Дисертаційну роботу присвячено вирішенню важливої науково-прикладної задачі прогнозування використання закритих полігонів твердих побутових відходів в якості основи споруд, що забезпечує раціональне використання природних ресурсів і дотримання норм безпечних впливів та відновлення навколишнього середовища шляхом повторного застосування закритих полігонів твердих побутових відходів в якості основ споруд.
Проаналізовано екологічні наслідки поводження з відходами в Україні та світі, сучасний стан та перспективи використання полігонів твердих побутових відходів (ТПВ). Запропоновано використання оцінки рівня ризиків забруднення навколишнього середовища закритими полігонами ТПВ, проведеного на основі використання методу експертних оцінок, яка передбачає опитування експертів –екологів та обчислення основних чинників впливу на довкілля з метою їх врахування при прогнозуванні можливості повторного використання полігонів. Вагомість обраних критеріїв враховується введенням коефіцієнтів значимості, визначених експертним шляхом. Встановлено, що показниками з найбільшим високим ступенем тяжкості ефектів є вплив атмосферного повітря (парниковий ефект, руйнування озонового шару, деформації поверхні, вплив на дихальні шляхи, небезпека вибуху та пожежі).
Для прогнозування стійкості полігонів ТПВ з метою їх повторного використання в якості основ споруд проведено чисельні експерименти на базі математичного моделювання процесів осідання тіла полігону ТПВ з врахуванням підстилаючого ґрунту. Для моделювання процесу деформування полігону застосувався метод скінченних елементів. Розроблено просторову математичну модель процесу консолідації полігону ТПВ, в якій вперше запропоновано враховувати підстилаючий ґрунт, так як він є одним з основних чинників при формуванні осідання. Розроблено ефективну методику розрахунку осідання полігону і підстилаючого та покриваючого ґрунтів з використанням сучасних моделей: Кулона–Мора для шарів ґрунту і SSC для відходів. Для моделювання процесу осідання полігону застосувався метод скінченних елементів з трикутною сіткою.
В результаті чисельного моделювання встановлено, що при однакових параметрах полігону підстилаючий ґрунтовий шар здійснює значний вплив на величину осадки: чим більш щільний і менш пористий ґрунт, тим менша осадка. Зокрема, якщо ґрунтова основа представлена глиною, то досягається осадка на 23% менше, ніж з піском, і на 14% менше, ніж з суглинком.
Отримано, що кут нахилу схилу полігону значно впливає на його стійкість: зі зменшенням кута відбувається значне зменшення осадки. Так, при зменшенні кута з 75° до 30° осадка зменшується на 5-22% в залежності від типу ґрунтів основи, причому найбільший спад спостерігається у найменш щільного ґрунту (піску), а найбільший – у глини. Отримані аналітичні залежності осідання полігону з різними підстилаючими ґрунтами від кута нахилу схилу.
Встановлено, що полігон в формі прямокутної трапеції менш стійкий, ніж в формі рівносторонньої трапеції. Так, для глинистої основи, загальна деформація збільшилася на 48%, для піщаної основи – на 23% і для суглинку – на 30% (при куті нахилу схилу полігону 15°). Це викликано появою значних горизонтальних деформацій. Чим більше кут нахилу, тим швидше полігон руйнується, зокрема при куті нахилу 30° – через 20 років, при куті 45° – 13 років.
Отримані аналітичні залежності осідання полігону ТПВ з різними підстилаючими ґрунтами від величини статичних і динамічних навантажень у вигляді поліномів другого степеня, які дають можливість здійснювати прогнозування осідання полігонів з метою їх подальшого використання в якості основи споруд різного призначення.
Розроблено методику та комплекс програм для розрахунку осідання тіла полігону на основі математичного моделювання закономірностей осідання полігону ТПВ при динамічних та статичних навантаженнях з врахуванням його взаємодії з ґрунтовою основою, шаруватості підстилаючого ґрунту, геометричних розмірів та форми полігону, яка із застосуванням експертної оцінки ризиків повторного використання територій є науково-методичним підґрунтям для забезпечення сталого соціально-екологічного розвитку та потенціалу держави, збереження та відновлення навколишнього середовища.
Методології оцінки стійкості природно техногенного середовища під дією навантажень різного типу, розроблені в дисертаційній роботі, впроваджено на ТОВ «П’ятий гідротехнічний підводний загін» (м. Київ) при розрахунках стійкості берегоукріплення водних об’єктів на етапі проектування та початку будівництва берегозахисних та гідротехнічних споруд .
Матеріали дисертації впроваджено в учбовому процесі КПІ ім. Ігоря Сікорського в курсах лекцій “Основи екології та наноекологія”, “Екологізація виробництва та «зелені технології», «Стратегія охорони навколишнього середовища».
Ключові слова: екологічна небезпека, методологія оцінки, екологічні ризики, полігони твердих побутових відходів, ґрунтова основа, математичне моделювання.
