Проблеми водопостачання, водовідведення та гідравліки

ПОРІВНЯЛЬНИЙ АНАЛІЗ ЕМПІРИЧНИХ МЕТОДІВ ПРОГНОЗУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ ВІТРОВИХ ХВИЛЬ НА ПРИКЛАДІ МАЛОГО ГІРСЬКОГО ВОДОСХОВИЩА

Світлана Величко — 2026-03-31

Прогнозування параметрів вітрових хвиль у водосховищах є критично важливим компонентом проектування земляних гребель, оскільки дія хвиль безпосередньо впливає на стійкість укосу, його висоту та безпеку споруди. В Україні практика розрахунку параметрів хвилі базується на емпіричних залежностях, розроблених кілька десятиліть тому. Це дослідження має на меті оцінити та порівняти емпіричні методи визначення висоти, періоду та довжини хвилі, що діють в Україні та за кордоном CEM, SPM, ASABE та STN. Аналіз було проведено для сухої гірської ємності на річці Іршава (Україна) з урахуванням вітрових умов та геометрії водосховища, характерних для конкретної ділянки. Результати показують, що різні методологічні підходи призводять до значних варіацій у прогнозованих параметрах хвиль. Найнижча висота хвилі 1% забезпеченості була отримана за допомогою методу CEM, тоді як найвище значення було отримано методом ASABE. Чинний український стандарт дав проміжне значення 0,84 м, що близько відповідає результатам ASABE. Було виявлено, що методи, розроблені для внутрішніх водосховищ (СНиП, ASABE) прогнозують вищу висоту хвиль порівняно з методами, що базуються на відкритих прибережних системах (CEM, SPM). Ці відмінності впливають на розрахований накат та нагон хвилі, що є важливим для визначення висоти гребня греблі. Дослідження підтверджує, що, незважаючи на все ширше використання числових хвильових моделей, емпіричні методи залишаються практичними та надійними інструментами для інженерного проектування, особливо для малих та середніх водосховищ.

МОДЕЛЮВАННЯ КІНЕТИКИ ЗНЕВОДНЕННЯ ОСАДІВ СТІЧНИХ ВОД МЕТОДОМ РОЗМІРНОСТЕЙ

Орест Вербовський — 2026-03-31

Зі зростанням населення, розвитком промислового будівництва та прискоренням урбанізації утворення стічних вод щорічно зростає. Так само зростає й кількість осадів стічних вод, зокрема й тих, які містять значну кількість важких металів, патогенів та бактерій. Високий вміст вологи в муніципальних осадах стічних вод створює величезні труднощі для їх безпечної утилізації та подальшого використання. У країнах Євросоюзу складування осадів стічних вод є забороненим. Тому осади вже не нагромаджують на мулових майданчиках, шламонагромаджувачах, відвалах тощо, як це роблять у нашій країні. Отже, виникає необхідність зміни існуючого методу управління цими осадами. Математичне моделювання кінетики зневоднення осадів стічних вод методом розмірностей дозволило отримати функціональну залежність з чисел подібності. Ці числа подібності мають фізичний сенс як співвідношення сил або є аналогами критеріїв подібності. Підтверджено аналогію з фільтрацією при дослідженні компресійно-фільтраційних властивостей суміші осадів стічних вод з Львівських каналізаційних очисних споруд.

ОЦІНКА ВПЛИВУ ВОЄННИХ ДІЙ НА ВОДНІ ЕКОСИСТЕМИ

Олена Жукова — 2026-03-31

У статті досліджено комплексний і кумулятивний вплив військових дій на стан водних екосистем України в умовах тривалого збройного конфлікту та постійного антропогенного навантаження. Розглянуто основні механізми забруднення водних об’єктів токсичними компонентами вибухових речовин, важкими металами та продуктами деградації боєприпасів. Показано, що, потрапляючи у водне середовище, ці речовини формують стійкі ксенобіотики, які накопичуються у трофічних ланцюгах, порушують обмінні процеси гідробіонтів і знижують природний потенціал самоочищення водойм. На основі результатів багаторічних польових моніторингових досліджень ділянки р. Дніпро в межах урбоекосистеми м. Києва (річковий профіль 922–825 км) виконано просторовий аналіз динаміки гідрохімічних і гідробіологічних показників. Встановлено виражене погіршення екологічного стану водної екосистеми вниз за течією в межах урбанізованого профілю, максимальне – у зоні впливу скидів Бортницької станції аерації. Це проявляється у зниженні вмісту розчиненого кисню, зростанні органічного та біогенного навантаження, а також перевищенні нормативів за вмістом амонійного азоту. Додатково зафіксовано скорочення видового різноманіття фітопланктону з домінуванням толерантних до забруднення ціанобактерій, зокрема токсикогенного виду Microcystis aeruginosa. Розраховані індикатори, зокрема інтегральний індекс техноємності та індекс інтенсивності внутрішньоводоймних процесів, дали змогу кількісно оцінити кумулятивний характер деградації річкової екосистеми та зниження її асиміляційної здатності. За результатами дослідження запропоновано систему параметрів для оцінки структурно-екологічної трансформації водотоків, класифікацію основних факторів кумулятивного впливу та поетапну модель відновлення деградованих водних екосистем. Запропонований науково-методичний підхід має практичне значення для вдосконалення екологічного моніторингу, оцінки екологічних ризиків, обґрунтування пріоритетних природоохоронних рішень і планування заходів повоєнної реабілітації водних ресурсів.

ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ВЕКТОРУ СИЛИ ГІДРОСТАТИЧНОГО ТИСКУ НА ПЛОСКУ ТРИКУТНУ ПОВЕРХНЮ МЕТОДОМ ТРЬОХ КОМАНД К123

Юрій Копаниця — 2026-03-31

Розвиток сучасних мікропроцесорних технології й існування портів систем комп’ютерної математики для мобільної платформи дозволяють проводити навчальні, наукові та прикладні розрахунки та обчислювальні експерименти без обмежень на складність.

На основі авторського «Методу трьох команд К123» © Копаниця Ю. Д. розроблено універсальні формули визначення параметрів вектору сили гідростатичного тиску на плоску трикутну поверхню. Формули базуються на шести незалежних параметрах, які впливають на характеристики вектору сили тиску та дозволяють реалізувати обчислювальні експерименти та проводити візуалізацію результатів розрахунків на прикладів використання системи комп’ютерної математики з відкритим кодом CAS MAXIMA.

Представлено приклади візуалізації результатів розрахунків у вигляді дво- та три-вимірних спектрів 7-вимірної функціональної залежності сили гідростатичного тиску від шести незалежних параметрів. Досліджено вплив розмірів поверхні, густини рідини, прошарку рідини над вершиною трикутної поверхні та наявності манометричного або вакуумметричного тиску на вільній поверхні рідини за умови, що всі параметри можуть бути змінними величинами.

Наведено приклади аналітичного розрахунку для різних варіантів наборів вихідних даних та показано зв’язок із результатами дво- та три-вимірної візуалізації графічного рішення в системі CAS MAXIMA.

За універсальними функціональними залежностями ми маємо можливість моделювати різні умови задачі: змінна висота та ширина поверхні, густина рідини, наявність прошарку рідини, додатковий вакуумметричний або манометричний тиск на вільній поверхні рідини. Запропоновані універсальні функціональні залежності дозволяють в системах комп’ютерної математики або електронних таблицях отримати інтегральну криву й дослідити сумісний вплив означених змінних параметрів та вирішувати задачі і графічно, і аналітично.

Універсальні функціональні залежності визначення параметрів рівнодійної сили гідростатичного тиску на плоску вертикальну трикутну поверхню враховують всі незалежні існуючи змінні фактори, а єдиний універсальний алгоритм суттєво спрощує реалізацію розрахунків на комп’ютері.

Розроблено веб інтерфейс з відкритим доступом до клієнт-серверних розрахунків на базі запропонованої моделі за посиланням https://www.k123.org.ua/en/jestri.html.

ОСОБЛИВОСТІ РОБОТИ НАПІРНИХ ЗБІРНИХ ДРЕНАЖНИХ ТРУБОПРОВОДІВ ЗМІННОГО ДІАМЕТРА ЗА НАЯВНОСТІ ТРАНЗИТНОЇ ВИТРАТИ

Олександр Кравчук — 2026-03-31

У представленій роботі розглянуто особливості руху рідини в напірному збірному дренажному трубопроводі змінного (зростаючого) за довжиною діаметра, який працює за наявності транзитної витрати. Вважається, що досліджуваний трубопровід прокладено горизонтально та за наявності горизонтального рівня ґрунтових вод. Також прийнято, що рідина з навколишнього ґрунту надходить до збірника через його бічну поверхню за всією довжиною, тобто приєднання рідини до основного потоку в трубі відбувається безперервно у фільтраційному режимі. Для опису зазначеного руху використано систему диференційних рівнянь, яка складається з рівняння гідравліки змінної маси та модифікованого рівняння фільтрації. Загалом характер зміни величини діаметра за довжиною збірної дрени залежить від закону зміни приєднуваної витрати вздовж шляху. В даному випадку з метою опису закону зміни площі перерізу дрени (діаметра) застосовано варіант забезпечення постійної величини середньої швидкості в перерізах за довжиною дренажного трубопроводу. Під час аналізу вихідного диференційного рівняння руху рідини зі змінною витратою аргументовано прийнято, що втратами напору, пов’язаними з ефектом приєднання рідини вздовж шляху у фільтраційному режимі і відносно великою довжиною трубопроводу, без суттєвої похибки можна знехтувати. Введено до розгляду поняття умовного нескінченно довгого напірного збірного дренажного трубопроводу, який також можна розглядати як трубопровід конкретної обмеженої довжини, але з нескінченною просякненістю бічних стінок. Особливістю роботи таких труб є те, що на їх початкових ділянках можна приймати перепад напорів, під дією якого відбувається втікання рідини з навколишнього простору в трубопровід, і, відповідно, надходження рідини у збірник близьким до нуля (z_п → 0, dQ/dx → 0). На основі проведеного аналізу отримано досить прості та зручні аналітичні залежності для розрахунку розглянутих трубопроводів.

ІНТЕГРАЛЬНА ОЦІНКА ТЕХНОГЕННОГО РИЗИКУ СИСТЕМ ВОДОПОСТАЧАННЯ ТЕПЛОЕНЕРГЕТИЧНИХ ПІДПРИЄМСТВ В УМОВАХ ВОЄННИХ ЗАГРОЗ

Інга Уряднікова — 2026-03-31

В умовах зростаючої нестабільності та підвищеної небезпеки для об’єктів критичної інфраструктури особливої актуальності набувають питання управління техногенними ризиками систем водопостачання теплоенергетичних підприємств. Порушення їх функціонування внаслідок техногенних аварій, природних впливів та воєнних загроз може призводити до значних економічних, екологічних і соціальних наслідків, що зумовлює необхідність переходу від локального реагування на аварійні та воєнні впливи до інтегрованої оцінки та управління техногенними ризиками. Аналіз сучасних аварійних ситуацій і пошкоджень інфраструктури свідчить, що ризик формується як результат взаємодії ймовірності небезпечних подій, тяжкості їхніх наслідків та рівня підготовленості системи до протидії таким загрозам. З метою підвищення ефективності управління техногенними ризиками у роботі розроблено математичний підхід, що інтегрує оцінку ймовірності подій, тяжкості наслідків та ефективності управлінських заходів з урахуванням синергетичного ефекту їх одночасного застосування. У межах дослідження сформовано модель інтегрального техногенного ризику, яка дозволяє кількісно оцінювати вплив окремих техногенних і воєнних загроз на функціонування систем водопостачання теплоенергетичних підприємств та визначати оптимальний набір заходів для мінімізації ризику за умов обмежених ресурсів. Аналіз результатів моделювання показав, що: 1) запропонований підхід дозволяє кількісно враховувати тяжкість наслідків аварійних та воєнних подій, що істотно підвищує об’єктивність оцінки інтегрального ризику; 2) введення показника ефективності управлінських заходів забезпечує можливість оцінки їх впливу на зниження ризику та порівняння альтернативних стратегій управління; 3) модель дозволяє ідентифікувати критичні елементи системи водопостачання, найбільш уразливі до техногенних та воєнних загроз, що забезпечує пріоритетність їх захисту та зміцнення; 4) застосування методів оптимізації створює підґрунтя для обґрунтованого розподілу ресурсів і підвищення стійкості систем у кризових умовах; 5) запропонований підхід формує основу для розробки стратегій підвищення безпеки та надійності систем водопостачання теплоенергетичних підприємств, спрямованих на зменшення негативних наслідків техногенних аварій і воєнних загроз та забезпечення сталого функціонування критичної інфраструктури в умовах високої невизначеності.

БУДІВНИЦТВО СИСТЕМ РОЗДІЛЬНОЇ КАНАЛІЗАЦІЇ ТА ОЧИСНИХ СПОРУД: СУЧАСНІ ПРОЄКТНІ РІШЕННЯ

Ірина Чушкіна — 2026-03-31

У зв’язку з модернізацією систем водовідведення та впровадженням сучасних технологій очищення стічних вод в Україні, метою дослідження є розробка та коригування проєкту будівництва систем роздільної каналізації та комплексних очисних споруд потужністю 40 м³/добу в с. Новолатівка Дніпропетровської області. Проєкт враховує сучасні технічні, санітарно-гігієнічні, екологічні та будівельні норми. В рамках коригування передбачено зміну технології очищення стічних вод, заміну технологічного обладнання «Біолайн» на «Біобокс» та відмову від полів фільтрації із відведенням очищених стоків у річку Інгулець. Проєкт охоплює виконання земляних, монтажних, електромонтажних робіт, влаштування огороджень та благоустрій території.

Розроблені техніко-технологічні рішення передбачають механічне, біологічне та хімічне очищення стічних вод, контроль їх якості та облік витрат води. Використання блочно-модульних очисних споруд «Біобокс» забезпечує 98 % очищення (знезараження) бактерій та безпечне відведення очищених стоків у природні водойми при дотриманні санітарно-захисної зони 100 м. Обґрунтовано надійне електропостачання, захист від промерзання трубопроводів, водозниження при високому рівні ґрунтових вод, а також контроль і технічне обслуговування споруд. Реалізація проєкту дозволяє покращити санітарно-епідеміологічний та екологічний стан району, забезпечити надійну та безпечну експлуатацію споруд протягом розрахункового періоду роботи в 30 років та відповідає нормативним вимогам щодо охорони праці, безпеки будівельних робіт та екологічної стійкості. Застосування сучасних технологій біологічного очищення та знезараження гіпохлоритом натрію забезпечує ефективне очищення стічних вод до нормативних показників. Реалізація проєкту сприятиме підвищенню рівня благоустрою сільської місцевості та екологічної безпеки регіону.