Vasiutynska K. Scientific foundations of the indicator-based assessment of natural and technogenic hazards in urbanized areas

Українська версія

Thesis for the degree of Doctor of Science (DSc)

State registration number

0525U000398

Applicant for

Specialization

  • 21.06.01 - Екологічна безпека

10-10-2025

Specialized Academic Board

Д 45.052.05

Kremenchuk Mykhailo Ostrohradskyi National University

Essay

Vasiutynska K.A. Scientific foundations of the indicator-based assessment of natural and technogenic hazards in urbanized areas. –Scientific qualification thesis as manuscript. Dissertation for the doctor of technical sciences degree in specialty 21.06.01 “Environmental safety”. – Mykhailo Ostrohradskyi Kremenchuk National University, Kremenchuk, 2025. The dissertation addresses a pressing scientific and practical issue — the development of scientific and methodological foundations for assessing environmental hazards in the country’s regions depending on the level of urban load, using an indicator-based approach. The study substantiates, for the first time, the concept of ecological urbanisation as a fundamental methodological framework for investigating urban impacts on regional environmental hazards and introduces a corresponding conceptual apparatus. A method has been developed for determining the ecological urbanisation indicator and the eco-demographic urbanisation index, which were used to cluster the regions of Ukraine using the k-means method. The indicator-based method was applied to assess natural and technogenic hazards as well as individual risks to the population. The results revealed an increase in the specific number of technogenic fires and a slower growth of urban fires. A correlation was established between the regional fire hazard coefficient and the eco-demographic urbanisation index. The assessment method for karst risks was further developed, showing that the expansion of open karst areas correlates with the level of ecological urbanisation. The risk analysis method for accident scenarios caused by urban-technogenic impacts and hazardous natural processes at high-risk facilities was improved through the application of geoinformation modelling. An adaptive model for information support in operational decision-making was developed to prevent environmental hazards in the regions. A hydrodynamic model of airflow in the zone of moving vehicles with discrete convergent-divergent barriers was developed. An integral indicator of water resource deficit was proposed, demonstrating the correlation between the levels of ecological urbanisation and regional water use. A strong correlation was established between the indicators of specific urban air pollution load and the index of ecological-demographic urbanisation. A nature-based approach to air pollution mitigation through urban green infrastructure was proposed, demonstrating the relationship between the level of urbanisation and green space deficit. The proposed recommendations include the development of an integrated information technology that implements an end-to-end analytical cycle—from raw data processing to the generation of management recommendations—within the atmospheric air environmental monitoring system. The practical significance of the study has been confirmed by implementation acts in research, practical activities, and the educational process. Keywords: ecological safety of urbanized areas; indicator-based method; ecological urbanization; emergencies; karst; ecological risk; water resource deficit; urban air hazard; geological environment hazard; sustainable urban development; green urban infrastructure.

Research papers

1. Васютинська К., Барбашев С. Індикаторна оцінка впливу урбанізаційного процесу на стан природної та техногенної безпеки в регіонах України. В коллект. моногр. "Sustainable development: environmental protection. Energy saving. Balanced nature management". 2020. Р. 232–255. Lviv: ZUKC LLC, book DOI: 10.23939/book.ecocongress.2020 http://science.lpnu.ua/sites/default/files/attachments/2020/dec/22708/monograph2020.pdf

2. Vasiutynska, K., Barbashev, S. Methodology for Indicator-Based Assessments of Environmental Hazards in Urbanised Areas: A Case Study of Ukrainian Regions. "Urban Agglomeration – Extracting Lessons for Sustainable Development": monograph. IntechOpen, 2024. doi: 10.5772/intechopen.1004771

3. Vasiutynska K., Barbashev S., Smyk S. Іmpact of Urban Land ON the Risks of Karst Processes in the NPP Location Area (on the Example of Rivne NPP). Problems of Atomic Science and Technology. 2023. No 3(145) Р. 120–126. DOI: 10.46813/2023-145-120

4. Butenko O., Vasiutynska K., Smyk S., Karamushko A. Basics of calculation of a two-circuit air purification system for polydisperse dust Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2024. No 2. Р. 113–119 DOI: 10.33271/nvngu/2024-2/113

5. Vasiutynska, K., Arsirii, V., Smyk, S., Makovetska, O. Determination of the design features of roadside air protection barriers of urban motorways using visual diagnostics and computational modelling. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2025. Vol. 2, No 10(134). Р. 25–34. URL: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.326375

6. Vasiutynska, K., Karamushko, A., Butenko, O., Surkov, S., Melnyk, S. Reducing the risk of air pollution in working areas by construction dust using a combined dust collector. Technology Audit and Production Reserves. 2025. Vol. 2, No 3(82). Р. 24–30. DOI: 10.15587/2706-5448.2025.325775

7. Vasiutynska K., Arsirii O., Ivanov O. Development of the method for assessing the action zones of hazards in an emergency at a city filling station using geoinformation technology Technology Audit and Production Reserves. 2017. Vol. 6. No 3(38). P. 29‒38. DOI: 10.15587/2312-8372.2017.119505

8. Vasiutynska K., Smyk S., Ivanov O., Shevchuk I. Visualization of the pool fire action zones with using Mapinfo GIS for the number of filling stations of the Odessa (Ukraine) residential district. Technology Audit and Production Reserves, 2018. Vol. 1. No. 3(39) . р. 30‒40. DOI: 10.15587/2312-8372.2018. 124241

9. Vasutynska K.A., Barbashev S.V. The analysis of the principles and methods evaluation of environmental safety levels in regional context. Odes’kyi Politechnichnyi Universytet. Pratsi, 2017. No 3(53). Р. 114–121. DOI: 10.15276/opu.3.53.2017.1610.15276/opu.3.53.2017.16

10. Butenko, K Vasiutynska, S Smyk Development of double-circuit closed-loop dedusting system for increasing the atmosphere safety level. Proceedings of Odessa Polytechnic University, 2018. Issue 3, No 56. Р. 102–108. DOI: 10.15276/OPU.3.56.2018.11

11. Vasiutynska K. Barbashev S. Analysis of dynamics of man-made fires in conditions of urbanization in Ukraine. Technology Audit and Production Reserves, 2018. Vol. 4, No 3(42). Р. 16‒23. DOI: 10.15587/2312-8372.2018.141376

12. Vasutynska K.A., Barbashev S.V., S. Smyk. Analysis of urbanization impact on the dynamics of emergencies and risks for population in Ukraine. Odes’kyi Politechnichnyi Universytet. Pratsi, 2018. No 2 (55). р. 88–96. DOI: 10.15276/opu.2.55.2018.10

13. Бутенко О.Г., Васютинська К.А., Смик С.Ю. Ймовірнісна модель двоконтурної замкнутої системи очищення аспіраційного повітря. Екологія та промисловість, 2019. №1. С. 29–34

14. Васютинська К.А., Барбашев С.В., Кімінчиджи М.І. Оцінка комплексного показника екологічної урбанізації регіонів України. Екологічні науки. 2020. № 3(30), С. 7–14. DOI: 10.32846/2306-9716/2020.eco.3-30.1

Васютинська К.А., Барбашев С.В., Кімінчиджи М.І. Небезпека створення дефіциту водних ресурсів у регіонах України в умовах урбанізації. Екологічні науки, 2020. Вип. 4(31), С. 42–48. DOI: https://doi.org/10.32846/2306-9716/2020.eco.4-31.6

16. Васютинська К.А., Барбашев С.В. Оцінка ризиків надзвичайних ситуацій в регіонах України під впливом урбанізаційного процесу. Екологічні науки, 2020. № 5(32). С. 51–57. DOI: 10.32846/2306-9716/2020.eco.5-32.8

17. Васютинська К.А. Оцінка показників екосистемних послуг міських зелених зон залежно від урбогенного навантаження регіонів України. Екологічні науки. 2021. Вип. 1(34). С. 36–43. DOI: 10.32846/2306-9716/2021.eco.7-34.7

18. К.А. Васютинська, С.В. Барбашев Вплив чинників урбанізації на забруднення атмосферного середовища в регіонах України. Вісник Кременчуцького національного університету ім. Михайла Остроградського – Кременчук: КрНУ, 2021. Випуск 4/2021(129). с. 83–90. DOI: https://10.30929/1995-0519.2021.4.83-89

19. Васютинська К.А. Оцінка урбогенного навантаження на територію і населення міст України обласного значення від викидів стаціонарних джерел забруднення повітря. Екологічні науки. 2021. Вип. 4(37). С. 102–108. DOI https://doi.org/10.32846/2306-9716/2021.eco.4-37.15

20. Васютинська К.А., Барбашев С.В. Оцінка впливу факторів урбанізації на небезпеку активізації карстових процесів у регіонах України. Геохімія техногенезу, 2021. Вип. 5(33), С. 34 – 41. https://doi.org/10.15407

21. Васютинська К. А. Оцінка впливу чинника урбанізації на параметри техногенних пожеж в регіонах України. Екологічні науки, 2024. № 4(55). С. 7‒15. DOI: 10.32846/2306-9716/2024.eco.4-55.1

22. Є. Арсірій, Є. Васютинська, А. Іванов. Моніторинг даних про техногенну обстановку урбанізованих територій для забезпечення їхнього сталого розвитку. Міжнародний журнал "Стійкий розвиток", 2018. (Варна, Болгарія) № 1/2018. С. 12–17. URL: https://2fddc5f3-ccbb-4e37-ac72-5df360cd417c.filesusr.com/ugd/2f29d0_0ff83b85a749447db7bc0b42849317c0.pdf

23. Vasutynska K. Assignment of the new type of ecological services for providing human safety under conditions of urban environment. EUREKA: Life Sciences. 2018. No 2.р. 9–18. DOI: 10.21303/2504-5695.2018.00598

24. В. Арсірій, О. Бутенко, К. Васютинська, М. Кімінчіджі Удосконалення структури потоків для вирішення енергозберігаючих та природоохоронних завдань. Міжнародний журнал "Стійкий розвиток". 2019. (Варна, Болгарія) № 2/2019. С. 56–60. URL: https://2fddc5f3-ccbb-4e37-ac72-5df360cd417c.filesusr.com/ugd/2f29d0_ccf6f6a2d9c1435383a33ccba6a9a842.pdf

25. Васютинська К.А., Макаров О. В., Жданюк І. В. Просторова модель системи озеленення міста Одеса на основі функціональності зелених рослин. Комп’ютерне моделювання в хімії і технологіях та системах сталого розвитку: збірник наукових статей V міжн. наук.-практ/ конф., 18‒20 травня 2016 року, м. Київ., 2016. С. 231-234. URL: http://kxtp.kpi.ua/common/msct-2016-231-234.pdf. https://ela.kpi.ua/handle/123456789/18455

26. Іванов О. В., Васютинська К. А., Макаров О. В. Моделювання техногенних ризиків з використанням ГІС-технологій. Збірник тез доповідей V Українсько-німецької конференції «Інформатика. Культура. Техніка» (Одеса, Україна). Одеський національний політехнічний університет. 22‒26 травня 2017 р. Одеса: Політехперіодика, 2017. С. 121–122. URL: http://dspace.opu.ua/jspui/handle/123456789/4204

27. Васютинська К.А., Барбашев С.В. Підходи до визначення рівнів екологічної небезпеки регіонів. Екологічна безпека: проблеми і шляхи вирішення: зб. наук. статей ХІІІ Міжн. наук.-практ. конф. м. Харків, 11 ‒ 15 вересня 2017 р. ∕ УКРНДІЕП. Харків: Райдер, 2017. С.59 ‒ 64.

28. Іванов О. В., Арсірій О. О., Васютинська К. А., Смик С. Ю. Метод цифрової обробки даних дистанційного зондування для дослідження динаміки зелених насаджень. Збірник тез доповідей VI Українсько-німецької конференції «Інформатика. Культура. Техніка» (Одеса, Україна). Одеський національний політехнічний університет. 12‒22 вересня 2018 р. Одеса, 2018. С. 64–65

29. Ширшова В.О., Кімінчиджи М.І., Васютинська К.А. Оцінювання потенціалу зелених зон для забезпечення екосистемних послуг в умовах міського середовища. «Техногенно-екологічна безпека України: стан та перспективи розвитку»: Зб. наук. статей VІІІ Всеукраїнської науково-практичній Інтернет-конференції (ТЕБ-2019), (м. Ірпінь, 12 – 20 листопада). Національний університет ДФС України. Ірпінь, 2018. С. 291 – 297. http://ir.nusta.edu.ua/bitstream/doc/3142/1/3365_IR.pdf

30. Васютинська К.А., Барбашев С.В. Визначення особливостей динаміки проявів надзвичайних ситуацій в умовах урбанізаційних процесів. Екологічна безпека: проблеми і шляхи вирішення: зб. наук. статей ХІУ Міжнародної науко-практичної конференції. м. Харків, 10 ‒ 14 вересня 2018 р. УКРНДІЕП. Х.: Райдер, 2018. С.97 ‒ 102

31. Васютинська К.А., Барбашев С.В. Урбанизация и экологическая безопасность: сопряженное взаимодействие и перспективы для природы и человека. Екологічна безпека: проблеми і шляхи вирішення: зб. наук. статей ХІУ Міжнародної науко-практичної конференції. м. Харків, 10 ‒ 14 вересня 2018 р. ∕ УКРНДІЕП. Х.: Райдер, 2018. С.102 ‒ 108

32. Васютинська К.А., Барбашев С.В., Кімінчиджи М.І. Урбогенний характер створення дефіциту водних ресурсів в регіонах України. Екологічна безпека: проблеми і шляхи вирішення: Зб. наук. статей ХУІІ Міжнародної науко-практичної конференції. м. Харків, 09 ‒ 13 вересня 2019 р. Харків: НДУ УНДІЕП, 2019. 90‒97

33. Васютинська К.А., Барбашев С.В., Бутенко О.Г., Сурков С.В. Визначення індикатору урбогенності як комплексного показника стану екологічної безпеки системи «місто – прилеглі території». Проблеми екологічної безпеки: збірник наукових праць XVII міжнародної наук.-техн. Конф., Кременчук, 2−4 жовтня 2019 р. С. 208−212

34. Vasyutinska K., Barbashev S. Individual risks assessment of the population of Ukraine regions during emergencies in urbanization conditions. “Сталий розвиток: захист навколишнього середовища. Енергоощадність. Збалансоване природокористування”: збірник матеріалів 6-й Міжн. конгр. Львів : Західно-Український Консалтинг Центр (ЗУКЦ), ТзОВ, 2020. С.37‒38

35. K Vasiutynska Individual risk assessment of the population of Ukraine regions during emergencies in urbanization conditions. The 6th International congress “Sustainable development: Environmental protection. Energy saving. Sustainable environmental management”. Lviv – 2020. 23‒25 th September 2020. Р. 37

36. Васютинська К.А., Кімінчиджи М.І. Вплив екологічних аспектів урбанізації на специфіку використання водних ресурсів в регіонах України. Екологічна безпека: проблеми і шляхи вирішення: Зб. наук. статей ХVІ Міжн. наук.-практ. конф. м. Харків, 14‒ 8 вересня 2020 р. Харків: Райдер, 2020. С.98‒103

37. Васютинська К.А., Барбашев С.В. Екологічна урбанізація як фактор виникнення надзвичайних ситуацій у регіонах України. Екологічна безпека: проблеми і шляхи вирішення: Зб. наук. статей ХVІ Міжн. наук.-практ. конф. м. Харків, 14‒ 8 вересня 2020 р. Харків: Райдер, 2020. С.90‒97

38. Васютинская Е.А., Барбашев С.В., Скляренко О.В. Визначення впливу урбанізації на екологічні послуги зеленої інфраструктури обласних центрів України. Екологічні проблеми навколишнього середовища та раціонального природокористування в контексті сталого розвитку: зб. наук. статей ІІІ Міжн. наук.-практ. конф. м. Херсон, 22 ‒ 23 жовтня 2020 р. Херсон: «ОЛДІ-ПЛЮС». ,2020. С.108‒112

39. Васютинська К.А., Барбашев С.В., Кімінчиджи М.І. Екологічна оцінка урбогенності регіонів України. «Сталий розвиток – стан та перспективи» Збірник матеріалів ІІ Міжнарордного наукового симпозіуму (Львів – Славське, 12 – 15 лютого 2020 р.) Sustainable Development – state and prospects: Proceedings of the 2 nd International Scientific Symposium SDEV‘2020 (12-15 February 2020, Lviv-Slavske, Ukraine). Lviv, 2020. 1 electronic optical disk (DVD). 22–26

40. Васютинська К.А., Барбашев С.В. Оцінка впливу викидів від стаціонарних джерел міст обласного підпорядкування на небезпеку атмосферного середовища регіонів. Екологічні проблеми навколишнього середовища та раціонального природокористування в контексті сталого розвитку: зб. наук. статей: ХУІІ Міжн. наук.-практ. конф. м. Харків, 13 ‒ 17 вересня 2021 р. Харків: Райдер, 2021. С.70‒75

41. Васютинська К.А., Барбашев С.В. Застосування індикаторних оцінок урбогенного навантаження регіонів в національній системі екологічної безпеки. Екологічна безпека: проблеми і шляхи вирішення: зб. наук. статей ХІХ Міжн. наук.-практ. конф. м. Харків, 15 ‒ 16 вересня 2022р. ∕ УКРНДІЕП. Харків: Райдер, 2022. С.82 ‒ 92

42. Васютинська К.А., Барбашев С.В. Приєднання України до Директив SEVESO та пропозиції щодо змін системи управління небезпеками техногенних аварій. Екологічна безпека: проблеми і шляхи вирішення: зб. наук. статей ХVIII Міжн. наук.-практ. конф. м. Харків, 14 ‒ 15 вересня 2023 р. ∕ УКРНДІЕП. Харків: Райдер, 2023. С.79 ‒ 85

43. Васютинська К.А., Барбашев С.В., Смик С.Ю. Застосування природоорієнтованих рішень для підвищення рівня екологічної безпеки та сталості міст (на прикладі м. Одеса). Міжнародна науково-теоретична та прикладна конференція «Відновлення екосистем, які постраждали внаслідок воєнних дій: українські та європейські виклики»: тези доповідей, м. Київ, 06 листопада 2024 р., Національний авіаційний університет, Київ, 2024. С. 141‒146

44. Васютинська К.А., Барбашев С.В. Напрями модернізації системи екологічної безпеки із врахуванням регіональних особливостей. Екологічна безпека: проблеми і шляхи вирішення: зб. наук. статей ХХ Міжн. наук.-практ. конф. м. Харків, 19 ‒ 20 вересня 2024 р.) ∕ УКРНДІЕП. Харків: Райдер, 2024. С.99 ‒ 107

45. Васютинська К.А. Оцінка асиміляційної здатності міських зелених зон областей України різного рівня еколого-демографічної урбанізації. The 8th International congress “Sustainable development: Environmental protection. Energy saving. Sustainable environmental management”. 16-18 th October 2024, Lviv – 2024. р.58. URL: https://science.lpnu.ua/sites/default/files/attachments/2024/oct/36233/stalyy-rozvytok-zakhyst-navkolyshnoho-seredovyshcha-enerhooshchadnist-20241_1.pdf

Files

Similar theses