Формирование химического состава природных вод



Водные ресурсы и их использование

Природные воды — очень важная часть биосферы. Имеющийся в атмосфере водяной пар играет роль фильтрата для солнечной радиации, а вода на поверхности земли — своего рода мощная буферная система , смягчающая действие экстремальных (свыше 400 град.) температур. Много миллионов лет вода разрушала каменные глыбы, растворяла неорганические соединения , активизировала вместе с животными и растительными организмами процесс почвообразования. Без воды не происходит фотосинтез и она единственный источник водорода, выделяющегося в атмосферу во время фотосинтеза. Она необходима для биологических и биофизических процессов, происходящих внутри организмов и для обеспечения жизни на земле.

Вода — это, прежде всего, важнейшая часть природных ресурсов. Ресурсы делятся на исчерпаемые и неисчерпаемые. В биосфере запасы воды неисчерпаемы, но в связи с определенной деятельностью людей водные запасы в отдельных территориальных районах значительно изменяются. Практически неисчерпаемы только воды Мирового океана, но и они теряют свои особенности под влиянием радиоактивных, нефтяных и др. отходов, вследствие чего значительно ухудшаются условия жизни водных растений и животных.

Рост городов, бурное развитие промышленности, интенсификация сельского хозяйства, значительное расширение площадей орошаемых земель, улучшение культурно-бытовых условий и ряд других факторов все более усложняют проблемы обеспечения водой.

Ежегодный расход вод на земле по всем видам водоснабжения около 4000 км3. При этом ежегодный прирост потребления воды достигает 10 млрд. м3 . 70% всего водопотребления используется в сельском хозяйстве. Гектар занятый кукурузой «выпивает» 3300 т воды, капустой – 8000 т, пшеницы – 1500 т. Много воды потребляет химическая промышленность. На производство тонны чугуна расходуется до 200 м3, меди — 500, никеля — 4000 м3 воды. Развитие энергетики также приводит к резкому увеличению потребности в воде. Так, электростанция мощностью 1 млн. квт использует до 625 млн. м3 воды в год.

Значительное количество воды расходуется и для потребностей отрасли животноводства. Так расчетные нормы водопотребления для разных видов животных составляют (литров н а голову): для крупного рогатого скота 80—100, свиней — 25-45, овец — 10.

Много воды расходуется на бытовые потребности населения. Так если в домах без канализации один чел. Потребляет в сутки 50 л воды, то в современных зданиях —200-300 л. В Лондоне расход воды на 1 жителя 170 л, в Париже – 160, в Москве – более 500 л.

Все увеличивающаяся урбанизация территорий свидетельствует о том, что водопользование и в будущем будет возрастать. Специалисты утверждают, что в современных условиях под влиянием хозяйственной деятельности и ряда других факторов процессы водообмена и водного баланса претерпели существенные изменения. Дефицит пресной воды уже сейчас становится мировой проблемой. Сегодня недостаток воды ощущает свыше 50 стран мира. В Англии уже сегодня 90% населения пользуется водой сомнительного качества. Вода становится предметом экспорта.

Водные ресурсы мира

Водные ресурсы – это пригодные для употребления пресные воды, заключенные в реках, озерах, ледниках, подземных горизонтах.

Запасы воды на планете. Водный потенциал планеты (запасы воды) составляет 1,5 млрд. км3 , однако 98 % приходится на соленые воды и только 28,3 млн. км 3 — на пресные. В целом объем пресных вод весьма значительная величина, особенно если ее сравнивать с современным общемировым потреблением, составляющим более 4,5 тыс. км в год. Казалось бы, человечеству не нужно беспокоиться о пресных водах. Поскольку их в 10 000 раз больше, чем требуется. Но основной объем пресных вод составляют воды ледников, снежных покровов, многолетнемерзлых пород и др., которые в настоящее время не используются и рассматриваются только как потенциальные водные ресурсы.

Единовременный объем речных вод невелик - он оценивается всего в 1200 км3, но благодаря круговороту ежегодно реки сбрасывают в мировой океан около 40-41 тыс. км3. По расчетам М.Львовича, полный речной сток составляет 38 830 км3. Кроме того, с суши в океан поступает 3000 км3 пресных вод в виде льдов и талых вод с ледников Гренландии и Антарктиды и 2400 км3 — в виде подземного стока. Таким образом, ежегодно в океан с суши поступает около 44,5 тыс.км3 вод.

Итак, объем пресных водозапасов мира очень невелик в целом и рассредоточен по территории материков очень неравномерно. К тому же поверхностный сток подвержен резким сезонным колебаниям, снижающим возможности его хозяйственного освоения.

Наиболее значительными водными ресурсами располагает Южная Америка (слой стока около 600 мм), за ней следуют Европа, Азия, Северная Америка, Африка, Австралия. В среднем для суши земного шара слой стока оценивается в 294 мм. Но по абсолютным водозапасам первенство удерживает Азия. За счет обширности своей территории азиатский материк располагает 10,5 тыс. км3 пресных вод. Однако это весьма скромная величина, если учесть потребности в воде жителей азиатских стран. По расчетам каждый житель земли обеспечен 7,7 тыс.м3 воды в год, а в Азии эта норма снижена до 3,37 тыс. м3. Напряженной оказывается и водообеспеченность европейцев — 4,7 тыс. м3 на 1 человека.

Доступные водные ресурсы слагаются из двух категорий - поверхностного и подземного стока. Наиболее ценной в хозяйственном отношении является подземная составляющая стока, так как она в меньшей степени подвержена сезонным или суточным колебаниям. Кроме того, подземные воды реже загрязняются. Именно они формируют преобладающую часть «устойчивого» стока, при освоении которого не требуется сооружения специальных регулирующих устройств. Поверхностная составляющая стока включает паводковые и талые воды, обычно быстро проходящие по руслу реки. ВСТАВКА, каф. С.52-53 ?

Хозяйственная ценность или качество водно-ресурсного потенциала региона тем выше, чем значительнее доля устойчивой составляющей стока. Ее величина количественно определяется объемом подземного стока и меженным русловым стоком. Общий объем доступных водных ресурсов мира оценивается в 41 тыс.км3 в год, из них лишь 14 тыс. км3 составляют их устойчивую часть.

Водохозяйственный баланс и его составляющие. В современном хозяйстве главными потребителями вод являются промышленность, сельское хозяйство и коммунально-бытовые службы. Они изымают из естественных и искусственных водоемов для своих нужд определенные объемы воды, которые составляют водозабор. В процессе использования некоторое количество изъятой воды теряется на испарение, просачивание, технологическое связывание и т.д., причем у различных потребителей масштабы такого расхода неодинаковы. Для небольших по площади территорий такие потери рассматриваются как безвозвратные. Наиболее значителен их объем (80-90%) при сельскохозяйственном использовании. В некоторых отраслях промышленности разработаны и продолжают интенсивно совершенствоваться схемы замкнутого или многократного водопользования, при помощи которых существенно снижаются как объемы водозабора в целом, так и величины безвозвратных потерь.

Коммунальное и сельское хозяйство, промышленность и гидроэнергетика предъявляют различные требования к качеству воды. Наиболее высокими и вкусовыми качествами должны обладать воды, используемые в питьевых целях и в некоторых отраслях промышленности (пищевой, химической и др.). Металлургическое или, например, горнорудное производство может обойтись водами низкого качества, использовать оборотные системы водоснабжения. Неоднократное использование одного и того же объема воды сокращает водозабор, но заставляет внести в водохозяйственный баланс еще одну категорию —водопотребление — общий объем воды, используемый данной отраслью хозяйства за определенный отрезок времени.

В сфере коммунального хозяйства водопотребление и водозабор равны между собой, потому что оборотное водоснабжение в этой отрасли на современном уровне практически не осуществляется. В промышленности водозабор оказывается намного ниже водопотребления за счет применения замкнутых циклов водоснабжения.

В сельском хозяйстве водопотребление также может количественно превышать водозабор из источников, поскольку для орошения часто используются органические стоки городских коммунальных систем или очищенные отработанные воды некоторых промышленных предприятий.

Любое хозяйственное использование вод различными потребителями сопровождается появлением отработанных вод или стоков. Они перегружены огромным количеством инородных веществ промышленного, сельскохозяйственного или коммунального происхождения. Даже если применяются наиболее совершенные методы очистки сточных вод (механические, химические, биологические), для разбавления 1 м3 таких стоков необходимо потратить 8—10 м3 чистых природных вод.

В настоящее время в мире среди хозяйственно-бытовых стоков, сбрасываемых в водоемы, превалируют слабо очищенные или вообще неочищенные воды.

В результате кризисные явления поражают не только районы, изначально обедненные водными запасами, но и такие, где существуют благоприятные природные предпосылки для образования значительных объемов воды. Неконтролируемое техногенное преобразование качества водных геосистем ставят экономику подобных стран перед угрозой «водного голода».

Мировое водопотребление. Для хозяйственных нужд ежегодно используется около 3,5 тыс.км3 воды. Этот объем составляет почти 8% общего стока с поверхности суши в океан. Можно заключить, что в целом мировое хозяйство вполне обеспечено пресными водами в количестве, необходимом для удовлетворения своих потребностей. Следует, однако, обратить внимание на очень резкий, почти безудержный рост водопотребления во второй половине ХХ века. За последние 80 лет сельскохозяйственное использование воды увеличилось в 6 раз, коммунальное – в 7 раз, промышленное – в 20 раз, а общее – в 10 раз.

Водохозяйственный баланс мира в современный период по отдельным оставляющим складывается следующим образом.

Коммунально-бытовое водоснабжение.  В начале 80-х годов на нужды населения расходовалось около 200 км3, и при этом 100 км3 терялось безвозвратно. В конце 90-х годов для этих целей уже изымалось 264 км3. Нормы водопотребления составляют на 1 человека в среднем 120-150 л в сутки. В действительности они сильно колеблются. В городах промышленно развитых стран водопотребление особенно велико. Например, в странах Европы оно поднимается до 300-400 л/сут. Много меньше расходует воды сельский житель. В гумидных областях в развитых странах он потребляет в сутки до 100-150 л воды, а в сухих тропических районах – не более 20-30 л.

Согласно данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) в настоящее время в мире более 1,5 млрд. человек не обеспечены чистой, безопасной для здоровья водой, а к 2000г. их число может достигнуть 2 млрд. человек.

Промышленное водоснабжение. Уникальные свойства воды как природного тела позволяют очень широко использовать ее в разнообразных отраслях промышленности. На производство 1 т готовой продукции в настоящее время расходуется: бумаги – 900-1000 м3 , стали – 15-20 т, синтетического волокна – 500 т и т.д. Огромные объемы воды потребляют энергетические установки для охлаждения энергоблоков. Так для работы ТЭС мощностью 1 млн.кВт необходимо 1,2 – 1,6 км3 воды в год, а для работы АЭС той же мощности – до 3 км3. Только на нужды энергетики забирается из водных источников 320 км3 воды, при этом 20 км3  теряется. Теплоэнергетика широко применяет оборотные системы водоснабжения, привлекая часть отработанных и очищенных вод других промышленных производств, так как для охлаждения можно употреблять воды относительно низкого качества. Водопотребление в энергетических целях дает 300 км3 термических стоков, требующих для разбавления 900 км3 свободных пресных вод.

Доля остальных производств в общем водопотреблении на нужды промышленности еще больше – 440 км3; за счет систем оборотного водоснабжения расходуется 700 км3, одновременно теряется более 10% этого объема. Именно в промышленных установках возникают стоки, обогащенные особо токсичными соединениями, трудно поддающимися удалению из отработанных вод. Общий объем стоков – 290 км3. Поскольку современная технология очистки далека от совершенства и многие предприятия в различных странах сбрасывают свои стоки в водоемы недостаточно или слабо очищенными, то в результате на разбавление этого объема загрязненных вод требуется 5800 км3 свободных вод, т.е. в 20 раз больше.

Водоснабжение сельского хозяйства. Самый крупный водопотребитель – сельское хозяйство. По приблизительным расчетам эта отрасль мировой экономики расходует воды примерно в 3 раза больше, чем промышленность. Почти весь этот объем используется на полив орошаемых угодий. По весьма ориентировочным подсчетам примерно 1900 км3 испарялось с поверхности поливных земель и транспирировалось растительностью, 500 км3 дренировалось в подземные горизонты. Таким образом, в отличие от промышленного водопотребления использование вод для орошения резко увеличивает безвозвратные потери на непродуктивное испарение с поверхности поливных земель и создает стоки в виде ирригационных или возвратных вод, которые трудно уловить, очистить и вновь использовать. В то же время их объем огромен, они насыщены биофильными (азотом, фосфором) и др. легкорастворимыми соединениями, за счет которых увеличивается минерализация вод. Появление в субаридных или аридных ландшафтах с поливными угодьями значительных объемов минерализованных грунтовых вод создает опасность вторичного засоления почв и их деградации, эвтрофикации водоемов.

Особую проблему представляют стоки животноводческих ферм. Хотя их общий объем в мировом водопотреблении на нужды сельского хозяйства невелик (всего 10 км3), они чрезвычайно перегружены органическими соединениями, трудно восстанавливаются и вызывают особенно быструю эвтрофикацию водоемов. Кратность их прохождения через очистные сооружения составляет 1: 30.

По расчетам М.И. Львовича, современный водозабор из различных источников составляет для промышленных и бытовых нужд, орошения и животноводства составляет 3296 км3. Эта величина равноценна 9% полного стока и 27 % его устойчивой составляющей. При этом образуется 700 км3 промышленных и бытовых стоков и 500 км3 дренажных вод на орошаемых полях. Если допустить, что все стоки нормативно очищаются, то и в этом случае потребуется не менее 8300 км3 чистых вод для их разбавления (20% полного стока и 60% - устойчивого). Но в результате несовершенства современного водопользования и очистки загрязняется воды намного больше. Таким образом, если количественное истощение водозапасов традиционных источников в глобальном масштабе в ближайшем будущем человечеству не грозит, то качественное ухудшение – налицо уже в наши дни.

Особенности современного водного хозяйства зависят и от природных факторов (прежде всего обеспеченности речным стоком, климатических особенностей, устройства поверхности) и от социально-экономических структур. Наибольшие объемы воды поглощает хозяйство азиатских стран. Почти на 90% этот объем в Азии расходуется на нужды сельского хозяйства. Сходная ситуация характерна для Южной Америки и Африки, хотя в целом участие этих материков в мировом водопотреблении незначительно. В Север ной Америке и Европе промышленное и сельскохозяйственное расходование воды примерно равны между собой.

Водные ресурсы Европы

Общие запасы воды, сконцентрированные на поверхности или в недрах Европы, довольно значительны: их объем приближается к 1600 тыс. км3 (Мировой водный баланс, 1974; Львович, 1986). На 99,8 % этот объем представлен глубоко залегающими подземными водами, водными массами озер, ледников в горах и на арктических островах. Лишь около 2300 км3 ежегодно возобновляемого полного стока имеют реальное ресурсное значение вследствие легкой доступности для современной утилизации и естественной возобновляемости. Именно эта величина и представляет собой водно-ресурсный потенциал Европы.

Доступные для освоения водозапасы слагаются из поверхностных ежегодно возобновляемых вод – речных, озерных, водохранилищ (1476 км3) и подземного стока (887 км3; Львович, 1974). По другим оценкам объем подземного стока достигает 845 км3 (World Resources, 1990).

Наиболее доступны для хозяйственного освоения ресурсы речного стока, который подразделяется на паводочный сток, обычно требующий искусственного регулирования, меженный и подземный сток. Последняя категория – наиболее ценная часть водозапасов со сглаженными сезонными колебаниями расходов и, как правило, высокими санитарными и вкусовыми качествами водной массы. Подземный и меженный сток вместе образуют устойчивую часть полного стока; ее утилизация возможна без дополнительных затрат на регулирование. В Европе (по оценкам) устойчивый сток составляет примерно 1325 км3 (Goudie,1982).

На территории Европы средняя высота стока достигает 306 мм. Лишь в Южной Америке этот показатель выше (440 мм). Распределены водозапасы по поверхности Европы неравномерно. Максимальная концентрация вод наблюдается в Скандинавских горах и Альпах (2000 мм), на западе Пиренеев и на Динарском нагорье (1000-1500 мм).

В Средней Европе показатели стока сильно варьируют в зависимости от рельефа. На склонах среднегорий Центральной Европы слой стока составляет 600-800 и даже 1000 мм (в Шварцвальде). На равнинах, где меньше осадков и выше испарение, он снижается до 200-400 мм на западе, в приатлантическом секторе, и падает до 100 мм на Среднедунайской равнине и до 50 мм – Нижнедунайской. На равнинах и плато южной Европы, где летом резко возрастает испарение, слой стока повсюду менее 100 мм, на юго-востоке Испании – менее 50 мм. Небольшие реки летом часто полностью пересыхают, зато в зимнее время года они превращаются в бурные водотоки, переносящие массу твердого материала. Использовать их воду можно лишь с помощью водохранилищ сезонного или многолетнего регулирования стока.

Европа богата озерными водами. В Финляндии образовался целый озерный круг с максимальным для Европы скоплением озерных вод за счет подпруживания валами конечных морен талых ледниковых вод и поверхностного стока. Наиболее крупные озера расположены у подножий горных систем или плоскогорий: Женевское, Боденское, Лаго-Маджоре, Гарда – в Альпах и др. Всего европейские озера вмещают 857 км3 пресных вод.

Около 23 тыс. км3 пресных вод в твердой фазе законсервировано в поверхностных льдах. Самые крупные ледяные массивы расположены на острове Шпицберген (18,7 тыс. км3) и в Исландии (3,1 тыс. км3). Однако водозапасы ледников в хозяйственном отношении до сих пор не используются и поэтому могут быть отнесены лишь к потенциальным водным ресурсам.

В Европе сосредоточено до 1,6 млн. км3 подземных вод, различных по качеству, степени доступности и скорости восстановления. Наиболее доступны и быстро возобновляются воды на глубинах до 100 м. Их общий объем 200 тыс. км3. Остальная часть водозапасов отличается крайне замедленным водообменом, и их хозяйственное использование затруднено.

Выше уже отмечалось, что по удельной водообеспеченности поверхности (тыс.м3/га) Европа занимает второе место среди других частей света. Но если анализировать душевую водообеспеченность (м3/чел в год), то Европа, обладающая очень высокой плотностью населения, имеет всего 4660 м3 воды на одного жителя. Это ниже среднего показателя для земного шара (7690 м3/чел в год; World Resources, 1990) и меньше, чем в любой другой части света (кроме Азии). Показатели удельной территориальной водообеспеченности варьируют в европейских странах очень широко. В странах Северной Европы (Норвегии, Финляндии, Швеции) на 1 жителя приходится от 100 до 20 тыс.м3 воды в год(в Исландии даже более 670 тыс.м3/чел.год), в то время как во многих государствах Восточной и Южной Европы эта норма снижается до 2-1 тыс.м3/чел.год и меньше.

Водохозяйственный баланс европейских стран. Современное хозяйство европейских стран ежегодно забирает из водных источников для нужд промышленности, сельского хозяйства и для водоснабжения населенных пунктов около 360 км3 чистых вод. По мере роста населения и развития экономики потребности в воде и водопотребление неуклонно возрастают. Только в начале ХХ в. промышленное водопотребление увеличилось в Европе в 18 раз, значительно опередив по темпам роста производство валового национального продукта.

В общей структуре водопотребления и водозабора на нужды энергетики и остальных отраслей промышленности расходуется свыше половины всех забираемых из источников вод – более 193 км3, сельское хозяйство потребляет 33%, или 110 км3, остальной объем – около 48 км3, или 13% -подается в водопроводные системы городов и сел. Ожидается, что к концу столетия общий водозабор возрастет в европейских странах до 500 км3. Таким образом на покрытие потребностей расходуется пока 19% ежегодно возобновляемых водозапасов, но в региональном аспекте этот показатель существенно меняется. В отдельных европейских странах уже изымается на хозяйственные нужды 25% полного стока (Франция, Италия), более 1/3 (Испания, Чехословакия, Болгария) и даже свыше половины (Германия, Румыния). В таких условиях резко увеличивается доля повторного, в том числе и многократного, водоснабжения промышленных установок и объектов, внедряются системы маловодной или сухой технологии, т.е. осуществляются всевозможные меры по снижению расходов воды.

В результате применения водосберегающих технологий водозабор для промышленного освоения составляет менее половины потребления. В процессе использования теряется около 19 км3 и образуется 174 км3 стоков.

Значительные объемы вод забирает из водных источников сельское хозяйство. Для орошения сельскохозяйственных угодий и для нужд животноводства в конце 80-х годов в Европе забиралось около 110 км3, причем более половины этого объема терялось безвозвратно на транспирацию растениями и инфильтрацию. Особенно велики расходы воды на полив в странах с засушливым летом (Италия, Испания, Болгария и др.), но и в районах гумидного климата они достигают значительных величин.

На водоснабжение коммунально-бытового сектора европейской экономики расходуется воды меньше, чем сельское хозяйство и особенно на промышленность, хотя объемы водозабора и в этом секторе постоянно растут. В последнее десятилетие оно возросло до 48 км3, из которых 10 км3 безвозвратно теряется; образуется до 40 км3 стоков. Питьевая вода должна быть наиболее чистой и качественной, но именно таких вод в Европе становится все меньше вследствие прогрессирующего загрязнения водотоков. Во многих районах основным источником коммунального водоснабжения являются подземные воды, за счет которых, например, в Дании удовлетворяется до 98% потребностей в питьевой воде, в Италии – 95, во Франции – 50% и т.д.

Суммируя отраслевое водопотребление, легко подсчитать, что ежегодно из рек, озер, водохранилищ и подземных горизонтов в европейских странах забирается 360 км3 вод, 125 км3 безвозвратно теряются в процессе использования, 235 км3 вновь сбрасываются в водоемы в отработанном и лишь частично очищенном виде. На разбавление тратится до 1500 км3 речного стока (65% всего водно-ресурсного потенциала Европы). Следовательно, даже в количественном отношении налицо явная напряженность водохозяйственного баланса, которая усугубляется неравномерностью распределения водозапасов и во времени, и в пространстве.

Чтобы освоить быстро проходящие по руслам рек паводковые и полые воды и тем самым снизить дефицит легко доступных водных ресурсов, во многих районах Европы создаются системы искусственных водоемов или водохранилищ сезонного и даже многолетнего регулирования стока. К середине 80-х годов в Европе было построено 2530 водохранилищ, объемом свыше 1 млн. м3 каждое. Они вмещают 212 км3 воды и регулируют более 10% поверхностного стока (Авакян,1987). Неизмеримо возрастает роль искусственных водоемов в странах с резко сезонным распределением стока, т.е. в Южной Европе. В Испании насчитывается рекордное для Европы количество водохранилищ (около 390), вмещающих 44 км3; 9,7 км3 воды накоплено в 325 водохранилищах Италии, 11,7 км3 – в 87 водохранилищах Югославии и т.д. Их основное назначение – накопить воду зимних дождей для полива посевов и плантаций. Довольно значительные объемы вод складируются в странах Северной Европы для обслуживания ГАЭС. Только в Норвегии действуют 100 водоемов объемом 23,5 км3, еще 16,7 км3аккумулировано в Финляндии, 21 км3 – в Швеции. В среднем на каждого жителя Европы уже складировано около 400 м3 пресных вод.

Создание водохранилищ лишь смягчает, но не ликвидирует дефицит пресных вод в Европе. Основные трудности в водном хозяйстве европейских стран обусловлены формированием огромных объемов сточных вод в районах концентрации городов и промышленных объектов. Стоки слабо очищенные или совершенно неочищенные сбрасываются в водоемы, попутно загрязняя их. Особенно обостряется ситуация в зонах скучивания индустриальных и городских комплексов – в Рейнско-Вестфальской области в Германии, в западном Йоркшире в Великобритании, в Парижском районе во Франции, в Северо-Чешском буроугольном бассейне и др.

В последние годы резкие протесты общественности и ученых способствовали в ряде европейских стран принятию определенных природоохранных законодательных актов, на основе которых запрещается сброс в поверхностные водоемы неочищенных стоков. Однако ситуация мало изменилась. Крупные реки Европы – Рейн, Сена, По, Висла и др. – загрязнены настолько, что их воды непригодны не только для питья, но и для купания.

Существуют сугубо европейские особенности качественного истощения водозапасов. Очень часто один и тот же бассейн реки принадлежит двум, трем и более государствам. Например, бассейн Рейна поделен между пятью странами, Дуная – восемью и т.д. Чтобы рационально использовать их водный потенциал и действенно охранять воды транзитных рек от загрязнения, необходимы международные соглашения. И они существуют, например комплексная программа по охране и использованию вод Дуная и Тисы, выполнявшаяся в рамках СЭВ. С 1963 г. действует международная комиссия по контролю и борьбе с загрязнением вод Рейна, однако ее работа привела лишь к весьма слабому снижению уровня загрязнения реки.

Очень высокая плотность объектов промышленного производства и энергетики во многих районах Европы обусловливает формирование огромных объемов жидких отходов, стоков и термических вод. За многие десятилетия водоемы и их донные отложения накопили большую массу ядовитых, токсичных и слабо разлагающихся веществ и это существенно осложнило задачу их обезвреживания.

Ресурсная водообеспеченность, объем и структура водозабора, соотношение водозапасов и их потребления в европейских странах не одинаковые. При характеристике водохозяйственного баланса следует учитывать две особенности единой проблемы хозяйственного водопользования: общий объем водозабора и его соотношение с реальными водозапасами и качественное истощение водных ресурсов, возникающее вследствие загрязнения водных источников.

В Европе можно выделить несколько групп стран с различной напряженностью водохозяйственного баланса.

1. Страны с очень резко выраженной напряженностью водохозяйственного баланса и незначительными водозапасами. В этой группе стран удельная душевая водообеспеченность колеблется от 800 до 2 000 м3/чел в год, водозабор составляет от 50 до 100% полного местного стока. В основном это страны Восточной Европы (Чехо-Словакия, Румыния, Болгария, Польша, Венгрия), а также Германия, Бельгия, Нидерланды, Дания.

Водные ресурсы речного стока в странах Восточной Европы невелики – всего около 170 км3, а его устойчивая категория – лишь 77 км3. Общие потребности в воде, которые испытывает хозяйство этих стран, превышает 120 км3.Втаких условиях  резко возрастает роль транзитного стока Дуная, переносящего до 80 км3 воды. Во многих странах, и прежде всего в Венгрии, обнаружены значительные запасы близко залегающих от поверхности грунтовых вод. Только на Среднедунайской равнине ежегодно восполняемый объем грунтовых пресных вод составляет более 10 км3.

По приближенным оценкам (Клиге, 1974), общие ресурсы доступных вод в странах Восточной Европы достигают 420 км3. Водопотребление в этом регионе характеризуется быстрым ростом. Если в 1970г. в европейских странах – членах СЭВ использовалось 70 км3 воды, то в 1985г. – 121 км3, а к 2000г., по прогнозам, водопотребление возрастет до 175 км3. Свыше половины забираемых вод направляется на промышленные объекты (67 км3), 38 км3 расходуется в сельском хозяйстве, а остальные 16 км3 вод идут на бытовое водоснабжение населения. Подобная структура сохранится, как предполагают, и в будущем, и лишь на нужды орошения будут отводиться несколько большие объемы воды.

Если анализировать хозяйственное использование вод в отдельных странах, то картина вырисовывается довольно пестрая. В Германии, Чехословакии, Венгрии, Польши количественно преобладает промышленное водоотведение (60-80% всего водозабора). Эта отрасль водопотребления будет увеличиваться и в дальнейшем. Страны с засушливым летом (Румыния, Болгария) преобладающую часть потребляемых вод направляют в сельское хозяйство. Так, в Болгарии из 14 км 3 расходуемых вод 8 км 3 идет на полив угодий; примерно та-кое же соотношение наблюдается и в Румынии.

Напряженность водохозяйственного баланса в странах восточной Европы, особенно возрастающая летом, несколько снижается за счет аккумуляции поверхностного стока в водохранилищах сезонного и многолетнего назначения. К середине 80-х годов в этих странах функционировало 400 водохранилищ, вмещающих около 23 км3 вод (Авакян, 1987).

Речные воды на территории стран первой группы крайне загрязнены промышленными и бытовыми стоками; таковы реки Рейн, Висла, Одра, Шельда, Дунай и др. Сброс стоков промышленных предприятий, энергетических установок, населенных пунктов, плотность которых рекордна для всей Европы, сопровождается резким ухудшением качества вод. Например, только в Рейн ежегодно сбрасывается до 20 млн. т токсичных соединений. Несмотря на совершенствование технологии очистки отработанных вод и существующие юридические запреты их сброса в неочищенном виде, до сих пор значительная часть стоков промышленного и бытового происхождения поступает в речную сеть, минуя очистные сооружения. Так, в Германии ежегодно образуется около 15 км 3 стоков, из которых биологическую очистку проходят вссго 30%, 50% очищается неудовлетворительно. Более 2/3 протяженности рек признаны непригодными для купания, а их воды — даже для использования в технических целях. Особенно в тяжелом состоянии находятся реки, протекающие через промышленную зону Северный Рейн—Вестфалия. В последние годы уровень загрязнения вод (рек, озер, прибрежных зон морей) несколько снизился благодаря применению более глубоких очистных технологий.

В наиболее тяжелом положении оказываются Нидерланды, куда приносит свои крайне загрязненные воды Рейн. Местные реки — Шельда, Маас и др. — не уступают Рейну по концентрации в водах загрязняющих веществ, хотя именно на их водозапасы вынуждено рассчитывать национальное водопотребление. В Нидерландах осуществлен один из наиболее грандиозных гидротехнических проектов в Европе под названием «Дельта». Сток Рейна в районе дельты перехватывается системой водохранилищ и очищается. Одновременно блокируется поступление в русло реки соленых морских вод во время высоких приливов в Северном море.

2. Страны с резко выраженной напряженностью водохозяйственного баланса и умеренными водозапасами. К этой группе относятся Великобритания и Франция, расположенные в области достаточного увлажнения. Водообеспеченность территории этих стран достаточно высока: в расчете на одного человека запасы воды колеблются от 2,1 до 3,5 тыс. км3 воды в год. Однако большая плотность населения и высокая концентрация промышленности требуют огромных расходов воды. На нужды хозяйства забирается до 25% объема полного местного стока, из которого 79% в Великобритании и 71% во Франции отводится на нужды промышленности.

Ко второй группе относятся также Испания и Италия. По нормам водообеспеченности (3-4 тыс. м3 в год на 1 человека) и по степени напряженности водохозяйственного баланса (забирается от 1 /4 до1/3 общего стока) эти страны сходны с центрально-европейскими, но структура водозабора у них иная. В странах Южной Европы основным становится сельскохозяйственное водопотребление. Так, в Испании на орошение расходуется 62% общего водопотребления, в Италии — 59%.

В странах второй группы реки тоже загрязнены недостаточно очи-щенными стоками, особенно Сена, По, Луара, Рона и др. В Великобритании в речную сеть поступает свыше 5 км3 стоков, из которых только половина проходит полную очистку. На разбавление стоков расходуется 50 — 60% речного стока страны. Примерно такое же количество стоков образуется во Франции, причем только в черте Парижской агломерации — около 1,5 км3 загрязненных вод, Чтобы полностью нейтрализовать промышленные и бытовые сточные воды, требуется израсходовать почти весь меженный сток страны. Реки Сена, протекающая через Париж, а также Рона относятся к числу самых «грязных» рек Европы.

3. Страны со значительной водообеспеченностью и слабой напря-женностью водохозяйственного баланса. В странах данной группы (Австрия, Швейцария, Португалия) резервы пресных вод немалые, водопотребление поглощает всего от 9 до 4% общего водно-ресурсного потенциала. Страны неоднородны по структуре расходования воды и по степени напряженности водного хозяйства. В Австрии и Швейцарии — альпийских странах, получающих много осадков и имеющих реки с ледниковым питанием, — практически недостатка в необходимых водах не ощущается круглый год. Иначе обстоит дело в Португалии, где летом возникает весьма ощутимый дефицит увлажнения, наблюдается сокращение расходов воды в руслах рек. В Австрии и Швейцарии основная масса водозабора направляется в промышленность, в Португалии - в сельское хозяйство.

4. Страны с избыточными волозапасами. К этой группе принадлежат скандинавские страны - Норвегия, Швеция, Финляндия, а также Исландия, Дания и Ирландия. Так как они расположены в области с избыточным увлажнением, для них характерен самый большой сток; нормы душевой водообеспеченности в скандинавских странах превышают 20 тыс. м3 /чел. в год. Потребность в воде составляет 2—3% (в Ирландии—0,5%) от общего объема водных ресурсов. Эти страны рассматриваются как возможные экспортеры чистых вод в Центральную Европу. Однако и в данной группе стран следует отметить прогрессирующее качественное ухудшение водозапасов, отчасти обусловленное сбросом недостаточно очищенных сточных вод (Южная Швеция и Финляндия), отчасти выпадением "кислотных дождей" из загрязненных промышленными выбросами воздушных потоков, приносимых в Скандинавию из Великобритании и стран Центральной Европы.

Энергетическое использование водных ресурсов. Возможности использования поверхностного стока для выработки энергии зависят от абсолютного объема стока и скорости водных потоков, которая определяется господствующими уклонами поверхности и свойствами подстилающих пород. Эти факторы в Европе очень разнородны. В целом гидроэнергопотенциал (ГЭП) ее территории, с учетом современных технических возможностей, оценивастся в 635 кВт*ч/год, из которых 175 млрд. кВт*ч/год приходится на страны Восточной Европы, 460 млрд, кВт*ч/год — на страны Западной Европы. В Европе выделяются четыре района с повышенной обеспеченностью гидроэнергоресурсами: горный запад Скандинавии (ГЭП превышает 200 млрд. кВт*ч/год), Альпы (130 млрд. кВт*ч/год), горы Балканского полуострова (56 млрд. кВт*ч/год) и Пиренеи (30 млрд, кВт*ч/год). В районах с горным рельефом и высокими показателями стока концентрируются до 80% общего экономического ГЭП Европы.

Многие европейские страны слабо обеспечены ресурсами ископаемого топлива, поэтому освоение энергетических возможностей рек началось уже давно. Так, в Швейцарии гидроэнергоресурсы освоены на 91%, во Франции - на 92%, в Италии - на 86, в Германии - на 77% и т.д. В целом в Европе в начале 80-х годов уже использовалось около 55% экономически рентабельных гидроэнергоресурсов (Arnolind С., 1983). На многих европейских реках действуют и строятся каскады ГЭС (на Дунае, Тисе, Ваге, Дуэро, Дюрансе и др.), многочисленные ГАЭС сооружаются в Скандинавии, Альпах, Карпатах.

Территория стран Восточной Европы обеспечена гидроэнергоресурсами недостаточно.

Транспортное использование. Европа располагает густой водно-транспортной сетью (судоходными участками рек и каналами) общей протяженностью свыше 47 тыс. км. Наиболее значительна она на влажном равнинном западе, где существуют благоприятные условия для возведения судоходных каналов между речными системами и реками с выровненным режимом стока, не замерзающими круглый год. Сеть водных путей достигла во Франции почти 9 тыс. км, в Германии — более 6 тыс. км, в Польше — 4 тыс. км, в Финляндии — 6,6 тыс. км. Самая крупная река Европы — Дунай; он пересекает территорию восьми государств и ежегодно перевозит свыше 50 млн. т грузов. Его водосборный бассейн отличается сложностью в климатическом и морфологическом отношении, поэтому условия судоходства на реке часто меняются. Наиболее труднопроходимым был отрезок Дуная в районе прорыва Карпат. В начале 70-х годов здесь был построен комплексный гидроузел Джердап (плотина, две ГЭС и судоходные шлюзы), улучшившие транспортные возможности реки.

Дунай связан системой действующих и строящихся судоходных каналов с крупнейшими реками Восточной Европы - Лабой (Эльбой) и Одрой; это каналы Братислава — Оломоуц — Есеник на реке Одре и Оломоуц — Пардубице на реке Лабе. Канал Дунай — Майн соединяет водно-транспортную сеть Восточной Европы с крупнейшей рекой Западной Европы Рейном, а через канал Рейн - Сона - Рона и с приатлантической Европой.

Река Рейн, пересекающая территорию пяти государств, является основной транспортной артерией Западной Европы. Он и его притоки проходят через крупные индустриальные центры Германии (конурбация Северный Рейн - Вестфалия, Франкфурт-на-Майне и др.), Франции, Швейцарии, поэтому грузоперевозки по Рейну превышают 100 млн. т в год.

Существует трансевропейская система судоходных каналов, связывающая между собой реки Среднеевропейской равнины — Буг, Вислу, Одру, Эльбу, Везер и др.

Сооружением каналов Дунай - Майн - Рейн и Рейн - Сона - Рона практически завершается создание единой водно-транспортной сети, объединяющей крупнейшие речные бассейны Европы.

 

2.3. Водные ресурсы России

 Вековые запасы пресной воды в нашей стране велики, однако распределены они неравномерно. Значительная часть «законсервированной» пресной воды находится в ледниках Арктики. Болота занимают площадь около 190 млн. га. в них аккумулировано до 3000км3 воды, - уточнить!!! причем свыше 1000км3 приходится на болота, расположенные в пределах Западно-Сибирской низменности.

По территории России протекает свыше 2,5 млн.рек, большая часть которых (94,9%) имеет длину свыше 25 км и меньше. Число средних рек (от 101 до 500 км) составляет 2833. Общая длина их русла 5 млн. км. Суммарный сток рек равен 11,3% запаса воды всех рек мира. Большинство рек (90,4%) несут свои воды в Северный Ледовитый и Тихий океаны (табл.9) ВСТАВИТЬ ИЗ КАФ, 71с,. В Азово-Черноморском и Каспийском бассейнах, где проживает свыше 65% населения России насчитывается всего 1ё93 942 реки или 7,5%.

Почти 86% пресных вод находится еще в слабо освоенных северных и восточных районах страны. Наибольшую водообеспеченность имеют недостаточно заселенные районы Сибири и Дальнего Востока.

Пять крупнейших рек России имеют водосборную площадь, превышающую 1000 тыс.км2; Обь (2990 км2), Енисей (2580 км2 ), Амур (1855 км2 ), Волга (1360 км2 ).

Объем ежегодно восстанавливаемых пресных вод составляет 4634 км3 , с таким распределением: речной сток – 4384, подземные воды – 220, наледи – 30 км3.

Наибольшие значения годового стока характерны не для зоны избыточного увлажнения, а для северной части лесной зоны – подзоны тайги. В тундровой зоне европейской территории величина годового стока составляет около 8 л/с.км2 , при переходе в лесную зону увеличивается до 10 л/с.км2 и только на широте около 60о снова снижается до 8 л/с.км2 , при продвижению к югу сток уменьшается до 0,5, а в Прикаспийской низменности – до 0,2 л/с.км2. В зоне тундры в результате уменьшения количества атмосферных осадков годовой сток опять уменьшается. Уменьшение его наблюдается и к югу, где увеличиваются потери на испарение. На возвышенных и горных территориях годовой сток возрастает на: Кольском полуострове до 10-20 л/с.км2 , Кавказе и Северном Урале – 20-25 л/с.км2 , Среднем Урале и Южном Урале соответственно 20 и 14 л/с.км2 . Внутригодовое распределение стока рек приведено в табл.7.

На территории России расположено более 2,7 миллионов озер, общей площадью 408 856 км2. Почти все запасы озерных вод сосредоточены в нескольких крупных водоемах. Так оз. Байкал, имеющее объем 23 тыс.км в пять раз превышает суммарный годовой сток всех рек России. Озерные воды восстанавливаются очень медленно. В крупных озерах доля ежегодно возобновляемых вод составляет всего 1,5% от общего объема, но есть озера, в которых этот показатель довольно значителен; в Чудско-Псковском озере он составляет 57% (а в Байкале – 0,3%).

Таблица 7

Внутригодовое распределение стока рек по некоторым регионам России

(Черняев, Прохорова, 2002)

Регион

Сезонный сток, % от годового

Весна Лето-осень Зима
Север европейской территории Запад и юго-запад европейской территории Южное Заволжье, Южное Приуралье Крайний север и северо-восток Сибири Западная Сибирь Восточная Сибирь, Урал* Забайкалье, Яно-Индигирский район, Дальний Восток, Камчатка 55-65   30-50 90-95 40-50 45-55 70-80 30-40   25-35   30-35 4-8 45-55 35-45 15-25 55-65 10-20   20-35 1-2 5 10 5 5

*На Урале малые реки весной приносят до 85-95%, крупные – 50-70% годового стока.

 

На территории России выделяют 10 озерных районов (табл. 8).

Таблица 8

Распределение озер по регионам России

Регион Количество озер Площадь зеркала, км2
Кольский полуостров Карелия и северо-запад европейской территории Север европейской территории Центральный регион европейской территории Среднее и Южное Приуралье Южный регион европейской территории Прикаспийская низменность Эападно-Сибирская низменность Алтай и Кузнецкий бассейн Западный и Восточный Саян Забайкалье Средняя Сибирь Северо-Сибирская низменность Северо-Восточная Сибирь Дальний Восток Камчатка Острова Северного Ледовитого и Тихого океана   Всего по России 107146 82503 232419 35836 6778 26459 11305 788042 17151 14307 47135 319872 318849 595118 63088 40857 41132   2747997 8195 50107 13756 17329 4182 20947 3864 87754 8743 7227 35647 28108 38487 67863 9758 2772 3517   408856

 

Болота на территории России занимают почти 10% ее территории (табл. 9). В Западной Сибири их площадь составляет 32538 тыс.га. Половина болот – верховые. В этом регионе широко распространены полигональные, плоскобугристые, крупнобугристые и олиготрофные сфагновые болота. Они занимают преобладающую часть междеречных пространств и располагаются как в пониженных участках, так и на водоразделах. В болотных торфяниках Западной Сибири объем воды составляет 994 км3 .

Таблица 9

Болота Западной Сибири

Зона

Площадь болот, тыс.га

Распределение болот по типам, %

Верховые Переходные Низинные
Лесная северотаёжная среднетаёжная южнотаёжная западная южнотаёжная восточная   Лесостепная   Всего 31966 10291 6440 6290 8945   572   32538 56 70 89 19 46   10   56 18 29 10 9 24   7   20 26 1 1 72 30   83   24

 

Отдача воды из болотного массива происходит главным образом из его деятельного слоя, слоя, в котором наиболее активно осуществляется влаго- и теплообмен с атмосферой и окружающей средой. Толщина этого слоя в болотах зоны многолетней мерзлоты колеблется от 30 до 50 см, в зоне выпуклых олиготрофных болот – от 16 до 50 см, выпуклых олиготрофных болот – от 16 до 50 см, плоских евтрофных и мезотрофных и зоны вогнутых евтрофных и заиленных болот – от 33 до 95 см.

 

Формирование химического состава природных вод

Под химическим составом природных вод принято понимать весь сложный комплекс минеральных и органических веществ, находящихся в разных формах ионно-молекулярного и коллоидного состояния.

Формирование химического состава природных вод определяют в основном две группы факторов:

• прямые факторы, непосредственно воздействующие на воду (т.е. действие веществ, которые могут обогащать воду растворенными соединениями или, наоборот, выделять их из воды): состав горных пород, живые организмы, хозяйственная деятельность человека;

• косвенные факторы, определяющие условия, в которых протекает взаимодействие веществ с водой: климат, рельеф, гидрологический режим, растительность, гидрогеологические и гидродинамические условия и пр.

По характеру своего воздействия факторы, определяющие формирование химического состава природных вод, целесообразно разделить на следующие группы:

• физико-географические (рельеф, климат, выветривание, почвенный покров);

• геологические (состав горных пород, тектоническое строение, гидрогеологические условия);

• физико-химические (химические свойства элементов, кислотно-щелочные и окислительно-восстановительные условия, смешение вод и катионный обмен);

• биологические (деятельность растений и живых организмов);

• антропогенные (все факторы, связанные с деятельностью человека).

Географическая зональность. Химический состав природных вод, по определению В.И.Вернадского, зависит главным образом от геохимических процессов в географических (ландшафтных) зонах. Так, в зоне избыточного увлажнения (тундровая, лесная, тропическая) в результате интенсивного выноса растворимых солей и разложения растительных остатков поверхностные воды, как правило, слабо минерализованы (30-200 мг/л ) и богаты растворенным органическим веществом. В зонах недостаточного увлажнения (лесостепь, степь и полупустыня) в связи с небольшим выносом солей и активным растворением карбонатов кальция и разложением растительных остатков минерализация воды повышается, но общее количество растворенных веществ не превышает 1 г/л (Перельман, 1977). Кроме того, в зонах недостаточного увлажнения в районах развития соленосных толщ формируются гипсовые сульфатно-натриевые и содовые воды (классический район распространения содовых озер - западносибирская лесостепь). В аридной зоне (сухие степи и пустыни) направленность геохимических процессов идет по пути накопления солей. Поверхностные воды характеризуются высокой минерализацией и низким содержанием органических веществ.

При рассмотрении минерализации, ионного состава, суммарного и растворенного органического вещества и других характеристик незагрязненных поверхностных вод отчетливо прослеживается определенная закономерность, отражающая влияние на природные воды физико-географической зональности, т.е. воздействия всего комплекса природных условий на формирование химического состава воды. Так, например, общеизвестна тенденция к увеличению минерализации воды (от нескольких десятков до нескольких сотен мг/л в соответствии с увеличением сухости климата и изменением почвенного покрова) на большей части Европейской территории страны с севера на юг и с запада на восток, а на Азиатской части территории - с севера на юг с максимально минерализованными водами в районах северной части Казахстана, южной части Западной Сибири и Южного Приуралья (Алекин, 1970).

Содержание органических веществ в незагрязненных водных объектах , характеризуемое перманганатной окисляемостью, также имеет довольно четкую физико-географическую зональность. Зона очень малой(0—2 мг О/л) и малой окисляемости (2—5 мг/л) приурочена преимущественно к горным районам, зона средней окисляемости (5—15 мг О/л) — к зонам широколиственных лесов, лесостепи, степи, полупустыни, пустыни и тундры. Зона повышенной окисляемости (15—20 мг О/л) — к зоне северной и южной тайги (Смирнов, Тарасов, 1970,1971). Наличие указанных зон окисляемости связано с неодинаковой скоростью и характером распада и гумификации создаваемых растениями органических веществ в различных физико-географических зонах в зависимости от увлажненности, температуры, степени аэрации, рН и окислительно-восстановительных условий.

Подземные воды также влияют на химический состав поверхностных вод. В меженные периоды питание рек осуществляется преимущественно за счет подземного стока. Грунтовые воды, т.е. воды первого водоносного горизонта, — это главный источник питания рек. Химический состав этих вод во многом зависит от химического состава просачивающихся сквозь слой почвы атмосферных осадков. Наряду с ними в питании рек могут принимать участие также подземные воды нижележащих водоносных горизонтов. Химизм этих вод зависит как от состава вмещающих пород различного геологического возраста, так и от динамики (подвижности) вод, связанной с тектонической историей района. Наблюдающееся в ряде случаев повышенное содержание некоторых химических элементов в воде рек во время зимней межени по сравнению с летней по-видимому объясняется увеличением подземного питания за счет грунтовых или подземных вод. (Красинцева, 1977).

Нарушение зональности химического состава природных вод при отсутствии антропогенного загрязнения обычно связано с условиями залегания и составом горных пород, с наличием на водосборной площади выходов соленосных толщ, месторождений нефти, горючих сланцев, торфа, полиметаллических руд, минеральных вод и т.д. Так, например, если величина концентрации ионов водорода в речных водах колеблется в пределах 6,5-8,5, в воде болот— 5,5-6,0, то рН воды шахт и рудников достигает иногда 1, а содовых озер и термальных источников — 10, не зависимо от физико-географических условий района. В районах сульфидных месторождений формируются сернокислые воды, имеющие низкий рН (часто меньше 3) и обогащенные металлами. Они дают начало сернокислым ручьям и речкам, способствуют возникновению сернокислых озер и прудов (например, «купоросные « озера медноколчедановых месторождений Южного Урала). Сернокислые ручьи и речки довольно часто встречаются в районах некоторых угольных шахт. Известны также сильнокислые вулканические озера и «солянокислая» речка Юрьева (рН воды 1,72) на Курилах. Многостороннее влияние нефтяных залежей и битуминозных пород на качество воды проявляется, в частности, в изменении окислительно-восстановительного потенциала подземных вод до величины значительно ниже 0, а местами до 500 мВ (Назаров,1973). Указанные воды при смешении с поверхностными существенно влияют на характеристику их окислительно-восстановительного состояния. Хорошо известно, что воды сульфидных месторождений в сотни и тысячи раз больше обогащены металлами, чем обычные грунтовые воды. В ряде случаев гидрокарбонатные и карбонатные воды, пресыщенные углекислотой, в районах рудопроявлений тоже обогащаются металлами. При выходе на дневную поверхность, в местах разгрузки, приуроченных чаще всего к рыхлым обломочным породам делювия и к почвенному слою, эти воды способствуют образованию солевых ореолов рассеяния, обогащенных медью, цинком, никелем, кобальтом, молибденом и другими металлами. Поверхностные воды, дренирующие эти участки, в свою очередь, обогащаются указанными рудообразующими элементами.

Зарегулирование речного стока также приводит к определенным изменениям состава воды, концентрации солей и органических соединений, однако водохранилище сохраняет при этом особенности состава воды того водотока, на котором оно создано. В качестве примера можно привести водохранилища Верхней Волги с относительно невысоким содержанием солей в воде и наличием гуминовых веществ, свойственных незарегулированной Волге. А также Камское водохранилище с высокой минерализацией воды и разнообразным солевым составом на отдельных участках, обусловленным впадением в Каму многочисленных притоков и наличием в верховьях реки разработок калийных солей.

В условиях зарегулированного стока на качество воды все большее влияние начинают оказывать внутриводоемные процессы, которые в ряде случаев становятся доминирующими по мере перехода к нижерасположенным водохранилищам (при наличии каскада). В числе факторов, обусловливающих динамику и распределение химических ингредиентов в условиях зарегулированного стока, значительную роль играют степень водообмена, гидрометеорологическая обстановка, процессы осаждения, сорбции и десорбции элементов донными отложениями, а также процессы взаимодействия между ложем и водой, особенно в первые годы существования водохранилища. При этом немалое значение имеют и свойства затопленных почв, и затопленная древесная и кустарниковая растительность, и наличие торфяников, захоронений и др. источников загрязнения. В первые годы после заполнения водохранилища качество его водных масс формируется в результате сложного взаимодействия целого комплекса природных и антропогенных факторов в условиях разбалансированной экосистемы.

Атмосферные осадки. Одним из источников поступления различных веществ на водосборную площадь речных бассейнов и на поверхность самих водоемов и водотоков являются переносимые ветром взвеси и атмосферные осадки. Вопрос о степени влияния атмосферных осадков на химический состав поверхностных вод и их минерализацию пока дискуссионный, поскольку одни авторы отводят минеральным солям из атмосферных осадков незначительную роль, а другие, напротив, связывают с ними происхождение большей части солей в речном стоке.

По химическому составу атмосферные осадки не менее разнообразны, чем другие природные воды. В них присутствуют аэрозоли атмосферы, представляющие собой пылевидные минеральные частицы коры выветривания, высокодисперсные агрегаты растворимых солей, мельчайшие капли растворов газовых примесей (СО2, НС1 и др.), частицы дыма, органические вещества самого разного состава, мельчайшие организмы и их остатки (микробы, пыльца растений и пр.). Любая проба современного воздуха может содержать множество природных загрязняющих веществ — от пыльцы растений до спор грибов, и от болезнетворных бактерий до микроскопических частиц соли и вулканического пепла. Большое влияние на концентрацию аэрозолей оказывает характер подстилающей поверхности, развитие процессов эоловой эрозии. Количество поднимаемых ветром частиц минеральной континентальной пыли и ее состав существенно влияют на химизм атмосферных осадков. Продолжительность пыльных бурь может достигать нескольких недель. Хорошо известны ветровые переносы солей с поверхности солончаков, солонцов, высохших соляных озер, механический ветровой вынос морской воды. Все это не только способствует изменению химического состава атмосферных вод, но и непосредственному поступлению веществ различной природы в водоемы. Но значение природных загрязняющих веществ воздушной среды отступает на второй план перед растущим загрязнением атмосферы, связанными с деятельностью человека.

При работе промышленных предприятий, электростанций, транспорта, в особенности автомобильного, систем теплоснабжения, при проведении различного рода мероприятий в сельском хозяйстве (внесение в почву удобрений, обработка сельскохозяйственных и лесных угодий ядохимикатами и т.п.) в атмосферу попадает огромное количество разнообразных соединений — от окислов серы и азота до редкоземельных элементов и синтетических материалов. Основными загрязняющими веществами атмосферы являются окись углерода, окислы серы, азота, углеводороды и взвешенные вещества.

Элдер и Кунц для оценки вклада загрязнений, переносимых атмосферой, в бюджет химических элементов естественных водных систем измеряли количество загрязнений, выпадающих вместе с атмосферными осадками в районе Велих озер Америки. Ими установлено, что только таким путем в воду озера Гурон ежедневно попадает хлора 151 т, кальция 90 т, натрия 41 т, железа 26 т, фосфора 2 т, свинца тоже 2 т.

Необходимо подчеркнуть, что, по мнению В.И.Вернадского, действительно природными (девственными) были только древние земные воды, существовавшие примерно 100 тысяч лет тому назад. В последние же 10-20 тыс. лет все сильнее проявляется геохимическое воздействие человека на природу, особенно с 19 века, когда интенсивно стала развиваться хозяйственная деятельность. В результате во всей биосфере изменяются и исчезают старые виды природных вод и создаются новые, «культурные» воды. При дальнейшем развитии гидрохимии, если следовать В.И.Вернадскому, предметом ее изучения станет история природных вод и химический состав «культурных» земных вод.

На химический состав «культурных» вод наибольшее влияние оказывает сброс в водные объекты сточных вод коммунального хозяйства, промышленных предприятий, а также сельского хозяйства.

Производственные сточные воды содержат значительное количество загрязняющих веществ, по характеру которых их разделяют на три основных класса:

1) загрязненные преимущественно минеральными веществами (рудо- и угледобыча, машиностроение, металлургия, стройиндустрия и др.);

2)загрязненные преимущественно органическими веществами (пищевая, целлюлозно-бумажная, некоторые виды легкой и химической промышленности); 3) загрязненные минеральными и органическими веществами (добыча и переработка нефти, нефтехимия и др.).

Производственные сточные воды, как правило, проходят локальные очистные сооружения, после чего сбрасываются в водные объекты или в гордскую канализационную сеть для дальнейшей доочистки совместно с бытовыми сточными водами.

В основу современной технологии очистки сточных вод положен принцип максимально возможного извлечения из них полезных продуктов с повторной утилизацией (регенерацией) последних и повторным использованием воды в оборотных системах водоснабжения, которые служат промежуточным этапом на пути к созданию бессточных и безотходных предприятий. Строго говоря, «бессточными» следует называть только те предприятия, в которых сточные воды благодаря усовершенствованию вообще не образуются. Однако условно «бессточными» называют и такие промышленные о6ъекты, где образующиеся сточные воды после соответствующей очистки полностью используются в замкнутых оборотных циклах,

При создании условно бессточных предприятий большое значение имеет разра6отка технологии замыкания водного цикла с повторным использованием сточных вод в отдельных цехах или технологических процессах, Для этого прежде всего должны быть определены нормы качества оборотной воды, обеспечивающие оптимальность технологических процессов. Для ряда процессов такие нормы уже разработаны (Шабалин, 1972).

Метод очистки должен обеспечить получение заданного качества воды при условии, что образующиеся в процессе очистки жидкие и твердые отходы могут быть регенерированы и повторно использованы. В большинстве отраслей промышленности требования к качеству оборотных вод менее жестки, чем к качеству сточных, или во всяком случае не превышают их. Поэтому доочистка оборотных вод после очистных сооружений не требуется. Так в нефтеперерабатывающей промышленности даже после биологической очистки конечное содержание нефтепродуктов в сточных водах составляет около 5 мг/л. в оборотной воде этих же предприятий допускается содержание нефтепродуктов до 25 мг/л, что может быть достигнуто уже в результате дешевого механического способа очистки.

Исключение составляют бытовые сточные воды, при использовании которых для подпитки оборотных систем водоснабжения требуется доочистка и обеззараживание. Кроме того, в полностью замкнутых системах водоснабжения в оборотной воде постепенно накапливаются соли, из-за чего возникает необходимость их частичной деминерализации.

При всем многообразии сточных вод производственный контроль обычно ограничен аналитическими возможностями лабораторий и контролируется не более 30 ингредиентов. Кроме таких косвенных показателей как ХПК, БПК, определяются нефтепродукты, СПАВ, фенолы, группы органических веществ и отдельные вещества, специфичные для анализируемого стока. По этим показателям оценивается эффективность работы очистных сооружений.

Бытовые сточные воды. Их объем вод зависит от количества населения, проживающего в домах с канализацией, и удельных норм бытового водопотребления и водоотведения. Замеры водопотребления на 1 жителя в домах с различной степенью благоустройства показали: 1). Из уличных водозаборов тратится на 1 жителя 15 —20 л/сут. 2). В канализованных домах — 60-85 л/сут. 3). В квартирах с ванными — 90-100 л/сут. 4). В квартирах с горячей водой — 120-150 л/сут. Нормы бытового водоотведения принимают в размере 80-90 % от нормы водопотребления, т.к. 10-20% воды не достигают канализационной сети. Естественно, эти нормы довольно приближенные и могут довольно значительно изменяться в зависимости от климатических и социально-экономических условий. Поэтому во всех случаях, когда с достаточной степенью надежности необходимо определить удельные нормы водоотведения бытовых сточных вод на перспективу, проводят специальные проектные проработки, в ходе которых составляют прогноз развития жилого фонда города, после чего определяется норма бытового водоотведения Q:

где k – число групп жилых зданий по степени благоустройства, n – число жителей в домах данной степени благоустройства, q – норма бытового водоотведения для домов данной степени благоустройства, N – число жителей в городе.

Несколько иначе к проблеме бытового водоснабжения относятся в США, где используют не только питьевую, но и техническую воду.

Концентрация загрязнений в бытовых сточных водах зависит от удельного водоотведения, а количество загрязнений – от числа жителей.

По СНиПу – 1975г. средние нормы загрязненности бытовых сточных вод (в г/сутки на 1 жителя) следующие: взвешенные в-ва – 65; БПК 5 неосветвленной жидкости – 54, осветвленной – 35; БПК 20 неосветвленной жидкости – 75, осветвленной – 40; азот аммонийных солей – 8; фосфаты — 3,3, в том числе от моющих веществ —1,6; хлориды —9,0; ПАВ —2,5.

Сельскохозяйственное производство связано с широким применением удобрений, что приводит к прогрессирующему загрязнению поверхностных вод биогенными элементами.

Результатом такого антропогенного загрязнения, выражающегося в избыточном поступлении с площади водосбора питательных веществ, главным образом фосфора и азота, является массовое развитие отдельных представителей синезеленых водорослей (цветение воды) и соответственно повышение продукции органического вещества, что ведет к евтрофированию озер. Стимуляторами евтрофирования являются фосфор, азот, а иногда и углерод.

Факторы формирования химического состава поверхностных вод приведены в табл. 10

 

 

Таблица 10


Дата добавления: 2018-10-27; просмотров: 49; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ