Водные ресурсы и их использование

Водные  ресурсы и их использование 

     Водная  среда включает поверхностные и  подземные воды. Поверхностные воды в основном сосредоточены в океане, содержанием 1 млрд. 375 млн. км3 - около 98% всей воды на Земле. Поверхность океана (акватория) составляет 361 млн. км2. Она  примерно в 2,4 раза больше площади суши территории, занимающей 149 млн. км2.

     Подземные воды бывают солеными, солоноватыми (меньшей  солености) и пресными; существующие геотермальные воды имеют повышенную температуру (более 30°С.). Для производственной деятельности человечества и его  хозяйственно-бытовых нужд требуется  пресная вода, количество которой  составляет всего лишь 2,7% общего объема воды на Земле, причем очень малая  ее доля (всего 0,36%) имеется в легкодоступных для добычи местах. Большая часть  пресной воды содержится в снегах и пресноводных айсбергах, находящихся  в районах в основном Южного полярного  круга. При отсутствии пресной воды используют соленую поверхностную  или подземную воду, производя  ее опреснение или гиперфильтрацию: пропускают под большим перепадом  давлений через полимерные мембраны с микроскопическими отверстиями, задерживающими молекулы соли. Оба  эти процесса весьма энергоемки, поэтому  представляет интерес предложение, состоящее в использовании в  качестве источника пресной воды пресноводных айсбергов (или их части), которые с этой целью буксируют  по воде к берегам, не имеющим пресной  воды, где организуют их таяние. По предварительным  расчетам разработчиков этого предложения, получение пресной воды будет  примерно вдвое менее энергоемки по сравнению с опреснением и  гиперфильтрацией.

     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. Например, на производство 1 т хлопчатобумажной ткани фабрики расходуют 250 м3 воды. Много воды требуется химической промышленности. Так, на производство 1 т аммиака затрачивается около 1000 м3 воды.

     Современные крупные теплоэлектростанции потребляют огромное количество воды. Только одна станция мощностью 300 тыс. кВт расходует  до 120 м3/с, или более 300 млн. м3 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 м3 воды, 1 т риса – более 7000 м3. 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.

           Водный  баланс земли. 

     Чтобы представить, сколько воды участвует  в круговороте, охарактеризуем различные  части гидросферы. Более 94% ее составляет Мировой океан. Другая часть (4%) –  подземные воды. При этом следует  учесть, что большая их часть относится  к глубинным рассолам, а пресные  воды составляют 1/15 долю. Значителен также  объем льда полярных ледников: с  пересчетом на воду он достигает 24 млн. км., или 1,6% объема гидросферы. Озерной  воды в 100 раз меньше – 230 тыс. км., а  в руслах рек содержится всего  лишь 1200 м. Воды, или 0,0001% всей гидросферы. Однако, несмотря на малый объем  воды, реки играют очень большую  роль: они, как и подземные воды, удовлетворяют значительную часть  потребностей населения, промышленности и орошаемого земледелия. Воды на Земле  довольно много. На долю пресных вод, исключая воду, скованную в полярных ледниках, приходится немногим более 2 млн. км., или только 0,15% всего объема гидросферы. 

     Гидросфера  как природная  система 

     Гидросфера  – это прерывистая водная оболочка Земли, совокупность морей, океанов, континентальных  вод (включая подземные) и ледяных  покровов. Моря и океаны занимают около 71% земной поверхности, в них сосредоточено  около 96,5% всего объема гидросферы. Суммарная площадь всех внутренних водоемов суши составляет менее 3% ее площади. На долю ледников приходится 1,6% запасов  воды в гидросферы, а их площадь  составляет около 10% площади континентов.

     Важнейшее свойство гидросферы – единство всех видов природных вод (Мирового океана, вод суши, водяного пара в атмосфере, подземных вод), которое осуществляется в процессе круговорота воды в  природе. Движущими силами этого  глобального процесса служат поступающая  на поверхность Земли тепловая энергия  Солнца и сила тяжести, обеспечивающие перемещение и возобновление  природных вод всех видов.

     Испарение с поверхности Мирового океана и  с поверхности суши является начальным  звеном круговорота воды в природе, обеспечивающим не только возобновление  наиболее ценного его компонента – пресных воды суши, но и их высокое  качество. Показателем активности водообмена природных вод служит высокая  скорость их возобновления, хотя различные  природные воды возобновляются (замещаются) с неодинаковой скоростью. Наиболее мобильный агент гидросферы –  речные воды, период возобновления  которых составляет 10-14 суток.

     Преобладающая часть гидросферных вод сосредоточена  в Мировом океане. Мировой океан  – основное замыкающее звено круговорота  воды в природе. Он отдает большую  часть испаряющейся влаги в атмосферу. Водные организмы, населяющие поверхностный  слой Мирового океана, обеспечивают возврат  в атмосферу значительной части  свободного кислорода планеты.

     Огромный  объем Мирового океана свидетельствует  о неисчерпаемости природных  ресурсов планеты. Кроме того, Мировой  океан является коллектором речных вод суши, ежегодно принимая около 39 тыс. м3 воды. Наметившееся в отдельных районах загрязнение Мирового океана грозит нарушить естественный процесс влагоооборота в его наиболее ответственном звене – испарении с поверхности океана. 

     Загрязнение. 

     Под загрязнением водоемов понимается снижение их биосферных функций и экономического значения в результате поступления  в них вредных веществ. Одним  из видов загрязнения водоемов является тепловое загрязнение. Электростанции, промышленные предприятия часто  сбрасывают подогретую воду в водоем. Это приводит к повышению в  нем температуры воды. С повышением температуры в водоеме уменьшается  количество кислорода, увеличивается  токсичность загрязняющих воду примесей, нарушается биологическое равновесие.

     В загрязненной воде с повышением температуры  начинают бурно размножаться болезнетворные микроорганизмы и вирусы. Попав в  питьевую воду, они могут вызвать  вспышки различных заболеваний.

     В ряде регионов важным источником пресной  воды являлись подземные воды. Раньше они считались наиболее чистыми. Но в настоящее время в результате хозяйственной деятельности человека многие источники подземной воды также подвергаются загрязнению. Нередко  это загрязнение настолько велико, что вода из них стала непригодной  для питья.

     Человечество  потребляет на свои нужды огромное количество пресной воды. Основными  ее потребителями являются промышленность и сельское хозяйство. Наиболее водоемкие  отрасли   промышленности   -   горнодобывающая,   сталелитейная, химическая, нефтехимическая, целлюлозно-бумажная и пищевая. На них уходит до 70% всей воды, затрачиваемой в промышленности. Главный же потребитель пресной  воды - сельское хозяйство: на его нужды  уходит 60-80% всей пресной воды. В современных  условиях сильно увеличиваются потребности  человека в воде на коммунально-бытовые  нужды. Объем потребляемой воды для  этих целей зависит от региона  и уровня жизни, составлял от 3 до 700 л на одного человека, в Москве, например, на каждого жителя приходится около 650 л, что является одним из самых высоких показателей в  мире.

     Из  анализа водопользования за 5-6 прошедших  десятилетий вытекает, что ежегодный |прирост безвозвратного водопотребления, при котором использованная вода безвозвратно теряется для природы, составляет 4-5%. Перспективные расчеты  показывают, что при сохранении таких  темпов потребления и с учетом прироста населения и объемов  производства к 2100 г. человечество может  исчерпать все запасы пресной  воды.

     Уже в настоящее время недостаток пресной воды испытывают не только территории, которые природа обделила водными ресурсами, но и многие регионы, еще недавно вчитавшиеся благополучными в этом отношении. В настоящее  время потребность в пресной  воде не удовлетворяется у 20% городского и 75% сельского населения планеты.

     Вмешательство человека в природные процессы затронуло  даже крупные реки (такие, как Волга, Дон, Днепр), изменив в сторону  уменьшения объемы переносимых водных масс (сток рек). Используемая в сельском хозяйстве вода по большей части  расходуется на испарение и образование  растительной биомассы и, следовательно, не возвращается в реки. Уже сейчас в наиболее обжитых районах страны сток рек сократился на 8%, а у таких  рек, как Дон, Терек, Урал - на 1 1-20%. Весьма драматична судьба Аральского моря, по сути, прекратившего существование  из-за чрезмерного забора вод рек  Сырдарьи и Амударьи на орошение. Ограниченные запасы пресной воды еще больше сокращаются  из-за их загрязнения. Главную опасность  представляют сточные воды (промышленные, сельскохозяйственные и бытовые), поскольку  значительная часть использованной воды возвращается в водные бассейны в виде сточных вод. 

     Загрязнение поверхностных вод. 

     Качество  воды большинства водных объектов не отвечает нормативным требованиям. Многолетние наблюдения за динамикой  качества поверхностных вод обнаруживают тенденцию увеличения числа створов  с высоким уровнем загрязненности и числа случаев экстремально высокого содержания загрязняющих веществ  в водных объектах.

     Состояние водных источников и систем централизованного  водоснабжения не может гарантировать  требуемого качества питьевой воды, а  в ряде регионов (Южный Урал, Кузбасс, некоторые территории Севера) это  состояние достигло опасного уровня для здоровья человека. Службы санитарно-эпидемиологического  надзора постоянно отмечают высокое  загрязнение поверхностных вод.

     Около 1/3 всей массы загрязняющих веществ  вносится в водоисточники с поверхностным  и ливневым стоком с территорий санитарно  неблагоустроенных мест, сельскохозяйственных объектов и угодий, что влияет на сезонное, в период весеннего паводка, ухудшение качества питьевой воды, ежегодно отмечаемое в крупных городах. В связи с этим проводится гиперхлорирование  воды, что, однако небезопасно для  здоровья населения в связи с  образованием хлорорганических соединений.

     Одним из основных загрязнителей поверхностных  вод является нефть и нефтепродукты. Нефть может попадать в воду в  результате естественных ее выходов  в районах залегания. Но основные источники загрязнения связаны  с человеческой деятельностью: нефтедобычей, транспортировкой, переработкой и использованием нефти в качестве топлива и  промышленного сырья.

     Среди продуктов промышленного производства особое место по своему отрицательному воздействию на водную среду и  живые организмы занимают токсичные  синтетические вещества. Они находят  все более широкое применение в промышленности, на транспорте, в  коммунально-бытовом хозяйстве. Эти  вещества могут образовывать в водоёмах слой пены, особенно хорошо заметный на порогах, перекатах, шлюзах. Способность  к пенообразованию у этих веществ  появляется уже при концентрации 1-2 мг/л.

     Наиболее  распространенными загрязняющими  веществами в поверхностных водах  являются фенолы, легко окисляемые органические вещества, соединения меди, цинка. Огромное количество загрязняющих веществ вносился в поверхностные воды со сточными водами предприятий черной и цветной металлургии, химической, нефтехимической, нефтяной, газовой, угольной, лесной, целлюлозно-бумажной промышленности, предприятий сельского и коммунального хозяйства, поверхностным стоком с прилегающих территорий.

     Небольшую опасность для водной среды из металлов представляют ртуть, свинец и  их соединения.

     Расширенное производство (без очистных сооружений) и применение ядохимикатов на полях  приводят к сильному загрязнению  водоемов вредными соединениями. Загрязнение  водной среды происходит в результате прямого внесения ядохимикатов при  обработке водоемов для борьбы с  вредителями, поступления в водоемы  воды, стекающей с поверхности  обработанных сельскохозяйственных угодий, при сбросе в водоемы отходов  предприятий-производителей, а также  в результате потерь при транспортировке, хранении и частично с атмосферными осадками.

     Наряду  с ядохимикатами сельскохозяйственные стоки содержат значительное количество остатков удобрений (азота, фосфора, калия), вносимых на поля. Кроме того, большие  количества органических соединений азота  и фосфора попадают со стоками  от животноводческих ферм, а также  с канализационными стоками. Повышение  концентрации питательных веществ  в почве приводит к нарушению  биологического равновесия в водоеме.