Ecology

Наукові дослідження

Основні напрямки досліджень кафедри:

  • фітотехнології для поліпшення якості води та повітря в містах та сільській місцевості;
  • альтернативні технології питного водопостачання;
  • альтернативні джерела енергії та енерго- і ресурсо-ефективність виробництва та комунального господарства;
  • міжнародна екологічна експертиза по системам VEJA, SEA;
  • ландшафтна екологія міст, збереження біологічного різноманіття й оптимізація регіональної екологічної мережі;
  • математичне моделювання складних природно-соціальних екологічних систем.

Пріоритетний напрямок наукової діяльності – розробка і втілення в практику низьковитратної енергозберігаючої фітотехнології захисту поверхневих вод (зокрема, малих річок), яка в Україні дістала назву «біоплато», від забруднення і забезпечення умов для їх відтворення. Низка споруд «біоплато», що спроектовані співробітниками кафедри, успішно працює в Україні (дана технологія була відзначена Державною премією у галузі науки і техніки) і за кордоном (Росія, Фінляндія, Німеччина, Ізраїль).

 

spring Biopl1

voda Biopl

Кафедра проводить дослідження в галузі екологічного аудиту, екологічної експертизи. Спеціалістів кафедри постійно запрошують в експертні групи для проведення оцінки впливу різноманітних технологій та споруд на довкілля та стратегічної екологічної оцінки розвитку регіонів.

Так, у 2003 р. кафедрою була розроблена державна програма захисту річок та водосховищ України від розосереджених джерел забруднення, розроблена нормативна документація в галузі охорони водних об'єктів.

Кафедра інженерної екології та екологічної безпеки міст надає рекомендації місцевій владі щодо поліпшення якості міських річок і водоймищ.

Кафедра надає науково-технічну допомогу підприємствам і державним органам охорони навколишнього природного середовища з питань захисту довкілля, зокрема, впровадження технологій та споруд з очищення і доочищення стічних вод.

Постійною практикою кафедри є залучення студентів до виконання науково-дослідних та проектних робіт. Крім професійного досвіду студенти отримують можливість підготовити свої дипломні проекти магістрів та спеціалістів на матеріалах реальних проектів в галузях інженерії та охорони довкілля.

НАУКОВІ РОЗРОБКИ КАФЕДРИ ІНЖЕНЕРНОЇ ЕКОЛОГІЇ МІСТ

Стратегії

Розроблено методику порівняльної оцінки тенденцій щодо сталого розвитку міст та регіонів, яка включає 26 критеріїв, згрупованих за економічними, демографічними, екологічними, ландшафтно-екосистемними, біологічними, соціальними, культурними і політичними ознаками. Кожен критерій на підставі експертних оцінок наявного фактичного матеріалу отримує цілий бал від –3 до +3, де “–” означає тенденцію розвитку у протилежний сталості бік, а “+” – тенденцію сталого розвитку. Методику було апробовано на прикладі 10 міст Центральної та Східної Європи. Між показниками за критеріями економічної і демографічної, економічної і екологічної, екологічної і біологічної груп встановлено достовірну позитивну парну кореляцію (Вергелес Ю.І.).

Глобальні оцінки

В рамках проекту ООН (UNEP) із глобальної оцінки міжнародних вод GIWA здійснено всеосяжну комплексну оцінку міжнародних вод у різних регіонах планети. Кафедра була визначена як координатор проекту для Чорного, Каспійського та Аральського морів. Досліджено основні проблеми транскордонних вод (включаючи морські, прибережні та прісноводні області, поверхневі та ґрунтові води), їх екологічні та соціально-економічні наслідки. Визначено прогалини в знаннях, які перешкоджають сталому управлінню міжнародними водами (Стольберг Ф.В., Бараннік В.О., Борисова О.Б., Пономаренко Є.Г.).

В рамках проекту IREX (США) “Стратегія відновлення екосистем Чорного і Каспійського морів” здійснено аналіз сучасного стану екосистем, розроблено модель санації морів, спрогнозовано процеси деградації зазначених морських екосистем (Стольберг Ф.В., Бараннік В.О., Борисова О.Б., Пономаренко Є.Г.).

Моделювання

Розроблені моделі та алгоритми розрахунку вітрових течій та переносу домішок у прибережних районах глибоких водоймищ (озера, моря). Ці моделі знайшли практичне застосування у дослідженнях процесів формування якості води у прибережних смугах озер Онтаріо та Байкал, а також у методиках оцінки впливу скидів стічних вод на якість морських вод для визначення нормативів ГДС. Розроблена модель переносу нафтопродуктів від тривалого зосередженого джерела у прибережній смузі моря, яка застосована для моделювання наслідків аварійного розливу мазута від затонулого танкера у Керченській протоці Чорного моря (Бараннік В.О.).

Системний аналіз довкілля

Розроблено метод порівняльного аналізу (ранжування) альтернатив за кількома індикаторами корисності із застосуванням методу головних компонент на стадії розрізнення альтернатив для підвищення стабільності ранжування.

Розроблено непараметричний метод розрахунку функції розподілу імовірностей середнього (математичного очікування) фізичної величини за даними випадкової вибірки її вимірювань (Бараннік В.О.).

Моніторинг довкілля

Вперше для України застосовано методики пасивного моніторингу забруднювачів, що надходять внаслідок антропогенної діяльності до водного середовища у мікродозах та мають встановлені негативні або ще невизначені ефекти на біоту – рідкісноземельні метали, фармацевтичні препарати та продукти їх біохімічної трансформації, алкілфеноли. На прикладі модельних водних об'єктів – річок Лопань та Уди – показано, що найбільший внесок по цих забруднювачах роблять комплекси з біологічного очищення стічних вод, а також поверхневий стік як у міській, так і сільській місцевості. Розроблено балансові моделі для вказаних мікро-забруднювачів із врахуванням сезону, витрат річкового стоку, вмісту у донних відкладах, обсягу скидів стічних господарсько-побутових стічних вод, а також транскордонного переносу, структури господарської діяльності і соціально-демографічних характеристик територій річкових басейнів. Порівняльні дослідження проведені у Франції в регіоні Бордо (Виставна Ю.Ю., Вергелес Ю.І., Дядін Д.В., Серветник М.А., в рамках українсько-французького співробітництва в галузі науки, програма “Дніпро”).

Біоплато

Фахівці кафедри спільно з колегами із Німеччини, Нідерландів, Фінляндії, Швеції та Естонії розробили новий тип очисних споруд для малих населених пунктів, невеликих підприємств, окремих котеджів, що розміщені у сільській місцевості, який базується на використанні екосистемних механізмів природних водних об'єктів. Основна ідея запропонованої технології, яка в Україні отримала назву “біоплато”, полягає у фільтрації стічних вод через зарості вищої водної рослинності: різноманітні домішки, зокрема азот і фосфор, якими багаті стічні води населених міст і поверхневий стік сельбищної території, виступають в якості поживних речовин для вищих водних рослин (макрофітів) - очерету, рогозу комишу, аїру, осік та ін. Крім того, в екосистемах біоплато інтенсивно проходять процеси деструкції органічних речовин, фенолів, нафтопродуктів та ін.

Головна перевага фітотехнологій - низька вартість, відсутність потреби в електроенергії, відсутність необхідності хлорувати очищену воду перед її скидом до водного об'єкту, простота будівництва і майже повна відсутність необхідності в утриманні експлуатаційного персоналу.

Основним недоліком технології є потреба в значній території порівняно з традиційними спорудами біологічної очистки з застосуванням аеротенків, біофільтрів і т.п., які, як правило, розміщуються на невеликих площах (Стольберг Ф.В., Ладиженський В.М., Вергелес Ю.І., Іщенко А.В., Яковлєв В.В.).

Гідробіологія

Досліджено структуру фітопланктону антропогенно трансформованих річок Лопань та Уди в комплексі з гідрохімічним моніторингом з метою екологічної індикації стану водних об'єктів міста. Отримані дані щодо складу, видового багатства та структури угруповань водоростей у сезонних аспектах порівняно із даними проф. О.А. Коршикова, що відображали гідробіологічну ситуацію

у 1920-1930-ті рр. Показано, що протягом майже сторіччя інтенсивної урбанізації та індустріалізації в харківських річках скоротилось видове багатство та зменшилось функціональне різноманіття фітопланктону із стійким домінуванням діатомових, евгленових водоростей та ціанобактерій. Водночас не виявлено значущих змін сапробності досліджених річок, що свідчить про істотний рівень антропогенного перетворення річок м. Харків вже на початку ХХ ст. (Шатровський О.Г., Солєйкіна А.К.).

Гідротехніка

Штучні водойми м. Харків розміщені на територіях, які обмежені кільцевою дорогою, на входах річок до міста: в руслі р. Уди - Ново-Баварське водоймище, водойми ТЕЦ-5; р. Лопань - Олексіївське водоймище, на її притоках - Лозовеньківське водосховище й Олексіївська водойма; р. Харків - Журавлівська водойма; р. Немишля - Немишлянська водойма та ставок сел. Кулинині. Показано, що штучні водоймища міст можна використовувати як горизонтальні відстійники і таким чином захищати річки в центрі міста від замулювання. Також вони позитивно впливають на мікроклімат міста, а особливо на такий важливий для здоров’я людини фактор, як відносна вологість повітря. Річки на території міста зарегульовані сімома греблями, що дозволяє пропускати повені 0,1% забезпеченості без затоплення прилеглих забудованих кварталів(Саратов І.Ю.).

Екологічна мережа

Розроблено біоцентрично-мережеву модель урбанізованих ландшафтів, елементами структури яких є (1) біоцентри – природні, антропогенно-природні, або навіть штучні ландшафтні “ядра”, що відрізняються від урочищ ландшафтної матриці, в якій вони існують, та забезпечують підтримання біологічного та функціонально-екологічного різноманіття урбоекосистеми, та (2) біокоридори – ландшафтні ділянки (урочища), типологічно подібні до ландшафтів біоцентрів, що пов'язують біоцентри між собою, створюючи первинну екологічну мережу. Модель дозволяє аналізувати і прогнозувати крайові ефекти в ізольованих екологічних угрупованнях, переміщення видів рослин і тварин по екологічній мережі та матриці, проектувати природоохоронні території для збереження популяцій видів з особливим статусом, а також пропонувати заходи щодо контролю небажаних інвазійних видів рослин і тварин в урбоекосистемі (Вергелес Ю.І., Басос Н.Ю.).

Досліджено розповсюдження омели білої (Viscum album L.) - виду-напівпаразиту деревних порід, по території м. Харків, яке показує, що нині вид поширюється у північно-східному напрямку, біокоридорами при цьому виступають прибережні насадження та насадження вздовж автомагістралей та залізниць. Розроблено модель динаміки чисельності популяції омели білої на урбанізованій території, яка знайшла практичне застосування при розробці рекомендацій по управлінню розповсюдженням популяції омели в межах міста (Бараннік В.О., Вергелес Ю.І., Рибалка І.О.).

Запропоновано методологію та методики оцінки оптимальності екологічних мереж, що включають в себе природоохоронні території різних рангів Методика включає отримання індексу екологічної цінності для кожного з об'єктів ПЗФ, що входять до мережі, складовими якого, із різними важелями, є (1) унікальність, (2) репрезентативність, (3) рівень біологічного (таксономічного) різноманіття, (4) рівень екологічної складності (комбінація довжини трофічних ланцюгів та гемеробності). За результатами ординації досліджених об'єктів ПЗФ по осях екологічної цінності та ступеню ризику щодо їх збереження створюються регіональні та національні програми і плани дій стосовно забезпечення високоефективного збереження ландшафтних комплексів та біологічного різноманіття (Вергелес Ю.І., Шляхова Т.М.).

Рекреація

Розроблено методику екологічного аудиту міських територій, яка базується на систематичному експертному аналізі та оцінці екологічних характеристик елементів міської інфраструктури, визначенні відповідності землекористування існуючим правовим і нормативним документам, визначенні і ранжуванні екологічних аспектів, дозволяє вдосконалювати екологічне зонування сельбищних територій, та аналізувати коадаптивні властивості ділянок сельбищних територій, розробляти рекомендації щодо сталого розвитку територій. У даний час проводиться розробка та апробація методики для міських територій рекреаційного призначення. Розроблено підходи до екологічної класифікації рекреаційних об'єктів, способів визначення загальних і специфічних екологічних аспектів (Пономаренко Є.Г., Зайченко О.М.).

Атмосферне повітря

Досліджено внесок основних підприємств комунального господарства м. Харків у забруднення атмосфери міста. Виконано розрахунки вкладу підприємств у значення максимальних концентрацій по постах спостереження в місті. Дослідженно моделі розповсюдження домішок в атмосфері, які використовуються для вирішення завдань аналізу та прогнозу забруднення атмосферного повітря, затверджених на державному рівні для практичного використання: емпірико-статистична модель Паскуілла-Гіффорда (модель МАГАТЕ, міжнародний стандарт) і емпірична модель ОНД-86 (ГГО ім. А. І. Воєйкова): порівняльний аналіз моделей виконано на прикладі розрахунку розсіювання викидів від основних джерел Зміївської ТЕС. Для основного джерела забруднення атмосфери Харківської області - Зміївської ТЕС (66% всіх викидів по області) запропоновані схеми очищення: мокра і мокро-суха - для зниження викидів діоксиду сірки; селективне каталітичне відновлення - для оксидів азоту. Згідно з результатами розрахунків розсіювання домішок в атмосфері, реалізація запропонованих схем дозволить знизити концентрацію забруднюючих речовин на 80-90% (Бекетов В.Є., Мисак І.Г.)

Проведений аналіз здатності до накопичення мікроелементів листям волоського горіха (Juglans regia) та здатності до очищення атмосфери від свинцю, сторонцію та цинку Встановлено можливість застосування листя горіха в якості інструменту моніторингу довкілля (Свіренко Л.П., Хандогіна О.В.).

Чиста питна вода

Розроблено комплексні рекомендації з поліпшення якості колодязних та джерельних вод на урбанізованих територіях для гарантування їхнього безпечного використання населенням у питних цілях. Підготовлено пакет документів щодо прийняття джерел міста на баланс територіальної громади (Дмитренко Т.В., Яковлєв В.В.).

Експериментально визначена здатність подрібненої термічно необробленої шкаралупи волоського горіха (Juglans regia) адсорбувати нафтопродукти як з водної поверхні, так і з водно-масляної суміші. Встановлено, що зі зменшенням часток шкаралупи зростає здатність до поглинання. Дослідження показали здатність до вибіркової адсорбції в залежності від молекулярної структури вуглеводнів. Результати довели потенційну можливість використання адсорбентів, виготовлених із необробленої шкаралупи для видалення нафтопродуктів з води (Хандогіна О.В., Бараннік В.О., Свіренко Л.П.).

Підтоплення

Досліджено склад та структуру рослинних угруповань підтоплених ділянок м. Харків з метою екологічної індикації процесів підтоплення. Показано, що в умовах України найкращим індикатором підтоплення є очерет (Phragmites australis), який зростає не тільки на ділянках, що за класифікацією, прийнятою у будівництві, відносяться до підтоплених, але й на таких, що є тільки потенційно підтопленими (з рівнем ґрунтових вод від 2,5 до 5 м від земної поверхні) (Свіренко Л.П., Яковлєв В.В., Вергелес Ю.І.).

Побудовано карту підтоплення території в районі Нова Баварія (в якості індикатора високого рівня грунтових вод використано очерет звичайний (Phragmites australis)). Для зниження рівня грунтових вод до нормативних позначок зроблено розрахунок відкритого дренажу (Рибалка І.О., Дядін Д.В.).

Фіторемедіація

Визначено види рослин (дерева, чагарники, вища водна рослинність), які мають високий рівень транспірації та можуть використовуватися для зменшення рівня підтоплення - біодренаж території (Саратов І.Ю., Чебанов О.Ю., Конопля І.О.).

Насадження

Досліджено склад, структуру та санітарний стан насаджень всіх типів в м. Харків на підставі комбінації методик оцінки санітарного стану лісових насаджень, розробленої УкрНДІЛГА, та моніторингу здоров'я лісів, розробленої Службою лісів Департаменту сільського господарства США, адаптованих до умов міста. Створено множинні регресійні моделі залежності санітарного стану основних видів дерев міських насаджень від їх віку, а також рівнів забруднення атмосфери (за даними Держгідрометеослужби), забруднення ґрунтів (за даними Харківської комплексної геологічної партії), та підтоплення територій (за даними УкрСхідДНТІІВ та НДІ Укрводгео). Значущість вказаних факторів є різною для різних видів. Інтегральний показник санітарного стану насаджень є незалежним від рівня їх екологічного різноманіття (Вергелес Ю.І., Вишневецький О.Г.).

Об’єкти природно-заповідного фонду

Запропоновано методику функціонального зонування та оптимізації просторової структури об'єктів ПЗФ, що водночас є науковими колекціями та/або закладами культури. В основу покладено детальний аналіз землекористування та встановлення природоохоронної цінності різних функціональних зон, що передбачені чинним законодавством України для таких територій, на підставі експертного оцінювання наявних даних стосовно багатства та відтворюваності наукових колекцій.

Заходи з оптимізації просторової структури таких об'єктів, як зоологічні парки та ботанічні сади (дендропарки), задля забезпечення їх сталого функціонування пропонуються в контексті ландшафтно-екологічних досліджень та ландшафтно-архітектурного проектування урбанізованих територій (Вергелес Ю.І., Спірін О.І., Шатровський О.Г.).

Утилізація відходів

Розроблено науково-технічні рекомендації з напрямків утилізації золи - відходу від спалювання мулового осаду Комплексів біологічної очистки “Безлюдівський” і біологічної очистки “Диканівський” КП “ХарківВодоканал” (Свіренко Л.П., Хандогіна О.В., Чайка А.С., Кохан С.І.).

Житло

Досліджено вплив сучасних будівельних та оздоблювальних матеріалів на стан внутрішнього середовища та життєвого простору людини у об'єктах громадського будівництва непромислового призначення. Ця тематика отримала неабияку зацікавленість з боку підприємств із виробництва будівельних матеріалів, архітектурно-проектних бюро. Дослідження перетворилося на успішний бізнес-проект із екологічного консалтингу (Смородінова І.А., Стольберг Ф.В.).

Екологічна експертиза матеріалів

Незалежна екологічна експертиза об'єктів будівництва та нерухомості, яка складається з таких блоків:

  • Якість повітря закритих приміщень
  • Якість питної води
  • Радіологічний стан (гамма-випромінювання, радон)
  • Шумове та вібраційне забруднення помешкань та офісних приміщень
  • Оцінювання якості будівельних та оздоблювальних матеріалів виходячи з перспективи їх комплексного впливу на мікроклімат приміщення

Консультування населення, установ та організацій щодо екологіних аспектів будівництва та розробка рекомендацій щодо поліпшення якості свого життєвого простору та мінімізації впливу на довкілля (Смородінова І.А.).

Альтернативна енергетика

На прикладі м. Харків проведено попередній аналіз альтернативних джерел енергії, які утворюються у комунальному господарстві України, але у повній мірі не використовуються, зокрема: багаті органічними речовинами тверді відходи і фільтрат із звалищ та полігонів, де вони складуються; муловий осад від біологічної очистки міських стічних вод; великогабаритні відходи деревини, що мають перероблятися окремо від загальної маси міських твердих відходів; відходи зеленого господарства міста, в тому числі листовий і деревний опад. Груба оцінка загального обсягу енергії, який може бути отриманий в результаті утилізації в м. Харків біогазу та біомаси, показала, що тільки за рахунок цих відновлюваних джерел енергії можливо забезпечення близько 15-20% щорічного споживання (Свіренко Л.П., Вергелес Ю.І., Тугай О.І.).

Проведено аналіз енергетичного балансу Харківської області України та зроблено оцінку потреби сільських регіонів Харківської області в альтернативних джерелах енергії для покриття наявного дефіциту. Зроблено якісні та кількісні оцінки щодо наявних ресурсів тих чи інших видів відновлюваних джерел енергії (ВДЕ) в районах Харківської області та порівняльний аналіз рекомендованих альтернативних джерел енергії для сільських районів Харківської області з їх економічною оцінкою. Розроблено мапу розподілення Харківської області на регіони за принципом можливості застосування ВДЕ для вироблення енергії (Галетич І.К.).

Ви тут: Home Діяльність кафедри Наукові дослідження