Вода является наиболее распространенным веществом на нашей планете: хотя и в разных количествах, она доступна повсеместно, и играет жизненно важную роль для окружающей среды, и живых организмов. Наибольшее значение имеет пресная вода, без которой человеческое существование невозможно, и заменить ее ничем нельзя. Люди всегда потребляли свежую воду и использовали ее в различных целях, включая бытовое, сельскохозяйственное, промышленное и рекреационное использование.
Запасы воды на Земле
Вода существует в трех агрегатных состояниях: жидком, твердом и газообразном. Она образует океаны, моря, озера, реки и подземные воды, находящиеся в верхнем слое коры, и почвенного покрова Земли. В твердом состоянии, она существует в виде снега и льда в полярных, и горных районах. Определенное количество воды содержится в воздухе в виде водяного пара. Огромные объемы воды находятся в составе различных минералов земной коры.
Выявить точное количество запасов воды во всем мире довольно сложно, поскольку вода динамичная и находится в постоянном движении, изменяя свое состояние от жидкого до твердого и газообразного, и наоборот. Как правило, общее количество водных ресурсов мира оценивается как совокупность всех вод гидросферы. Это вся свободная вода, существующая во всех трех агрегатных состояниях в атмосфере, на поверхности Земли и в земной коре до глубины 2000 метров.
Текущие оценки показали, что на нашей планете содержится огромное количество воды - около 1386000000 кубических километров (1,386 млрд. км³). Однако 97,5% этого объема - соленая вода и только 2,5% - пресная. Большая часть пресной воды (68,7%) находится в виде льдов и постоянных снежных покровов в Антарктике, Арктики, и горных районах. Далее, 29,9% существует как грунтовые воды, и только 0,26% от общего количества пресной воды на Земле сосредоточено в озерах, водохранилищах и речных системах, где они наиболее легко доступны для наших экономических потребностей.
Эти показатели были рассчитаны за длительный промежуток времени, однако если принимать во внимание более короткие периоды (один год, несколько сезонов или месяцев), количество воды в гидросфере может изменяться. Это связано с обменом воды между океанами, землей и атмосферой. Этот обмен, как правило, называется , или глобальным гидрологическим циклом.
Ресурсы пресной воды
Пресная вода содержит минимальное количество солей (не более 0,1%) и подходит для человеческих потребностей. Однако, не все ресурсы доступны для людей, а даже те, которые доступны не всегда пригодны для использования. Рассмотрим источники пресной воды:
- Ледники и снежные покровы занимают около 1/10 суши в мире и содержат около 70% запасов пресной воды. К сожалению, большая часть этих ресурсов расположена вдали от населенных пунктов, поэтому является трудно доступной.
- Подземные воды на сегодняшний день являются наиболее распространенным и доступным источником пресной воды.
- Пресноводные озёра в основном расположены на больших высотах. В Канаде находится около 50% пресноводных озёр мира. Многие озёра, особенно, которые находятся в засушливых районах, становятся солеными за счет испарений. Каспийское море, Мертвое море, и Большое Солёное озеро являются одними из крупнейших в мире соленых озёр.
- Реки образуют гидрологическую мозаику. На Земле насчитывается 263 международных речных бассейна, которые охватывают более 45% суши нашей планеты (исключение - Антарктика).
Объекты водных ресурсов
Основными объектами водных ресурсов являются:
- океаны и моря;
- озёра, пруды и водохранилища;
- болота;
- реки, каналы и ручьи;
- влажность почв;
- подземные воды (почвенные, грунтовые, межпластовые, артезианские, минеральные);
- ледяные шапки и ледники;
- атмосферные осадки (дождь, снег, роса, град и т.п.).
Проблемы использования водных ресурсов
В течение многих сотен лет воздействие человека на водные ресурсы было незначительным и носило исключительно локальный характер. Великолепные свойства воды - ее возобновление благодаря круговороту и возможность очищаться - делают пресную воду относительно очищенной и обладающей количественными и качественными характеристиками, которые будут неизменными в течение длительного времени.
Однако, эти особенности воды породили иллюзию неизменности и неисчерпаемости данных ресурсов. Исходя из этих предубеждений возникла традиция небрежного использования чрезвычайно важных водных ресурсов.
Ситуация сильно изменилась за последние десятилетия. Во многих частях мира были обнаружены результаты долгосрочных и неправильных действий по отношению к столь ценному ресурсу. Это касается как прямого использования воды, так и косвенного.
Во всем мире в течение 25-30 лет наблюдается массовое антропогенное изменение в гидрологическом цикле рек и озер, влияющих на качество воды и их потенциал в качестве природного ресурса.
Объем водных ресурсов, их пространственное и временное распределение, определяются не только естественными колебаниями климата, как ранее, но теперь также по видам экономической деятельности людей. Многие части мировых водных ресурсов становятся настолько истощенными и сильно загрязненными, что они уже не в состоянии удовлетворить постоянно растущие потребности. Это может
стать основным фактором, препятствующим экономическому развитию и росту численности населения.
Загрязнение водных ресурсов
Основными причинами загрязнения водных ресурсов являются:
- Сточные воды;
Бытовые, промышленные и сельскохозяйственные сточные воды приводят к загрязнению многих рек и озёр.
- Захоронение отходов в морях и океанах;
Захоронение мусора в морях и океанах может вызвать огромные проблемы, ведь оно отрицательно сказывается на живых организмах, которые обитают в водах.
- Промышленность;
Промышленность - это огромный источник загрязнений вод, который производит вещества, вредные для людей и окружающей среды.
- Радиоактивные вещества;
Радиоактивное загрязнение, при котором в воде находится высокая концентрация радиации, является самым опасным загрязнением и может распространяться в океанические воды.
- Разлив нефти;
Разлив нефти несет угрозы не только водным ресурсам, но и поселениям людей, расположенным вблизи загрязненного источника, а также всем биологическим ресурсам, для кого вода является средой обитания или жизненно важной необходимостью.
- Утечки нефти и нефтепродуктов из подземных хранилищ;
Большое количество нефти и нефтепродуктов хранятся в резервуарах, изготовленных из стали, которая со временем подвергается коррозии, что в следствии создает утечки вредных веществ в окружающую почву и грунтовые воды.
- Атмосферные осадки;
Атмосферные осадки, такие как кислотные осадки, образовываются при загрязнении воздуха и изменяют кислотность воды.
- Глобальное потепление;
Повышение температуры воды вызывает гибель многих живых организмов и разрушает большое количество мест обитания.
- Эвтрофикация.
Эвтрофикация - процесс снижения качественных характеристик воды, связанный с чрезмерным обогащением питательными веществами.
Рациональное использование и охрана водных ресурсов
Водные ресурсы предусматривают рациональное использование и охрану, начиная от частных лиц до предприятий и государств. Существует много способов, благодаря которым мы можем уменьшить наше воздействие на водную среду. Вот некоторые из них:
Экономия воды
Такие факторы, как изменение климата, рост численности населения и увеличение засушливости усиливают давление на наши водные ресурсы. Лучшим способом сохранить воду является сокращения потребления и избежание роста сточных вод.
На бытовом уровне, есть много способов для экономии воды, такие как: более короткий душ, установка водосберегающих приборов, стиральные машины с низким расходом воды. Другой подход заключается в высаживании садов, которые не требуют большого количества воды.
Общий объем гидросферы Земли огромен и составляет почти 1,4 млрд. км Однако ресурсы пресной воды, необходимой человечеству, животным и растениям, составляют всего 2-2,5% этого объема. Мировое водопотребление в 1985 году составляло 4 тыс. км3, по прогнозам специалистов в 2000 году оно должно увеличиться до 6 тыс. км3. К тому же примерно половина всей используемой пресной воды (63%) расходуется безвозвратно, особенно в сельском хозяйстве. На водопотребление промышленное идет 27% от общего объема, на коммунально-бытовое - 6%, а на создание - всего 4%. Такое положение создает реальную угрозу возникновения дефицита пресной воды в глобальном .
Запасы пресной воды невелики, да и то большая часть ее находится в твердом состоянии в виде , и в горах. Эта часть пока еще практически недоступна для использования. Если этот лед равномерно распределить по Земле, он покроет ее слоем в 53 см, а если растопить, уровень поднимется на 64 метра.
Ценным источником пресной воды являются и озера, но распределены они по поверхности Земли неравномерно. В и в северной части пресная вода имеется в избытке, и на душу населения приходится 25 тыс. м в год. В поясах планеты, которые охватывают 1/3 суши, очень остро ощущается дефицит воды. Здесь на душу населения приходится менее 5 тыс. м в год, а сельское возможно только в условиях . Эти контрасты объясняются прежде всего климатическим своеобразием областей и характером их поверхности.
Пресная вода уже стала товаром мировой торговли: ее в танкерах, по дальним водопроводам. Например, импортируют такую воду из , - с , — из . Существуют проекты перекачки воды по водопроводам из и Антарктиды в , из в . Разрабатываются установки, где тепло атомных реакторов будет использоваться одновременно для опреснения воды и производства электроэнергии. Стоимость одного литра будет невысока, так как производительность установок очень значительна. Эта опресненная вода будет использоваться для полива.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И ОХРАНА ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ.
Водные ресурсы представляют собой весьма важную часть используемых человеком природных ресурсов, к которым также относятся ресурсы земельные, минеральные (в том числе топливно-энергетические и другие полезные ископаемые), растительные (например, лесные), ресурсы животного мира, энергия солнца, ветра, внутри-земная теплота и др.
Водные ресурсы в широком смысле - это все природные воды Земли, представленные водами рек, озер, водохранилищ, болот, ледников, водоносных горизонтов, океанов и морей. Водные ресурсы в более узком смысле - это природные воды, которые используются человеком в настоящее время и могут быть использованы в обозримой перспективе (определение С. Л. Вендрова). Сходная формулировка дана в Водном кодексе Российской Федерации: «водные ресурсы - запасы поверхностных и подземных вод, находящихся в водных объектах, которые используются или могут быть использованы». В такой трактовке водные ресурсы - категория не только природная, но и социально-историческая.
Наиболее ценными водными ресурсами являются запасы пресных вод (это самое узкое понятие водных ресурсов). Ресурсы пресных вод складываются из так называемых статических (или вековых) запасов воды и из непрерывно возобновляемых водных ресурсов, т. е. стока рек.
Статические (вековые) запасы пресных вод представлены не подверженной заметным ежегодным изменениям частью водных объемов озер, ледников, подземных вод. Измеряют эти запасы в объемных единицах (м 3 или км 3).
Возобновляемые водные ресурсы - это те воды, которые ежегодно восстанавливаются в процессе круговорота воды на земном шаре. Этот вид водных ресурсов измеряют в единицах стока (м 3 /с, м 3 /год, км 3 /год)
Возобновляемые водные ресурсы часто оценивают с помощью уравнения водного баланса. Так, в целом для суши атмосферные осадки, материковый сток и испарение составляют соответственно 119, 47 и 72 тыс. км 3 воды в год. Таким образом, в среднем для всей суши из всего объема атмосферных осадков 61 % расходуется на испарение, а 39 % поступает в Мировой океан. Материковый сток и составляет возобновляемые водные ресурсы земного шара. Чаше, однако, возобновляемыми водными ресурсами считают лишь часть материкового стока, представленную стоком рек (41,7 км 3 воды в год, или 35% атмосферных осадков на планете). Сток воды рек - действительно ежегодно возобновляемый природный ресурс, который можно (до некоторых пределов, конечно) изымать для хозяйственного использования. В противоположность ему статические (вековые) запасы вод в озерах, ледниках, водоносных горизонтах нельзя изъять на хозяйственные нужды без нанесения ущерба либо рассматриваемому водному объекту, либо связанным с ним рекам. Каковы основные особенности водных ресурсов, отличающие их от других природных ресурсов?
Первое. Вода как вещество обладает уникальными свойствами и ее, как правило, нельзя ничем заменить. Многие другие природные ресурсы допускают замену, и по мере развития цивилизации и технических возможностей человеческого общества такая замена стала использоваться все шире и шире.
В древности в качестве строительного материала применяли чаще всего только лес. На Руси, например, из дерева строили не только избы, но и храмы, мосты и плотины. Позже древесина в качестве строительного материала была заменена сначала кирпичом, а затем и бетоном, сталью, стеклом, пластиком. Древесина использовалась и как топлива. Затем ее стали заменять каменным углем, потом - нефтью, газом. Нет сомнения, что в будущем по мере истощения запасов этих полезных ископаемых главными источниками энергоресурсов станут атомная, термоядерная и солнечная энергия, энергия приливов и морских волн. В настоящее время предпринимаются попытки создать искусственный грунт для выращивания растений, а некоторые продукты питания - заменить их синтетическими аналогами.
С водой дело обстоит значительно хуже. Практически ничем нельзя заменить питьевую воду - и для человека и для животных. Нельзя ничем заменить воду при орошении земель, для питания растений (ведь капилляры растений самой природой «рассчитаны» только на воду), в качестве массового теплоносителя, во многих производствах и т. д.
Второе. Вода - ресурс неистребимый. В отличие от предыдущей особенности, эта оказывается весьма благоприятной. В процессе использования полезных ископаемых, например при сжигании дров, угля, нефти, газа, эти вещества, превращаясь в теплоту и давая золу или газообразные отходы, исчезают. Вода же при своем использовании не исчезает, а лишь переходит из одного состояния в другое (жидкая вода превращается в водяной пар) или перемещается в пространстве - из одного места в другое. При нагревании и даже при кипении вода ведь не разлагается на водород и кислород. Единственным случаем действительного исчезновения воды как вещества является связывание воды с диоксидом углерода (углекислым газом) в процессе фотосинтеза и образования органического вещества. Однако объемы воды, идущие на синтез органического вещества, весьма невелики, так же как, впрочем, и небольшие потери воды, уходящей с Земли в космическое пространство. Считают также, что эти потери полностью компенсируются образованием воды при дегазации мантии Земли (около 1км 3 воды в год) и при поступлении воды из космоса вместе с ледяными метеоритами.
Используемый в водном хозяйстве термин «безвозвратное водопотребление», нужно понимать следующим образом: для конкретного участка реки (может быть даже для всего речного бассейна), озера или водохранилища забор воды на хозяйственные нужды (орошение, водоснабжение и др.) действительно может стать безвозвратным. Забранная вода частично позже испаряется с поверхности орошаемых земель или в процессе промышленного производства. Однако, согласно закону сохранения вещества, этот же объем воды должен выпасть в виде атмосферных осадков в других регионах планеты. Например, значительный водозабор в бассейнах рек Амударьи и Сырдарьи, приведший к истощению стока этих рек и обмелению Аральского моря, неизбежно сопровождается увеличением осадков на огромных гористых пространствах Центральной Азии. Только последствия первого процесса - уменьшения стока упомянутых рек - все хорошо видят, а увеличение стока рек на огромной территории заметить практически невозможно. Таким образом, «безвозвратные» потери воды относятся лишь к ограниченному пространству, в целом же для континента и тем более всей планеты безвозвратного расходования воды быть не может. Если бы вода в процессе использования исчезала бы бесследно (как уголь или нефть при их сжигании), то ни о каком развитии человечества на земном шаре не могло быть и речи.
Третье. Пресные воды - возобновляемый природный ресурс. Это восстановление водных ресурсов осуществляется в процессе непрерывного круговорота воды на земном шаре.
Возобновление водных ресурсов в процессе круговорота воды, как во времени, так и в пространстве происходит неравномерно. Это определяется как изменением метеорологических условий (осадков, испарения) во времени, например по сезонам года, так и пространственной неоднородностью климатических условий, в частности широтной и высотной зональностью, поэтому водные ресурсы подвержены на планете большой пространственно-временной изменчивости. Эта особенность нередко создает дефицит водных ресурсов в некоторых районах земного шара (например, в засушливых областях, в местах с большим хозяйственным потреблением воды), особенно в маловодный период года. Все это заставляет людей искусственно перераспределять водные ресурсы во времени, регулируя речной сток, и в пространстве, перебрасывая воду из одних районов в другие.
Четвертое . Вода - ресурс многоцелевой. Водные ресурсы используются для удовлетворения самых разных хозяйственных потребностей человека. Часто вода из одного и того же водного объекта используется различными отраслями хозяйства.
Пятое. Вода подвижна. Это отличие водных ресурсов от других природных ресурсов имеет ряд существенных следствий.
Во-первых, вода может естественным образом перемещаться в пространстве - по земной поверхности и в толще грунтов, а также в атмосфере. При этом вода может изменять свое агрегатное состояние, переходя, например, из жидкого в газообразное (водяной пар), и наоборот. Перемещение воды на Земле и создает круговорот воды в природе.
Во-вторых, воду можно транспортировать (по каналам, трубопроводам) из одних районов в другие.
В-третьих, водные ресурсы «не признают» административных и в том числе государственных границ. Это может даже создать сложные межгосударственные проблемы. Они могут возникнуть при использовании водных ресурсов пограничных рек и рек, протекающих через несколько государств (при так называемом трансграничном переносе вод).
В-четвертых, будучи подвижной и участвуя в глобальном круговороте, вода переносит наносы, растворенные вещества, включая загрязняющие, теплоту. И хотя полного круговорота наносов, солей и теплоты не происходит (преобладает односторонний перенос с суши в океан), роль рек в переносе вещества и энергии очень велика.
Возникает естественный вопрос: перемещение вместе с водой загрязняющих веществ - это для природы хорошо или плохо? С одной стороны, попавшие в воду загрязняющие вещества, например нефть в результате несовершенства технологии добычи, прорыва нефтепровода или аварии танкера, может вместе с водой (рекой, морскими течениями) переноситься на большие расстояния. Это, несомненно, способствует распространению загрязняющих веществ в пространстве, загрязнению смежных вод и берегов. Но, с другой стороны, текущая вода удаляет вредные вещества из района загрязнения, очищая его, способствует рассеиванию и разложению вредных примесей. Кроме того, текущим водам свойственна способность к «самоочищению».
Водные ресурсы частей света .
Запасы пресных вод всех континентов, за исключением Антарктиды, составляют около 15млн. км 2 . Они сосредоточены, прежде всего, в верхнем слое земной коры, в крупных озерах и ледниках. Распределены водные ресурсы между континентами неравномерно. Наибольшими статическими (вековыми) ресурсами пресных вод обладают Северная Америка и Азии, несколько в меньшей степени - Южная Америка и Африки. Наименее богаты данным видом ресурсов Европа и Австралия с Океанией.
Возобновляемые водные ресурсы - речной сток - также распределены по земному шару неравномерно. Наибольшую величину стока имеют Азия (32% стока всех рек планеты) и Южная Америка (26%), наименьшую - Европа (7%) и Австралия с Океанией (5 %). Водообеспеченность территории в расчете на 1км 2 наибольшая в Южной Америке и наименьшая - в Африке. В наибольшей степени население обеспечено речной водой (в расчете на одного жителя) в Южной Америке и на островах Океании в наименьшей - население Европы и Азии (здесь сосредоточено 77% населения планеты и лишь 37% мировых запасов ежегодно возобновляемых пресных вод) (табл.12)
Таблица 12. Водные ресурсы частей света"
| Часть света | Вековые запасы пресной воды, тыс.км 2 | Возобновляемые водные ресурсы (речной сток) | Водообеспеченность территории, тыс. м 3 /год на 1 км 2 | |
| км 3 /год | % | |||
| Европа | 7,2 | |||
| Азия | 32,3 | |||
| Африка | 10,3 | |||
| Северная Америка | 18,4 | |||
| Южная Америка | 26,4 | |||
| Австралия и Океания | 5,4 |
Водообеспеченность и территории, и населения существенно изменяется в пределах отдельных континентов в зависимости от климатических условий и размещения населения. Например, в Азии есть районы как хорошо обеспеченные водой (Восточная Сибирь, Дальний Восток, Юго-Восточная Азия), так и ощущающие ее недостаток (Средняя Азия, Казахстан, пустыня Гоби и др.).
Из стран мира наиболее обеспечены речными водными ресурсами Бразилия - 9230, Россия -4348, США -2850, Китай -2600 км 3 воды в год.
По оценкам Межправительственной группы экспертов по изменению климата, в XXI в. ожидаются изменения в распределении водных ресурсов на земном шаре. Увеличатся водные ресурсы в высоких широтах Северного полушария, в Юго-Восточной Азии, уменьшатся в Центральной Азии, южной части Африки, Австралии. Основной вывод доклада МГЭИК (2001) следующий: изменения климата приведут в XXI в. к существенному сокращению имеющихся водных ресурсов в тех районах планеты, где уже сейчас ощущается их недостаток. Обострится проблема нехватки пресной воды во многих районах со скудными водными ресурсами. Спрос на воду будет увеличиваться по мере роста численности населения и экономического развития стран.
Водные ресурсы России .
Российская Федерация по общим запасам пресных вод занимает среди стран мира первое место и уступает лишь Бразилии по возобновляемым водным ресурсам - стоку рек.
Возобновляемые водные ресурсы. Средняя многолетняя величина возобновляемых водных ресурсов России (т.е. речного стока) составляет 4348 км 3 /год. Из этой величины на территории России ежегодно формируется сток с объемом 4113 км 3 ; из-за пределов страны поступает дополнительно 235 км 3 /год (это, например, для Иртыша, некоторых притоков Амура, Селенги и других рек, текущих из соседних стран) (табл.13).
Возрастание стока рек и возобновляемых водных ресурсов России за последние 20 лет ряд ученых объясняет интенсификацией циркуляции атмосферы, смешением траектории циклонов к югу и увеличением повторяемости циклонов атлантического происхождения с повышенным содержанием влаги, ростом количества атмосферных осадков (в основном зимних), что, в конечном счете, является следствием общего потепления климата.
Удельная водообеспеченность России составляет в настоящее время в среднем 255 тыс. м 3 /год на I км 2 территории. На 1 жителя России приходится около 30 тыс. м 3 /год (приблизительно столько же, сколько и в 1980г.).
Несмотря на благоприятное в целом состояние возобновляемых водных ресурсов России, в ряде районов имеются серьезные проблемы с водообеспечением населения и хозяйства. Эти проблемы связаны с крайне неравномерным и не соответствующим потребностям распределением водных ресурсов.
Таблица 13.Водные ресурсы регионов России
| Экономический район | Площадь территории, тыс. км 2 | Средний годовой объем, км 3 /год | |||
| Местный сток | Приток извне | Общие ресурсы | |||
| всего | Из-за границы | ||||
| Северный | 18,3 | 8,24 | |||
| Северо-Западный | 64,5 | 38,2 | |||
| Центральный | 24,9 | 0,52 | |||
| Центрально-Черноземный | 5,05 | 0,27 | |||
| Волго-Вятский | |||||
| Поволжский | |||||
| Северо-Кавказский | 25,1 | 6,27 | |||
| Уральский | 7,03 | 0,55 | |||
| Западно-Сибирский | 78,7 | 28,84 | |||
| Восточно-Сибирский | 32,2 | ||||
| Дальневосточный | |||||
| Российская Федерация |
Хорошо обеспечены водой Сибирский и Дальневосточный федеральные округа, в меньшей степени - Уральский и Северо-Западный, хуже всего - Приволжский, Центральный и Южный.
Статические (вековые) водные ресурсы России. По оценкам РосНИИВХа (2000), они представлены запасами воды в пресных озерах (26,5 тыс. км 3 , из них на долю Байкала приходится 23 тыс. км 3 , или 87 %); в ледниках (15,1 тыс. км 3); болотах (3 тыс. км 3); пресных подземных водах (28 тыс. км 3); подземных льдах (15,8 тыс. км 3). Полный и полезный объем крупных водохранилищ России, по данным ГГИ, в 80-х годах XX в. составлял 810 и 364 км 3 соответственно.
Таким образом, общие статические (вековые) запасы пресных вод России составляют около 90 тыс. км 3 .
Потенциальные гидроэнергетические ресурсы реки определяют по отдельным ее участкам э i = a Q i , где Q i – средний расход воды на участке, – падение реки на участке, a – коэффициент размерности. Для всей реки потенциальные энергоресурсы э = ∑э i .
В использовании вод различают водопотребление и водопользование. Водопотребление - изъятие воды из естественных водных объектов с дальнейшим частичным возвращением ее после использования. Невозвращенная часть - безвозвратное водопотребление .
Водопользование – использование воды без изъятия из водных объектов.
Водохозяйственный баланс - соотношение между различными источниками водных ресурсов и видами водопотребления для той или иной территории, а также для отдельных предприятий или хозяйственных комплексов.
Дефицит водохозяйственного баланса – недостаток водных ресурсов для обеспечения развития хозяйства и бытовых потребностей населения с учетом обеспечения экологического благополучия в целом за год или в отдельные периоды года. Способы его преодоления - регулирование стока, переброска воды из других районов, экономия водных ресурсов путем изменения хозяйственной технологии (рациональные способы орошения, внедрение замкнутых систем промышленного водоснабжения и т.д.).
Важнейший фактор экологического состояния водных объектов - качество воды в них. Для его оценки используют гидробиологические, гидрохимические, санитарно-гигиенические, медицинские показатели.
К наиболее распространенным гидробиологическим показателям относится оценки по доле в биологическом сообществе организмов, устойчивых к загрязнению вод («индикаторных организмов», например, олигохет), а также по видовому разнообразию биологического сообщества.
Оценка качества воды по гидрохимическим показателям осуществляется путем сравнения концентрации загрязняющих веществ в водном объекте с их предельно допустимыми концентрациями (ПДК). К загрязняющим относятся вещества, оказывающие вредное воздействие на человека и водные организмы, или ограничивающие возможность использования воды для хозяйственных нужд. Часто небольшое содержание тех же самых веществ оказывается необходимым для нормального развития водных организмов. Для разных видов использования устанавливаются свои ПДК.
Основной санитарный показатель - коли-индекс, т.е. количество кишечных палочек в 1 см 3 воды.
Медицинские показатели основываются на статистических данных о нарушении здоровья населения, использующего воду того или иного водного объекта.
Источники загрязнения природных вод:
– сточные воды жилищно-комунальных и промпредприятий, животноводческих ферм;
–смыв талыми и дождевыми водами загрязнений с территории промзон и жилых застроек, с сельскохозяйственных полей, с территории животноводческих ферм;
–судоходство и лесосплав;
–рекреационное использование рек и водоемов;
–рыбоводство;
–аварийное загрязнение, вызванное прорывом трубопроводов, плотин отстойников сточных вод, разрушением очистных сооружений и т.д.;
–бытовое загрязнение – сброс в реку мусора, мойка автомашин и т.п.
Меры по улучшению качества вод:
- создание новых и улучшение работы существующих водоочистных сооружений;
- переход на оборотное промышленное водоснабжение;
- внедрение новых менее водоемких технологий в промышленном производстве;
- внедрение наиболее рациональных способов орошения;
- усовершенствование техники внесения удобрений, пестицидов, гербицидов; замена существующих препаратов менее вредными для человека.
Водные ресурсы – это пригодные для использования человеком воды. Водные ресурсы сосредоточенны в поверхностных и подземных водных объектах, атмосфере и почве (табл.2.1). Активно используемые водные ресурсы образуют водный фонд.
Характеристика мировых запасов вод
|
Водные объекты |
Запасы пресной воды, % |
Время возобновления |
Использование для водопотребления |
|
|
не используются |
||||
|
Подземные воды |
питьевые цели |
|||
|
не используются |
||||
|
широкое использование |
||||
|
Почвенная влага |
потребление растениями |
|||
|
Атмосферная влага |
не используются |
|||
|
не используются |
||||
|
широкое использование |
Водный фонд - с овокупность водных объектов в пределах территории Российской Федерации, включенных или подлежащих включению в государственный водный кадастр. Наиболее широко используются реки, подземные водоносные горизонты и озера, в которых сосредоточено 55% ресурса. Озера и подземные воды, кроме ресурса характеризуются статическими (вековыми) запасами, которые составляют около 54068км 3 (табл.2.2).
Суммарные водные ресурсы России
(по данным Центра регистра и кадастра)
|
Среднемноголетний объем возобновляемого стока |
Статические запасы |
|||
|
Речной сток* | ||||
|
Подземные воды | ||||
|
Почвенная влага | ||||
*В том числе 227 км 3 /год речного стока, поступающего с территории других государств.
Рис.2.1 Соотношение водных ресурсов сосредоточенных в объектах водного фонда.
Запасы пресной воды, сосредоточенные в Российской федерации, оцениваются объемом 50 км 3 . Водообеспеченность населения в этом случае составляет около 1000 л/сут*чел, при средней потребности в воде около 200 л/сут*чел. Однако, неравномерность распределения водных ресурсов и расселения людей оказывают решающее значение в водообеспечении населения и отраслей экономики. В наиболее освоенных районах европейской части страны, где сосредоточено до 80% населения и производственного потенциала, сосредоточено менее 10% водных ресурсов.
Сведения о водных объектах представлены в Государственном водном реестре. Государственный водный реестр – это постоянно пополняемый и обновляемый систематизированный свод данных о водных объектах и их использовании. Он создается в целях информационного обеспечения комплексного и целевого использования водных объектов, их охраны, планирования и разработки мероприятий по предотвращению негативного воздействия вод и ликвидации его последствий.
Государственный водный реестр содержит сведения:
о водных объектах и их бассейнах, особенностях их водного режима, их физико-географических, морфометрических и других особенностях;
о водохозяйственных системах и использовании водных объектов для водопотребления и водоотведения;
о водоохранных зонах и прибрежных защитных полосах, других зонах с особыми условиями их использования;
о предоставлении водных объектов в пользование и о договорах водопользования.
Поверхностные водные ресурсы
Болота занимают 140,8 млн. га, что составляет около 8% территории страны. Основные массивы сосредоточены в Северо-Западном регионе, на севере Центрального региона, юге Уральского и в Сибирском регионах. В болотах сосредоточено около 3000 км 3 статических запасов природных вод. Среднемноголетние эксплуатационные ресурсы болот составляют порядка 300 км 3 /год. Болота содержат большое количество воды, но низкого качества, что не позволяет ее использовать даже для технических целей. Требуемая водоподготовка, в настоящее время, слишком дорогая, поэтому воды болот в Российской федерации не используются для целей водопотребления.
Болота играют важную роль в формировании гидрологического и гидрохимического режима рек. Замедленный водообмен болот позволяет аккумулировать сток с водосборной площади во время снеготаяния и выпадения дождей и перераспределять его в течение года, делая режим стока более равномерным. Поэтому болота приводят к снижению расходов половодья и паводков и увеличению объемов стока в меженные периоды.
Рис.2.2 Площадь болот, в процентах от площади субъектов федерации
(http://www.peatlands.ru/?file=home.php&page=home&lang=ru).
Болота являются своеобразным биологическим фильтром, который снижает загрязненность поверхностного стока и тем самым регулирует гидрохимический режим стока.
Ледники являются существенными аккумуляторами пресной воды. На территории России основная масса ледников сосредоточена на арктических островах и в горных районах. Ледники выполняют функцию перераспределения стока и атмосферных осадков и регулирования стока горных рек. Для использования интерес представляют ледники горных районов, определяющие водность горных рек.
Рис.2.3 Распределение ледников на территории России, км 2 .
Рассматривается возможность использования воды айсбергов. Транспортировка айсберга объемом 10 млрд. м 3 в Калифорнию (США) и создание специального водохранилища, где будет накапливаться талая вода из айсберга, потребует не больше 1 млн. долларов, стоимость же полученной воды составит не меньше 100 млн. долларов. Использование пресной воды ледника намного выгодней опреснения солёной воды или транспортировки пресной воды из отдаленных районов.
Озера . На территории России расположено 2,7 млн. озёр с общим запасом пресной воды 26,5 тыс. км 3 . Самое глубокое пресноводное озеро мира - Байкал. Его глубина достигает более 1,5 км. В нём сосредоточено 23тыс. км 3 воды, или 20% мировых и 87% национальных запасов пресных вод. По территории России озёра распределены неравномерно. Северо–Западный регион считается краем озер.
В природе озера выполняют следующие основные функции:
аккумулирующая - вещества, стекающие с территории водосбора и транспортируемые реками, накапливаются в озерах;
регулирующая - озера принимают на себя часть стоков поступающих с территории водосбора, снижая высоту половодий и паводков, создавая более равномерный внутригодовой режим стока рек.
Характеристика крупных озер России
|
Площадь, км 2 |
Средняя глубина, м |
Запас воды, км 3 |
Ресурс, км 3 /год |
|
|
Каспийское | ||||
|
Байкал | ||||
|
Ладожское | ||||
|
Онежское | ||||
|
Зайсан | ||||
|
Ханка | ||||
|
Таймыр |
В настоящее время озёра служат источником питьевого, промышленного и сельскохозяйственного водоснабжения. Озера используются для целей туризма, отдыха, спорта. Озера всегда использовались для рыбохозяйственных целей.
Подземные водные ресурсы обладаютболее высокой степенью защищенности от техногенного загрязнения, поэтому их экологическое состояние, по сравнению с поверхностными водами, намного лучше, что определяет максимальное их использование для хозяйственно-питьевого водоснабжения.
Естественные ресурсы подземных вод составляют примерно 790 км 3 /год. Потенциальные эксплуатационные ресурсы составляют около 316 км 3 /год. Более трети потенциальных ресурсов сосредоточены в европейской части страны. Небольшие запасы пресных подземных вод сосредоточены в Северо-западном регионе, на юге Приволжского, в Южном и отдельных областях Центрального регионов. В целом по стране степень освоения запасов подземных вод не превышает 19%.
В ряде стран (например, Венгрия, Исландия) для теплоснабжения и получения электроэнергии широко используются термальные подземные воды. Россия обладает весьма значительными потенциальными ресурсами таких вод в Дальневосточном и Сибирском регионах, но их разведанные запасы и использование невелики.
К началу 2000 года
в России было разведано 60 месторождений
термальных вод, в том числе 5 месторождений
имеют эксплуатационный ресурс 315 тыс.
м 3 /сутки.
Добыча воды производилась из 28
месторождений с годовым объемом 34
млн. м 3 .
Общая мощность российских геотермальных
станций и установок составляет немногим
более 500 МВт.
Рис. 2.4 Структура использования термальных подземных вод, %.
(http://www.5ballov.ru/referats/preview/41779/1)
Подземные воды играют громадную роль в природе, участвуя практически во всех физико-географических процессах, происходящих в литосфере. Благодаря их перемещению происходит перенос растворенных веществ, растения получают питательные соли и влагу. Подземные воды активно влияют на формирование рельефа: оползни, эрозия; вызывают при определенных условиях заболачивание. Они участвуют в питании рек и озер, являясь при этом самой устойчивой частью стока.
Реки. В России насчитывается свыше 3 млн. рек общей длиной более 9.5 млн. км. Общий объем речного стока страны составляет 4043 км 3 /год.
Речной сток формируется за счет поверхностного и подземного питания. Поверхностный сток образуется на территории водосборной площади в результате выпадения дождей и таяния снега. Время добегания поверхностного стока до рек с наиболее удаленных точек водосборной площади зависит от рельефа местности, густоты речной сети и водно-физических свойств почво-грунтов, и составляет примерно 1…15 суток. Проходя по поверхности водосбора сток приобретает специфичный гидрологический режим и формирует свой гидрохимический состав за счет вымыва веществ из почвы. Так удельный вымыв фосфора с территории водосбора, занятой смешанными лесами, составляет порядка 0.056 кг/га, луга дают реке около 0.1кг/га, а для низинных болот эта величина составляет 0.4 кг/га. Объем вымыва фосфора с сельскохозяйственных площадей изменяется в пределах 1 – 5кг/га, т.е. в 3-100раз больше чем с естественных угодий.
Основные характеристики крупных рек России.
|
Площадь водосбора, тыс.км 2 |
Длина, км |
Средне-многолетний расход, м 3 /с |
Объем стока, км 3 |
|||
|
Западная Двина | ||||||
Рис.2.5 Протяженность естественных водотоков в % от их суммарной длины.
(Классификация рек по протяженности:
ручьи – протяженность до 10км,
малые реки 10…100км,
средние реки 100…300км,
крупные – более 300 км).
Таким образом, качественный и количественный сток рек определяется условиями, которые складываются на водосборной площади, что позволяет считать его индикатором состояния и мерой использования территории водосбора.
Подземный сток делится на две составляющие: грунтовый (сток первого безнапорного водоносного горизонта) и межпластовый сток. Грунтовый сток более инертен по сравнению с поверхностным и позволяет учитывать в основном сезонные изменения. При этом грунтовый сток, также как и поверхностный сток, может служить индикатором состояния водосборной площади и условий хозяйственной деятельности человека. Наиболее постоянным в количественном и качественном плане является сток собственно подземных вод, т.е. вод второго и нижележащих водоносных горизонтов. Он обеспечивает реке определенную фоновую составляющую, гарантируя минимальный объем воды в реке и его качество. Важными для речной экосистемы являются сезонные изменения стока, так как в сезонном плане существенно изменяются функции реки.
Летний меженный период характеризуется относительно малыми расходами, глубинами и скоростями течения воды. Это создает благоприятный температурный режим, вода насыщается кислородом, что способствует росту и развитию водной биоты. Биомасса растительных организмов увеличивается за счет поглощения биогенных веществ, что ведет к снижению их концентрации в воде, т.е. происходит самоочищение воды.
В осенний период заканчивается активная вегетация, что сопровождается снижением прироста биомассы водных организмов. Снижается температура воды, что сопровождается: увеличением прозрачности воды, за счет снижения биомассы планктона и осаждения взвешенных веществ на дно; увеличением содержание кислорода в воде, за счет повышения предела растворимости; снижением интенсивности протекания физико-химических процессов. Все это подготавливает условия перезимовки биоты .
Зимний период покоя , перед очередным этапом активной жизнедеятельности, который наступает весной.
Весна характеризуется большими расходами, глубинами и скоростями течения воды. Так, на весенний период приходится до 60-80 объема годового стока. Бурные потоки воды обладают большой транспортирующей способность, что позволяет рекам очиститься от наносов и отложений (самоочищение реки ), которые выносятся на заливные луга, откладываются в старицы или перераспределяются по руслу реки. При этом за счет стоков с водосборной площади, особенно с заливных пойм вода насыщается биогенными веществами.
Большинство крупных рек протекают по равнинам. Равнинные реки имеют широкие долины и небольшие уклоны, что определяет спокойный режим стока с небольшими скоростями. Например, наименьший средний уклон имеет река Обь, который составляет 0.00004, а наибольший уклон равнинных рек имеет Енисей, который на участках доходит до 0.00037.
Водохранилища. Водохранилища позволяют обеспечить гарантированное водоснабжение за счет перераспределения водных ресурсов. В настоящее время в России функционируют 2290 водохранилищ объемом свыше 1 млн. м 3 и 30 тыс. малых водохранилищ и прудов. Общая емкость водохранилищ составляет 800км 3 . К крупным и особо крупным объектам относятся 325 водохранилищ (емкостью более 10 млн. м 3). Наибольшее количество водохранилищ находится в Приволжском регионе - 600, Центрально-Черноземном - 434, Уральском - 383. Самые крупные водохранилища находятся в азиатской части России. Так, средний объем одного водохранилища Сибирского региона достигает 26,4 км 3 , Дальневосточного - 7,4 км 3 , а например Приволжского региона - 1,4 км 3 .
Наряду с позитивной ролью водохранилищ следует отметить их негативное влияние на окружающую среду, которое заключается, например, в следующем:
затопление и подтопление земельных угодий;
разрушение берегов;
активизация оползневых явлений, в зону которых попадают многие населенные пункты, включая такие крупные, как Волгоград, Саратов, Ульяновск;
ухудшение технического состояния гидроузлов, большинство из которых нуждается в текущем ремонте, а сотни находятся в предаварийном состоянии.
Водохозяйственное районирование территории
Водохозяйственное районирование территории предназначено для осуществления мероприятий: планирования использования водных ресурсов, эксплуатации водохозяйственных систем, охраны и восстановления водных объектов, в частности, для разработке «Схем комплексного использования и охраны водных объектов». Районирование осуществляется на основе информации по гидрографическим единицам (речной бассейн и подбассейны рек, впадающих в главную реку) бассейновых округов.
Бассейновый округ - основная единица управления в области использования и охраны водных объектов, состоящая из речных бассейнов и связанных с ними подземных водных объектов и морей.
1 – Баренцево-Беломорский 2 – Беломорский 3 – Двинско-Печерский
4 – Верхне-Волжский 5 – Окский 6 – Днепровский 7 – Камский 8 – Донской
9 – Кубанский 10 – Западно-Каспийский 11 – Нижнее-Волжский 12 – Уральский
13 – Иртышский 14 – Нижнее-Обский 15 – Верхнее-Обский 16 – Енисейский
17 – Ленский 18 – Амурский 9 – Ангаро-Байкальский 20 – Анадыро-Калымский
Рис.2.8 Бассейновые округа на территории России
ВОПРОСЫ САМОКОНТРОЛЯ
Водные ресурсы и их основные характеристики
Что собой представляет Государственный водный реестр?
Водохозяйственное районирование территории
Территориальное деление России и основные характеристики водных ресурсов территорий
Характеристика поверхностные водные ресурсы: болота, ледники, озера, реки, водохранилища.
Подземные водные ресурсы и их характеристика
Водная среда включает поверхностные и подземные воды. Поверхностные воды в основном сосредоточены в океане, содержанием 1 млрд. 375 млн. км3 - около 98% всей воды на Земле. Поверхность океана (акватория) составляет 361 млн. км2. Она примерно в 2,4 раза больше площади суши территории, занимающей 149 млн. км2. Вода в океане соленая, причем большая ее часть (более 1 млрд. км3) сохраняет постоянную соленость около 3,5% и температуру, примерно равную 3,7°С. Заметные различия в солености и температуре наблюдаются почти исключительно в поверхностном слое воды, а также в окраинных и особенно в средиземных морях. Содержание растворенного кислорода в воде существенно уменьшается на глубине 50-60 метров.
Подземные воды бывают солеными, солоноватыми (меньшей солености) и пресными; существующие геотермальные воды имеют повышенную температуру (более 30°С.). Для производственной деятельности человечества и его хозяйственно-бытовых нужд требуется пресная вода, количество которой составляет всего лишь 2,7% общего объема воды на Земле, причем очень малая ее доля (всего 0,36%) имеется в легкодоступных для добычи местах. Большая часть пресной воды содержится в снегах и пресноводных айсбергах, находящихся в районах в основном Южного полярного круга. Годовой мировой речной сток пресной воды составляет 37,3 тыс. км3. томе того, может использоваться часть подземных вод, равная 13 тыс. км3. К сожалению, большая часть речного стока в России, составляющая около 5000 км3, приходится на малоплодородные и малозаселенные северные территории. При отсутствии пресной воды используют соленую поверхностную или подземную воду, производя ее опреснение или гиперфильтрацию: пропускают под большим перепадом давлений через полимерные мембраны с микроскопическими отверстиями, задерживающими молекулы соли. Оба эти процесса весьма энергоемки, поэтому представляет интерес предложение, состоящее в использовании в качестве источника пресной воды пресноводных айсбергов (или их части), которые с этой целью буксируют по воде к берегам, не имеющим пресной воды, где организуют их таяние. По предварительным расчетам разработчиков этого предложения, получение пресной воды будет примерно вдвое менее энергоемки по сравнению с опреснением и гиперфильтрацией. Важным обстоятельством, присущим водной среде, является то, что через нее в основном передаются инфекционные заболевания (примерно 80% всех заболеваний). Впрочем, некоторые из них, например, коклюш, ветрянка, туберкулез, передаются через воздушную среду. С целью борьбы с распространением заболеваний через водную среду Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) объявила текущее десятилетие десятилетием питьевой воды.
