ЛЕКЦИЯ 6
ТЕМА: Охрана водных ресурсов
ПЛАН:
1. Свойства воды
2. Распространение и состояние воды
3. Мировые запасы воды
4. Водные ресурсы России
5. Роль воды в природе
6. Состав природной воды
7. Круговорот воды в природе
8. Проблема недостатка пресной воды
9. Регулирование рационального использования и охрана водных ресурсов
10. Правовые основы охраны водных ресурсов
11. Мониторинг водных ресурсов, качества и загрязнения воды
Водные запасы на Земле огромны, они образуют гидросферу одну из мощных сфер нашей планеты. Гидросфера, литосфера, атмосфера и биосфера взаимосвязаны, проникают одна в другую и находятся в постоянном, тесном взаимодействии. Все сферы в своем составе имеют воду. Водные ресурсы слагаются из статических (вековых) запасов и возобновляемых ресурсов . Гидросфера объединяет Мировой океан, моря, реки и озера, болота, пруды, водохранилища , полярные и горные ледники, подземные воды, почвенную влагу и пары атмосферы.
1. Свойства воды
Вода - химическое соединение водорода и кислорода (H2O) жидкость без запаха, вкуса, цвета (в толстых слоях голубоватая); плотностью 1 г/см3 при температуре 3,98 °С. При 0°С вода превращается в лед, при 100°С - в пар. Молекулярная масса воды 18,0153. По, химический состав воды может быть представлен формулой Н2On при значении п, равном Не все молекулы воды одинаковы: наряду с обычными молекулами, имеющими массу 18, присутствуют молек,21 и даже 22.
Вода - уникальное вещество по своим физическим и химическим свойствам. Полярность молекул воды и наличие между ними «водородных» связей определяют ее уникальные свойства. Плотность воды наибольшая при температуре 3,98 °С, дальнейшее охлаждение приводит к переходу ее в лед и сопровождается уменьшением плотности. Уменьшение объема вместо расширения происходит при плавлении (таянии) льда. Летучесть воды небольшая. У воды аномально высокие теплота плавления и удельная теплоемкость, при плавлении льда теплоемкость увеличивается более чем в двое. Теплоемкость воды с повышением температуры до 27 °С уменьшается, а затем вновь начинает возрастать. Вязкость воды (при температуре от 0 до 30 °С) уменьшается с повышением давления.
2. Распространение и состояние воды
Вода - наиболее распространенное на Земле вещество. Она находится в трех фазах: газообразной (пары воды), жидкой и твердой. Различают воду атмосферную, поверхностную (гидросфера) и подземную.
В атмосфере вода встречается в парообразном состоянии в воздушной оболочке, окружающей Землю, в капельно-жидком состоянии - в облаках, туманах и в виде дождя, твердом - в виде снега, града и кристалликов льда высоких облаков.
В жидком состоянии вода находится в гидросфере: вода океанов, морей, озер, рек, болот, прудов и водохранилищ. В твердом состоянии вода в виде льда и снега находится у полюсов планеты, на горных вершинах, зимой покрывает водоемы на значительных площадях. В горных породах литосферы вода встречается в виде пара. Существует капиллярная, гравитационная, кристаллизационная вода.
3. Мировые запасы воды
Общая площадь океанов и морей в 2,5 раза больше площади суши, а объем воды на Земле составляет 1,5·109 км3. Более 95% воды - соленая. Мировой океан занимает площадь 361 млн км2, что составляет 70,8% поверхности Земли. При средней глубине океана в 3800 м общий объем воды достигает 1370 млн км3. При расчете ресурсов подземных вод полагают, что в мантии Земли содержится 0,5% воды, общий объем которой составляет примерно 13-15 млрд км3 воды. Возможный приток глубинных вод в земную кору и на поверхность планеты составляет в среднем 1 км3 в год. При среднем абсолютном возрасте Земли в 3,5 млрд лет объем поверхностных вод должен составить около 3,3 млрд км3. Объем свободной воды в земной коре (подземные воды) оценивал в 60 млн км3.
4. Водные ресурсы России
Россия омывается водами 12 морей, принадлежащих трем океанам. На территории России находится свыше 2,5 млн больших и малых рек, более 2 млн озер. Водные ресурсы России слагаются из статических (вековых) и возобновляемых. Первые считаются относительно постоянными в течение длительного времени, возобновляемые водные ресурсы оцениваются объемом годового стока рек. Речной сток формируется за счет таяния снега и дождевых осадков, источниками питания рек служат болота и подземные воды.
ориентированность на специфические условия, источники и причины загрязнения;
научная обоснованность и наличие действенного контроля за эффективностью водоохранных мероприятий.
Важнейшими технологическими мерами охраны водных ресурсов являются совершенствование технологий производства, внедрение безотходных технологий. В настоящее время применяется и совершенствуется оборотная система водоснабжения, или повторное использование воды.
Поскольку избежать полностью загрязнения воды невозможно, применяются биотехнические меры охраны водных ресурсов очистка сточных вод от загрязнения. Основные методы очистки механические, химические и биологические.
При механической очистке сточных вод нерастворимые примеси удаляются при помощи решеток, сит, жироловок, маслоловушек и т. д. Тяжелые частицы осаждают в отстойниках. Механической очисткой удается освободить воду от нерастворенных примесей на 60-95%.
При химической очистке применяются реагенты, переводящие растворимые вещества в нерастворимые, связывают их, осаждают и удаляют из сточных вод, которые очищаются еще на 25-95%.
Биологическая очистка проводится двумя способами. Первый в естественных условиях - на специально подготовленных полях фильтрации (орошения) с оборудованными картами, магистральными и распределительными каналами. Очистка происходит естественным способом путем фильтрации воды через почву. Органический фильтрат подвергается бактериальному разложению, воздействию кислорода, солнечных лучей и используется в дальнейшем в качестве удобрения. Используется также каскад прудовотстойников, в которых естественным путем происходит самоочищение воды. Второй - ускоренный способ очищения сточных вод производится в специальных биофильтрах через пористые материалы из гравия, щебня, песка и керамзита, поверхность которых покрыта пленкой микроорганизмов. Процесс очистки сточных вод на биофильтрах происходит интенсивнее, чем на полях фильтрации.
В настоящее время практически ни один город не обходится без очистных сооружений , причем все указанные способы применяются в комплексе. Это дает хороший эффект.
9. Регулирование рационального использования и охрана водных ресурсов
Охрана вод регулируется законодательством Российской Федерации о недрах (подземные воды являются как полезным ископаемым, так и водными объектами) и водным законодательством, а также рядом правительственных и ведомственных нормативных актов (инструкций, положений, базовых и государственных нормативов). Водное законодательство представлено Водным кодексом Российской Федерации (ноябрь 1995) и принимаемыми в соответствии с ним федеральными законами и иными нормативными правовыми актами , а также законами и нормативными правовыми актами ее субъектов, регулирующими водные отношения. Водное законодательство Российской Федерации регулирует отношения в области использования и охраны водных объектов в целях:
обеспечения прав граждан на чистую воду и благоприятную среду;
поддержания оптимальных условий водопользования;
поддержания качества поверхностных и подземных вод в состоянии, отвечающем санитарным и экологическим требованиям;
защиты водных объектов от загрязнения, засорения и истощения;
предотвращения или ликвидации вредного воздействия вод, а также сохранения биологического разнообразия водных экосистем.
Закон «О недрах» (февраль 1992) регулирует отношения, связанные с геологическим изучением, использованием и охраной подземных вод как полезного ископаемого. Он «содержит правовые и экономические основы комплексного рационального использования и охраны недр, обеспечивающие защиту интересов государства и граждан Российской Федерации, а также пользователей недр».
Требования к качеству питьевых вод содержатся в утвержденных нормативах предельно допустимых концентраций (ПДК) веществ в воде, стандартах качества воды, изложенных в ГОСТах, Технических условиях, Требованиях. К ним относятся: ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством», «Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнения» (СанПиН 4630-88). Санитарные правила и нормы изложены в «Требованиях к качеству воды нецентрализованного водоснабжения. Санитарная охрана источников» (Санитарные правила и нормы на питьевую воду, СанПиН 2.1.4.544-96); «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» (СанПиН 2.1.4.559-96).
Гостом предусмотрена определенная система сертификации питьевой воды, материалов, технологических процессов и оборудования, применяемых в хозяйственно-питьевом водоснабжении. Основные положения утверждены постановлением Госстандарта России и Госкомсанэпиднадзора России (28.04.1995 г. № 8/5).
Пользование водами регулируется лицензиями, которые имеют разрешительный характер. Права и обязанности владельца водным объектом, цели и сроки его использования и т. д. оговорены в «Положении о порядке лицензирования пользования недрами» (утверждено постановлением Совета Министров Российской Федерации от 15.07.92 № 000-1), в Инструкции по применению «Положения о порядке лицензирования пользования недрами» к участкам недр, предоставляемым для добычи подземных вод, а также других подземных ископаемых, отнесенных к категории лечебных» (зарегистрирована в Министерстве юстиции Российской Федерации. Регистрационный номер 583 от 26.05.94.).
Контроль качества и охрана поверхностных вод. Поверхностные воды (водоемы и реки) в наибольшей степени подвержены загрязнению и ущербу. По данным Государственного доклада «О состоянии окружающей среды Российской Федерации» (1998), в поверхностные воды России сбрасывается (тыс. т в год): нефтепродуктов 39,4, фосфора - 60, фенола - 0,22, поверхностно активных веществ (ПАВ) - 8,9, соединений меди - 0,9, железа - 51,2, цинка - 1,6. Общий объем сточных вод, сброшенных в поверхностные воды, за последнее десятилетие в среднем за год составляет 50-60 км3. Нефтепродукты, фенолы, легко окисляемые органические вещества, соединения металлов, аммонийный и нитритный азот , а также специфические вредные вещества - лигнин, ксантогенаты, формальдегид и др. уже являются самыми распространенными инородными веществами в поверхностных водах.
Качество речных вод основных водных артерий России оценивается в среднем как загрязненное: в Волге и ее притоках вода загрязненная, в Оке - сильно загрязненная, в Дону и Тереке - от грязной до чрезвычайно грязной, в Днепре - от слабо загрязненной до грязной.
К поверхностным водам должны применяться в самой жесткой форме все меры охраны их от загрязнения и истощения. Поверхностные воды являются пока еще основным источником питьевых вод, связующим звеном с подземными водами, в них сосредоточены запасы рыбных ресурсов и т. д. Среди охранных мер по регулированию качества и ресурсов поверхностных вод должны доминировать профилактические меры, предотвращающие попадание загрязняющих веществ в водоемы и реки. Это переход на безотходные технологии в промышленности и сельском хозяйстве, а также жесткая очистка сточных вод.
Наблюдение за качеством и охрана подземных вод. Причины ухудшения качества и загрязнения подземных вод связаны с деятельностью предприятий промышленности (37%), сельского (16%) и жилищно-коммунального (10%) хозяйства, обусловлены также совместным воздействием различных объектов (9%), подтягиванием некондиционных природных вод при нарушении режима эксплуатации водозаборов (13%).
Основными веществами, которые ухудшают качество и загрязняют подземные воды, являются: сульфаты, хлориды, соединения азота (нитраты, нитриты, аммиак и аммоний), нефтепродукты, фенолы, соединения железа, тяжелые металлы (медь, цинк, свинец, кадмий, никель и ртуть). Среди 28% выявленных очагов загрязнения содержание указанных выше веществ изменяется в пределах 10-100 ПДК, среди 12%- превышает 100 ПДК.
Ухудшение качества и загрязнение подземных вод по-прежнему в большинстве случаев носит локальный характер и в основном ограничивается размерами источника загрязнения. Из общего количества очагов менее 10% имеют площадь, превышающую 10 км2. Крупные очаги ухудшения качества и загрязнения подземных вод по-прежнему остаются в Мурманской и Ленинградской областях . Опасные очаги остаются в Московской и Пермской областях, в пределах отработанных шахтных полей бурого угля Тульской области и месторождений нефти в Республике Татарстан , в районе городов Волгограда, Волжского, Краснодара, Оренбурга, Магнитогорска, Усолья-Сибирского, Кемерова, Комсомольска-на-Амуре, Хабаровска и др. Наибольшую экологическую опасность представляет ухудшение качества и загрязнение подземных вод на водозаборах питьевого водоснабжения, которое было отмечено в 90 городах и поселках, на 600 водозаборах.
Мероприятия по охране подземных вод от истощения и загрязнения подразделяются на профилактические и специальные, общие и конкретные. К профилактическим мероприятиям относятся следующие:
тщательный выбор места расположения строящегося объекта, антропогенное воздействие которого на подземные воды будет минимальным;
оснащение соответствующим оборудованием и соблюдение зон санитарной охраны;
учет степени защищенности подземных вод;
соблюдение режима эксплуатации, определенного нормативными документами и экспертизой Государственной комиссии по запасам (ГКЗ);
организация и ведение мониторинга подземных вод. Одним из наиболее важных профилактических мероприятий является создание зон санитарной охраны (ЗСО), которое регламентируется Положением о порядке проектирования и эксплуатации зон санитарной охраны источников водоснабжения и водопроводов хозяйственно-питьевого назначения. Водоохранные зоны состоят из трех поясов, специальные мероприятия в которых исключают возможность загрязнения подземных вод. Первый пояс водоохранных зон - пояс строгого режима. Он включает территорию, на которой расположены водозаборные, водопроводные и водоподводящие сооружения. Границы пояса устанавливаются в виде заграждения на расстоянии не менее 30-50 м от сооружений в зависимости от степени природной защищенности водоносного горизонта. Для береговых (инфильтрационных) водозаборных сооружений в границы первого пояса включается вся территория между рекой и водозаборными сооружениями, но не более 150 м. Здесь запрещены все виды строительства, не имеющие отношение к эксплуатации водозаборного сооружения, осуществляются планировка и отвод поверхностного стока, строгий контроль за состоянием воды и охрана территории. Второй и третий пояса водоохранных зон - пояса ограничений. Они предназначены для защиты подземных вод от микробного (второй пояс) и химического (третий пояс) загрязнения. Площади зон определяются из расчета времени, за которое патогенные организмы погибают, а химические загрязнители полностью адсорбируются и нейтрализуются.
Во втором и третьем поясах запрещены строительство, складирование отходов, размещение предприятий промышленности и сельского хозяйства. Постоянно осуществляется контроль за благоустройством и санитарным состоянием территории.
Специальные мероприятия по охране подземных вод от загрязнения направлены на изоляцию источников и очагов загрязнения, перехват загрязненных вод. При истощении вод применяют меры искусственного пополнения и увеличения питания подземных вод. Необходимы своевременная разработка и применение мер по утилизации шахтных и дренажных вод, мер, сокращающих использование пресных вод на технические нужды, по бережному расходованию воды, уменьшение потерь при ее транспортировке и распределении.
Таким образом, охрана подземных вод включает общие меры: строгое соблюдение законодательных актов, уменьшение промышленных отходов, создание безотходных производств - и конкретные: многократное использование вод, строительство очистных сооружений, соблюдение правил при разведке подземных вод, строительстве и эксплуатации водозаборов.
Качество и охрана вод морей и Мирового океана. За последнее время большую тревогу вызывает загрязнение морей и Мирового океана в целом (фоновое загрязнение). Основные источники загрязнения - бытовые и промышленные сточные воды (в прибрежных районах сосредоточено 60% крупных городов), нефть и нефтепродукты, радиоактивные вещества. Особо опасны загрязнения нефтью и радиоактивными веществами. Предприятия приморских городов выбрасывают в море тысячи тонн различных, как правило, неочищенных отходов, в том числе канализационные стоки. В моря выносятся загрязненные речные воды. Нефть и нефтепродукты попадают в воду в результате промывки цистерн, емкостей, в которых транспортируется нефть. Огромное количество нефти попадает в океан и в моря при авариях танкеров, нефтепроводов на нефтепромыслах , при разведке и эксплуатации нефтяных месторождений в зоне материковых шельфов. При авариях нефтяных скважин в море выбрасываются многие тысячи тонн нефти.
Загрязнение является причиной гибели морских животных: ракообразных и рыб, водоплавающих птиц, тюленей. Известны случаи гибели около 30 тыс. морских уток, массовой гибели морских звезд в начале 1990-х гг. в Белом море. Нередки случаи закрытия пляжей в связи с опасными концентрациями загрязняющих веществ в морской воде, вызванными многочисленными авариями судов, перевозящих нефть и нефтепродукты.
Загрязнение вод Мирового океана радиоактивными веществами происходит в результате испытаний атомного оружия. Площадь заражения после испытаний может достигать 2,5 млн км2. Аварии атомных подводных лодок, судов с атомными реакторами, без сомнения, также являются важными источниками радиоактивного заражения значительных площадей морей и океанов. В 1980-е гг. практиковалось захоронение радиоактивных отходов в контейнерах, которые сбрасывали в наибольшие глубины океана. Мировая общественность противостояла этому довольно успешно. Загрязнение морской воды приводит к концентрации радиоактивных веществ в растениях и животных по цепям питания. Известны случаи, когда концентрация радиоактивных веществ на вершинах трофических пирамид превышала фоновую более чем в 50 тыс. раз.
Степень загрязнения морской воды в значительной степени зависит от отношения к этой проблеме государств, граничащих с морями и океанами. Все внутренние и окраинные моря России испытывают мощный антропогенный пресс, включая многочисленные плановые и аварийные сбросы загрязняющих веществ. Уровень загрязнения российских морей (за исключением Белого моря), по данным Государственного доклада «О состоянии окружающей среды Российской Федерации», в 1998 г. превышал ПДК по содержанию углеводородов, тяжелых металлов, ртути, фенолов, поверхностно активных веществ (ПАВ) в среднем в 3-5 раз.
Мероприятия по охране вод морей и Мирового океана заключаются в устранении причин ухудшения качества и загрязнения вод. Особые меры по предупреждению загрязнения морской воды следует предусматривать при разведке и освоении нефтяных и газовых месторождений на материковых шельфах. Необходимо ввести запрет на захоронение токсичных веществ в океане, сохранятьмораторий на испытания ядерного оружия под водой. Следует предпринимать быстрые меры по ликвидации последствий аварий и катастроф, при которых в океан попадают токсичные продукты. Проблема охраны вод Мирового океана является глобальной, она касается всех государств планеты. Для охраны вод Мирового океана необходимы совместные усилия всех государств мирового сообщества, ООН и ее подразделений. В значительной степени такие меры могут иметь успех при участии государств в международных природоохранных программах, которые разработаны и предлагаются соответствующими конвенциями, предусмотрены международными соглашениями.
10. Правовые основы охраны водных ресурсов
В 1990-е гг. в России произошли серьезные изменения в организационно-функциональной структуре министерств и ведомств, ответственных за минерально-сырьевую базу России. К сожалению, к 1999 г. структура еще не получила своего законченного развития. В сфере природопользования и охраны природных ресурсов координация осуществляется Министерством природных ресурсов (МПР) Российской Федерации (согласно Конституции Российской Федерации недра и водные объекты являются предметом совместного ведения Российской Федерации, включая МПР и субъекты Федерации).
В соответствии с постановлением Правительства Российской Федерации от 17.05.97 № 000 МПР России с участием федеральных органов разрабатывает основные направления государственной политики в сфере использования, охраны и воспроизводства природных ресурсов. В задачу МПР России также входят: разработка и реализация государственных целевых программ использования и охраны природных ресурсов; подготовка предложений по усовершенствованию действующего законодательства; разработка нормативно-методических документов по использованию и охране природных ресурсов. Министерство природных ресурсов принимает решения по вопросам изучения и прогноза изменения состояния естественных богатств. Осуществлен ряд мероприятий по реформированию территориальных органов и созданию новой системы управления государственным фондом недр и водным фондом (структурная перестройка).
На 1999 г. основными законодательными и нормативными актами, которые регламентируют охрану водных ресурсов являются: Закон Российской Федерации «О недрах», Закон Российской Федерации «Об охране окружающей природной среды» и Водный кодекс Российской Федерации.
На уровне проектов, в различной стадии обсуждения и доработки находятся следующие законодательные акты: «О лицензировании пользования недрами», «О внутренних водах, территориальном море и прилежащей зоне Российской Федерации». Приняты основополагающие постановления Правительства РФ по соответствующим вопросам, проекты которых подготовлены МПР России: «Об утверждении Положения о ведении государственного мониторинга водных объектов», «Об утверждении Правил пользования водных объектов, находящихся в государственной собственности, установлении и пересмотре лимитов водопользования, выдачи лицензии на водопользование и распорядительной лицензии», «Об утверждении Положения об осуществлении государственного контроля за использованием и охраной водных объектов», «О порядке эксплуатации водохранилищ». Проект правительственного постановления «О концепции государственной политики в сфере воспроизводства, использования и охраны природных ресурсов» находится на согласовании в заинтересованных министерствах и госкомитетах. Введены в действие нормативные межведомственные акты «Классификация эксплуатационных запасов и прогнозных ресурсов подземных вод»; подзаконные нормативные (разъяснительные) акты: «Инструкция о порядке согласования и выдачи лицензий на водопользование по поверхностным водным объектам», «Методические рекомендации по государственной регистрации лицензий на водопользование...».
Мировое сообщество в области охраны окружающей среды руководствуется Программой действий по реализации «Повестки дня на XXI век», принятой на Конференции ООН по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро (1992). Россия принимает активное участие в Программе ООН по окружающей среде (ЮНЕП), обеспечивает обязательства по международным договорам (конвенциям и соглашениям): о водно-болотных угодьях, имеющих международное значение; по охране и использованию трансграничных водотоков и международных озер; по защите морской среды района Балтийского моря; по защите Черного моря от загрязнения; по предотвращению загрязнения моря сбросами отходов и других материалов. В России реализуется проект «Комплексное управление окружающей средой Волго-Каспийского региона», разрабатываются проекты федеральных целевых программ: «Создание Единой государственной системы экологического мониторинга», «Комплексное управление прибрежными зонами Черного и Азовского морей...», «Обеспечение населения России питьевой водой», «Оздоровление окружающей среды и населения Кемеровской области », «Возрождение Волги», «Мировой океан», «Экологическая безопасность Урала», «Создание и развитие ЕГСЭМ (постановление Правительства РФ от 01.01.01 г. № 000).
11. Мониторинг водных ресурсов, качества и загрязнения воды
Мониторинг - это система наблюдений и контроля над состоянием среды с целью разработки мероприятий по рационализации использования природных ресурсов, охране окружающей природной среды, предупреждению критических ситуаций, своевременной оценке состояния и прогнозу изменений, в том числе последствий антропогенных воздействий. Различают следующие типы мониторинга: глобальный (биосферный), геофизический, климатический, экологический, биологический, окружающей природной и геологической среды и др. По территории охвата - международный, государственный, региональный, национальный, локальный, импактный. По методам исследований - дистанционный и непосредственный. По объектам наблюдения - окружающей природной среды, почв, биологических ресурсов суши, лесной, подземных вод и др.
Под мониторингом водных ресурсов понимается система непрерывного (текущего) и комплексного отслеживания состояния водных ресурсов, контроля и учета количественных и качественных характеристик во времени, взаимообусловленного воздействия и изменения потребительских свойств, а также система прогноза сохранения и развития в разных режимах использования. Элементы этой системы давно существуют в министерствах и ведомствах природно-ресурсного комплекса. Систематические наблюдения за состоянием недр и водного фонда осуществляются МПР России и Росгидрометом. На территории РФ развернута система государственного мониторинга геологической среды (ГМГС), которая контролирует также блок «подземные воды». Система ГМГС включает около 15 тыс. наблюдательных пунктов, которые размещены практически во всех регионах страны. Основные задачи ГМГС: управление структурой на региональном уровне, обеспечение информацией о текущем состоянии геологической среды (включая подземные воды) и о прогнозах ее изменения под влиянием природных и техногенных факторов, ведение специализированного банка данных . Важным элементом системы является Государственный банк цифровой геологической информации (ГБЦГИ).
Государственный мониторинг водных объектов (Росгидромет ведет наблюдения на 4 тыс. пунктах - на реках, озерах и водохранилищах) включает поверхностные воды суши, морей, водохозяйственные системы и сооружения (в том числе водохранилища).
Объектом мониторинга окружающей природной среды является оценка ее качества и уровня загрязнения как необходимого условия для принятия научно обоснованных решений об эффективности природоохранных мер. В соответствии с Законом Российской Федерации «Об охране окружающей природной среды» (1991) организационной структурой, обеспечивающей осуществление мониторинга, стала Государственная служба наблюдения за состоянием окружающей природной среды (ГСН) Росгидромета. Служба состоит из ряда систем, в том числе наблюдения за загрязнением морской среды (602 пункта наблюдения), наблюдения за загрязнением поверхностных вод (120 объектов наблюдения за гидробиологическими показателями, 1132 объекта наблюдения за гидрохимическими показателями).
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1. Расскажите, как распределяется вода на Земле. Какое она имеет значение?
2. Как происходит круговорот воды на планете и какое влияние он оказывает на природные процессы?
3. Каков состав пресной воды?
4. В чем причины недостатка пресной воды в разных районах Земли?
5. Какие производства используют наибольшее количество воды?
6. Какие вещества, загрязняющие водоемы, наиболее опасны и почему?
7. Как можно определить уровень загрязнения водоемов?
8. Что значит «самоочищение водоемов»?
9. Какие существуют методы очистки сточных вод?
10. Какое значение имеют подземные воды? Как их используют и в каких случаях вынуждены бороться с ними?
11. С чем связано истощение подземных вод?
12. Как происходит загрязнение вод Мирового океана и внутренних морей?
Статья содержит информацию о водных ресурсах планеты. Приводятся статистические данные по содержанию воды на планете. Уточняются пути по предотвращению глобальной катастрофы.
Водные ресурсы — совокупность вод гидросферы, в том числе и Мирового океана, а также наземных и скрытых вод континентов.
Вода представляет собой самое многочисленное вещество на планете. Наибольшей важностью обладает вода пригодная для питья - без нее человеческое существование не представляется возможным. Главные особенности ресурса состоят в том, что он не имеет аналогов и альтернативы. Человечество всегда использовало воду в разных областях своей деятельности: бытовое и сельское хозяйство, промышленность.
Определить какое число запасов воды содержит в себе Земля непросто. Это объясняется тем, что вода пребывает в постоянном движении и способна изменять свое состояние на:
Общее количество водных ресурсов Земли определяется как свободная вода, которая присутствует во всех известных состояниях и атмосфере.
ТОП-4 статьи которые читают вместе с этой
Рис. 1. Ледники Антарктики.
На планете содержится около 1,386 млрд. км. куб. воды. Но значительная часть от общего объема (97,5%) это соленая вода и только 2,5% — пресная. Основная доля пресной воды (68,7%) находится во льдах Антарктики, Арктики, и горных районов.
Некогда внутренние воды и водные ресурсы в целом относились к числу возобновляемых ресурсов благодаря круговороту воды и способности ее к очищению. Эти специфические черты живительной влаги породили распространенный миф о неизменности и неисчерпаемости ресурса.
Однако сейчас положение сильно изменилась. В большинстве частей света были выявлены последствия длительного и некорректного воздействия человека на самый ценный ресурс. За минувшие три десятка лет наблюдается массовое изменение по вине человека в круговороте воды, которое негативно сказывается на ее качестве и потенциале как природного ресурса.
Объем водных ресурсов, их география и временное распределение, зависят не только от естественных климатических колебаний.
Рис. 2. Загрязнение воды человеком.
Из-за положительного и отрицательного влияния человека на планету многие части мировых водных ресурсов попросту истощаются и сильно загрязняются. Это обстоятельство сейчас является основным фактором, который существенно тормозит экономическое развитие, а вместе с тем и рост численности населения. Поэтому тема и вопрос, касающийся иррационального использования водных ресурсов, сегодня актуален как никогда.
Водные ресурсы предусматривают рациональное использование от каждого жителя Земли, предприятия и государства.
Рис. 3. Очистка поверхности океана от нефтяного пятна.
Для предупреждения необратимых последствий на планете необходимо приобщать все слои населения к проблеме и создать законодательную основу, которая будет способствовать проявлению заботы о водных ресурсах как со стороны частных лиц, так и предприятий.
Выброс мусора в моря и океаны сейчас вызывает глобальные проблемы, т. к. это негативно сказывается на живых сущзествах, которые населяют морские глубины.
Проблема очистки сточных вод является причиной загрязнения многих естественных водоемов планеты.
Узнали, что включает в себя понятие «водные ресурсы». Установили, каковы основные причины негативного воздействия человека на водные запасы планеты. Выяснили, что должны делать люди, чтобы сохранить планету и ее богатства для потомков. Поняли, что без воды жизнь на Земле невозможна.
Средняя оценка: 4.5 . Всего получено оценок: 213.
С экологической точки зрения охрана водных ресурсов состоит прежде всего в непосредственном обеспечении людей водой для жизни и санитарно-гигиенических нужд. Не считая огромные изменения планетарной воды океанов, морей, ледников, поверхностных водоемов и подземных пластов, которые составляют 1,359 млн. м 3 , запасы питьевой воды не превышают 2-3%. За данными ООН, сегодня около 1,3 млрд. людей не обеспечены питьевой водой ни в качественном, ни количественном отношении.
Проблема состоит в том, что пресную воду, необходимую для жизнедеятельности человека, выпивает, образно говоря, его дитя - современная промышленность. Достаточно сказать, что для получения 1 т капрона используется 10 т чистой воды, а для изготовления 1 кг бумаги - 100 кг. В промышленно развитых странах на одного человека расходуется 1,2 - 1,5 тыс. м 3 воды в год. Еще недавно затраты воды на одного жителя города составляли 30 - 40 л/сутки, а сегодня - почти 300 л.
Водные экосистемы, которые расположены возле городских поселений, с давних времен служили для размещения бытовых отходов. Биологические возможности водных экосистем настолько велики, что они к определенному моменту, используя растворенный в воде кислород, самоочищались от бытового загрязнения.
Переход человечества от примитивного земледелия к индустриализации проявился в изменении количественных и качественных характеристик отходов, которые резко ухудшили экологическое состояние водных ресурсов. Много рек (или их отдельных участков) в Украине фактически превратились в коллекторы сточных и шахтных вод. Это - Лугань, Ингулец, Северский Донец и др. Ежегодно в Ингулец сбрасывается горнорудными предприятиями Кривбасса 200 тыс. т хлоридов, а засоленность воды здесь достигает 5 г при норме 1 г.
Особого внимания требуют малые реки Украины, которых насчитывается близко 22,5 тыс. Они загрязняются пестицидами, удобрениями и химикатами, а также стоками животноводческих комплексов.
Основным направлением охраны водных ресурсов должна стать очистка стоков, как промышленных и сельскохозяйственных, так и коммунальных. Одновременно следует активнее внедрять технологии, которые бы уменьшали до минимума химические загрязнения поверхностных и подземных вод.
Если воду, которой издавна не хватало, называли "ресурсом жизни", то о воздухе вспомнили лишь в нашу урбанизированную эпоху. Известно, что без пищи человек может прожить несколько десятков дней, а без воздуха - только 5 - 7 мин. И вдобавок человеку нужен чистый воздух, которого, в особенности в городах и индустриальных центрах, не хватает.
Американские ученые подсчитали, что в США количество загрязняющих веществ, которые выбрасываются в воздух, превысило 200 млн. т, то есть почти 1 т на каждого жителя страны. Если все выбросы загрязнителей принять за 100%, то доля транспорта будет составлять 60,6%, промышленности - 12,2%, теплоэлектростанций - 14,1%, атомных станций - 5,6%, твердых отходов - 3,5%. В отдельных городах планеты, таких, как Нью-Йорк, Лос-Анджелес, Токио, степень загрязнения городского воздуха транспортом достигает 90%.
Самий высокий уровень загрязнения атмосферного воздуха в Украине зарегистрирован в городах Донецке, Мариуполе, Днепропетровске, Днепродзержинске, Запорожье, Кривом Роге, Киеве, Одессе, Северодонецке и др. Эти города вошли в число 68 городов бывшего СССР с наибольшим уровнем загрязнения.
Мероприятия, направленные на охрану атмосферного воздуха, предусматривают внедрение технических решений по обезвреживанию и улавливанию газообразных загрязняющих веществ, разработку и утверждение нормативов загрязнений, предельно допустимых выбросов для всех предприятий, создание современных приборов постоянного контроля и учета выбросов.
Проблемы охраны поверхностных вод в России по-прежнему остаются актуальными при том, что до 60 % питьевой воды в стране получают из поверхностных водоисточников. В ряде регионов до 50 – 80 % проб воды не соответствует нормативным требованиям по санитарно-химическим показателям.
В трехчленной системе охраны поверхностных вод (гигиенические нормативы, показатели и лимиты на сброс загрязнений в водоемы и осуществление контроля сбросов) основополагающая роль принадлежит нормативам качества водных объектов – величинам ПДК, которые имеют законодательно устанавливаемый государственный статус и призваны предупредить загрязнение воды. В соответствии с Федеральным законом «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» от 30 марта 1999 г. № 52-ФЗ гигиенические нормативы имеют прямое отношение к охране поверхностных вод, используемых как источники питьевого водоснабжения или для рекреационного водопользования населения. Очистные сооружения водопроводных станций обладают ограниченной эффективностью в отношении химических загрязнений и поэтому качество питьевой воды по химическому составу полностью зависит от уровней загрязнения исходной воды водоисточников.
Потребление воды человеком в сотни раз превышает потребление всех остальных видов природных ресурсов. Рост потребления вызывает истощение запасов пресных вод. И хотя вода покрывает свыше 70% поверхности Земли и относится к возобновимым ресурсам, она становится все более дефицитным природным продуктом.
Водные ресурсы - это воды (поверхностные и подземные), которые человек использует в быту, в промышленности, в сельском хозяйстве.
Для оценки водных ресурсов создан водный кадастр - свод сведений о водных ресурсах России. Он обобщает материалы гидрологических наблюдений и исследований.
В кадастре указано и распределение вод на территории нашей страны, и сезонное распределение многоводных рек.
На каждого жителя Русской равнины приходится 8500 м 3 воды в год, а на одного жителя Сибири - 100000 м 3 в год, т.е. в 12 раз больше. В южных районах (земледельческих) России дефицит воды, т.к. большая часть воды идет на орошение. На Урале водная проблема стоит очень остро, т.к. реки Урала маловодны (это верховья рек), а потребности для городов и многочисленных предприятий в воде очень большие.
В настоящее время сложилась напряженная обстановка с обеспечением населения России доброкачественной питьевой водой. Основным критерием качества питьевой воды является ее влияние на здоровье человека. Безвредность воды обеспечивается отсутствием в ней токсичных и вредных для организма примесей. Одной из причин неудовлетворительного качества питьевой воды является массивное загрязнение поверхностных водоемов. Ежедневно туда сливаются тонны отходов промышленных предприятий, сточные воды с полей и из хозяйственно-бытовых и ливневых канализаций городов и мелких населенных пунктов. Исследования последних лет показали, что каждая четвертая проба воды из водоемов не отвечает гигиеническим нормам по санитарно-химическим характеристикам и каждая третья - по микробиологическим показателям. Вода большинства поверхностных источников водоснабжения России характеризуется умеренным и высоким уровнем загрязнения. Приоритетными загрязнителями на протяжении многих лет остаются органические соединения, взвешенные вещества, нефтепродукты, фенолы, тяжелые металлы и др. Среди возбудителей заболеваний из воды водоемов чаще всего выделяются сальмонеллы, энтеровирусы и др. Результаты мониторинга качества поверхностных вод в местах водозаборов питьевых водопроводов России свидетельствуют о том, что в настоящее время концентрации приоритетных вредных химических веществ уже приближаются к предельно-допустимым, а в некоторых случаях даже превышают их. При таком положении резко усложняется возможность получения качественной питьевой воды, так как существующие водопроводные очистные сооружения практически не обеспечивают барьерную функцию по отношению к техногенным химическим веществам. Они транзитом поступают в питьевую воду. Сегодня практически все поверхностные водоисточники по уровню загрязнения приблизились к 3 классу качества, а по международной классификации - к 4-5, при этом состав очистных сооружений и технология очистки воды остаются неизменными. Традиционная технология подготовки питьевой воды (коагуляция, отстаивание, фильтрование, обеззараживание), которая применяется на водопроводных станциях с речными водозаборами, рассчитана на доведение природной воды до требований питьевой согласно действующему ГОСТу, лишь при условии общей низкой загрязненности воды и прежде всего токсичными элементами. В процессе технологической подготовки питьевой воды из поверхностных водоемов при применении различных реагентов могут образовываться химические соединения, зачастую более токсичные, чем первичные загрязнители. Использование современных методов анализа воды позволило обнаружить в питьевой воде более 700 органических соединений. Повсеместное применение на очистных станциях в технологии подготовки питьевой воды хлора приводит к образованию очень опасных хлорорганических соединений, которые имеют канцерогенные и мутагенные свойства. В отдельные периоды года концентрации, например, хлороформа в водопроводной воде в 3-5 раз превышают предельный уровень. То же самое можно сказать и об алюминии - веществе, оказывающем нейрогенное действие на организм. В ходе обработки воды соединениями алюминия содержание этого металла в питьевой воде, особенно в период паводка и цветения водоемов, может увеличиваться в 2 и более раз. Следующая важная проблема качественного водоснабжения - это практически повсеместное ухудшение санитарно-технического состояния распределительных водопроводных сетей, что является причиной вторичного загрязнения в них питьевой воды. Приведенная картина состояния водоснабжения и качества питьевой воды свидетельствует о том, что каждый из нас ежедневно подвергается опасности со стороны обычной воды из-под крана. Этот факт не вызывает сомнения в необходимости дополнительной ее очистки, которая соответствовала бы не только ГОСТу, но и требованиям каждой клетки нашего организма.
Одними из наиболее эффективных направлений организационных мероприятий по охране водных ресурсов являются организация водоохранных зон и разбавление сточных вод.
Организация водоохранных зон. В РФ большая часть источников водоснабжения – поверхностные (реки, озера, водохранилища). Для поддержания этих источников в состоянии, которое соответствует экологическим требованиям, исключает загрязнение, засорение и истощение поверхностных вод и сохраняет среду обитания животных и растений, организуют водоохранные зоны. Ими являются территории, примыкающие к акватории рек, водохранилищ и других поверхностных водных объектов; на них устанавливается специальный режим использования и охраны природных ресурсов, а также осуществления иной деятельности. В пределах указанных зон устанавливаются прибрежные защитные полосы, где не разрешается распахивать землю, рубить лес, размещать фермы и т.п .
Большое значение в деле охраны поверхностных вод от засорения и загрязнения имеют водоохранные лесные насаждения вокруг естественных и искусственных водоемов и водотоков. Они предназначены для защиты их от разрушительных действий ветров и поступающей в них с водосбора воды, а также для уменьшения потерь воды на испарение. Лесные насаждения улучшают водный режим водоемов, санитарно-гигиенические условия побережья и его ландшафтно-декоративное оформление, качество воды в водоемах, уменьшают их заиление, сокращают потери земельных угодий из-за переработки берегов волнами (абразии) .
Помимо водоохранных зон в целях обеспечения охраны вод могут устанавливаться также зоны и округа санитарной охраны. Они устанавливаются в целях охраны водных объектов, используемых для питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения, а также содержащих природные лечебные ресурсы .
Обеспечить чистоту поверхностных водоемов и водотоков практически невозможно без соответствующей защиты подземных вод , которая заключается в предотвращении истощения запасов подземных вод и предохранении их от загрязнения .
В целях борьбы с истощением запасов пресных подземных вод, являющихся стратегическим резервом для питьевого водоснабжения будущих поколений, предусматриваются следующие мероприятия :
1) рациональное размещение водозаборов по площади;
2) регулирование режима водоотбора подземных вод;
3) уточнение величины эксплуатационных запасов (чтобы не допустить их истощения);
4) для самоизливающихся артезианских скважин установление кранового режима эксплуатации.
Иногда для профилактики истощения подземных вод применяют искусственное пополнение их посредством перевода части поверхностного стока в подземный.
Борьба с загрязнением подземных вод включает профилактические и специальные мероприятия. Профилактические меры являются основными, поскольку требуют наименьших затрат. Специальные мероприятия направлены в первую очередь на изоляцию источников загрязнения от остальной части водоносного горизонта (противофильтрационные стенки, завесы), перехват загрязненных подземных вод с помощью дренажа или откачки их из специальных скважин.
Важнейшей профилактической мерой предупреждения загрязнения подземных вод в районах водозаборов служит устройство вокруг них зон санитарной защиты . Зоны санитарной защиты (ЗСЗ) состоят из трех поясов. Первый пояс включает территорию на расстоянии 30-50 м непосредственно от места водозабора (скважины). Это зона строгого режима, в ней запрещено присутствие посторонних лиц и проведение работ, не связанных с эксплуатацией водозабора. Второй пояс ЗСЗ служит для защиты водоносного горизонта от бактериальных загрязнений, а третий – от химических загрязнений. Здесь запрещается размещение любых объектов, которые могут вызвать то или иное загрязнение, например животноводческих комплексов. Не допускается рубка леса, использование ядохимикатов и др .
Согласно запрещается сбрасывать в водные объекты сточные воды, которые:
Могут быть устранены путем организации малоотходных производств, 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;
Запрещается сброс сточных вод в границах зон санитарной охраны источников питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения, рыбоохранных зон, рыбохозяйственных заповедных зон и в некоторых других случаях.
Сточные воды можно сбрасывать в водные объекты при условии соблюдения гигиенических требований применительно к воде водного объекта в зависимости от вида водопользования .
При сбросе сточных вод в водные объекты нормы качества воды водного объекта в расчетном створе, расположенном ниже выпуска сточных вод, должны соответствовать санитарным требованиям в зависимости от вида водопользования.
Нормы качества воды водных объектов включают :
Общие требования к составу и свойствам воды водных объектов в зависимости от вида водопользования;
Перечень предельно допустимых концентраций (ПДК) нормированных веществ в воде водных объектов для различных видов водопользования.
В расчетном створе вода должна удовлетворять нормативным требованиям. В качестве норматива используется предельно допустимая концентрация – ПДК. Все вредные вещества, для которых определены ПДК, подразделены по лимитирующим показателям вредности (ЛПВ), под которым понимают наибольшее отрицательное влияние, оказываемое данными веществами. Принадлежность веществ к одному и тому же ЛПВ предполагает суммацию действия этих веществ на водный объект .
Для водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования используют три вида ЛПВ: санитарно-токсикологический, общесанитарный и органолептический. Для рыбохозяйственных водоемов: санитарно-токсикологический, общесанитарный, органолептический, токсикологический и рыбохозяйственный .
Вещества, концентрация которых изменяется в воде водного объекта только путем разбавления, называются консервативными; вещества, концентрация которых изменяется как под действием разбавления, так и вследствие протекания различных химических, физико-химических и биологических процессов – неконсервативными.
Основной механизм снижения концентрации загрязняющего вещества при сбросе сточных вод в водные объекты – разбавление.
Разбавление сточных вод – это процесс снижения концентрации загрязняющих веществ в водоемах, вызванный перемешиванием сточных вод с водной средой, в которую они выпускаются .
Интенсивность процесса разбавления количественно характеризуется кратностью разбавления n , которая равна отношению суммы расходов сточной воды q ст, м 3 /с и окружающей водной среды Q , м 3 /срасходу сточной воды :
или отношением избыточных концентраций загрязнений в месте выпуска к аналогичным концентрациям в рассматриваемом сечении водотока (общее разбавление на участке) :
где С ст С ф – концентрация загрязняющих веществ в водоёмах до выпуска сточных вод, г/м 3 ; С – концентрация загрязняющих веществ сточной воды в рассматриваемом сечении водотока после выпуска сточных вод, г/м 3 .
Процесс разбавления сточных вод происходит в две стадии: начальное и основное разбавление. Общая кратность разбавления представляется в виде произведения :
n = n н ·n 0, (4)
где n н – кратность начального разбавления, n 0 – кратность основного разбавления.
Распространение примесей происходит в направлении господствующих течений, и в этом же направлении кратность разбавления имеет тенденцию к увеличению. Так, в начальном сечении (в месте выпуска) кратность разбавления n н = 1(Q = 0 или С = С ст), а затем по мере увеличения расходов жидкости концентрация примеси снижается, а кратность разбавления растет. В пределе, когда в процесс перемешивания вовлекаются все возможные для данного водного объекта расходы воды, наступает полное перемешивание. В условиях полного перемешивания концентрация загрязняющих веществ стремится к фоновой, т.е. С →С ф.
Участок водоёма или водотока от места выпуска сточных вод до сечения, где произойдет их полное перемешивание, условно разделяют на три зоны (рис. 13) :
1-я зона – начальное разбавление. Здесь процесс разбавления происходит за счет увлечения жидкости водоема турбулентным потоком струи сточной воды, истекающей из выпускных устройств. В конце первой зоны разность скоростей струйного потока и окружающей среды становится незначительной.
2-я зона – основное разбавление. Степень разбавления в этой зоне определяется интенсивностью турбулентного перемешивания.
3-я зона – в этой зоне разбавления сточной воды практически нет. Снижение концентраций загрязняющих веществ происходит в основном за счет процессов самоочищения воды.
Рис. 13. Схема распространения сточных вод в водоеме
Процессы, изменяющие характер веществ, поступающих в водные объекты, называют процессами самоочищения. Совокупность разбавления и самоочищения составляют обезвреживающую способность водного объекта .
Разбавление сточных вод в водотоках определяется комплексным влиянием следующих трех процессов :
Распределение сточных вод в начальном сечении водотока, которое зависит от конструкции выпускного сооружения;
Начальное разбавление сточных вод, протекающее под действием турбулентных струй;
Основное разбавление сточных вод, определяющееся гидродинамическими процессами водоёмов и водотоков.
Все факторы и условия, характеризующие процесс разбавления, можно разделить на две группы :
1-я группа – конструктивные и технологические особенности выпуска сточных вод (конструкция выпускного сооружения; число, форма и размеры выпускных отверстий; расход и скорость выпускаемых сточных вод; технология и санитарные показатели сточных вод (физические свойства, концентрация загрязняющих веществ и др.);
2-я группа – гидрометеорологические особенности водоёмов и водотоков (характер движения водных масс; причины, вызывающие эти движения (сток, ветер, температура, плотность и т.д.; морфологические характеристики русла водотока или ложа водоёма; степень проточности водоёма; состав и свойства водной среды).
Например, из факторов первой группы установлено, что разбавление протекает более интенсивно при рассеивающих выпусках. Из физических свойств сточной воды наибольшее влияние на разбавление оказывают начальная плотность и температура, причем не их абсолютные значения, а разность между параметрами сточной воды и окружающей водной среды.
Из факторов второй группы существенное значение имеют вторичные течения, которые имеют место, например, на повороте русла, когда потоки движутся не только в основном, но и обратном направлении.
Необходимую степень очистки сточных вод Э , %, можно рассчитать по формуле :
где С ст – концентрация загрязняющих веществ в сточной воде, г/м 3 ; С ст.дк . – допустимая концентрация вещества в сточных водах, г/м 3 .
Необходимая степень очистки сточных вод говорит о том, на сколько процентов необходимо снизить концентрацию загрязнения в процессе очистки сточных вод для обеспечения норм качества воды в приемнике сточных вод .
