Гидроэкология

По характеру использования электрической энергии все потребители могут быть разделены на три основные группы:

- постоянные потребители, спрос на энергию которых в течение года не изменяется (большинство промышленных предприятий, нагрузка которых уменьшается лишь в выходные и праздничные дни);

- потребители с сезонно-изменяющейся нагрузкой (освещение, пригородный железнодорожный транспорт, водоснабжение) ;

- сезонные потребители (сельскохозяйственное производство, торфоразработки, машинное орошение и пр.).

В водохозяйственном комплексе наиболее часто используют плотинные ГЭС, которые строят как на равнинных, так и на горных реках. На равнинных реках плотины обычно невысокие, создающие напор до 40 м.

Промышленность. В системе водного хозяйства страны промышленность выступает как один из крупнейших потребителей воды, предъявляющий различные требования к ее количеству и качеству. В настоящее время вода как фактор размещения промышленного производства приобретает большое значение, так как она является одним из элементов производственного процесса, несущим разнообразные функции, а также в ряде случаев и сырьем.

Для промышленного водопотребления характерны большие объемы водопотребления и водоотведения; незначительный процент безвозвратного водопотребления; большая зависимость расхода воды, забираемого из источника, от технологии производства и системы водоснабжения; разнообразие функций использования воды; равномерность потребления воды в течение года; большой удельный вес в загрязнении источников воды.

Объем воды, необходимой для нормальной деятельности предприятий, определяется: 1 - характером использования воды; 2 - объемом и видом выпускаемой продукции; 3 - принятой технологией производства; 4 - системой промышленного водоснабжения.

Наибольшее количество воды, используемой в промышленности, применяют для охлаждения. Большие объемы воды требуются для гидравлического транспорта. Например, в горнодобывающей промышленности эта функция воды является основной.

Кроме технологических нужд, в промышленном производстве воду используют для удовлетворения хозяйственно-бытовых потребностей работающего персонала, уборки производственных помещений, полива зеленых насаждений, обеспечения пожарной безопасности.

Большое значение имеет вид выпускаемой продукции. В зависимости от него удельное водопотребление (на единицу продукции) может изменяться от нескольких единиц до нескольких тысяч кубических метров.

Удельное водопотребление зависит также от технологии, применяемой для получения промышленной продукции. Например, на химических предприятиях, выпускающих одну и ту же продукцию, в зависимости от технологии производства удельные расходы воды различаются в 5 - 10 раз.

Большое влияние на объемы воды, используемые в промышленности, оказывают схемы промышленного водоснабжения, наиболее простая из которых - прямоточная. Воду подают из источника водоснабжения к промышленному предприятию и после использования и соответствующей очистки сбрасывают. В системах оборотного водоснабжения отработавшую в технологическом процессе воду пропускают через охлаждающие или очистные устройства и затем снова направляют в производственный цикл. Предусматривается периодическое пополнение системы свежей водой для компенсации потерь. При повторной схеме водоснабжения воду, уже использованную в определенных процессах, передают для использования в других процессах этого же предприятия или на другие предприятия и после соответствующей очистки сбрасывают.

При определении объемов потребляемой воды используют следующие показатели: объем полного водопотребления, объем свежей воды, объем оборотной воды, объем безвозвратного водопотребления (сумма объемов воды, вошедшей в состав продукции; потерь воды в процессе водоподготовки и в водопроводящей сети; потерь воды в процессе производства, очистки и охлаждения; объема загрязненных стоков, которые подлежат уничтожению).

Водоотведение характеризуется объемом сбрасываемых сточных вод и зависит в основном от схемы водоснабжения.

Требования промышленного производства к качеству воды достаточно разнообразны. Они зависят от функции воды в производстве. Вода, используемая для хозяйственно-бытовых нужд работающих на производстве, должна отвечать требованиям, предъявляемым к качеству воды в коммунально-бытовом хозяйстве. Вода, которую используют для технических нужд, должна быть безвредной для здоровья работающих.

От качества воды, используемой в производстве, зависят качество продукции, долговечность оборудования и т. д. Наиболее высокие требования предъявляют к воде, служащей технологическим сырьем и входящей в состав выпускаемой продукции. Эти требования регламентируются в зависимости от вида продукции. Вода, используемая для других целей, должна отвечать стандартам жесткости, накипеобразования, вспенивания, агрессивности и т. п. Наименьшие требования можно предъявить к воде, используемой для охлаждения и гидротранспорта. Она не должна вызывать коррозии металла, разрушения бетона, биологических обрастаний охладителей.

Рыбное хозяйство. Рыбная продукция составляет существенную долю в обеспечении питания населения земного шара. Основную часть рыбы добывают в открытых морях и водах океана, что составляет в последние годы 80 - 100 млн. т в год.

Все виды рыб можно разделить на проходных, полупроходных и жилых. Проходные виды нагуливаются в море, а для размножения заходят в реки, поднимаясь для нереста на сотни и тысячи километров. Полупроходные породы рыб также нагуливаются также в море, озере, водохранилище, а для размножения заходят в дельты рек и полойные системы, периодически затапливаемые в период весеннего половодья. Рыб, ведущих оседлый образ жизни, называют туводными (жилыми).

Пресноводных рыб разделяют на реофильных (или речных), обитающих в проточном русле, и на лимнофильных (или озерных), приспособившихся к жизни в спокойной воде озер и водохранилищ.

Рыба очень требовательна к качеству воды. Даже относительно небольшие залповые сбросы неочищенных вод предприятий пищевой, химической и другой промышленности, животноводческих комплексов, а также смывы удобрений и ядохимикатов с полей или мест их хранения часто приводят к массовой гибели рыбы. Рыба очень чувствительна к радиоактивному загрязнению воды. Радиоактивные вещества накапливаются в растениях и мелких гидробионтах. Отдельные рыбы радиоактивнее окружающей среды в несколько тысяч раз.

Губительно действует на рыбу и недостаток растворенного в воде кислорода, вызванный окислением органических веществ, поступающих со сточными водами.

Водный транспорт и лесосплав. В современных условиях водный транспорт самым тесным образом связан с комплексным освоением водных ресурсов. Улучшение и реконструкция водных путей, как правило, оправдывают себя лишь при строительстве каскада комплексных гидроузлов. В свою очередь, включение водного транспорта в состав ВХК накладывает свой отпечаток на параметры и компоновку гидроузлов, а также на состояние водных объектов.

Внутренние водные пути подразделяют на естественные и искусственные. Естественные водные пути - свободные реки и озера,
искусственные - каналы, водохранилища и реки, режим которых существенно изменен возведением гидротехнических сооружений.

Внутренний водный транспорт, несмотря на относительно малый удельный объем перевозок, занимает важное место в народном хозяйстве, совершая перевозки многообъемных грузов, не требующих большой скорости доставки и равномерной подачи их в течение года (строительные материалы, руда, уголь, сельскохозяйственная продукция и пр.). Перевозка водным транспортом в 2,5 - 3 раза дешевле, чем железнодорожным, и в 10 -15 раз - чем автомобильным.

Водный транспорт относится к водопользователям, использующим водные источники как среду без количественного ее изменения. Вместе с тем он наносит ущерб энергетике и другим водопотребителям отъемом воды из водохранилища при осуществлении попусков и при шлюзовании судов.

Водный транспорт загрязняет водные источники нефтепродуктами и другими отходами, а также создает волны, разрушающие берега и нерестилища.

Лесосплав имеет важное народнохозяйственное значение по следующим причинам: значительная часть запасов древесины расположена в районах, тяготеющих к водным путям. Лесосплав - наиболее простой и дешевый вид транспорта леса.

Сплав леса можно проводить различными способами. Например, при молевом сплаве отдельные, не связанные между собой бревна, плывут россыпью по течению реки. Этот вид сплава часто является единственно возможным способом доставки древесины из труднодоступных для других видов транспорта лесных массивов.

Молевой сплав при своей простоте обладает недостатками. Значительны потери древесины, связанные с выбросом бревен на берега и особенно с их затоплением. Наиболее быстро тонут и намокают лиственные породы: береза, осина, клен и др. Молевой сплав влияет на естественное состояние рек и наносит большой ущерб рыбному хозяйству. Затонувшие древесина и кора захламляют русло, а при их разложении поглощается кислород и выделяются вредные вещества, которые отравляют воду. Плывущие бревна часто травмируют рыбу, идущую на нерест, разрушают нерестилища, и берега, что способствует заилению русла. Для облегчения управления сплавом древесины прибрежную защитную полосу кустарников обычно вырубают, что приводит к интенсивному размыву берегов, способствует заилению русл и загрязнению воды поверхностными стоками.

Котельный сплав заключается в обноске сплавной древесины цепочкой из плавающих бревен, соединенных канатами или цепями, и называемую кошелем. Форма кошеля может быть круговой, сигарообразной и прямоугольной. Кошельный способ применяют на небольших озерах и водохранилищах, а также на тиховодных участках рек при небольших расстояниях сплава. Его обычно используют для транспортировки древесины, собираемой с берегов, а также некондиционной, не пригодной для сплотки.

При плотовом сплаве (сплотка бревен в плоты) потеря древесины при транспортировании практически исключается, она сохраняется лишь на участке, сборки плотов, при их приемке и сортировке, а также в случае штормовых разрушений плотов.

В перспективе сплав леса в плотах будет постепенно сокращаться с переходом на перевозку насухо в судах, что улучшит качество древесины, но потребует реконструкции всего лесозаготовительного хозяйства и внедрения новых транспортно-технических схем.

Сельскохозяйственное водоснабжение и обводнение. Сельскохозяйственное водоснабжение включает хозяйственно-бытовые потребности в воде сельских населенных пунктов, полевых станов, животноводческих ферм и комплексов, машинно-тракторного парка.

Особенности водоснабжения сельских населенных пунктов (по сравнению с коммунально-бытовым водоснабжением в городах) следующие: большая часовая неравномерность, большие объемы безвозвратного водопотребления (из-за меньшего применения канализации), меньшее удельное водопотребление. В перспективе с ростом благоустройства сельских населенных пунктов указанные различия будут снижаться.

Объем сельскохозяйственного водоснабжения зависит от источника водоснабжения, способов подъема воды и ее транспортирования. Нормы потребления воды определяют в соответствии с ГОСТом. В животноводстве количество потребляемой воды зависит от вида поголовья, условий содержания скота, технической оснащенности ферм.

Большим потребителем воды является животноводческий комплекс - крупное специализированное сельскохозяйственное предприятие по производству продукции на базе индустриальной технологии. Вода здесь используется на физиологические, технологические и вспомогательные нужды. В нормах учитывают расход воды отдельно на каждый вид потребления, причем используют усредненные показатели по каждой группе животных с учетом мощности комплексов, технологии содержания животных и способа уборки навоза. Последний фактор оказывает большое влияние на объем потребляемой воды. В зависимости от способа уборки навоза (механического или гидравлического) норма потребления воды на технологические нужды может увеличиться в 3,5 раза. Нормы потребления воды животными зависят от их вида и составляют от 200 (коровы) до 2 (молодняк овец) л/сут на одну голову.

На промышленных животноводческих комплексах сточные воды разделяют на хозяйственно-бытовые, производственные и жидкий навоз. Объемы этих стоков зависят от принятой технологии производства, мощности комплекса и степени его благоустройства. Эффективное средство утилизации таких стоков - орошение кормовых культур на полях орошения. Такое использование сточных вод позволяет снизить опасность загрязнения водных ресурсов, производить их доочистку в почвенном слое и улучшить условия создания кормовой базы.

Требования к качеству воды, используемой в сельскохозяйственном водоснабжении, зависят от вида потребления. Самые высокие требования предъявляют к питьевой воде. Вода, используемая для нужд животноводства, должна удовлетворять тем же требованиям, которые предъявляют к воде для хозяйственно-питьевых целей. Так, поение скота загрязненной водой может снизить продуктивность на 40 - 70 %.

В то же время по некоторым показателям (цветность, прозрачность, запах) требования к воде, используемой для животных, могут быть несколько снижены. Для полива приусадебных участков и эксплуатации машинно-тракторного парка можно применять воду менее высокого качества.

Для животноводческих комплексов характерно большое количество органических отходов. Например, отходы крупного свиноводческого комплекса могут составлять до 3000 т жидкого навоза в сутки, или 1 млн. т в год. Состав биологических животноводческих отходов характеризуется следующими цифрами (в граммах на 1 кг живого веса): БПК_полн - 4,5-10,0; бихроматная окисляемость (ХПК) - 12,0-17,0; азот общий - 4,0-18,0; фосфор общий - 0,3-3,6; калий - 2,9-5,8. При этом высока бактериальная загрязненность отходов.

С животноводческой деятельностью также связано загрязнение талого и дождевого стока, формирующегося на площадях выгула и загона скота. С этих площадей в водные объекты поступает большое количество взвешенных минеральных частиц, смываемых с вытоптанных, не покрытых травяной растительностью участков.

Еще одной причиной загрязнения поверхностных вод является сток, сформировавшийся на полях, обработанных ядохимикатами (пестицидами) и минеральными удобрениями.

Особенность пестицидов состоит в способности длительное время сохранять токсичность, передаваться по пищевым цепям, накапливаться, а также в продолжительности периода вымыва из почвы. Следует отметить, что на орошаемых полях интенсивность вымыва химикатов увеличивается в несколько раз.

Оросительные мелиорации. Необходимость обеспечения населения земли продуктами питания заставляет развивать интенсивные способы животноводства и выращивания сельскохозяйственных культур, среди которых орошение занимает ведущее место.

Сельскохозяйственные земли составляют десятую часть суши, из них только шестая часть орошается. Однако с этих площадей в мире получают от 40 до 50 % сельскохозяйственной продукции.

В развитых странах водопотребление на нужды сельского хозяйства превышает 500 км³ в год.

В начале 80-х годов XX века орошаемая площадь во всех странах составила 270 млн. га, из них в Индии - 57, Китае - 48,
США - 25, СССР - 17,5, Пакистане - 14,3 млн. га. В США в это время поливали 18 % пашни и насаждений, Индии - 34, Китае - 47,
Японии - 58, Италии - 21, Болгарии - 28, Румынии - 22. В СССР общая площадь орошаемых и осушаемых земель достигла в 1984 г.
33 млн. га.

Осушительные мелиорации. По данным Минводхоза СССР, на 1983 г. из 33 млн. га мелиорированных земель 14,4 млн. осушалось. Осушительные мелиорации как участника ВХК можно рассматривать в нескольких аспектах.

Во-первых, при осушении происходит сработка «вековых» запасов грунтовых вод и на некоторое время (до 7 лет) сток рек-водоприемников увеличивается. Расходы летней межени могут возрасти в 1,5 - 2 раза.

В то же время несколько уменьшается максимальный сток из-за создания в зоне аэрации некоторой емкости, способной вместить осадки и талые воды. Однако эти водные ресурсы не следует считать потерянными, так как они идут на транспирацию и участвуют в создании сельскохозяйственной продукции.

Во-вторых, в зоне неустойчивого увлажнения осушаемые земли необходимо в засушливые периоды увлажнять с помощью подъема грунтовых вод или орошения дождеванием.

В-третьих, интенсивные способы земледелия, глубокое рыхление, кротование, а также значительные дозы внесения минеральных удобрений превращают осушительные системы в источник загрязнения рек-водоприемников, так как водоотведение может составить 30 - 50 % водоподачи (осадки + оросительные нормы).

В-четвертых, осушение земель с грунтовым типом водного питания приводит к понижению уровня грунтовых вод не только на осушаемой территории, но и на прилегающих землях.

Для комплексного решения водохозяйственных проблем при осушительных мелиорациях необходимо:

1. создавать системы, позволяющие осуществлять регулирование стока с осушаемых территорий;

2. более эффективно использовать местные водные ресурсы за счет создания водохранилищ и прудов;

3. при мелиорации пойменных земель регулирование водоприемников проводить осмотрительно, учитывая, что возможны переосушка территории и уменьшение общей водности речного бассейна;

4. создавать мелиоративные системы комплексного регулирования водного, питательного и теплового режимов, позволяющие в 1,5...2 раза увеличивать продуктивность осушаемых земель и повышать эффективность использования оросительной воды;

5. осуществлять оборотное использование дренажного стока для орошения осушаемых земель и в целях предотвращения загрязнения окружающей среды;

6. снижать отрицательное влияние осушительных систем на прилегающие территории;

7. использовать водохранилища и озера на осушаемых землях для рыбоводства.

Влияние крупной осушительной системы на окружающую территорию распространяется на площадь, равную 65 % площади осушения. При осушении 14,4 млн. га около 9,4 млн. га находятся под влиянием осушительных систем. Однако влияние на этой территории различно. На 25 % осушаемой площади это влияние положительно, на 50 - 55 % пренебрежимо мало, а на 20 % площади суходольной территории, граничащей с осушаемым объектом, обнаруживается негативное влияние.

Рекреация. Частью водного хозяйства является использование водных ресурсов для целей рекреации, то есть для отдыха и лечения населения, водного спорта. Рекреация получает все большее значение в связи с повышением уровня жизни народа, увеличением свободного времени, ростом урбанизации. В организации полноценного отдыха и лечения особая роль принадлежит рекам и водоемам. Поэтому большую часть рекреационных учреждений располагают либо непосредственно на берегах водоемов, либо вблизи них. Водоемы - центры кратковременного отдыха для населения многих городов страны. На отдаленных от города водоемах организуют длительный отдых, лечение, спортивное рыболовство и т. п.

С созданием водохранилищ рекреационная ценность природного комплекса обычно возрастает. Повышается также и его рекреационная емкость в результате увеличения длины береговой линии и площади акватории. Изменяются климатические условия района.

Рекреация на водоемах выступает в основном как водопользователь, использующий воду как среду. В качестве водопотребителя рекреация пользуется водой для питьевого водоснабжения и удовлетворения других коммунальных нужд отдыхающих и спортсменов. Ниже приведены нормы водопотребления в рекреационных учреждениях.

Тип учреждения	Нормы водопотребления, л/сут на 1 чел.
Санатории	400...500
Лечебные учреждения с грязелечением	700...800
Дома отдыха, пансионаты	100
Стадионы, спортивные залы (для спортсменов)	50-60
Стадионы, спортивные залы (для зрителей)	3

Использование водоемов для отдыха предъявляет высокие требования к качеству воды и определенные требования к режиму водоемов.

Вода, которую применяют для коммунально-бытовых нужд в рекреационных учреждениях, должна соответствовать нормативам качества, принятым для питьевой воды. Высокое качество воды должно быть в бассейнах, в водоемах, предназначенных для купания и спортивного рыболовства.

Качество воды не имеет решающего значения, если водоемы используют для следующих видов водного спорта: гребля, водные лыжи, парусный спорт, водный туризм. Но если они сочетаются с купанием (в жаркие месяцы), то требования к качеству воды резко повышаются.

Основное отрицательное влияние рекреационного использования водохранилищ заключается в загрязнении водоемов при купании, водном туризме, от моторных лодок и катеров. Поэтому запрещается рекреационное использование водохранилищ в зонах, примыкающих к водозаборам хозяйственно-питьевого назначения. К таким зонам относятся также акватории, используемые для рыборазведения, и заповедные участки. В свою очередь, на рекреацию отрицательно влияют промышленное и коммунально-бытовое водоснабжение, водный транспорт, которые загрязняют водные ресурсы при сбросе сточных вод, а также гидроэнергетика, в интересах которой проводится суточное регулирование стока, вызывающее резкие колебания уровней воды.

Влияние городов. Городские территории, для которых характерна высокая концентрация промышленности, населения, бытовых предприятий, отличаются особым обострением водоохранных и экологических проблем. Нарастание антропогенной нагрузки приводит к тому, что в городах и близлежащих территориях наблюдается многократно повышенная загрязненность среды, развиваются процессы разрушения экосистем, истощения растительного и животного мира. Во многих случаях наблюдается дефицит пресной воды, качество воды не всегда соответствует всем требованиям хозяйственно-питьевого водоснабжения. Как правило, в таких ситуациях наблюдается повышенная заболеваемость (иногда и смертность) населения.

На урбанизированной (городской) территории концентрируются и тесно переплетаются проблемы водоснабжения (питьевого, хозяйственного, промышленного), отвода большого количества использованных сточных вод, физического, химического и теплового загрязнения окружающих водных объектов. Во многих случаях возникают сложности в связи с наводнениями и подтоплением территорий, русловыми процессами, заилением малых водотоков и переформированием берегов водоемов.

Процесс загрязнения водных объектов, расположенных в городе или рядом с ним, имеет некоторую особенность. Для урбанизированной территории, кроме сосредоточенного отвода сточных вод, через специальные канализационные системы с возможной их очисткой характерен поверхностный рассредоточенный сток загрязненных вод. Талые и дождевые воды выносят в гидрографическую сеть смытый с городской территории мусор и различные вещества: нефтепродукты, выпавшие атмосферные аэрозоли, продукты разрушения дорожных покрытий и строительных материалов, частицы грунта и т. п.

Смыв органических и минеральных веществ с единицы площади городской территории может в 2-4 раза превышать смыв с сельскохозяйственных угодий. Средняя концентрация загрязняющих веществ в городских поверхностных водах уменьшается с увеличением слоя стока, когда увеличивается степень разбавления. Отмечается, что талые воды, в целом, более загрязнены, чем дождевые. Особенно это заметно при малоснежной зиме и бурном снеготаянии. Загрязненность дождевого стока возрастает с увеличением сухого периода, предшествующего дождю, и с повышением его интенсивности.

Количество загрязняющих веществ в городском поверхностном стоке, поступающее в водные объекты, в среднем оценивается значениями, представленными в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Удельное количество загрязняющих веществ в водах, стекающих с городских территорий

Вид загрязнения	Количество кг/(годга)
Взвешенные вещества	2000 - 2500
БПК5	140 - 200
Нефтепродукты	60 - 100
Азот общий	4 - 6
Фосфор общий	1,0- 1,5
Минерализация	400 - 600

Концентрация загрязняющих веществ определяется такими особенностями территории, как плотность населения, объем и виды промышленности, транспортная насыщенность, степень благоустроенности и т. п., а также гидрометеорологическими факторами: интенсивностью и объемом талых вод, режимом выпадения осадков, коэффициентами поверхностного стока.

Взвешенные вещества, поступающие в реки и водоемы с городских территорий, представляют достаточно большую санитарно-экологиченскую опасность. Они ведут к заилению рек. Органические же вещества, составляющие в среднем 20-30 % общего количества взвешенных веществ, существенно снижают содержание кислорода в воде и в процессе анаэробного распада сильно ухудшают качество воды.

4.2 Использование воды в мире

Ресурсы пресных вод Земли формируются в процессе глобального круговорота воды, который является опреснителем вод и способствует их непрерывному возобновлению. При кажущемся обилии воды на планете пресная вода составляет всего 3 % от общих запасов, причем ³/₄ пресной воды составляют льды Арктики и Антарктиды. Пятую часть составляют подземные воды. Лишь 1 % циркулирует в реках и озерах.

Общее потребление пресных вод из года в год возрастает во всех регионах мира. Если в начале нашего столетия человечество потребляло 400 км³ воды в год, то ныне нам ежегодно необходимо уже около 4000 км³, т.е. около 10 % объема мирового речного стока.

По регионам мира использование водных ресурсов сильно варьирует. Указанный процент отражает отношение количества воды, используемой на хозяйственные нужды, к запасам местных водных ресурсов.

В результате постоянно растущего водопотребления происходит истощение ресурсов пресных вод за счет загрязнения источников пресных вод, безвозвратного расходования воды. Необходимо рассмотреть основные виды мирового водопотребления и его экологические последствия.

Орошение являлось основой жизни в Древнем Египте, Месопотамии, Индии, Китае. Орошаемое земледелие как в древности, так и теперь является главным водопотребителем.

Со второй половины нынешнего столетия начался качественно новый этап в развитии орошения, характеризующийся существенным ростом орошаемых площадей, расширением их географии. В результате в настоящее время практически нет стран, где бы ни применялось орошение.

Наибольшей орошаемой площадью располагает Азия. Здесь практически во всех странах используется орошение. На юге и востоке континента сосредоточены основные массивы орошаемых земель, большая часть которых используется для выращивания риса.

Другим видом водопотребления является коммунально-бытовое водопотребление. Этот вид расходования водных ресурсов связан с потреблением воды населением городов и сельской местности. При этом особые требования предъявляются к качеству воды.

В настоящее время суммарный объем потребляемой населением воды превысил 250 км³ в год. Но лишь 4 % населения земного шара пользуются водой в достаточном количестве,* т.е. около 300- 400 л/сутки на человека (из которых 10 % доброкачественная питьевая вода), а для ²/₃ населения, сосредоточенных главным образом в Африке и Азии, удельное потребление воды в 10 раз меньше.

По данным международной конференции в Рио-де-Жанейро (1992 г.), в развивающихся странах каждый третий житель страдает от недостатка питьевой воды. 80 % всех болезней и ¹/₃ всех смертных случаев в них вызваны потреблением загрязненной воды. Поэтому важной проблемой становится обеспечение всех жителей планеты доброкачественной питьевой водой за счет рационального ее использования. Весьма показателен такой пример. По оценкам американских экспертов, в США в среднем потери питьевой воды, связанные с ее утечкой из водопроводов, составляют около 120 л в сутки на человека. Эта величина соответствует суммарному среднесуточному потреблению воды одного жителя Индии и Китая.

В настоящее время на нужды промышленности и энергетики расходуется 760 км³ воды, что уступает только орошению. Суммарные оценки современного и будущего расходования воды в промышленности и энергетике представлены в таблице 4.2.

Таблица 4.2.

Использование воды в промышленности и энергетике, км³/год
(по И.Р. Голубеву)

Регионы	Современное состояние	Прогноз на начало XXI в.
	Водозабор	Безвозвратный расход	Сточные воды	Водозабор	Безвозвратный расход	Сточные воды
Европа	193	19	174	200-210	30-37	160-175
Азия	118	30	88	320-340	65-70	215-270
Африка	6,5	2	4,5	30-35	5-10	25
Северная Америка	294	29	265	363-370	50-60	310
Южная Америка	30	6	24	100-110	20-25	60-87
Австралия	1,5	0,1	1.5	3,0-4	1	2-3,0
Бывший СССР	117	11,9	105	140-150	20-27	120-130

Объемы потребления воды в промышленности весьма различаются по отраслям. Так, на производство 1 т хлопчатобумажных тканей расходуется 250 м³ воды, а для выпуска 1 т синтетического волокна - 2500 - 5000 м³ воды. Очень много воды расходуется в производстве цветных металлов: выплавка 1 т никеля требует 4000 м³ воды. Наибольшее количество воды расходуется в промышленности США - 260 км³/год, что составляет почти треть суммарного мирового расходования. По прогнозам ученых, к концу XX в. водозабор в странах Азии, Африки, Латинской Америки возрастет в 3-5 раз, а в экономически развитых странах - лишь на 10-25 %, поскольку их водные ресурсы истощены как количественно, так и качественно.

Всего на земном шаре к настоящему времени сооружено свыше 30 тыс. водохранилищ, суммарный объем которых составляет около 6 тыс.км³. Общая площадь водохранилищ мира составляет 400 тыс.км², что соответствует территориям таких государств, как, например, Норвегия, Марокко, Парагвай.

С поверхности водохранилищ испаряется значительное количество воды - до 240 км³. Для Африканского континента в целом этот вид расходования воды прочно удерживает второе место после орошения, превышая в 5 раз по абсолютной величине промышленное водопотребление.

Суммарное использование водных ресурсов превысило 3500 км³. Основное водопользование - орошаемое земледелие.

Необходимым является определение основных путей охраны водных ресурсов в процессе их использования. Главным в охране водных ресурсов должна стать борьба с причинами загрязнений, а не с их последствиями, преобладающая ныне. Именно такой подход предусматривает интересы современного и особенно будущего поколения.

Современная стратегия охраны вод, ориентированная на нейтрализацию сточных вод очистными сооружениями, рано или поздно заведет мировое сообщество в тупик. Ведь, для того чтобы нейтрализовать даже хорошо очищенную сточную воду, необходимо иметь в водных объектах, куда сбрасываются стоки, чистую воду, обеспечивающую разбавление стоков как минимум в 10-12 раз. Только в этом случае естественный процесс самоочищения может справиться с доочисткой. Некоторые виды очищенных сточных вод требуют разбавления в 40-50-кратном количестве.

Вместе с тем ряд технологических мер должен служить ориентирами для рационального использования ресурсов вод всех стран мира.

В XXI веке вода стала лимитирующим фактором для существования человечества. В таблице 4.3. приведены данные о подушевом потреблении воды современного человека.

Таблица 4.3

Потребление воды на одного человека в мире

Вид потребления	Объем, м3 сут-1
Бытовое в сельской местности	0,045
Бытовое в городах	0,460
Промышленное потребление	0,900
Производство электроэнергии	1,600
Сельскохозяйственное потребление	2,200
Итого:	5,200
В том числе: безвозвратное	1,500

4.3 Использование воды в РБ

По данным государственного водного кадастра, забор воды из природных водных источников в 2003 г. уменьшился по сравнению с прошлым годом на 33,3 млн.м³ и составил 1832 млн.м³, в том числе из поверхностных водных объектов - 768 млн.м³, из подземных - 1064 млн.м³ (табл. 4.4).

Таблица 4.4

Динамика объемов забора природных вод за 1999-2003 гг., млн.м³

Год	Поверхностные воды	Подземная вода	Всего для использования	Общий водозабор
	для использования	для перераспределения в р. Свислочь	Всего
1999	756	34	790	1095	1851	1885
2000	755	46	801	1082	1837	1883
2001	747	52	799	1086	1833	1855
2002	745	42	787	1079	1823	1865
2003	733	35	768	1064	1797	1832

Прослеживающаяся в последние годы тенденция к снижению использования воды на производственные нужды и сельcкохозяйственное водоснабжение сохранилась. Особенно заметно сократилось использование воды в промышленности (на 41,6 млн.м³ или 8,6 %) по сравнению с 2002 г.

Использование воды на хозяйственно-питьевые нужды остается сравнительно стабильным. Некоторое уменьшение (на 9 млн.м³) этого показателя по сравнению с предыдущим годом связано с упорядочением учета объемов передаваемой воды в систему жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ) за счет расширения сети приборного обслуживания жилого фонда городов. Объемы потерь при транспортировке составили 116 млн.м³, сохранившись в целом в республике на уровне предыдущего года, однако по ряду городов (Брест, Молодечно, Слуцк) эти потери значительно возросли. В 2003 г. зарегистрировано дальнейшее снижение потребления воды питьевого качества на производственные нужды (с 164 до 157 млн.м³).

Общий объем забранной воды по сравнению с 2002 г. сократился во всех областях, кроме Брестской области и г.Минска. Причем в Брестской области увеличился забор поверхностных вод, а в г.Минске - подземных вод. В структуре водозабора в 2003 г., как и во все последние годы, преобладали подземные воды. Аналогичная ситуация характерна и для отдельных областей страны, в которых относительная величина подземного водозабора варьировала от 51 % в Гомельской области до 71 % в Могилевской.

В целом в крупных городах (с учетом г.Минска) при транспортировке теряется 77 млн.м³ воды, т.е. 66 % общего объема потерь воды в стране. При этом величина потерь в Минске составляет 35 млн.м³, Бресте - 8, Витебске - 9, Гомеле - 9, Гродно - 4, Могилеве - 12 млн.м³. Потери воды в городах связаны в основном с различного вида утечками в системе жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ) и достигают величины 115 млн.м³. В промышленности, главным образом в энергетике, этот показатель достигает 1,0 млн.м³.

Самым крупным потребителем воды среди городов страны является Минск, где в 2003 г. использовано 271 млн.м³, в том числе на хозяйственно-питьевые нужды - 220 млн.м³ и на производственные - 51 млн.м³. В остальных крупных городах использованы следующие объемы воды: Бресте - 39,7 млн.м³ (забрано 47,5 млн.м³), Витебске - 45,9 (забрано 56,3), Гомеле - 70,8 (забрано 80,2), Гродно - 70,6 (забрано 75,5), Могилеве - 72,5 млн.м³ (забрано 85 млн.м³). Причем во всех областях, за исключением Витебской, на хозпитьевые цели приходится больше воды, чем на производственные. По объемам воды, направленным в 2003 г. на орошение (12 млн.м³), Брестская область значительно превзошла все остальные области (7 млн.м³). По количеству воды, использованной в рыбном прудовом хозяйстве, выделяются Минская, Брестская и Гомельская области, на долю которых приходится 89 % всей израсходованной воды.

Наибольший объем воды для использования забирается в бассейне Днепра - 1114 млн.м³, в том числе в бассейнах Березины и Припяти соответственно 444 млн.м³ и 370 млн.м³.

Сточные воды. В поверхностные водные объекты в 2003 г. Сброшено 1143 млн.м³ сточных вод, в том числе:

недостаточно очищенных	15
нормативно очищенных	872
нормативно чистых (без очистки)	256

Произошло дальнейшее уменьшение сброса загрязненных сточных вод на 5 млн.м³, нормативно очищенных на 11, нормативно чистых на 9 млн.м³. Динамика сброса различных сточных вод показана на рисунке 4.1.

Рис. 4.1. Динамика сброса сточных вод в водные объекты

Наибольший объем нормативно чистой воды сброшен в водные объекты предприятиями сельского хозяйства - 153 млн.м³ (главным образом прудового - 150 млн.м³), наименьший - ЖКХ (17,4 млн.м³). На промышленность приходится 84,8 млн.м³ нормативно чистой воды, образованной в основном в энергетике (71,9 млн.м³).

Самую значительную часть отводимых вод составляют нормативно очищенные воды, 85 % из них образовано в сфере ЖКХ и бытового обслуживания (742,8 млн.м³), причем на бытовое обслуживание приходится всего 1 млн.м³.

Удельный вес недостаточно очищенных сточных вод в суммарном водоотведении, как и в предыдущие годы, не превышал 2 %, их основной объем приходится на ЖКХ и составляет 14 млн.м³ из 15 млн.м³.

В сфере промышленного производства наибольший вклад в водоотведение вносит энергетика (81,6 млн.м³), несколько меньший объем сточных вод образуется в нефтехимической отрасли (74,8 млн.м³) и топливной промышленности (32,9 млн.м³). Сточные воды этих отраслей вместе со сточными водами пищевой промышленности (10 млн.м³) составляют 94 % всех образующихся в промышленности сбросов (рис 4.2).

Почти весь объем нормативно чистых сточных вод (96 %), отводимых в водотоки, формируется тремя отраслями промышленности: электроэнергетикой (84 %), пищевой (10 %) и химической, в том числе нефтехимической (2 %). Основной объем нормативно очищенных сточных вод сбрасывается в водные объекты химической (в основном нефтехимической) промышленностью (58 % или 72,8 млн.м³). Вместе с топливной промышленностью на них приходится 84 % отводимых в промышленном секторе нормативно очищенных сточных вод.

Современная система канализации предусматривает, как правило, совместную очистку сточных вод промышленных предприятий и жилищно-коммунального хозяйства городов Беларуси на единых очистных сооружениях. Их суммарная мощность увеличилась в 2003 г. по сравнению с прошлым годом на 17 млн.м³ и составила 1346 млн.м³. В то же время фактический объем очищенных сточных вод не превышает 887 млн.м³. Однако многие очистные сооружения принимают сточные воды с концентрацией, по отдельным ингредиентам превышающей нормируемые значения. Кроме того, имеются случаи перегрузки некоторых, требующих реконструкции, очистных сооружений по объему принимаемых стоков. Все это вместе взятое способствует поступлению в водные объекты сточных вод, содержащих различные загрязняющие вещества, доля которых в рассматриваемом году составила в целом по республике 85 %, в областях варьировала от 52 % до 100 %, в городах - от 88 % до 100 %.

Основное количество сточных вод, имеющих загрязняющие вещества, формируется в сфере ЖКХ (78 % суммарного объема). В их составе содержится 94 % всего сбрасываемого в реки азота аммонийного, 90 % фосфатов, 89 % органических веществ, 87 % СПАВ, 91 % азота нитритного, 85 % взвешенных веществ, 89 % приходится на нефтепродукты, 87 % - хлориды и 50 % - сульфаты.

В сельском хозяйстве, согласно статистическим данным, главным поставщиком загрязняющих веществ, отводимых в реки и водоемы в составе сточных вод, является прудовое рыбное хозяйство. На его долю приходится 90 % поступающих в водные объекты взвешенных веществ, 50 % азота аммонийного, 96 % железа общего, 86 % сульфатов, 71 % органических веществ, 66 % хлоридов и, наконец, 50 % фосфатов.

Рис. 4.2. Удельный сброс сточных вод в поверхностные водные объекты по отраслям промышленности за 2003 г.

Среди локальных источников загрязнения поверхностных вод выделяются крупные города (областные центры) и г.Минск, на долю которых приходится 86 % общей нагрузки на реки и водоемы по тяжелым металлам (никелю, меди, цинку, хрому), 63 % соединениям азота (аммонийному, нитратному и нитритному), 65 % взвешенным веществам, 61 % органическим веществам и 63 % по нефтепродуктам. При этом самым мощным локальным источником техногенного пресса на реки страны как по объему сбрасываемых вод, так и по количеству содержащихся в них уже упомянутых загрязняющих веществ является г.Минск. Здесь формируется 55 % суммарной нагрузки по тяжелым металлам, 39-56 % соединениям азота, 40 % взвешенным веществам, 44 % нефтепродуктам, 39 % органическим веществам. Кроме Минска следует отметить Витебск, на долю которого приходится 72 % объема содержащегося в сточных водах молибдена, Гомель, где формируется 58 % сбрасываемых в водные объекты фторидов.

4.4 Причины, источники и последствия загрязнения воды

Следует отметить, что в общем причины загрязнения среды делятся на объективные и субъективные. К объективным относятся:

Во-первых, ограниченные способности живой природы к самоочищению и саморегуляции. Внутренние возможности природной среды не позволяют перерабатывать все возрастающие масштабы отходов хозяйственной деятельности человека, и их накопление создает угрозу глобального загрязнения окружающей среды.

Во-вторых, ограниченность природных ресурсов. Запасы полезных ископаемых - каменного угля, нефти и других постепенно расходуются и перестают существовать. Все более актуальными становятся задачи по изысканию альтернативных источников энергии.

В-третьих, безотходность процессов в природной среде и большое количество отходов человеческого производства. Природные процессы осуществляются по замкнутому циклу. «Подсчитано, что для жизнедеятельности человека необходимо в год расходовать не менее 20 т природных ресурсов. Из них лишь 5 - 10 % идут на продукцию, а 90 - 95 % поступают в отходы» (Петров В.В., 1995). Отходы человеческого производства загрязняют окружающую среду вредными, несвойственными для нее веществами. Это ведет к преждевременному истощению и, в конечном счете, к разрушению природных систем.

К субъективным причинам загрязнения относятся:

Во-первых, недостатки организационно-правовой и экономической деятельности государства по охране окружающей среды.

Во-вторых, дефекты экологического воспитания и образования. Человек родился и вырос на потребительской психологии по отношению к природе. Он всегда рассматривал природу как источник своего существования, как ресурс, а не как объект его забот и охраны. Это проявляется через экологическое невежество (нежелание изучать законы взаимосвязи человека и окружающей среды) и экологический нигилизм (нежелание руководствоваться этими законами), т.е. пренебрежение знанием и использованием экологических закономерностей в общении человека и окружающей среды.

Главные водопотребители и водопользователи являются источниками загрязнения гидросферы. Промышленность, сельское хозяйство, коммунально-бытовое хозяйство, транспорт, рекреация влияют на состояние водоемов.

Выделяют несколько видов загрязнения водоемов: химическое, биологическое, физическое. Химическое загрязнение - это загрязнение водоемов нефтью и нефтепродуктами, металлами и их солями, поверхностно-активными веществами, кислотами и щелочами. Биологическое загрязнение - это загрязнение вирусами, бактериями, болезнетворными организмами, водорослями и т.д. К физическому загрязнению относится тепловое и радиоактивное, содержание в воде взвешенных твердых частиц, шлама, песка, ила, глины.

Основными факторами химического загрязнения водоемов и водотоков являются следующие:

сброс сточных вод промышленности и коммунально-бытового хозяйства;

поступление с суши применяемых в сельском и лесном хозяйстве веществ (удобрений, пестицидов);

утечка веществ при работе транспорта и авариях;

разработка полезных ископаемых на морском дне;

захоронение вредных отходов в водоемах;

поступления загрязняющих веществ из атмосферы.

Наиболее интенсивно загрязняют поверхностные воды такие отрасли промышленности, как металлургия, химическая, нефтеперерабатывающая, целлюлозно-бумажная. Различают минеральное и органическое загрязнение сточных вод. При минеральном загрязнении сточные воды содержат соли, кислоты, щелочи и другие минеральные вещества. В промышленных стоках содержится 40 % минеральных веществ и 60 % веществ органического происхождения. К веществам органического происхождения относятся растительные волокна, животные и растительные жиры, остатки плодов и овощей, отходы целлюлозно-бумажной, кожевенной, пищевой промышленности. Сточные воды с этими веществами являются причиной органического загрязнения водоемов.

Из отраслей сельского хозяйства интенсивно загрязняет водоемы растениеводство, благодаря применению удобрений и пестицидов. Около четверти азотных удобрений, треть калийных и 4 % фосфорных удобрений попадает в водоемы. Если в незагрязненных реках средний уровень содержания нитратов составляет 100 мг/л, то в Западной и Центральной Европе - 4500 мг/л, концентрация фосфора в реках этого региона в 2,5 раза выше, чем в незагрязненных водоемах. Возрастание концентрации биогенов приводит к эвтрофикации водоемов. Эвтрофирование (эвтрофикация) - повышение биологической продуктивности водных объектов в результате накопления в воде биогенных элементов под действием антропогенных или природных факторов. Биогенные элементы - это химические элементы, необходимые для поддержания жизни. Например, повсеместно в Европе наблюдается эвтрофикация поверхностных вод. Анализ проб воды показал, что в 8-28 % проб отмечено повышенное содержание нитратов, превышающее национальные нормы. В грунтовых водах такие превышения содержат в 4-18 % проб, в частных колодцах - в 11 % проб, в системах коммунального водоснабжения в 0-2,8 % проб.

При эвтрофикации увеличивается количество сине-зеленых водорослей, уменьшается количество О₂ и возрастает СО₂ и СН₄, происходит вторичное загрязнение водоемов токсическими веществами (которое выделяют сине-зеленые водоросли), увеличивается растворимость карбонатов, что вызывает гибель кораллов и других скелетных форм бентоса. В результате эвтрофикации водоемов происходит изменение видового состава рыб в следующей последовательности: лососевые - сиговые - корюшковые - окуневые - карповые. При этом более ценные рыбы заменяются менее ценными.

На экологическое состояние водоемов влияет животноводство. Свиноводческий комплекс на 100 тысяч голов может загрязнять реку так же, как город с полумиллионным населением. Навоз и навозные стоки, попадая в поверхностные и грунтовые воды, вызывают:

загрязнение воды патогенными и другими микроорганизмами, яйцами гельминтов;

насыщение воды органическими веществами;

насыщение воды азотистыми и другими веществами (нитратами, нитритами, фосфором);

обсеменение рыб и других водных животных микроорганизмами.

Сточные воды животноводческих комплексов содержат много бактерий кишечной группы, которые живут длительное время: сальмонеллы - 2,5 года, микроорганизмы туберкулеза - 475 дней и др.

Источником загрязнения водоемов являются газопылевые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу. В развитых промышленных странах с атмосферными осадками в почву, в поверхностные и грунтовые воды поступает ежегодно 3-20 кг/га нитратов. Плотность выпадения аммонийного азота на европейской территории России оценивается в среднем 0,3 т/км², серы от 0,25 до 2 т/км².

Одним из видов загрязнений водоемов является тепловое. Этот вид загрязнения связан со сбором в водоемы нагретых вод, используемых в промышленности. Например, на площадке Кольской атомной станции, расположенной за Полярным кругом, через 7 лет после начала эксплуатации температура подземных вод повысилась с 6^оС до 19^оС вблизи главного корпуса. По существующим санитарным нормам температура водоема не должна повышаться более чем на 3^оС летом и 5^оС зимой, а тепловая нагрузка на водоем не должна превышать 12-17 кДж/м³.

Тепловое загрязнение водоемов влияет на состояние биоты. Увеличение температуры воды приводит к нарушению условий нереста рыб, повышению их зараженности теплолюбивыми видами паразитов и т.д. Интенсивность влияния теплового загрязнения зависит от температуры нагревания воды. Для летнего периода установлена характерная последовательность воздействия повышенных температур воды на биоценоз озер и искусственных водоемов:

при температуре до 26^оС не наблюдается вредного воздействия;

в пределах температуры 26-30^оС наступает состояние угнетения жизнедеятельности рыб;

при температуре свыше 30^оС наблюдается вредное воздействие на биоценоз;

при температуре 34-36^оС создаются летальные условия для рыб.

Последствия загрязнения гидросферы разнообразны, происходят изменения:

1) физических свойств воды (прозрачности и окраски, появление запахов и привкусов);

2) химических свойств (накопление загрязняющих веществ; образование плавающих загрязнений на поверхности водоемов, взвешенных в толще водоемов и отложения на дне);

...