Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

• Введение
• 5. Самоочищение водоемов
• 7. Водоохранные зоны
• 7.1. Охрана водоемов
• 7.2. Охрана малых рек
• 7.3. Очистка бытовых сточных вод
• 7.4. Очистка промышленных сточных вод
• 8. Бессточное производство
• Заключение

Введение

Существование биосферы и человека всегда было основано на использовании воды. Человечество постоянно стремилось к увеличению водопотребления, оказывая на гидросферу огромное многообразное давление.

На нынешнем этапе развития техносферы, когда в мире еще в большей степени возрастает воздействие человека на биосферу, а природные системы в значительной степени утратили свои защитные свойства.

Проблемы чистой воды и охраны водных экосистем становятся все более острыми по мере исторического развития общества, стремительно увеличивается влияние на природу, вызываемого научно - техническим прогрессом.

Небольшое количество загрязнений не может вызвать значительное ухудшение состояния водоема, так как он имеет способность биологического очищения, но проблема состоит в том, что как правило количество загрязняющих веществ, сбрасываемых в воду, очень велико и водоем не может справиться с их обезвреживанием.

Водоснабжение и водопользование часто осложняется биологческими помехами: зарастание каналов снижает их пропускную способность, цветение водорослей ухудшает качество воды, ее санитарное состояние, обрастание создает помехи в навигации и функционировании гидротехнических сооружений. Поэтому разработка мер с биологическими помехами приобретает большое практическое значение и становится одной из важнейших проблем гидробиологии.

Из-за нарушения экологического равновесия в водоемах создается серьезная угроза значительного ухудшения экологической обстановки в целом. Поэтому перед человечеством стоит огромная задача охраны гидросферы и сохранения биологического равновесия в биосфере.

1. Водные ресурсы и их использование

Вода занимает особое положение среди природных богатств Земли. Известный русский и советский геолог академик А.П. Карпинский говорил, что нет более драгоценного ископаемого, чем вода, без которой жизнь невозможна.

Основой водных ресурсов России является речной сток, составляющий в среднем по водности года 4262 км 3 , из которых около 90% приходится на бассейны Северного Ледовитого и Тихого океанов. На бассейны Каспийского и Азовского морей, где проживает свыше 80% населения России и сосредоточен ее основной промышленный и сельскохозяйственный потенциал, приходится менее 8% общего объема речного стока.

В настоящее время обеспеченность водой в расчете на одного человека в сутки в различных странах мира разная. В ряде стран с развитой экономикой назрела угроза недостатка воды. Дефицит пресной воды на земле растет в геометрической прогрессии. Однако существуют перспективные источники пресной воды - айсберги, рожденные ледниками Антарктиды и Гренландии.

Без воды не может жить человек. Вода - один из важнейших факторов, определяющих размещение производительных сил, а очень часто и средство производства. Увеличение расходования воды промышленностью связано не только с ее быстрым развитием, но и с увеличением расхода воды на единицу продукции.

Современные крупные теплоэлектростанции потребляют огромное количество воды. Только одна станция мощностью 300 тыс. кВт расходует до 120 м 3 /с, или более 300 млн. м 3 в год. Валовое потребление воды для этих станций в перспективе возрастет примерно в 9-10 раз.

Одним из наиболее значительных водопотребителей является сельское хозяйство. В системе водного хозяйства это самый крупный водопотребитель. На выращивание 1 т пшеницы требуется за вегетационный период 1500 м 3 воды, 1 т риса - более 7000 м 3 . Высокая продуктивность орошаемых земель стимулировала резкое увеличение из площади во всем мире - она сейчас равна 200 млн. га. Составляя около 1/6 всей площади посевов, орошаемые земли дают примерно половину сельскохозяйственной продукции.

Особое место в использовании водных ресурсов занимает водопотребление для нужд населения. На хозяйственно-питьевые цели в нашей стране приходится около 10% водопотребления. При этом обязательными являются бесперебойность водоснабжения, а также строгое соблюдение научно обоснованных санитарно-гигиенических нормативов.

Использование воды для хозяйственных целей - одно из звеньев круговорота воды в природе. Но антропогенное звено круговорота отличается от естественного тем, что в процессе испарения часть использованной человеком воды возвращается в атмосферу опресненной. Другая часть (составляющая, например, при водоснабжении городов и большинства промышленных предприятий 90%) сбрасывается в водоемы в виде сточных вод, загрязненных отходами производства.

По данным Государственного водного кадастра, суммарный забор воды из природных водных объектов в 1995 г. составил 96,9 км 3 . В том числе для нужд народного хозяйства было использовано свыше 70 км 3 , в том числе на:

промышленное водоснабжение - 46 км 3 ;

орошение - 13,1 км 3 ;

сельскохозяйственное водоснабжение - 3,9 км 3 ;

прочие нужды - 7,5 км 3 .

Потребности промышленности на 23% удовлетворялись за счет забора воды из природных водных объектов и на 77% - системой оборотного и повторно-последовательного водоснабжения.

2. Классификация водопользований

Для водопользований устанавливаются следующие признаки классификации : цели водопользования; объекты водопользования; технические условия водопользования; условия предоставления водных объектов в пользование; характер использования воды; способ использования водных объектов; воздействие водопользований на водные объекты.

По целям водопользования разделяются на хозяйственно-питьевые, коммунальные нужды населения, на лечебные, курортные и оздоровительные цели, нужды сельского хозяйства, орошение и обводнение, промышленные нужды, нужды теплоэнергетики, территориальное перераспределение стока поверхностных вод и пополнение запасов подземных вод, нужды гидроэнергетики, нужды водного транспорта и лесосплава, нужды рыбного хозяйства, сброс сточных вод, прочие нужды, многоцелевое водопользование.

По объектам водопользования воды подразделяются на поверхностные, подземные, внутренние территориальные, морские.

По техническим условиям водопользования - на общее и специальное.

По условиям предоставления водных объектов в водопользование - на совместное и обособленное.

По характеру использования воду рассматривают как вещество с определенными свойствами, как массу и энергетический потенциал и как среду обитания.

По способу использования водных объектов - с изъятием воды (с возвратом и без возврата), без изъятия воды.

По воздействию водопользования на водные объекты - на количественные и качественные.

3. Источники загрязнения водоемов

Источниками загрязнения признаются объекты, с которых осуществляется сброс или иное поступление в водные объекты вредных веществ, ухудшающих качество поверхностных вод, ограничивающих их использование, а также негативно влияющих на состояние дна и береговых водных объектов.

Охрана водных объектов от загрязнения осуществляется посредством регулирования деятельности как стационарных, так и других источников загрязнения.

На территории России практически все водоемы подвержены антропогенному влиянию. Качество воды в большинстве из них не отвечает нормативным требованиям. Многолетние наблюдения за динамикой качества поверхностных вод выявили тенденцию к росту их загрязненности. Ежегодно увеличивается число створов с высоким уровнем загрязнения воды (более 10 ПДК) и количество случаев экстремально высокого загрязнения водных объектов (свыше 100 ПДК).

Основными источниками загрязнения водоемов служат предприятия черной и цветной металлургии, химической и нефтехимической промышленности, целлюлозно-бумажной, легкой промышленности.

Загрязнение вод суши .

Микробное загрязнение вод происходит в результате поступления в водоемы патогенных микроорганизмов. Выделяют также тепловое загрязнение вод в результате поступления нагретых сточных вод.

Загрязняющие вещества условно можно разделить на несколько групп. По физическому состоянию выделяют нерастворимые , коллоидные и растворимые примеси. Кроме того, загрязнения делятся на минеральные , органические , бактериальные и биологические .

Степень опасности сноса пестицидов в период обработки сельскохозяйственных угодий зависит от способа применения и формы препарата. При наземной обработке опасность загрязнения водоемов меньше. При авиаобработке препарат может сноситься потоками воздуха на сотни метров и осаждаться на необработанной территории и поверхности водоемов.

4. Водохранилища и гидротехнические сооружения

В гидрографической сети России все большую роль играют искусственные водоемы - водохранилища (водоемы замедленного водообмена), предназначенные для выравнивания и регулирования стока, а также обеспечивать работу электростанций, систем орошения и др. Чтобы сбалансировать обеспечение водными ресурсами, в России была осуществлена широкая программа водохозяйственного и гидроэнергетического строительства. В то же время зарегулирование рек плотинами и образование водохранилищ имеет и отрицательные стороны.

Поддержание в надлежащем техническом и санитарном состоянии водохранилищ, предоставленных в особое пользование, осуществляется организациями, в пользовании которых они находятся.

К гидротехническим сооружениям относятся: плотины, здания гидроэлектростанций, водосборные, водоспускные и водовыпускные сооружения, тоннели, каналы, насосные станции, судоходные шлюзы, судоподъемники, сооружения, предназначенные для защиты от наводнений и разрушения берегов водохранилищ, берегов и дна рек, сооружения (дамбы), ограждающие хранилища жидких отходов промышленных и сельскохозяйственных организаций, устройства от размыва на каналах, а также другие сооружения для использования водных ресурсов и предотвращения вредного воздействия вод и жидких отходов.

На территории России эксплуатируется 3 тыс. водохранилищ и несколько сот накопителей промышленных стоков и отходов, относящихся к разным формам собственности, принадлежащих различным министерствам и ведомствам. До 12% их эксплуатируется без реконструкции более 50 лет

Износ и старение основных фондов водного хозяйства, ликвидация ряда органов управления, возникновение различных форм собственности, отсутствие должного надзора за безопасной эксплуатацией делают все более реальным прорыв плотин водохранилищ и накопителей стоков, что может привести к катастрофическим последствиям, угрожает естественной основе жизни человека.

Исходя из статистики аварий на плотинах (1% их общего числа), можно предположить, что в ближайшие годы из-за износа основных фондов на гидротехнических сооружениях может произойти до 10-15 аварий с катастрофическими последствиями. По данным Роскомвода, около 12% напорных гидротехнических сооружений водохранилищ и около 20% накопителей жидких промышленных отходов находятся в аварийном или пред-аварийном состоянии. В первую очередь это относится к Краснодарскому гидроузлу, Шершневскому, Аргазинскому, Долгобродскому, и Кыштымскому гидроузлам в Челябинской области, Правдинскому в Калининградской области, Кузьминскому гидроузлу на Оке в Московской области и ряду других подобных сооружений.

Выше проектных отметок заполнены многие хвостохранилища и шламохранилища, что может привести к тяжелым последствиям. Стоит задача нейтрализовать токсичные вещества в поступающих в эти хранилища отходах производства, обеспечить систематический контроль за чистотой вод, сбрасываемых из хвостохранилищ в открытые водоемы.

В последние два-три года в связи с финансовыми проблемами практически прекращены ремонтные и регламентные работы на ряде водохранилищ, числящихся на балансе металлургических заводов. А между тем они находятся в предаварийном и аварийном состоянии и требуют полного восстановления, проведения капитальных ремонтов.

5. Самоочищение водоемов

Каждый водоем - это сложная система, где обитают бактерии, высшие водные растения, различные беспозвоночные животные. Совокупная их деятельность обеспечивает самоочищение водоемов. Одна из природоохранных задач поддержать способность самоочищения водоемов от примесей.

Факторы самоочищения водоемов можно условно разделить на три группы: физические, химические и биологические.

Среди физических факторов первостепенное значение имеет разбавление, растворение и перемешивание поступающих загрязнений. Хорошее перемешивание и снижение концентраций взвешенных частиц обеспечивается быстрым течением рек. Способствует самоочищению водоемов оседание на дно нерастворимых осадков, а также отстаивание загрязненных вод. В зонах с умеренным климатом река самоочищается через 200-300 км от места загрязнения, а на Крайнем Севере - через 2 тыс. км.

Обеззараживание воды происходит под влиянием ультрафиолетового излучения Солнца. Эффект обеззараживания достигается прямым губительным воздействием ультрафиолетовых лучей на белковые коллоиды и ферменты протоплазмы микробных клеток, а также споровые организмы и вирусы.

Из химических факторов самоочищения водоемов следует отметить окисление органических и неорганических веществ. Часто дают оценку самоочищения водоема по отношению к легко окисляемому органическому веществу или по общему содержанию органических веществ.

Санитарный режим водоема характеризуется, прежде всего количеством растворенного в нем кислорода. Его должно бить не менее 4 мг на 1 л воды в любой период года для водоемов для водоемов первого и второго видов. К первому виду относят водоемы, используемые для питьевого водоснабжения предприятий, ко второму - используемые для купания, спортивных мероприятий, а также находящихся в черте населенных пунктов.

К биологическим факторам самоочищения водоема относятся водоросли, плесневые и дрожжевые грибки. Однако фитопланктон не всегда положительно воздействует на процессы самоочищения: в отдельных случаях массовое развитее сине-зеленых водорослей в искусственных водоемах можно рассматривать как процесс самозагрязнения.

Самоочищению водоемов от бактерий и вирусов могут способствовать и представители животного мира. Так, устрица и некоторые другие амебы адсорбируют кишечные и другие вирусы. Каждый моллюск отфильтровывает в сутки более 30 л воды.

Чистота водоемов немыслима без охраны их растительности. Только на основе глубокого знания экологии каждого водоема, эффективного контроля за развитием населяющих его различных живых организмов можно достичь положительных результатов, обеспечить прозрачность и высокую биологическую продуктивность рек, озер и водохранилищ.

Неблагоприятно на процессы самоочищения водоемов влияют и другие факторы. Химическое загрязнение водоемов промышленными стоками, биогенными элементами (азотом, фосфором и др.) тормозит естественные окислительные процессы, убивает микроорганизмы. То же относится и к спуску термальных сточных вод тепловыми электростанциями.

Многостадийный процесс, иногда растягивающийся на длительное время - самоочищение от нефти. В природных условиях комплекс физических процессов самоочищения воды от нефти состоит из ряда составляющих :

испарения;

оседания комочков, особенно перегруженных наносами и пылью;

слипание комочков, взвешенных в толще воды;

всплывания комочков, образующих пленку с включениями воды и воздуха;

снижения концентраций взвешенной и растворенной нефти вследствие оседания, всплывания и смешивания с чистой водой.

Интенсивность этих процессов зависит от свойств конкретного вида нефти (плотность, вязкость, коэффициент теплового расширения), наличия в воде коллоидов, взвешенных и влекомых частиц планктона и т.д., температура воздуха и от солнечного освещения.

6. Санитарные условия спуска сточных вод

Водоемы и водотоки (водные объекты) считаются загрязненными, если показатели состава и свойств воды в них изменились под прямым или косвенным влиянием производственной деятельности и бытового использования населением и стали частично или полностью непригодными для одного из видов водопользования. Пригодность состава и свойств поверхностных вод, используемых для хозяйственно-питьевого водоснабжения и культурно-бытовых нужд населения, а также рыбохозяйственных целей, определяется их соответствием требованиям и нормативам одновременно. Если водный объект или его участок используют для различных нужд народного хозяйства, при определении условий сброса сточных вод следует использовать более жесткие нормативы качества поверхностных вод.

Состав и свойства воды, водных объектов должны контролироваться в створе, расположенном на водотоках на 1 км выше ближайших по течению пунктов водопользования, а на непроточных водоемах и водохранилищах - на 1 км в обе стороны от пункта водопользования.

Состав и свойства воды в водоемах или водотоке в пунктах питьевого и культурно-бытового водопользования по всем показателям должны соответствовать нормативам.

Запрещается сбрасывать в водные объекты :

а) сточные воды, содержащие вещества или продукты трансформации веществ в воде, для которых не установлены ПДК, а также вещества, для которых отсутствуют методы аналитического контроля;

б) сточные воды, которые могут быть устранены путем организации бессточного производства, рациональной технологии, максимального использования в системах оборотного и повторного водоснабжения после соответствующей очистки и обеззараживания в промышленности, городском хозяйстве и для орошения в сельском хозяйстве;

в) неочищенные или недостаточно очищенные производственные, хозяйственно-бытовые сточные воды и поверхностный сток с территорий промышленных площадок и населенных пунктов.

Запрещается сбрасывать в водные объекты сточные воды, содержащие возбудителей инфекционных заболеваний. Сточные воды, опасные в эпидемическом отношении, могут сбрасываться в водные объекты только после соответствующей очистки и обеззараживания.

Запрещается допускать в водные объекты утечки от нефте - и продуктопроводов, нефтепромыслов, а также сброс мусора, неочищенных сточных, подсланевых, балластных вод и течки других веществ с плавучих средств водного транспорта.

Запрещается на водных объектах, используемых преимущественно для водоснабжения населения, молевой сплав леса, а также сплав древесины, в пучках и кошелях без судовой тяги.

Не допускается сброс сточных вод в водные объекты, используемые для водо - и грязелечения, а также в водные объекты, находящиеся в пределах округов санитарной охраны курортов.

Место выпуска сточных вод должно быть расположено ниже по течению реки от границы населенного пункта и всех мест водопользования населения с учетом возможности обратного течения при нагонных ветрах. Место выпуска сточных вод в непроточные и малопроточные водоемы - озера, водохранилища, должно определяться с учетом санитарных, метеорологических и гидрологических условий с целью исключения отрицательного влияния выпуска сточных вод на водопользование населения.

Сброс сточных вод в водные объекты в черте населенного пункта через существующие выпуски допускается лишь в исключительных случаях при соответствующем технико-экономическом обосновании и по согласованию с органами государственного санитарного контроля.

Запрещается принятие в эксплуатацию объектов с недоделками, отступлениями от утвержденного проекта, не обеспечивающими соблюдение нормативного качества воды, а также без апробации, испытания и проверки работы всего установленного оборудования и механизмов.

7. Водоохранные зоны

Согласно водном кодексу РФ, для поддержания водных объектов в состоянии, соответствующем экологическим требованиям, для предотвращения загрязнения, засорения и истощения поверхностных вод, а также сохранения среды обитания объектов животного и растительного мира устанавливаются водоохранные зоны. В пределах водоохранных зон устанавливаются прибрежные защитные полосы, где запрещается распахивать землю, рубить и корчевать лес, размещать животноводческие фермы и лагеря, а также вести другую деятельность.

Государственный контроль за соблюдением режима использования и охраны прибрежных ресурсов и иной хозяйственной деятельности граждан и юридических лиц в водоохранной зоне осуществляется органами и исполнительной власти субъектов РФ.

7.1 Охрана водоемов

Водное законодательство России регулирует отношения в области использования и охраны водных объектов в целях обеспечения прав граждан на чистую воду и благоприятную водную среду; поддержание оптимальных условий водопользования; качества поверхностных и подземных вод в соответствии с санитарными и экологическими требованиями; защиты водных объектов от загрязнения, засорения и истощения; сохранения биологического разнообразия водных экосистем.

Согласно Водному кодексу РФ, использование водных объектов для питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения является приоритетным. Для этих водоснабжений должны использоваться защищенные от загрязнения и засорения поверхностные и подземные водные объекты.

Запрещается сброс сточных и дренажных вод в водные объекты :

содержащие природные лечебные ресурсы;

отнесенные к особо охраняемым;

находящиеся в курортных зонах, местах отдыха населения;

находящиеся в местах нереста и зимовки ценных и особо охраняемых видов рыб, в местах обитания ценных и занесенных в Красную книгу видов животных и растений.

7.2 Охрана малых рек

Малые реки (длиной до 100 км), на долю которых приходится значительная часть поверхностного стока России, наиболее восприимчивые к антропогенному воздействию.

Своеобразный компонент географической среды, малые реки в значительной степени выполняют функцию регулятора водного режима определенных ландшафтов, поддерживая равновесие и осуществляя перераспределение влаги. Главной особенностью формирования стока малых рек является очень тесная их связь с ландшафтом бассейна, что и обусловливает легкую уязвимость этих водных артерий - не только при чрезмерном использовании водных ресурсов, но и при освоении водосбора.

Под воздействием хозяйственной деятельности малые реки преждевременно вступили в фазу старения. Снижение водности и заиление русел способствует быстрому зарастанию и заболачиванию, наступает деградация, и малые реки исчезают с лица земли.

Вырубка лесов и неумеренная распашка прилегающих территорий приводят к значительному уменьшению поверхностного и подземного грунтового стока воды в малые реки. Особенно пагубна распашка склонов, балок, оврагов, при которой нарушается эрозионная устойчивость почвы и значительная ее часть смывается в реки. Реки заиливаются, мелеют.

Для малой реки чрезвычайно опасны сточные воды крупных свиноводческих ферм. Пока еще нет таких надежных способов очистки, чтобы сток свинофермы стал пригоден для сбрасывания в реку. Значит, эти сточные воды вообще нельзя сбрасывать в реку. Их нужно полностью использовать для удобрительного орошения кормовых культур, при условии, что рядом с фермой располагаются большие земельные угодья. Другой вариант решения проблемы - создания на крупных фермах установок по переработке навоза в биогаз и удобрения.

Охрана вод малых рек теснейшим образом связана с охраной от загрязнения территорий, с которой река собирает свои воды.

У малых рек способность к самоочищению значительно меньше, чем у больших, и механизм самоочищения при перегрузках легко нарушается. В связи с этим особенно остро стоит задача создания на их берегах водоохранных зон.

Овраги, примыкающие к водоохранной зоне, должны быть укреплены, чтобы не засоряли, не заиливали водоем. За пределы зоны должны бить вынесены все объекты-загрязнители. Родники, питающие реку или озеро должны быть расчищены, ухожены.

7.3 Очистка бытовых сточных вод

Очистка сточных вод - это разрушение или удаление из них определенных веществ, а обеззараживание - удаление патогенных микроорганизмов .

Канализация - комплекс инженерных сооружений и санитарных мероприятий, обеспечивающих сбор и удаление за пределы населенных мест и промышленных предприятий загрязненных сточных вод, их очистку, обезвреживание и обеззараживание.

Через коммунальные системы канализации в поверхностные водные объекты ежегодно сбрасывается 13,3 млрд. м 3 сточных вод, из которых на очистных сооружениях очищается до установленных нормативов 8% стоков, а 92% сбрасываются недостаточно очищенными и 18% - без всякой очистки.

В настоящее время наиболее широкое применение в нашей стране находит система канализации, предусматривающая устройство двух сетей трубопроводов: по производственно-бытовой сети хозяйственно-бытовые и промышленные сточные воды подаются на очистные сооружения, а по водостоку, как правило, без очистки, в ближайший водный объект отводятся дождевые и талые воды.

7.4 Очистка промышленных сточных вод

Механическая очистка сточных вод обеспечивает удаление взвешенных грубо - и мелкодисперсных (твердых и жидких) примесей. Грубодисперсные примеси обычно выделяют из сточных вод отстаиванием и флотацией, мелкодисперсные - фильтрованием, отстаиванием, электрохимической коагуляцией, флокуляцией.

Самым распространенным химическим методом очистки сточных вод является нейтрализация. Сточные воды многих производств содержат серную, соляную и азотную кислоты. Нейтрализация кислых стоков может производиться фильтрацией их через магнезит, доломит, любые известняки. Часто после химической очистки сточные воды подвергают биологической очистке. В ряде случаев при химической очистке можно извлекать ценные соединения и тем самым снижать производства.

В настоящее время сточные воды часто доочищают для повторного использования в производственном водоснабжении. Это делают, когда в воде зафиксированы повышенное солесодержание, биологически неокисляемые органические вещества, канцерогенные соединения и др. Метод очистки стоков выбирают в зависимости от конкретных остаточных загрязнений воды.

Производственные сточные воды, содержащие токсические органические и минеральные вещества, все чаще обезвреживаются с помощью огневого метода. Под влиянием высокой температуры в процессе горения органического топлива токсические органические вещества окисляются и полностью сгорают, а минеральные частично выводятся в виде расплава, частично выносятся дымовыми газами в виде мелкой пыли и паров. Наиболее универсальны и эффективны циклонные печи (реакторы).

8. Бессточное производство

Темпы развития индустрии сегодня настолько высоки, что одноразовое использование для производственных нужд запасов пресной воды - недопустимая роскошь.

Поэтому ученые заняты разработкой новых бессточных технологий, что практически полностью решит проблему защиты водоемов от загрязнения. Однако разработка и внедрение безотходных технологий потребует определенного времени, до реального перехода всех производственных процессов на безотходную технологию еще далеко. Чтобы всемерно ускорить создание и внедрение в народнохозяйственную практику принципов и элементов безотходной технологии будущего, необходимо решить проблему замкнутого цикла водоснабжения промышленных предприятий. На первых этапах надо внедрить технологию водообеспечения с минимальным потреблением свежей воды и сбросом, а также ускоренными темпами строить очистные сооружения.

При строительстве новых предприятий на отстойники, аэраторы, фильтры уходит иногда четверть и более капиталовложений. Сооружать их, конечно, необходимо, но радикальный выход в коренном изменении системы водопользования. Надо перестать рассматривать реки и водоемы как мусоросборники и перевести промышленность на замкнутую технологию.

При замкнутой технологии предприятие использованную и очищенную затем воду возвращает в оборот, а из внешних источников только пополняет потери.

Во многих отраслях промышленности до недавних пор сточные воды не дифференцировались, объединялись в общий поток, локальные сооружения очистки с утилизацией отходов не строились. В настоящее время в ряде отраслей промышленности уже разработаны и частично реализованы замкнутые водооборотные схемы с локальной очисткой, что значительно снизит удельные нормы водопотребления.

Заключение

На всех уровнях ореолизации живое существует только как часть противоречивого целого - биологического тела в его взаимосвязях со всей совокупностью окружающих условий. Обитатели того или иного водоема вне зависимости от систематического положения конвергентно приобретают сходные адаптации к существованию в пределах своего места обитания, образуя характерные жизненные формы.

Организмы, популяции, биоценозы - не жесткие системы, разрушающиеся при состояниях среды, отличающихся от оптимальных, они способны адаптироваться к среде.

Оценка степени ухудшения условий в водных экосистемах под влиянием загрязнения или других антропогенных воздействий с той или другой точностью в настоящее время может быть сформулирована только применительно к практическим формам использования водоемов.

Показателем экологического благополучия водных экосистем может служить хорошо развитый биокруговорот. Прогноз состояния водных экосистем и влиянии тенденций в их изменении крайне важны для перспективного планирования рациональной эксплуатации водоемов.

Человек должен стабилизировать свой обмен с природой на основе его адекватности, гармонического сочетания интересов общества и возможностей природы.

Список использованных источников

Акимова Т.А., Экология: Учебник для вузов. - М., 2000.

Голубев И.Р., Новиков Ю.В. Окружающая среда и ее охрана. - М., 2000.

Данилов В.И. Экологические проблемы. - М., 1999.

Ермакова В.Д., Сухарева А.Я. Экологическое право России. - М., 1997.

Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек. - М., 1998.

Сукачев В.Н. Основы экологии. Учебное пособие для вузов. - М., 2001.

Подобные документы

Водные ресурсы и их использование. Загрязнение водных ресурсов. Водохранилища и гидротехнические сооружения. Мелиорация. Самоочищение водоемов. Санитарные условия спуска сточных вод. Охрана водных ресурсов.

реферат , добавлен 05.06.2002


Водные ресурсы и их использование. Водные ресурсы России. Источники загрязнения. Меры по борьбе с загрязнением водных ресурсов. Естественная очистка водоемов. Методы очистки сточных вод. Бессточные производства. Мониторинг водных объектов.

реферат , добавлен 03.12.2002


Экологическое значение процесса очистки сточных вод. Характеристика технологии производства и технологического оборудования. Механическая, физико-химическая, электрохимическая и биохимическая очистка. Охрана водоемов от загрязнения сточными водами.

курсовая работа , добавлен 19.06.2012


Образование сточных вод от населенных пунктов, их влияние на водные объекты. Основные категории сточных вод в зависимости от их происхождения: хозяйственно-бытовые, производственные, атмосферные. Примеры очистных сооружений малых городов и поселков.

курсовая работа , добавлен 17.08.2015


Механическая очистка сточных вод на канализационных очистных сооружениях. Оценка количественного и качественного состава, концентрации загрязнений бытовых и промышленных сточных вод. Биологическая их очистка на канализационных очистных сооружениях.

курсовая работа , добавлен 02.03.2012


Источники загрязнения внутренних водоемов. Методы очистки сточных вод. Выбор технологической схемы очистки сточных вод. Физико-химические методы очистки сточных вод с применением коагулянтов. Отделение взвешенных частиц от воды.

реферат , добавлен 05.12.2003


Природно-климатические и промышленные условия г. Бирска. Источники загрязнения внутренних водоемов. Технология очистки сточных вод на очистных сооружениях. Определение видового состава активного ила. Годовая динамика видового состава активного ила.

дипломная работа , добавлен 21.11.2014


Загрязнения, содержащиеся в бытовых сточных водах. Биоразлагаемость как одно из ключевых свойств сточных вод. Факторы и процессы, оказывающие влияние на очистку сточных вод. Основная технологическая схема очистки для сооружений средней производительности.

реферат , добавлен 12.03.2011


Источники загрязнения внутренних водоемов. Методы очистки сточных вод. Электрохимическая активация как экологически чистые технологии настоящего и будущего, некоторые области ее эффективного применения. Технологический процесс очистки воды "Изумруд".

контрольная работа , добавлен 28.01.2012


Загрязнение водных ресурсов сточными водами. Влияние выпуска сточных вод металлургических предприятий на санитарное и общеэкологическое состояние водоемов. Нормативно-правовая база в области очистки сточных вод. Методика оценки экологических аспектов.

В своем развитии человечество прошло через многие этапы в использовании воды. Первоначально преобладало прямое использование воды – в качестве питья, для приготовления пиши, в бытовых хозяйственных целях. Постепенно возрастало значение рек и морей для развития водного транспорта. Возникновение многих центров цивилизации связано с наличием водных путей. Люди использовали водные пространства как пути сообщения, для ловли рыбы, добычи соли и других видов хозяйственной деятельности. В период расцвета судоходства наиболее экономически развитыми и богатыми были морские державы. И в современных условиях использование водных путей сообщения значительно сказывается на развитии мировой экономики.

В деятельности человека вода находит самое широкое применение. Это материал, используемый в промышленности и входящий в состав различных видов продукции и технологических процессов, выступает в роли теплоносителя, служит для целей обогрева. Сила падения воды приводит в действие турбины гидроэлектростанций. Водный фактор является определяющим в развитии и размещении ряда промышленных производств. К водоемким отраслям, ориентирующимся на крупные источники водоснабжения, относятся многие производства химической и нефтехимической промышленности, где вода служит не только вспомогательным материалом, но и одним из важных видов сырья, а также электроэнергетика, черная и цветная металлургия, некоторые отрасли лесной, легкой и пищевой промышленности. Широко используется вода в строительстве и промышленности строительных материалов. Сельскохозяйственная деятельность человека связана с потреблением огромного количества воды, прежде всего, на орошаемое земледелие. Реки, каналы, озера – важные пути сообщения. Водные объекты – это места отдыха, восстановления здоровья людей, спорта, туризма.

На первом месте в мировом потреблении воды находится сельскохозяйственное производство. Для того чтобы обеспечить продуктами питания все возрастающее население Земли, необходимы затраты огромного количества воды в земледелии. Ресурсы влаги и тепла и их соотношение определяют естественную биологическую продуктивность в различных природно-клима­тических зонах мира. Для производства 1 кг растительной массы разные растения расходуют на транспирацию от 150 – 200 до 800 – 1000 м 3 воды; причем 1 га площади, занятой кукурузой, испаряет за вегетационный период 2 – 3 млн. л воды; для выращивания 1 т пшеницы, риса или хлопка необходимо 1500, 4000 и 10000 т воды соответственно. Использование воды на хозяйственные цели в отдельных регионах и странах мира представлено в таблице 3.2.

Таблица 3.2

Использование воды на различные хозяйственные цели
в отдельных регионах и странах мира

(в % к общему водопотреблению)*

Водоресурсный потенциал и водообеспеченность

Из всех видов ресурсов вода является наиболее уникальным ресурсом. Вода - основа всего живого, все растительные и животные организмы содержат в своем составе воду. Большинство химических реакций на Земле протекают в водной среде. В то время как большинство минерально-сырьевых ресурсов взаимозаменимы (например, нефть можно заменить углем, газом; медь – алюминием и т.д.), воду нельзя заменить ничем. Вода – это то, без чего в том или ином виде не может обойтись ни одно современное производство. Тем более незаменима питьевая вода – ресурс, без которого не может существовать ни человек, ни животный мир.

Вода - одно из наиболее распространенных веществ в природе. Мировой океан занимает 71% площади поверхности Земного шара. Однако распределение суши и океана неравномерно: в северном полушарии суша занимает 39%, а в южном – 19% поверхности. Воды Земного шара сосредоточены не только в океанах и морях. Они также заключены в реках, озерах, ледниках, в подземных горизонтах, в атмосфере, в почвах, болотах и т.д. Общий объем всех вод Земли оценивается приблизительно в 1,5 млрд км 3 , и носит название водного потенциала планеты . Однако наибольший интерес для человека представляют пресные воды. На их долю приходится только 2% от всего водного потенциала планеты (остальные 98% - это соленые воды). Именно эти 2% называются потенциальными водными ресурсами . Следует иметь в виду, что к потенциальным водным ресурсам помимо речных, озерных и подземных вод относятся также воды ледников, снежных покровов, атмосферы, многолетнемерзлых пород и др., т.е. те воды, которые в настоящее время пока практически не используются, но составляют около 80% всех пресных вод планеты. Только 20% от потенциальных водных ресурсов (т.е. от всех пресных вод планеты), которые пригодны и реально могут использоваться в хозяйственной деятельности человека, и называются водными ресурсами .

Таблица 6.1.

Приведенные определения общепризнанны, но не являются безусловно верными. Уже сейчас опреснительные установки обеспечивают водой потребителей в ряде стран, расположенных в вододефицитных районах мира. Да и просто морская вода находит все более широкое применение во многих отраслях хозяйства – для технологических нужд, в промышленности, в аграрном секторе. Помимо соленых вод Мирового океана, формально не входящих в «водные ресурсы», все больший потребительский интерес вызывают воды, заключенные в айсбергах, которые тоже, согласно приведенным выше определениям, пока не попадают в категорию «ресурса». Однако в последние годы разрабатываются проекты их транспортировки и использования в вододефицитных районах в качестве источника пресной и питьевой воды. В некоторых странах уже имеется опыт бутылирования айсберговых и ледниковых вод для продажи в качестве питьевой воды высокого качества.

Гидросфера – один из самых подвижных после атмосферы компонентов геосферы. Все воды гидросферы находятся в постоянном движении, составляющем единый круговорот (табл. 6.2), который происходит благодаря силе тяжести и солнечной энергии (около 23 % всей поступающей солнечной энергии расходуется именно на круговорот воды). Круговорот воды обеспечивается такими процессами как выпадение атмосферных осадков, сток, инфильтрация, испарение, конденсация и др. В него вовлечены все без исключения воды Земли, где бы они ни находились: воды областей внутреннего стока, воды ледников, почвенная влага и т.д. Однако происходящий благодаря круговороту постоянный процесс возобновления вод в разных средах протекает с неодинаковой скоростью. Так, воды атмосферы полностью обновляются за 8 суток, речные воды – за 16 суток, вода, содержащаяся в болотах, обновляется – за 5 лет, а в озерах – за 17 лет. Несравненно больше потребуется времени для обновления водной массы в Мировом океане и подземных вод - соответственно 2,5 и 5 тысяч лет. А для полного возобновления вод, заключенных в ледниках, необходимо целых 8 тысяч лет. Будучи, кроме того, труднодоступными для эксплуатации, эти воды фактически находятся в «законсервированном» виде. Таким образом, в глобальном круговороте воды ежегодно в среднем участвует всего 0,04% всех вод планеты, что составляет около 577 тыс.км 3 . Именно эта ежегодно возобновляемая часть является наиболее важной для хозяйственного освоения т.к. она более доступна и ее использование не наносит существенного ущерба общим мировым запасам влаги.

Таблица 6.2.

Глобальные характеристики водного баланса (в тыс. км 3 /в год)

Приходная часть баланса - - расходная часть баланса

Из всех водных ресурсов наибольший практический интерес для удовлетворения потребностей человека представляют прежде всего реки и озера, а также подземные воды. Именно их объемы в основном и определяют водно-ресурсный потенциал территории.

Однако наличие в регионе большого числа водных объектов далеко не всегда является гарантией отсутствия проблем с водоснабжением, поскольку для оптимального водоснабжения должны выполняться следующие условия: вода должна подаваться в нужном объеме, соответствующего качества и в оптимальном режиме. Возможность выполнения названных требований во многом зависит от типа используемых водных объектов, их гидрологического режима и экологического состояния.

В большинстве стран в настоящее время ведущий источник водоснабжения - ресурсы речных вод, основной особенностью которых является способность в процессе круговорота в течение года возобновляются в среднем 23 раза. Поэтому при оценке фактических ресурсов речных вод любого региона единовременный объем воды в реках увеличивается в 23 раза. В целом для мира фактические ресурсы речных вод составляют 47 тыс.куб.км/год. Показатели обеспеченности ресурсами речного стока являются основанием для выделения вододефицитных и избыточно-водообеспеченных территорий. И хотя распределение ресурсов речного стока между частями света не отличается резкой неравномерностью (табл. 6.3), однако, в пределах каждой из них возможны очень сильные региональные различия. Так, основными вододефицитными районами земного шара являются Персидский залив, Центральная Азия, Юг Африки, западные побережья США и Мексики и др., а избыточно обеспеченными – Амазония, Аляска, Канада, экваториальные районы Африки, западная и северо-восточная Океания и др.

Таблица 6.3.

Распределение ресурсов речного стока

Вполне очевидно, что обеспеченность ресурсами речного стока не может анализироваться без учета особенностей его территориального распределения в пределах региона, а также плотности населения и размещения основных хозяйственных объектов. Например, удельные показатели обеспеченности ресурсами речного стока Австралии почти в 20 раз выше, чем Азии. А Украина, находящаяся на первом месте по величине суммарных водных ресурсов среди стран СНГ (не считая России), по удельным показателям занимает фактически последнее место. В России север Европейской части характеризуется недостаточной обеспеченностью ресурсами полного речного стока (5-10 тыс.м 3 /год/чел.), а средняя для страны величина в 29 тыс.м 3 /год/чел. получается за счет азиатских территорий, где обеспеченность водными ресурсами в малонаселенных районах достигает 50 тыс.м 3 /год/чел. Аналогичная ситуация наблюдается, например, в Бразилии. Основная часть водных ресурсов страны приходится на бассейн реки Амазонки, который в хозяйственном отношении освоен очень слабо. А густонаселенные центральные районы страдают от нехватки влаги.

Важной характеристикой водно-ресурсного потенциала территории является также степень транзитности стока . Та часть годового стока рек, которая формируется в пределах рассматриваемого региона, называется местной составляющей стока, в отличие от той его части, которая может приходить из сопредельных территорий, или уходить за ее пределы. Для стран засушливого климата транзитность стока часто превращается в огромную проблему, сдерживающую развитие производства. Например, Судан, на территории которого находится основной водосбор Нила, согласно межправительственному соглашению с Египтом имеет право на использование не более 30% стока реки Нил. Для этого Египет, заинтересованный в гарантированном получении воды и не имеющий на своей территории ни одного притока, с помощью сети режимных наблюдений в Судане (своей бывшей колонии) осуществляет жесткий контроль за прохождением воды на всех притоках Нила для определения суммарного формирующегося стока. Кроме того, контролю и согласованию подлежат все проекты использования воды Суданом. Поэтому, например, в проект строящейся Суданом в настоящее время электростанции в Мерове вынужденно заложено медленное заполнение водохранилища, дающее возможность Судану вписаться вместе с другими видами водопользования в 30%-ый лимит. Экономически это очень не выгодно, т.к. задержит начало эксплуатации электростанции, турбины которой могут начать работать только при определенном напоре воды, определяемом высотой наполнения водохранилища. Из стран СНГ ограниченными местными водными ресурсами обладают Узбекистан (9%), Молдова (7,7%), Украина (24%), Азербайджан (28%). В России на долю местных водных ресурсов приходится около 94 % стока, в Грузии – 90%, Беларуси – 61%, Казахстане –55%.

В некоторых регионах большую роль в обеспечении водой играют естественные озера . Примерами озерных стран могут служить страны Феноскандии, Канада, Северо-Запад Европейской территории России.

Важной частью водохозяйственного комплекса многих стран являются искусственные водоемы и водохранилища. На сегодняшний день в мире насчитывается несколько десятков тысяч водохранилищ различных по размеру, назначению, особенностям функционирования. Площадь водного зеркала водохранилищ Земного шара составляет более 400 тыс. км 2 , а их полный объем – 6 тыс. км 3 . Наибольшее хозяйственное и экологическое значение имеют крупные водохранилища, однако и мелкие запруды, небольшие водохранилища и искусственные озера в некоторых регионах могут играть важную роль, определяя особенности природопользования в них (например, Белорусское Полесье).

Одним из важнейших источников водоснабжения являются подземные воды , которые подразделяются на грунтовые (безнапорные) и артезианские (находящиеся под напором между водонепроницаемыми слоями). В ряде случаев подземные воды используются не только для целей водоснабжения, но и как источник тепла (термальные воды), в лечебной практике (минерализованные). Запасы подземных вод распределены очень не равномерно и не везде одинаково легко доступны.

Важной характеристикой водных ресурсов любого крупного региона следует считать количество выпадающих осадков . Особенно это существенно для земледельческих стран, т.к. недостаточность количества осадков, выпадающих в зоне земледелия, препятствует формированию вод почвенного горизонта в нужном объеме, что может отрицательно сказываться на развитии аграрного производства. Например, особенности физико-географического положения стран СНГ таковы, что в зоне земледелия выпадает меньше всего осадков. Подсчитано, что над зоной распашки выпадает всего 8% общего количества осадков. Конечно, эти показатели очень меняются и в многолетнем разрезе и внутри года. Но по статистике в степной зоне почти каждый третий год, а в сухостепной - практически каждый год, являются засушливыми.

Не менее важной характеристикой местного режима водных ресурсов, помимо пространственной, является ее временная изменчивость. Например, большая внутри- и межгодовая изменчивость речного стока затрудняет гарантированное потребление водных ресурсов в регионах с заданными уровнями объема используемой воды. Это создает трудности для стабильного водообеспечения населения и хозяйственных объектов, а следовательно, требует проведения дорогостоящих мероприятий по регулированию и перераспределению речного стока. Поэтому с точки зрения хозяйственной ценности водно-ресурсный потенциал территории зависит, в первую очередь, от соотношения объемов поверхностного и подземного стока. Поверхностная составляющая стока в хозяйственном отношении является менее ценной т.к. она в большей степени подвержена сезонным и суточным колебаниям. Расход воды в русле во влажный и сухой сезоны может различаться в 2-3, а иногда – в 10 раз. Резким суточным колебаниям расходов воды подвержены реки, имеющие, например, ледниковое питание. Кроме того, поверхностная составляющая стока технически более сложно осваиваема, т.к. включает паводковые и полые воды, которые очень быстро проходят по руслу. Для их улавливания необходимо создание специальных регулирующих устройств (например, строительство водохранилищ). При их отсутствии паводковые и полые воды не только не используются, но и могут представлять угрозу для местного населения, а также для различных хозяйственных объектов. Именно поэтому очень важным параметром для оценки возможности водохозяйственного освоения территории является такой параметр как устойчивая составляющая стока , которая количественно определяется суммой объема подземного стока и меженного руслового стока (т.е. не включающая паводковые и полые воды). В среднем для мира на ее долю приходится только 34% от всего стока.

Кроме того, следует иметь в виду, что XX столетие характеризовалось существенными антропогенными изменениями речного стока. В обжитых районах практически не осталось крупных рек, не испытавших прямого или косвенного воздействия хозяйственной деятельности. Причем, в равной степени существенное влияние на режим стока и качество воды оказывали мероприятия как в руслах самих рек, так и на водосборах: урбанизация (в результате которой сотни квадратных километров поверхности водосборов были покрыты асфальтом), агротехнические и лесомелиоративные мероприятия на водосборах, зарегулированность стока большим числом водохранилищ, различные виды осушительной и оросительной мелиорации, значительные водозаборы на ирригацию, промышленное и коммунальное водоснабжение, загрязнение поверхностных и подземных вод и др. В изменении стока рек России и стран ближнего зарубежья роль отдельных антропогенных факторов изменялась во времени. Так, в XX веке в период до 40-го года основную роль играли агротехнические мероприятия на водосборах (облесение склонов, создание полезащитных полос и т.д.), в 1950-1970-ые годы – русловое регулирование стока (это был период создания крупнейших водохранилищ), позже – на первое место по значимости вышли водные мелиорации (осушение, обводнение, орошение и т.д.).

Теперь вполне очевидно, что существенное трансформирование водного режима, которым часто злоупотребляли (даже если оно осуществлялось в интересах водообеспечения), явилось причиной не только самых разнообразных экологических проблем (таких как засоление, заболачивание, подтопление, уменьшение биологического разнообразия, изменение микроклиматических характеристик территории и т.д.), но и существенно осложнило удовлетворение потребностей водопользования и водопотребления в соответствующих регионах. Поэтому оптимальным следовало бы считать осуществление регионального подхода к решению проблем водного хозяйства с адаптацией к местному режиму водных ресурсов, без существенного его изменения. Любой регион характеризуется своей спецификой режима и территориального распределения водных ресурсов, следовательно, и подходы к развитию водохозяйственного комплекса должны быть индивидуальны.

Важнейшей характеристикой водных ресурсов любого региона является их качество. К сожалению, проблема качественного истощения водных ресурсов , проявляющаяся в сокращении доли незагрязненных человеком вод, стала одной из самых острых глобальных проблем человечества. В ряде районов практически не осталось сколько-нибудь крупных рек, качество воды которых не пострадало бы от хозяйственной деятельности человека. Уже сейчас многие районы мира испытывают дефицит чистой воды. Проблема доступа к чистой воде активно обсуждалась на конференции по устойчивому развитию в Рио-де-Жанейро в 1992 году, где отмечалось, что в развивающихся странах каждый третий житель страдает от недостатка качественной питьевой воды. Обсуждение этой проблемы получило свое дальнейшее развитие в Йоханнесбурге в 2002 году, где с сожалением констатировалось, что за 10 прошедших лет ситуация существенно не улучшилась, а в ряде регионов - наоборот усугубилась. В соответствии с существующим положением, чистая вода, а особенно чистая питьевая вода, постепенно превращается в рыночный товар, далеко не всегда доступный всем категориям населения, особенно в развивающихся странах.

В связи с проблемой качественного истощения водных ресурсов весьма актуальным является определение ценности водно-ресурсного потенциала территории с позиции оценки соотношения объемов поверхностного и подземного стока. Подземные воды в несколько раз менее уязвимы для различных видов загрязнения, чем поверхностные, а следовательно, являются более ценным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения. В первую очередь это касается сельской местности, где очистка стоков, как правило, не осуществляется в должной мере.

Использование водных ресурсов и водное хозяйство

Использование водных ресурсов в хозяйственной деятельности осуществляется в виде водопользования и водопотребления. Водопользование – такой вид деятельности, когда вода не изымается из водоема, а используется для решения тех или иных проблем, являясь только необходимым условием функционирования данной отрасли хозяйства. Крупнейшими водопользователями являются: водный транспорт, рекреация, лесосплав, гидроэнергетика, рыбное хозяйство и т.д. Водопотребление – это вид деятельности, при котором вода фактически является сырьем, изымается из водоема и используется в технологическом процессе, входя в состав конечной продукции или теряясь безвозвратно. Крупнейшие водопотребители: пищевая, химическая и другие отрасли промышленности, коммунально-бытовое, сельское хозяйство и др. Требования к качеству воды у разных отраслей разное. Самые высокие требования у пищевой, химической промышленности, из водопользователей – у рыбного хозяйства. Не высоки требования к качеству воды у горнорудной промышленности, при лесосплаве.

Общемировые объемы водопотребления на протяжении всей истории человечества неуклонно возрастали практически пропорционально росту численности населения т.к. увеличивалось потребление воды для нужд коммунально-бытового снабжения, для развития водоемких отраслей промышленности, в аграрном секторе (прежде всего - в орошаемом земледелии). Однако во второй половине XX века произошло очень резкое увеличение темпов роста водопотребления, что наряду с загрязнением вод фактически привело ряд регионов мира к проблеме острого водного дефицита. Всего за период с 1900 г. по 1990 г. водопотребление увеличилось более чем в 10 раз (с 400 до 4 100 км 3 в год), а на 2000 год еще 10 лет назад оно прогнозировалось в объеме 6 тыс. км 3 в год. Однако осознание ограниченности водных ресурсов и развитие водосберегающих технологий позволило снизить прогнозные оценки на начало третьего тысячелетия до объемов несколько ниже, чем 4,8 тыс. км 3 в год.

Безусловно, при современном уровне развития человечество не может уменьшить количество используемой воды, поэтому вполне очевидно, что прогнозируемое сокращение водопотребления может быть достигнуто только за счет снижения удельной водоемкости производства. В связи с этим среди категорий водохозяйственного баланса следует различать понятие водозабор и водопотребление. Под водозабором подразумевается объем воды, изымаемой для нужд потребителей из искусственных или естественных водоемов. В процессе использования часть отобранной воды безвозвратно теряется на испарение, просачивание, оказывается связанной в технологических производственных процессах. Этот объем воды, вошедший в состав продукции, вместе с потерями на всех этапах технологического цикла формирует так называемые безвозвратные потери (безвозмездные потери). Их величина максимальна (80-90%) для сельского хозяйства, где вода преимущественно идет на орошение. Однако, и в промышленности потребности в воде велики. Так, на производство 1 тонны синтетического волокна требуется 5000 м 3 воды, 1 тонны хлопчатобумажной ткани – 250 м 3 воды, 1 тонны никеля – 4 000 м 3 воды. В сельском хозяйстве снижение потерь возможно только в ограниченном масштабе, т.к. может быть реализовано в основном за счет сокращения норм полива, что не всегда допустимо. Что касается промышленности, то здесь снижение потерь возможно за счет экологизации производства и совершенствования технологий. В настоящее время существуют разные по уровню водоемкости системы водоснабжения (рис.6.1). Например, системы прямоточного водоснабжения реализуются за счет подачи воды на предприятие прямо из источника, затем использованная вода возвращается в источник водоснабжения после очистки или без нее. В этом случае подразумевается постоянное изъятие воды из водоема в достаточно больших объемах. В системах замкнутого или оборотного водоснабжения в производственном цикле предприятия осуществляется неоднократное использование после соответствующей очистки одного и того же объема воды, что требует только дополнительной подачи воды из водного источника для компенсации имеющих место потерь практически без образования сбрасываемых сточных вод. Это обеспечивает снижение объемов водозабора и достаточно высокую экологичность производственного процесса. В системах повторного или многократного водоснабжения вода, использованная в одних процессах, передается для последующего использования в других процессах этого же или другого предприятия, а затем после очистки сбрасывается в водные объекты. Таким образом, в связи с возможностью многократного использования в производстве объемов изъятой воды необходимо иметь в виду, что водопотребление , т.е. общий объем воды, используемый отраслью хозяйства за определенный промежуток времени, может быть существенно выше, чем водозабор. В первую очередь это касается промышленности.

Прямоточная Замкнутая Повторная

Рис.6.1. Технологические системы водоснабжения.

Водохозяйственный баланс во многом определяется структурой водопотребления , которая принципиально отличается для стран с разной специализацией экономики. Поскольку большинство стран мира является аграрными, то и большая часть потребляемых вод приходится на сельскохозяйственный сектор экономики (65%). На долю промышленности в мире приходится 20% потребляемой воды, а на долю коммунально-бытового водоснабжения – 11%. В России картина выглядит несколько по иному: промышленность потребляет 55% всех вод, сельское хозяйство - 20%, коммунально-бытовой сектор - 18%.

Коммунально-бытовое водоснабжение, доля которого в целом в мире относительно не велика, играет огромную роль в жизни общества, являясь фактически показателем уровня социального развития. В последние десятилетия доля воды, используемой на коммунально-бытовые нужды, постоянно растет, что отчасти отражает ускорение процессов урбанизации в мире. Сейчас среднестатистический горожанин расходует воды в 4 раза больше сельского жителя. Именно коммунально-бытовой сектор предъявляет самые высокие требования к качеству воды и в тоже время является поставщиком значительной части загрязненных вод, сбрасываемых в водные объекты. Например, в России более 60% всего объема загрязненных сточных вод приходится на коммунально-бытовой сектор. Объемы коммунально-бытового водоснабжения очень дифференцируются для разных стран, городов и регионов. Так, например, в Лондоне на одного жителя в день тратится 260 литров воды, в Париже – 300, в Нью-Йорке и в Москве – по 600 л, для стран СНГ эта величина в среднем составляет 450 л в день на человека. В тоже время есть страны, где норма потребления всего 15 – 20 л в день, не смотря на то, что согласно документам конференции в Рио-де-Жанейро, минимальное значение не должно опускаться ниже 40 л в день на человека. Такие показатели просто недопустимы, т.к. отсутствие чистой питьевой воды является одной из главнейших причин возникновения инфекционных заболеваний. В тоже время по данным Всемирной организации здравоохранения более 1,5 млрд. человек не обеспечены в достаточной мере чистой питьевой водой.

В промышленном производстве вода используется как сырье, входя в состав производимой продукции, как растворитель, теплоноситель, как среда, поглощающая и транспортирующая примеси. Больше всего воды используется для охлаждения. Например, в теплоэнергетике - более 80% общего расхода. Основное количество воды на эти же цели идет и на металлургических заводах. Промышленность является одним из основных поставщиков загрязненных сточных вод (в России в среднем около 30% всего объема стоков). Несмотря на развитие систем оборотно-повторного водоснабжения в промышленности, в некоторых отраслях, например в нефтедобывающей и газовой, в перспективе ожидается (а в ряде случаев уже фиксируется) увеличение расхода воды, что связано с постепенным усложнением условий разработки и эксплуатации скважин. В структуре промышленного водопользования России явно лидирующая роль (70%) принадлежит электроэнергетике, что связано с использованием огромного объема вод для охлаждения котлов в теплоэнергетике и работы турбин в гидроэнергетике. На втором месте идет машиностроение (7%), затем деревообработка (4%) и другие отрасли.

Сельскохозяйственное водоснабжение, являющееся самым крупным водопотребителем в мире, почти весь объем используемых вод расходует на полив орошаемых угодий. И только менее 10% всех вод идет на нужды животноводства, коммунально-бытовое водоснабжение сельскохозяйственных населенных пунктов и предприятий по переработке сельхозяйственной продукции. Однако следует иметь в виду, что вода, забираемая на нужды животноводства, должна удовлетворять требованиям, предъявляемым к воде, используемой для хозяйственно-питьевых целей, т.к. например, поение скота загрязненной водой снижает продуктивность животных на 40-70%. В южных странах вода также широко используется для обводнения пастбищ, которые, как правило, имеют ограниченные водные ресурсы и являются основой развития животноводства.

Важнейшим направлением использования водных ресурсов является использование его гидроэнергетического потенциала, который свойственен в основном для текущей воды. Основные функции гидроэлектростанций – это регулирование равномерности графиков суточной нагрузки на энергосистемы (т.к. покрытие пиковых нагрузок с помощью тепловых агрегатов нецелесообразно и не всегда возможно по техническим и экономическим причинам, но вполне осуществимо с помощью турбин гидроэлектростанций) и выполнение функций аварийного резерва. Наличие регулирующих водохранилищ при гидроэлектростанциях на много повышает их возможности, поскольку снимает зависимость от водности реки в тот или иной период, позволяет осуществлять не только суточное, но и недельное, сезонное и даже многолетнее регулирование стока, а следовательно увеличивает гарантированную мощность ГЭС, создает условия для оптимального режима функционирования тепловых электростанций. В разных странах доля ГЭС в общем объеме производимой электроэнергии, очень варьирует: в Норвегии на нее приходится 99,5%, в Бразилия – 92,5%, Новой Зеландии – 80,1%, Чили – 65,3%, Франции –15%, России – 21,2%, Австралии – 9,6%, США – 9%, Японии – 8,6%, Великобритании – 1,4%, ЮАР – 0,3%, Дании – 0,1%. Уровень освоения гидроэнергетического потенциала также очень дифференцирован: более 90% освоено во Франции, Швейцарии, Австрии, 65-90% - в Японии, Германии, Швеции, 45-65% - в США, Канаде, Бразилии, Испании, 20-45% в Китае, Индии, Аргентине. Крупнейшей в мире ГЭС по всей видимости будет ГЭС «Три ущелья» на реке Янцзы (Китай) с проектной мощностью в 18,2 млн.кВт, которая в полном объеме должна вступить в строй к 2009 году. Российские ГЭС Саяно-Шушенская (6,4 млн.кВт), Красноярская (6,0 млн.кВт), Братская (4,5 млн.кВт), Усть-Илимская (4,3 млн.кВт) занимают соответственно пятое, шестое, девятое и десятое место в мире по мощности. Суммарная мощность гидроэлектростанций России составляет 44 млн.кВт (20% мощности электростанций).

Важнейшим элементом, обеспечивающим эффективное функционирование водного хозяйства любой страны или региона, помимо естественных водных объектов, являются специально создаваемые водохозяйственные комплексы и системы. Как правило, они включают один или несколько гидроузлов и водохранилищ (со всеми сопутствующими сооружениями) расположенных в одном или нескольких речных бассейнах, связанных между собой. Примером водохозяйственного комплекса могут служить гидроузлы и водохранилища на Волге (например, Куйбышевский), а водохозяйственной системы – каскады гидроузлов и водохранилищ (на реках Колорадо, Миссури, Волге, Ангаре, Днепре и др.). Московский водохозяйственный комплекс (система) образован четырнадцатью гидроузлами и водохранилищами на р.Волга, Вазуза, Москва и канале им.Москвы. Типы водохозяйственных комплексов, их состав, количество и роль участников (т.е. отраслей хозяйства, связанных с использованием водных ресурсов) различны и зависят от географических условий и особенностей экономики региона. Увеличение числа участников водохозяйственного комплекса не всегда повышает его экономическую эффективность. Объясняется это тем, что требования к функционированию комплекса (уровенному режиму верхних и нижних бьефов гидроузлов, сроков, расходов и объемов попусков и т.д.) у них могут находиться в резком противоречии (например, противоречия между энергетикой и водным транспортом, рыбным и сельским хозяйством и т.д.). Несмотря на это и на целый ряд экологических проблем, возникающих в связи со строительством и функционированием водохозяйственных комплексов, они способны повышать эффективность использования водных ресурсов, обеспечивать регулирование и территориальное перераспределение стока, защищать от разрушительного воздействия вод. Сейчас в мире эксплуатируется более 40 тыс. водохранилищ, а объемы перебрасываемого речного стока колоссальны (только в Канаде до 140 км3 воды в год). В России и странах ближнего зарубежья перебрасывается до 110 км3 воды в год, длина магистральных каналов превышает 5 тыс. км, а их суммарная пропускная способность составляет 7,5 тыс.м3 \сек, длина искусственных водных путей, используемых водным транспортом, – свыше 21 тыс.км, общая протяженность дамб – 10 тыс.км, площадь рыбохозяйственных прудов превышает 200 тыс.га. Для межбассейнового перераспределения стока только в России используется 37 крупных систем.

Интенсивное развитие промышленности и сельскохозяйственного производства, повышение уровня благоустройства городов и населенных пунктов, значительный прирост населения обусловили в последние десятилетия дефицит и резкое ухудшение качества водных ресурсов практически во всех регионах России.

Одним от основных путей удовлетворения потребностей общества в воде является инженерное воспроизводство водных ресурсов, т.е. их восстановление и приумножение не только в количественном, но и в качественном отношении.

Перспективы рационального воспроизводства технологического расхода воды связаны с созданием на предприятиях систем повторно-последовательного, оборотного и замкнутого водоснабжения. В их основу положено удивительное свойство воды, позволяющее ей не изменять своей физической сущности после участия в производственных процессах.

Промышленность России характеризуется высоким уровнем развития систем оборотного водоснабжения, за счет которых экономия свежей воды, расходуемой на производственные нужды, составляет в среднем 78%. Лучшие показатели использования оборотных систем имеют предприятия газовой (97%), нефтеперерабатывающей (95%) отраслей, черной металлургии (94%), химической и нефтехимической (91%) промышленности, машиностроения (85%).

Максимальные расходы воды в системах оборотного и повторно-последовательного водоснабжения характерны для Уральского, Центрального, Поволжского и Западно-Сибирского экономических районов. В целом по России соотношение объемов использования свежей и оборотной воды составляет соответственно 35,5 и 64,5%.

Широкое внедрение совершенных водооборотных систем (вплоть до замкнутых) способно не только решить проблему водообеспечения потребителей, но и сохранить природные водоисточники в экологически чистом состоянии.

Использование водных ресурсов

В последние годы из-за экономической дестабилизации, приведшей к падению выпуска промышленной продукции, снижению продуктивности сельского хозяйства и сокращению орошаемых площадей, в России наметилось уменьшение объемов водопотребления (за 1991 -1995 гг. пресной воды - на 20,6%, морской - на 13,4%). Изменилась и структура использования пресной воды: водопотребление на производственные нужды сократилось на 4% (с 53% в 1991 г до 49% в 1995 г), на орошение и обводнение - на 3% (с 19 до 16%),в то же время доля хозяйственно-питьевого водоснабжения возросла на 4% (с 16 до 20%).

К 1997 г. объем использования пресной воды составил в России 75780,4 млн. м3/год, морской - 4975,9 млн. м3/год.

Коммунальное водоснабжение

Коммунальное хозяйство России обеспечивает потребность в воде городского населения, коммунальных, транспортных и прочих непромышленных предприятий, а также расходы воды на благоустройство населенных пунктов, полив улиц и тушение пожаров.

Отличительная особенность коммунального хозяйства - постоянство водопотребления и жесткие требования, предъявляемые к качеству воды.

Основной объем (84-86%) потребляемой воды используется для хозяйственно-питьевых нужд населения, в среднем по России удельное водопотребление на одного городского жителя составляет 367-369 л/сут.

Около 99% городов, 82% поселков городского типа, 19,5% населенных пунктов в сельской местности обеспечены централизованным водоснабжением. Благоустройство городского жилого фонда в среднем по стране характеризуется следующими показателями обеспеченность центральным водопроводом - 83,8%, канализацией - 81,4% центральным отоплением - 84,7%, ванными и душем - 76,7%, горячим водоснабжением - 70,8% (данные за 1996 год).

В поверхностные водные объекты предприятиями отрасли отводится около 13 км 3/год сточных вод, по разным причинам в структуре сбрасываемых вод преобладают недостаточно очищенные. В целом по стране через системы очистных сооружении предварительно пропускается около 70% всей подаваемой воды.

Из-за неблагополучного состояния источников питьевого водоснабжения и несовершенства системы водоподготовки не теряет своей остроты проблема качества воды. Стандартные сооружения очистки, включающие двухступенчатую схему осветления, обесцвечивания и обеззараживания не справляются с возрастающими нагрузками новых загрязнителей (тяжелых металлов; пестицидов, галогенсодержащих соединений, фенолов, формальдегидов). Хлорирование воды, содержащей органические вещества, накапливающиеся в водных источниках, приводит к ее вторичному загрязнению и образованию канцерогенных хлорорганических соединений.

Около 70% промышленных предприятий сбрасывают в коммунальную канализацию сточные воды, в которых, в частности, содержатся соли тяжелых металлов и ядовитые вещества. Осадок, образующийся при очистке таких сточных вод, не может быть использован в сельском хозяйстве, что создает проблемы с его утилизацией.

Промышленное водоснабжение

Промышленное водоснабжение, обеспечивающее функционирование технологических процессов, является ведущим направлением водопользования. Системы промышленного водоснабжения включают в себя гидротехнические сооружения по забору технической воды и доставке се предприятиям, а также системы водоподготовки.

Промышленный потенциал каждого экономического района Российской Федерации представлен практически всеми основными отраслями. Есть и такие районы, где преимущественно сконцентрированы совершенно определенные отрасли промышленности. Например, 46% объема производства легкой промышленности сосредоточено в Центральном экономическом районе, на долю Уральского экономического района приходится около 70% продукции черной и цветной металлургии, на долю Западно-Сибирского - 46% топливной промышленности.

Объемы водопотребления зависят от структуры промышленных предприятий, уровня технологии, выполняемых мероприятий по экономии воды. Наиболее водоемкими отраслями являются теплоэнергетика, черная и цветная металлургия, машиностроение, нефтехимическая и деревообрабатывающая промышленность. На долю самой водоемкой отрасли - электроэнергетики - приходится около 68% суммарного потребления свежей и 51% - оборотной воды.

Так как большинство промышленных объектов сосредоточено в крупных городах, в России преимущественное развитие получили объединенные промышленно-коммунальные системы водоснабжения, что, в свою очередь, приводит к неоправданно высоким расходам на промышленные нужды воды питьевого качества (до 30-40% суточной подачи городских водопроводов).

Предприятия промышленности являются основным источником загрязнения поверхностных вод, ежегодно сбрасывая большое количество отработанных сточных вод (в 1996 г. - 35,5 км"). Особенно разнообразны по своим свойствам и химическому составу сточные воды химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной и угольной промышленности. Несмотря на достаточную мощность очистных сооружений, только 83-85% отводимых сточных вод соответствуют нормативным требованиям. В структуре отводимых вод, содержащих загрязняющие вещества выше нормативного уровня, сброс без очистки составляет в настоящее время 23% (в 1991 г- 28%), остальные воды сбрасываются недостаточно очищенными.

Сельскохозяйственное водоснабжение

В сельской местности водоснабжение осуществляется главным образом по локальным системам и путем индивидуального обеспечения водопользователей. Системы локального водоснабжения в очень сильной степени зависят от качества воды в источниках и, в случае необходимости, оборудуются специальными сооружениями. В районах с высокой плотностью сельского населения применяются групповые системы.

Для нужд отрасли из природных водных источников забирается около 28% суммарного объема изъятия воды.

Среди сельскохозяйственных отраслей основным потребителем свежей воды н крупным загрязнителем поверхностных водоемов, сбрасывающим через коллекторно-дренажную сеть неочищенные сточные воды, является орошаемое земледелие. Серьезную опасность для поверхностных водоемов представляет вынос с сельскохозяйственных полей удобрений и ядохимикатов.

Другим крупным водопотребителем и мощным источником загрязнения поверхностных и подземных вод являются животноводческие комплексы по выращиванию крупного рогатого скота, свиней, птицы. Очистка животноводческих сточных вод связана с большими трудностями, поскольку перед сбросом в водные объекты их необходимо длительное время выдерживать в прудах-накопителях.

Водный транспорт

Водный транспорт является едва ли не самым древним водопользователем. По внутренним водным путям России (рекам, озерам, водохранилищам, каналам), имеющим общую протяженность свыше 400 тыс. км, перевозится до 50 млн. т грузов.

При использовании рек и других водных объектов для судоходства необходимо поддерживать на них гарантированные глубины, режим стока и прочие условия, обеспечивающие бесперебойную работу водного транспорта в навигационный период.

В ряде случаев интересы водного транспорта вступают в противоречия с интересами других водопользователей и водопотребителей, таких как водоснабжение, орошение, гидроэнергетика. Например, гидростроительство, с одной стороны, позволяет увеличить глубину и ширину водного пути, ликвидировать пороги, а с другой - вносит серьезные осложнения в работу водного транспорта за счет сокращения продолжительности навигационного периода, резких суточных и недельных колебаний расходов и уровней воды в нижних бьефах гидростанций.

Водный транспорт, не предъявляя высоких требований к качеству воды, является одним из значительных источников загрязнения водных объектов нефтепродуктами и взвешенными веществами.

Весьма неблагоприятное воздействие на экологическое состояние водоемов оказывает лесосплав, изменяя естественное состояние русел, засоряя водные объекты затопленной древесиной, разрушая нерестовые участки.

Рыбное хозяйство

Рыбное хозяйство непосредственно связано с использованием водных ресурсов и предъявляет очень высокие требования к их режиму, количественному и качественному состоянию. Для успешного воспроизводства и нормального развития рыбы необходимы чистая вода с достаточным количеством растворенного кислорода и отсутствием вредных примесей, соответствующая температура и обеспеченность кормами. Нормативы качества воды для рыбохозяйственных объектов более строгие, чем для источников питьевого водоснабжения.

В России около 30% уловов во внутренних морях и водоемах приходится на долю пресноводных рыб (щуки, леща, судака, плотвы, окуня, сазана, сига, севрюги, белуги, семги, кеты, горбуши). В последние годы отмечается сокращение уловов, что обусловлено уменьшением продуктивности рыбохозяйственных объектов в результате интенсивного антропогенного воздействия.

Увеличение воспроизводства рыбы осуществляется за счет искусственного рыборазведения на рыбоводных заводах, в нерестово-выростных хозяйствах, рыбопитомниках. Весьма перспективным направлением является выращивание рыб в водоемах-охладителях тепловых электростанций.

Рекреации

Водные объекты - излюбленное место для отдыха, спорта, оздоровления людей. Практически все рекреационные учреждения и сооружения размещены либо на берегах водоемов, либо вблизи них. В последние годы масштабы рекреационной деятельности на водных объектах постоянно растут, чему способствует увеличение численности городского населения и совершенствование транспортных коммуникаций.

В Российской Федерации на берегах водоемов расположено около 60% всех санаториев, свыше 80% учреждений отдыха. 60% туристических баз и 90% рекреационных объектов для самого массового в стране пригородного отдыха.

На любом континенте степень развития водного хозяйства и его воздействия на природные процессы формирования и трансформации стока сильно зависят от водообеспеченности территории и численности ее населения. Вследствие межгодовых колебаний речного стока и нерегулярности.переписи населения в различных странах получить сопоставимые оценки удельного обеспечения водными ресурсами населения на отдельных континентах чрезвычайно сложно. Тем не менее такое исследование, существенно дополнившее приведенные в данные по использованию водных ресурсов Земли, выполнено в Государственном гидрологическом институте . Результаты этой работы об уровне развития мирового водного хозяйства на 1980 г. рассматриваются здесь как информационная база для сравнения степени преобразования обществом гидрологического цикла отдельных континентов и их крупнейших регионов. При этом необходимо учитывать, что водохозяйственные балансы 26 таких территорий рассчитаны по данным, имеющим нередко значительные погрешности из-за несовершенства учета объемов воды, забираемой из водных объектов на разнообразные хозяйственные нужды и сбрасываемой в них после ее использования. Разность этих объемов водозабора и сброса сточных вод за расчетный период для конкретной территории называют безвозвратным водопотреблением, поскольку испарившаяся в процессе использования вода выносится в парообразном состоянии за пределы водохозяйственного объекта, а также вывозится в составе продукции предприятий.

Водообеспеченность жителей региона w рассчитана в по формуле

где Q- динамические водные ресурсы; U F - безвозвратные их потери в пределах региона с числом его жителей N.

Величина w скорее потенциальная водообеспеченность жителя, реализуемая лишь тогда, когда регулированием речного стока значение базисного стока будет увеличено до Q, т.е. сток в регионе будет полностью зарегулирован, для чего необходим соответствующий суммарный полезный объем водохранилищ.

Средняя водообеспеченность на Земле в 1980 г. составляла 9,7 тыс. м 3 /год , или 27 м 3 /(сут жит.). В Европе она минимальна (4,6 тыс. м 3 Дод), а если величину Q заменить значением базисного стока, то получим реальную водообеспеченность, ежедневно гарантированную устойчивым речным стоком и равную 1,6 м 3 /(сут - жит.).

В Европе, где особенно велика доля городского населения, обеспеченного водопроводом и канализацией, структура водохозяйственного баланса в 1980 г. включала, км 3 /год:

водозабор..............................................435 (40 % базисного стока)

безвозвратное водопотребление......... 127 (29% водозабора)

сброс сточных вод............................... 308 (28 % базисного стока)

На рис. 4.4 видно, что в Европе главный водопотребитель - промышленность, использующая 55 % забираемой из водных объектов воды, и главный их загрязнитель (более 70 % объема сточных вод). Безвозвратное водопотребление в промышленности составляет в среднем 9 %. Среди ее отраслей наиболее водоемка теплоэнергетика, которая потребляет около половины используемых в промышленном производстве водных ресурсов. Расход воды на мощных ТЭС и АЭС, работающих в прямоточном режиме охлаждения теплоносителей, достигает 80-100 м 3 /с и более. Теплоэнергетическая промышленность отличается повышенной долей безвозвратных потерь и сбросом подогретых вод, которые снижают летом содержание растворенного кислорода в водных объектах в районе их выпуска. Для экономии водных ресурсов и сокращения объема сточных вод в других отраслях промышленности внедряются оборотные системы водоснабжения. Так, с 1970 по 1980 г. в Швеции промышленный водозабор снижен на 230 %, в Великобритании - на 16% .

На орошение 25 млн га в сельском хозяйстве Европы затрачивалось более 130км 3 /год воды (30% отбираемой воды из рек и водоемов, см. рис. 4.4). Две трети этого объема расходуется на транспирацию и урожай растениеводства (доля безвозвратного водо- потребления 66 %). Суммарная площадь орошаемых массивов в Европе составляет около 10% сельскохозяйственных площадей. Орошение имеется во всех европейских странах, даже в районах достаточного и избыточного увлажнения, где сочетается с дренажным осушением мелиорируемых земель, например в Великобритании, Германии, Нидерландах, Польше. Для сокращения непроизводительных потерь воды самотечное орошение с коэффициентом полезного действия (КПД) 0,3 - 0,4 в Европе практически полностью заменено дождеванием с КПД = 0,7 - 0,8. В ряде стран дождевание начало постепенно вытесняться еще более экономичным и эффективным локальным орошением (капельным и мелкодисперсным) с КПД > 0,9, сокращающим удельное водопотребление в 4 -5 раз и обеспечивающим гарантированный в любую погоду и в 1,5 - 2 раза больший урожай .

В коммунальном хозяйстве доля безвозвратных потерь воды (13 %) несколько больше, чем в промышленности, так как кроме питьевого водоснабжения вода используется для пополнения городских водоемов, мойки автотранспорта и дорожной сети,

Рис. 4.4.

а - структура водозабора (435 км 3 /год); б - структура сточных вод (308 км 3 /год); в - водозабор (1) и сброс сточных вод (2) в европейских регионах

полива декоративных насаждений, при тушении пожаров. Поэтому объем сточных вод в коммунальном хозяйстве сопоставим в Европе с объемом сельскохозяйственных сточных вод (см. рис. 4.4).

В крупнейших городах Европы удельное общее водопотребление (коммунальное + промышленное), определяемое по забору воды насосными станциями муниципального водопровода, варьирует от 263 л/(сут жит.) в Лондоне до 500 в Париже и 600 л/(сут? жит.) в Москве, тогда как бытовое удельное водопотребление не превышает 145 л/(суг жит.). Из него более 80 % жители тратят на санитарно-гигиенические цели и лишь 2 % - для приготовления еды и питья.

В опубликованном банке данных по стоку воды, взвешенных наносов и суммарному ионному стоку рек в Мировой океан значения водоносности всех крупнейших рек Западной Европы ниже величин, приведенных выше по данным . Это указывает на сокращение стока на 1 - 2 км 3 /год, а в р. Рейне - на 11 км 3 /год. При этом среднегодовая минерализация воды в реке, исходя из приведенного в данном банке значения ионного стока, равна 725 мг/л (существенно больше природной), а в реках Сене, Луаре и Гаронне она достигает 1,2-1,8 г/л, что, очевидно, является следствием не только муниципального безвозвратного водопотребле- ния, но и сильного загрязнения речных вод.

В состав водопотребления на континенте включают и дополнительные потери воды на испарение с поверхности эксплуатируемых водохранилищ. Потери воды определяют приближенно по произведению разности средних за многолетний период годовых слоев испаряемости и испарения с территории, окружающей водохранилище, и его площади при НПУ. Несмотря на завышенные таким способом расчета значения этого вида безвозвратного водопотребления (11,4км 3 /год в Европе), его доля не превышает 3 % в объеме общего водозабора (см. рис. 4.4).

Распределение водопотребления в Европе неравномерно: оно минимально в Северной Европе и на северном склоне европейской территории бывшего Советского Союза (см. рис. 4.4), максимально в Центральной Европе. В этих трех регионах безвозвратное водопотребление относительно невелико - 12-16% его общей величины. На полуостровах Южной Европы и на южном склоне ЕТС (в пределах водосборов Черного, Азовского и Каспийского морей), где расположены наибольшие массивы орошаемых земель, безвозвратные потери воды достигают 38 %.

В водном хозяйстве Европы наиболее остры две гидроэкологические проблемы. Первая из них состоит в том, что в районе многих крупных городов Европы истощены водные ресурсы подземных водоносных горизонтов, содержавших наиболее чистую воду, не нуждающуюся в дорогостоящей очистке для питьевого водоснабжения. Под такими городами из-за чрезмерного водоотбора образовались депрессионные воронки, в которые начали просачиваться поверхностные загрязненные воды и даже соленые воды из прибрежной зоны морей (Д. Дукич, 1971). Возникла необходимость в замене подземного водоисточника поверхностными, в развитии сети питьевых водохранилищ для водоснабжения крупных городов. Так, в Великобритании построено уже более 300 малых и средних водохранилищ, большинство из которых питьевого назначения. Из водохранилищ по сети дальних водоводов осуществляется подача воды в городские агломерации. Разрабатываются проекты сооружения опресненных речным стоком морских водохранилищ в эстуариях, из которых крупнейшее - в эстуарии р. Северн (верховья Бристольского залива). Десятки водохранилищ Франции обеспечивают коммунальное и промышленное водоснабжение в Парижском районе, в Центральном Французском массиве, в бассейне р. Гаронны. В Испании построено 120 водохранилищ для обеспечения не только Мадрида, но и крупных прибрежных городов - Барселоны, Валенсии, Малаги .

Вторая гидроэкологическая проблема, тесно связанная с первой, - сильное загрязнение самых больших рек - Рейна, Дуная и рек, протекающих через крупнейшие города, таких как Темза и Сена. Так, загрязненные воды Дуная служат причиной эвтрофирования западной части Черного моря. Здесь площадь зоны эвтрофикации в 60- 80-е годы XX в. возросла в 5 -10 раз и достигла не менее 100 тыс. км 2 . В поверхностном 10-метровом слое этой зоны максимальные значения численности и биомассы фитопланктона увеличились в этот период в 10-20 раз. Впервые в Черном море отмечены случаи «красных приливов», вызванные «цветением» перидинеи, возросла численность коловраток, инфузорий, медуз, а на периферии зоны влияния Дуная увеличилась численность кормового зоопланктона и питающихся им рыб (скопления шпрота, сельди и других промысловых видов). В придонном слое воды (до глубины 40 м) у берегов Украины, Румынии и Болгарии с начала 70-х годов XX в. отмечены массовые заморы организмов бентоса и донных рыб, в отдельные годы охватывающие до 20 тыс. км 2 шельфа.

Благодаря ужесточению водоохранного законодательства и вследствие этого увеличению инвестиций в строительство и совершенствованию технологии использования и очистки промышленных и бытовых сточных вод, в последние десятилетия наметилась тенденция к уменьшению загрязнения указанных рек сточными водами из точечных их источников. Отмечены в этих реках признаки восстановления ихтиофауны. Наиболее трудно устранимы загрязняющие вещества рассредоточенных источников, которыми служат ливневые сточные воды, образующиеся в городах при выпадении ливневых осадков, таянии снега. Потому в настоящее время эти воды - главный источник загрязнения большинства европейских рек.

Для уменьшения влияния загрязненных речных вод на формирование качества воды в питаемых ими водохранилищах питьевого назначения в Германии уже построено 19 предводохранилищ, сооружается каскад таких водохранилищ в Венгрии на р. Зала, главном притоке оз. Балатон. Небольшие и мелководные предво- дохранилища, зарастающие макрофитами, предназначены для удержания их экосистемами антропогенных биогенных и органических веществ, что ведет к ослаблению «цветения» в охраняемых таким способом расположенных ниже водных объектах.

Оригинальный крупный водохозяйственный проект по увеличению водных ресурсов разработан в Греции. Предполагается в заливе Арголикос Критского моря отделить дамбой участок мелководья, где имеются мощные, с расходом до 10 м 3 /с, источники пресной воды, формирующейся в карстовом районе полуострова Пелопоннес. Соленая вода из этого прибрежного водохранилища объемом 0,3 км 3 будет вытеснена подземной пресной водой, которая и будет использована для орошения 30 тыс. га .

На основе анализа тенденций развития водного хозяйства в 5 регионах Европы, обобщенные показатели структуры водопо- требления в которых показаны на рис. 4.4, спрогнозировано изменение водопотребления в Европе к 2000 г. и дана оценка его ожидаемого воздействия на в н>тр и континентальный гидрологический цикл . По этому прогнозу составляющие водохозяйственного баланса должны увеличиться:

водозабор - до 673 км 3 /год (с 40 до 62 % базисного стока);

безвозвратное водопотребление - до 232 км 3 /год (с 29 до 34 % водозабора);

сброс сточных вод - с 308 до 441 км 3 /год (с 28 до 40 % базисного стока), что еще сильнее сократит их разбавление РВМ в речных системах в меженные периоды - с почти 4-кратного до менее чем 3-кратного.

При этом местные осадки континентального происхождения возрастут в среднем на 173 км 3 /год (т.е. на 2 %), на 78 % компенсируя безвозвратное водопотреблен ие. Эти дополнительные, преимущественно ливневые осадки вызовут увеличение летне-осеннего стока рек Европы на 55 км 3 /год (т.е. на 1,7 %), что лишь увеличит их паводковый сток, мутность речной воды и ее загрязненность смываемыми с хозяйственно освоенных водосборов загрязняющих воду веществами.

Еще заметнее станет позитивная в экологическом отношении роль регулирования водного режима и трансформации стока наносов рек, в самоочищении водных масс от загрязняющих веществ в самых многочисленных (66 %) среди водохранилищ Европы долинных водоемах ГЭС. Они образуют на многих реках - Волге и Каме, Днепре, Днестре, Сулаке, Западной Двине (Даугаве), Влтаве, Драве, Дрине, Быстрице, Ахелоос, Роне, Дордони, Тахо, Дуэро и Гвадиане - многоступенчатые каскады.

• MiUiman J. D., Rutkowski С., Meybeck М. River Discharge to the Sea - A GlobalRiver Index (GLORI). Den Burg, Texel. - Netherlands, 1995.