військового аеродрому на геологічне середовище // Збірник наукових праць ІГН НАН України. — К., 2003. — C. 205–208.

8. Забруднення підземного середовища легкими нафтопродуктами та визначення захисних властивостей зони аерації / М.С. Огняник, Н.К. Парамонова, А.Л. Брикс, О.М. Шпак, І.М. Запольський, І.С. Гамшеєва. — К.: Знання, 2000. — 68 C.: іл. — Висновки парал. укр., анг. — Бібліогр.: 66 c.

9. Огняник М.С., Парамонова Н.К., Шпак О.М. Забруднення геологічного середовища нафтопродуктами – загроза якості підземних вод України // Вода і водоочисні технології. — 2003. — №3. — C. 63-67.

10. N.S. Ognianik, N.K. Paramonova, E.N. Shpak. Problems of studying groundwater contamination with petroleum products // Role of Interfaces in Environmental Protection (ed. S. Barany). — Kluwer Academic Publishers. — 2003. — P. 471-479.

Тези:

11. Огняник Н.С., Гавловский С.А., Шпак Е.Н. Оценка условий загрязнения нефтепродуктами крупных водозаборов Украины. // Тезисы докладов международной науч.-практ. конференции «Экологические аспекты загрязнения окружающей среды», Київ. — 1996. — C. 25-26.

12. Огняник Н.С., Шпак Е.Н. Влияние нефтяного загрязнения на подземную гидросферу в районе г. Херсона. // Тезисы докладов международной науч.-техн. конференции «Основні напрями забезпечення безпеки населення та стійкості функціонування господарства України при загрозі виникнення природних та техногенних катастроф», Київ. — 1996. — C. 47-48.

13. Огняник М.С., Гавловський С.А., Негода Ю.О., Шпак О.М. Оцінка умов забруднення нафтопродуктами значних водозаборів України. // Тези доповідей конференції «Актуальні проблеми екогеології України», Київ. — 1997. — C. 13-14.

14. А.Л.Брикс, Ю.А.Негода, Е.Н.Шпак. Загрязнение подземной среды нефтепродуктами в зоне действия Херсонского нефтеперерабатывающего завода. // Тезисы докладов международной науч.-практ. конференции «Кризовий та передкризовий стан довкілля як результат техногенного впливу на геологічне середовище і геоморфосферу», Львів. — 1998. — C. 52-53.

15. Брикс А.Л., Шпак О.М. Прогноз розповсюдження забруднення підземних вод нафтопродуктами в долині Нижнього Дніпра (район м. Херсон). // Вісник УБЕНТЗ. Матеріали міжн. наук.-техн. наради “Екологія в нафтогазовій промисловості”, Київ. — 1998. — C. 15-16.

16. Огняник Н.С., Парамонова Н.К., Шпак Е.Н. Проблемы изучения загрязнения подземной среды нефтепродуктами в связи с охраной подземных вод на Украине // Тезисы докладов международной научной конференции «Европа – наш общий дом», Минск. — 1999. — C. 248.

17. Шпак О., Негода Ю. Дослідження процесів забруднення нафтопродуктами підземних вод у районі військового аеродрому (м. Луцьк) за допомогою математичного моделювання // Матеріали наукової конференції геологічного факультету КДУ ім. Тараса Шевченка “Актуальні проблеми геології України ”, Київ. — 2000. — C. 50-51.

18. N.S. Ognianik, N.K. Paramonova, E.N. Shpak. The Estimation of Protective Properties of The Unsaturated Zone Subjected to Groundwater Contamination with Light Hydrocarbons // Abstracts of the 3-rd International Conference on Carpathian Euroregion Ecology “CERECO–2000”, Miskolc, Hungary. — 2000. — P. 6.

19. N.S. Ognianik, N.K. Paramonova, Y.A. Negoda, E.N. Shpak. The Estimation of Protective Properties of The Unsaturated Zone Subjected to Groundwater Contamination with Light Hydrocarbons // Proceedings of the 3-rd Intern. Conference on Carpathian Euroregion Ecology “CERECO–2000”, Miskolc, Hungary. — 2000. — P. 64-67.

20. Огняник Н.С., Негода Ю.А., Швец А.П., Шпак Е.Н. Управление качеством подземных вод с целью их охраны от загрязнения на основе использования постоянно действующих гидрогеологических моделей // Тезисы докладов второй междунар. науч. конф. “Инженерная защита территорий и объектов в связи с развитием опасных геологических процессов”, Ялта. — 2000. — C. 45-48.

21. Огняник М.С., Парамонова Н.К., Шпак О.М. Кількісна оцінка вмісту легких нафтопродуктів у підземному середовищі // Матеріали міжн. наук.-практ. конференції «Техногенна безпека регіонів як умова сталого розвитку України», Яремче. — 2000. — C. 111-113.

22. Огняник Н.С., Парамонова Н.К., Шпак Е.Н. Постановка гидрогеологических исследований с целью оценки воздействия объектов загрязнения легкими нефтепродуктами на подземные воды // Матеріали наук.-практ. конференції «Оцінка впливу об’єктів будівництва на навколишнє середовище. Безпека навколишнього природного, соціального, техногенного середовища », Ялта. — 2001. — C. 38-40.

23. М.С. Огняник, Н.К. Парамонова, Шпак Е.Н., Маторин Е.М. Гидрогеологические исследования для оценки защитных свойств зоны аэрации при проникновении легких нефтепродуктов. // Тезисы докладов междунарной конференции “Новые технологии для очистки нефтезагрязненных вод, почв, переработки и утилизации нефтешламов”, Москва. — 2001. — С. 46-48.

24. Брикс А.Л., Негода Ю.О., Шпак О.М. Застосування імітаційного моделювання з метою дослідження процесу забруднення підземних вод нафтопродуктами та розробки можливих варіантів його локалізації в районі військового аеродрому (м. Луцьк) // Матеріали міжн. наук.-практ. конференції «Екологічна безпека техногенно перевантажених регіонів та раціональне використання надр», Крим. — 2001. — C. 26-27.

25. N.S. Ognianik, N.K. Paramonova, E.N. Shpak. Problems of studying groundwater contamination with petroleum products subject to groundwater protection // Abstracts of the 2-nd International Conference “IAP–2002”, Miskolc, Hungary. — 2002. — P. 36.

26. Bricks, Y. Negoda, E. Shpak. Using computer modelling for predictions of groundwater contamination with petroleum products in the area of Lutsk aerodrome and development of actions to localize contamination // Abstracts of the 2-nd International Conference “Interfaces against pollution” (IAP–2002), Miskolc, Hungary. — 2002. — P. 99.

27. Elena Shpak, Nikolay Ognianik, Andrey Bricks, Yuriy Negoda. Assessment of military airbase impact on the environment // Abstracts of the 4-th International Conference “CERECO– 2003”, Miskolc, Hungary. — 2003. — P. 37.

28. Elena Shpak, Nikolay Ognianik, Yuriy Negoda, Gennadiy Golub. Assessement of military airbase impact on the environment // Proceedings of the 4-th International Conference “CERECO 2003”, Miskolc, Hungary. — 2003. — P. 366-369.

29. Н.С. Огняник, Е.Н. Шпак, Г.И. Голуб, Ю.А. Негода, О.И. Наседкина. Оценка загрязнения подземной среды нефтепродуктами на территории авиабазы // Материалы сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инж. геологии и гидрогеологии “Сергеевские чтения”. 24-25 марта 2003 г., Москва. — C. 342-348.

30. Елена Шпак. Изменение качества подземных вод на водозаборах в условиях нефтяного загрязнения // Материалы сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии “Сергеевские чтения”. 23-24 марта 2004 г., Москва. — C. 316-321.