Причины загрязнения водного бассейна

Размещено на http://allbest.ru

1. Понятие гидросферы

Гидросфера (от греческого hydor - вода и sphaira - шар) - прерывистая водная оболочка Земли, представляющая собой совокупность всех видов природных вод (океанов, морей, поверхностных вод суши, подземных во и ледяных покровов). В более широком смысле в состав гидросферы включают также атмосферную воду и воду живых организмов. Каждая из групп вод делится над подгруппы более низких рангов. Например, в атмосфере можно выделить воды в тропосфере и стратосфере, на поверхности Земли - воды океанов и морей, а также рек, озер и ледников; в литосфере - воды фундамента и осадочного чехла. Основная масса воды гидросферы сосредоточена в Мировом океане, второе место по объему водных масс занимают подземные воды, третье - лед и снег арктических областей.

Поверхностные воды суши, занимая сравнительно малую долю в общей массе гидросферы, играют важнейшую роль, как основной источник водоснабжения, орошения и обводнения. Количество пресных вод в гидросфере доступных для использования, около 0,3%, однако речные и пресные подземные воды зоны водообмена интенсивно возобновляются в процессе общего круговорота воды, что позволяет при рациональной эксплуатации использовать их неограниченно долгое время. Современная гидросфера - результат длительной эволюции Земли и дифференциации ее вещества. Гидросфера - незамкнутая система, между водами которой существует тесная связь, обусловливающая единство гидросферы, как природной системы и взаимодействие гидросферы с другими геосферами. Все формы круговорота воды составляют единый гидрологический цикл, в процессе которого происходит возобновление всех видов вод. Управление круговоротом воды, его использование для нужд народного хозяйства - важная научная проблема, имеющая большое экономическое значение.

2. Загрязнение воды

В результате деятельности людей гидросфера Земли изменяется. Среди этих изменений различают количественные (изменение количества воды, пригодной для использования) и качественные (загрязнение воды в следствие антропогенного влияния).

Загрязнение воды разделяют на физическое, химическое, биологическое и тепловое.

Физическое загрязнение возникает в следствие увеличения в воде нерастворенных примесей - песка, глины, ила за счет смыва дождевыми водами из распаханных участков(полей), поступление суспензий из действующих предприятий горнорудной промышленности, пыли, которая переносится ветром в сухую погоду и т.п. Твердые частички снижают прозрачность воды, удручая развитие растений, сбивают зябри рыб и других водных животных, ухудшают вкусовые качества воды, а то и делают ее вообще непригодной для потребления.

Химическое загрязнение воды происходит по счет поступления у водоема со сточными водами разных вредных примесей неорганического (кислоты, щелочи, минеральные соли) и органического поступления (нефть и нефтепродукты, моющие средства, пестициды и т.п.). Вредное действие токсичных веществ, которая попадается у водоема, усиливается за счет так называемого кумулятивного эффекта, который заключается в прогрессирующем увеличении содержимого вредных соединений в каждом последовательном звене пищевой цепочки. Так, в фитопланктоне содержимое вредного соединения оказывается в десять высшим, чем в воде, в зоопланктоне (личинки, мелкие рачки и т.п.) - еще в десять, в рыбе, которая питается зоопланктоном, - еще в десять. А в организме хищных рыб (таких, как щука или судак) концентрация яда увеличивается еще в десять и, итак, будет в десять тысяч раз высшей, чем в воде! Недавно, например, было сообщение, что содержимое ртути в балтийской треске кое-где равняется 800 мг на 1 кг массы рыбы. Это означает, что, съев 5-8 таких рыбин, человек получает столько ртути, сколько ее содержится в медицинском термометре.

Особый вред водоемам наносят нефть и нефтепродукты, которые образовывают на поверхности пленку, которая препятствует газообмену между водой и атмосферой и снижает содержимое кислорода в воде; 1 т нефти способна расплыться пленкой на 12 км поверхности воды. Оседая на дно, сгустки мазута убивают донные микроорганизмы, которые принимают участие в самоочищении воды. Гниение донных осадков, загрязненных органическими соединениями, продуцирует в воду отравляющие соединения, в частности, сероводород, который загрязняет всю воду в реке или озере.

Основными загрязнителями воды являются химические, нефтеперерабатывающие и целлюлозно-бумажные заводы, большие животноводческие комплексы, горнорудная промышленность. В последнее время особое место среди загрязнителей воды занимают синтетические моющие средства. Эти вещества чрезвычайно стойкие, сохраняются в воде годами. Большинство из них содержит фосфор, который оказывает содействие бушующему размножению в воде сине-зеленых водорослей и “цветением” водоемов, которое сопровождается резким снижением и воде содержимого кислорода, “заморами” рыбы, стоит смрад, а волны выбрасывают на берег трупы рыб, которые задохнулись.

Биологическое значение водоемов состоит в поступлении в них со сточными водами разных микроорганизмов (бактерий, вирусов), спор грибков, яиц червей и т.д., много из которых являются болезнетворными для людей, животных и растений. Среди биологических загрязнителей первое место занимают коммунально-бытовые стоки (особенно, если они очищены недостаточно), а также стоки предприятий сахарных заводов, мясокомбинатов, заводов, которые обрабатывают кожу, деревообрабатывающих комбинатов. Особого вреда биологическое загрязнение водоемов наносит в местах массового отдыха людей (курортные зоны побережья морей). Через плохое состояние канализационных и очистительных сооружений в последнее время в Одессе, Мариуполе и других городах побережья Черного и Азовского морей неоднократно закрывались пляжи, поскольку в морской воде были выявлены возбудители таких опасных болезней, как холера, дизентерия, гепатит и т.п.

Тепловое загрязнение воды обуславливает спуском у водоема подогретых вод от ТЭС, АЭС и других энергетических установок. Теплая вода изменяет термический и биологический режимы водоемов и вредно влияет на их жителей. Как показали исследование гидробиологов, вода, нагретая до 26-30 градусов, действует угнетающе на рыб и других жителей водоемов, а если температура воды поднимается до 36 градусов, вся рыба гибнет. Наибольшее количество теплой воды выбрасывают у водоема атомные электростанции.

3. Истощение запасов поверхностных и подземных вод

Этот процесс сопровождается обмелением водоемов и водотоков и понижением уровня подземных вод. Он определяется двумя факторами. Во-первых, это ежегодные безвозвратные потери воды в процессе использования ее в хозяйственных нуждах. В зависимости от качества повторной очистки и существующих систем оборотного использования они составляют до 25% ежегодного технологического расхода воды. Вторым фактором, существенно влияющим на истощение запасов воды, является создание как отдельных водохранилищ, так и каскадов водохранилищ, в том числе в аридных областях, которые должны были решить определенные экономические задачи. В частности, с их помощью решаются проблемы водоснабжения населения прилегающих районов, орошения, снижения опасности наводнений и подтопления территорий, улучшения условий судоходства, рыболовства, рыбовоспроизводства и создания рекреационных зон.

Вместе с тем водохранилища оказались объектами безвозвратных потерь не только поверхностных, но и подземных вод суши, которые происходят за счет усилившегося испарения с поверхности. Особенно сильно тенденция к сокращению запасов воды стала проявляться после начавшегося потепления климата.

Безвозвратные потери поверхностных вод стимулировали развитие некоторых региональных катастроф и среди них -- катастрофа Аральского моря, уровень воды в котором в связи со снижением общего количества поверхностного стока рек Амударьи и Сырдарьи, расходуемого на орошение, стал снижаться. Другой пример подобного рода -- строительство в верховьях р. Или в конце 60-х годов XX в. Капчагайского водохранилища недалеко от г. Алма-Аты. Это привело к резкому снижению уровня озера Балхаш и к почти полной утрате его экономического значения. В настоящее время наблюдается обмеление многих рек, в том числе снижение уровня воды не только в системе каскада Волжских водохранилищ, но и в крупнейших водохранилищах Сибири и Дальнего Востока.

Пресные воды составляют ничтожную (около 2% гидросферы) долю от общих запасов воды в природе. Пресная вода, доступная для использования, находится в реках, озерах и подземных водах. Ее доля от всей гидросферы составляет 0,3%. Ресурсы пресной воды распределены крайне неравномерно, часто обилие воды не совпадает с районами повышенной хозяйственной деятельности. В этой связи возникает проблема недостатка и истощения водных ресурсов и особенно пресной воды. Она усугубляется все возрастающими объемами ее использования.

Проблема истощения водных ресурсов возникает по нескольким причинам, главные из которых: неравномерное распределение воды во времени и пространстве, рост ее потребления человечеством, потери воды при транспортировке и использовании, ухудшение качества воды и как крайний случай - ее загрязнение.

Потери пресной воды увеличиваются с ростом ее потребления на душу населения и связаны с использованием воды для хозяйственных нужд. Чаще всего это объясняется несовершенством технологии промышленного, сельскохозяйственного производства и коммунальных служб.

Потери воды и истощение водных ресурсов во многом связаны с недостаточным знанием природных условий (геолого-литологических и гидрогеологических, климатических и метеорологических, биологических), внутренних закономерностей и механизмов развития экосистем.

Ухудшение качества и загрязнение воды связано с попаданием в реки и другие поверхностные водоемы загрязняющих веществ, продуктов деятельности человека. Этот вид истощения пресных вод наиболее опасен и становится все более угрожающим для здоровья людей и состояния жизни на Земле. Его крайнее проявление - катастрофическое загрязнение вод.

В настоящее время от недостатка воды страдает около 1,5 млрд жителей земли, а к 2050 году их число, по прогнозам, может вырасти до 3,5 млрд. Уже сейчас ряд относительно развитых стран, в числе которых Бразилия, Турция, Япония, Китая и Италия, вынуждены импортировать воду для нужд своего сельского хозяйства, и предпосылок для улучшения ситуации пока что не видно. Более того, дефицит воды уже в ближайшие годы может превратиться в экономический фактор - в ряде стран могут быть свернуты целые отрасли промышленности, потребности которых в воде будут превосходить возможности данных государств.

4. Снижение уровня воды в реках

В связи с уничтожением лесов в бассейне рек, резко снижается суммарное испарение на 20-40 % годовой величины), что ведет к обмелению малых рек и ручьев территории, где проводилась рубка.

Малые реки тесно связаны с ландшафтами дренируемых территорий. Энергетический потенциал малой реки во многом определяется эрозийно-транспортирующей способностью потока, а развитие эрозионных процессов ведет к обмелению рек и изменению их русла.

Молевой сплав леса является одним из факторов загрязнения рек. Топляки и ил забивают русло, вследствие чего уменьшается глубина рек, снижается их дренирующая роль. Это приводит к заболачиванию пойм и прилегающих участков.

Осушение болот также является важным фактором при изменении состояния качества уровня воды в реках и их обмеления. В естественном состоянии болота помимо водоохранного значения, служат также для сбора ценных ягод.

Нехватка питьевой воды и ее плохое качество вынуждают в создании подземных хранилищ. Однако откачка артезианских скважин приводит к понижению уровня грунтовых вод и, как следствие, к пересыханию ключей и родников, питающих ручьи и реки.

5. Сейсмическая активность искусственных водоемов

В настоящее время имеется большое количество материалов, свидетельствующих об усилении сейсмической активности в районах созданных водохранилищ. Геологическая среда, находящаяся под акваторией водохранилища, существует под действием гравитационных сил. Горные породы под дном постоянно находятся под действием гравитационных и тектонических сил напряженности. Под влиянием толщи воды наполняемого водохранилища, а также ежегодно накапливаемого твердого стока, так как плотина преграждает перемещение взвешенного материала в сторону базиса эрозии, изменяется напряженность пород дна водохранилища. Все это приводит к кратковременным смещениям по существующим на глубине разрывам и вызывает действие сейсмических волн, которые достигают поверхности. Возникают землетрясения не только в сейсмически активных областях, но и в пределах стабильных платформ. Эпицентры землетрясений располагаются на расстоянии 110-215 км от водохранилища, а очаги -- на глубине 6-8 км. Активность и частота землетрясений усиливаются после достижения определенного уровня воды в водохранилище. Причем установлено, что частота вызываемых толчков в большинстве случаев связана не столько с положением уровня воды, сколько со скоростью и величиной перепада уровня воды в водохранилище. Наблюдения показывают, что периоды усиления и ослабления сейсмичности могут продолжаться в течение нескольких лет.

Через год после сооружения на р. Колорадо в США плотины Гувер и заполнения водохранилища начались сейсмические толчки. Только за десять лет произошло более тысячи слабых толчков. Лишь однажды, спустя 4 года после сооружения плотины, произошло сильное землетрясение, энергия которого соответствовала суммарной энергии всех предшествующих землетрясений.

На полуострове Индостан на р. Койна в 1961 г. началось заполнение водохранилища объемом около 3 трлн. м³. В 1967 г. произошло 8-9-балльное землетрясение, в результате которого погибли 180 человек и еще 2000 человек получили ранения.

К моменту заполнения Нурекского водохранилища на р. Вахш (Таджикистан) было зарегистрировано 133 землетрясения. Очаги их располагались под водохранилищем вблизи плотины. В связи с перемещением центра нагрузки столба воды по мере заполнения водохранилища очаги землетрясения смещались.

6. Истощение биологической продуктивности

Уровень биологической продуктивности находится в полной зависимости от гидрологического режима (регулирование и снижение стока, изменение скорости и объема воды) и качества воды. Ухудшение этих показателей приводит к уменьшению пищевой базы и сокращению численности рыб в водоемах.

На данный момент гидросфера изменяется не в лучшую сторону, и данные изменение несут серьезную угрозу для флоры и фауны. Люди также страдают от сложившейся ситуации, многие районы Земли недостаточно обеспечены пресной водой. Для того чтобы иметь надежду на существование в будущем, человечество должно серьезно заняться ситуацией, связанной с изменением гидросферы, уже существуют некоторые проекты, но проблема в том, чтобы осуществить их.

7. Перераспределение стока

Хотя традиционно многие крупные поселения возникали близ постоянных водных источников, в настоящее время некоторые населенные пункты создают также в районах, которые получают воду издалека. Даже в тех случаях, когда источник дополнительного водоснабжения находится в пределах того же штата или страны, что и пункт назначения, возникают технические, экологические или экономические проблемы, но если импортируемая вода пересекает государственные границы, то число потенциальных осложнений возрастает.

Один из масштабных проектов переброски стока, предложенный в Северной Америке, предусматривает отведение 20% избыточной воды из северо-западных районов в аридные области. При этом ежегодно перераспределялось бы до 310 млн.м3 воды, сквозная система водохранилищ, каналов и рек способствовала бы развитию навигации во внутренних районах, Великие озера ежегодно получали бы дополнительно 50 млн.м3 воды (что компенсировало бы понижение их уровня), и вырабатывалось бы до 150 млн. кВт электроэнергии. Другой грандиозный план переброски стока связан с сооружением Большого Канадского канала, по которому вода направлялась бы из северо-восточных районов Канады в западные, а оттуда - в США и Мексику.

Большое внимание привлекает проект буксировки айсбергов из Антарктики в аридные районы, например на Аравийский п-ов, что позволит ежегодно обеспечивать пресной водой от 4 до 6 млрд. человек или орошать ок. 80 млн. га земель.

Одним из альтернативных методов водоснабжения является опреснение соленой воды, главным образом океанической, и транспортировка ее к местам потребления, что технически осуществимо благодаря применению электродиализа, вымораживания и различных систем дистилляции. Чем крупнее опреснительная установка, тем дешевле обходится получение пресной воды. Но с увеличением стоимости электроэнергии опреснение становится экономически невыгодным. Его используют лишь в тех случаях, когда энергия легкодоступна и другие способы получения пресной воды нецелесообразны. Коммерческие опреснительные установки действуют на островах Кюрасао и Аруба (в Карибском море), в Кувейте, Бахрейне, Израиле, Гибралтаре, на о. Гернси и в США. В других странах были построены многочисленные демонстрационные установки меньшей мощности.

загрязнение пресный водоем антропогенный

8. Охрана водных ресурсов

Существует два широко распространенных способа сбережения водных ресурсов: сохранение существующих запасов пригодной к употреблению воды и приумножение ее запасов путем сооружения боле совершенных коллекторов. Накопление воды в водохранилищах предотвращает ее сток в океан, откуда она может быть вновь извлечена лишь в процессе круговорота воды в природе или путем опреснения. Водохранилища тоже облегчают водопользование в нужное время. Вода может храниться в подземных полостях. При этом не происходит потерь влаги на испарение, и сберегаются ценные земли. Сохранению существующих запасов воды способствуют каналы, не допускающие просачивание воды в грунт и обеспечивающие ее эффективную транспортировку; применение более эффективных методов орошения с использованием сточных вод; сокращение объема воды, стекающей с полей или фильтрующейся ниже корнеобитаемой зоны посевных культур; бережное использование воды на бытовые нужды.

Однако каждый из этих способов сбережения водных ресурсов оказывает то или иное воздействие на окружающую среду. Например, плотины портят естественную красоту не зарегулированных рек и препятствуют аккумуляции на поймах плодородных илистых наносов. Предотвращение потерь воды в результате фильтрации в каналах может нарушить водообеспечение болот и тем самым неблагоприятно отразиться на состоянии их экосистем. Это может также препятствовать пополнению запасов грунтовых вод, влияя таким образом на водоснабжение других потребителей. А для уменьшения объема испарения и транспирации сельскохозяйственными культурами необходимо сокращать посевные площади. Последняя мера оправдана в районах, страдающих от нехватки воды, где при этом проводится режим экономии за счет сокращения расходов на ирригацию из-за высокой стоимости энергии, необходимой для подачи воды.

Размещено на Allbest.ru