Водные ресурсы. Использование и загрязнение

Источники и потребление воды. Водоемкость всего человеческого хозяйства в XX столетии увеличилась в 12 раз и достигла огромной величины: около 5 тыс. км3 в год. Это почти 14% годового стока всех рек мира.

Преобладающим источником водоснабжения в мире остаются реки. Возросшее водопотребление нуждается в емких резервуарах воды, мало зависящих от сезонных перепадов стока. Поэтому многие тысячи рек в XX в. зарегулированы. Более 30 тысяч водохранилищ с общей площадью зеркала около 500 тыс. км2 (больше площади Черного и Азовского морей) увеличили мгновенный объем воды в речных системах с 1,2 до 7,3 тыс. км3, а средний период обращения воды в них — с 11 до 72 дней. Итоговый экологоэкономический эффект создания и эксплуатации некоторых крупных водохранилищ отрицателен.

Около 70% мирового водопотребления приходится на сельское хозяйство, 13% — на промышленность, 10%- на коммунально- бытовые нужды, 7% — на собственные нужды водного хозяйства (гидроэнергетика, судоходство, рыбное хозяйство и др.). />Общий объем организованных (технических) стоков водоотведения в поверхностные водоемы и водотоки мира превышает 1300 км3/шд. Для достаточного разбавления содержащихся в них техногенных примесей требуется в среднем в 10 раз больше свежей воды. Таким образом, суммарное прямое антропогенное вмешательство в природный круговорот воды достигает 18 тыс.км3/щц [водозабор (5) + разбавление стоков (13)], что составляет уже половину речного стока мира.

Кроме того, существует еще значительное косвенное вмешательство в глобальный круговорот воды, обусловленное уменьшением объема транспирации из-за вырубки лесов.

Водоемкость разных производств зависит от вида продукции, применяемых технических средств и технологических схем водоснабжения. Так, на производство I т разных видов готовой продукции расходуются в среднем такие объемы воды (в м3): угля — 0,6, нефти — 3, стали — 40, синтетических волокон — 300, бумаги — 900, резины — 2300. Большие объемы воды требуются для охлаждения энергоблоков: для работы ТЭС мощностью I ГВт 1,2-1,6 км3 воды в год, а для работы АЭС той же мощности — до 3 км3.

В питьевом водоснабжении населения в настоящее время все большее значение начинают приобретать подземные источники. Практически вся вода, поступающая в магистрали питьевого водоснабжения, нуждается в специальной водоподготовке, так как во многих случаях трудности возникают не столько из-за недостаточного объема воды, сколько из-за ее низкого потребительского качества. В частности, поэтому быстро растет индустрия глубокой очистки и бутылирования воды. Проблема качества воды связана в основном с массированным техногенным загрязнением поверхностных и отчасти подземных природных вод.

Потребление водных ресурсов не ограничивается водозабором. Водные артерии широко используются как транспортные пути. Из всего огромного водного грузооборота мира, оцениваемою в 35 трлн. т-км в год, около 4% относится к внутреннему водному транспорту. Значительная часть стока рек мира проходит через плотины гидроэлектростанций. Современное техногенное вмешательство в планетарный круговорот воды близко к критическому уровню, превышение которого может существенно повлиять на географическое распределение осадков и качество воды природных источников.

Водные ресурсы России. Мгновенный запас поверхностных пресных вод страны равен 28 тыс.км3 [из них 23 тыс.км3 (82%) содержится в Байкале], или 22% объема пресных вод мира. Из 15 крупнейших рек мира четыре текут по территории России. Водохозяйственный фонд РФ насчитывает около 2300 водохранилищ с общим объемом 820 км3 и общей площадью зеркала около 70 тыс. км2. Суммарный годовой сток всех рек РФ равен 4270 км3 (11,5% мирового стока). Его слагаемые и использование отражены на рис. 6.6. Водообеспеченность I км2 территории РФ составляет в среднем немного более 250 тыс. м3.

Рис 6.6. Распределение водных ресурсов России. Слагаемые и использование годового стока рек*

Географическое распределение материкового стока крайне неравномерно: более 90% его выносится в Северный Ледовитый и Тихий океаны, а на бассейны Каспийского и Азовского морей, где проживает 80% населения России и сосредоточена большая часть хозяйственного потенциала, приходится менее 9%. Поэтому, в частности, Волжский бассейн испытывает большую техногенную нагрузку: 18%-ный водозабор (почти 43 км3/год) уменьшает естественный годовой сток Волги на 10— 12%. А водозабор из таких рек, как Дон, Кубань, Терек, Урал, Исеть, Миасс, превышает 50% стока.

На каждого жителя РФ в год приходится в среднем 29 тыс.м3 суммарного речного стока, 520—540 м3 суммарного водозабора и 90—95 м3 воды бытового водоснабжения (т.е. по 250 л в сутки). В крупных городах удельное водопотребление составляет 320 л в сутки, в Москве — 400 л в сутки. Средняя водо- обеспеченность населения у нас одна из самых высоких в мире. (Для сравнения: США — 320, Германия — 180, Англия — 170, Япония — 125, Индия — 65, Финляндия — 58, Ирак — 16 л в сутки). Однако йо сравнению со многими другими странами пресная вода у нас расходуется крайне неэкономно. В то же время в ряде районов на Юге России, в Поволжье и в Зауралье существуют трудности с обеспечением населения качественной питьевой водой.

Загрязнение природных вод. Основной причиной современной деградации природных вод Земли является антропогенное загрязнение. Главными его источниками служат: сточные воды промышленных предприятий; сточные воды коммунального хозяйства городов и других населенных пунктов; стоки систем орошения, поверхностные стоки с полей и других сельскохозяйственных объектов; атмосферные выпадения загрязнителей на поверхность водоемов и водосборных бассейнов. Кроме этого неорганизова- ный сток воды осадков («ливневые стоки», талые воды) загрязняет водоемы существенной частью техногенных терра- поллютантов.

Антропогенное загрязнение гидросферы в настоящее время приобрело глобальный характер и существенно уменьшило дос

тупные эксплуатационные ресурсы пресной воды на планете. Общий объем промышленных, сельскохозяйственных и коммуналь- но-бытовых стоков достигает 1300 км3 (по некоторым оценкам, до 1800 км3), для разбавления которых требуется примерно 8,5 тыс. км3 воды, т.е. 20% полного и 60% устойчивого стока рек мира. Причем по отдельным водным бассейнам антропогенная нагрузка гораздо выше средних глобальных значений.

Общая масса загрязнителей гидросферы огромна — около млрд. т в год (табл. 6.6). К наиболее опасным загрязнителям относятся соли тяжелых металлов, фенолы, пестициды и другие органические яды, нефтепродукты, насыщенная бактериями биогенная органика, синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ) и другие моющие средства, минеральные удобрения.

Таблица 6.6. Ориентировочные количества массовых загрязнений океана и континентальных вод планеты

Кроме химического загрязнения водоемов определенное значение имеют также механическое, термическое и биологическое загрязнение. Для определения опасности нарушений поверхностных природных водоемов важен еще и объем безвозвратного водо- потребления.

(6.2)

где Dj — величина техногенной опасности для нормального состояния водоема, выраженная в тыс. м3 чистой воды, необходимых для устранения опасности — разбавления вредных стоков;

Vi — объем загрязненного стока, тыс. м3;

W1 — величина нарушения — концентрация максимально опасного загрязнителя в стоке, мг/л;

N1 — нормативное значение нарушения — ПДК максимально опасного загрязнителя в водоеме рыбохозяйственного назначения, мг/л.

Аналогично рассчитываются значения опасности других видов нарушений.

Данные о ПДК наиболее распространенных загрязнителей вод приведены в приложении П6.

В России на одного человека образуется примерно в 1,5 раза больше хозяйственных стоков, чем в среднем в мире. В 1994 г. в поверхностные водные объекты было сброшено 60,2 км3 сточных вод. Около 41% (24,6 км3) сточных вод отнесены к категории загрязненных. С ними сброшено в водоемы 1920 тыс. т загрязнителей, в том числе: нефтепродуктов — 14,4, взвешенных веществ — 895, фосфора — 44,9, аммонийного азота — 129,3, СПАВ — 4,9, соединений меди — 0,3, железа — 40,9, фенола — 0,1 тыс.т. Реальная масса загрязнителей, поступающих в водоемы, значительно больше, поскольку в приведенных данных не учтены атмосферные выпадения загрязняющих веществ, смыв органики и ядохимикатов с сельскохозяйственных угодий и др. Основной объем сброшен предприятиями промышленности (35%) и коммунального хозяйства (51%). Объем нормативно-очищенных стоков составляет менее 10% от всех вод, требующих очистки, что является следствием перегруженности и низкой эффективности работы имеющихся очистных сооружений.

Приведенные данные свидетельствуют о том, что масштабы и темпы загрязнения гидросферы намного выше, чем других природных сред.

решительных действий и специальных целевых программ по их спасению.

Бассейны. Существенной географической особенностью загрязнения рек России является то, что основные промышленные районы и наибольшая концентрация населения соредоточены главным образом в верховьях водосборных бассейнов (Центр, бассейн Камы, Среднее Поволжье, Урал, Кузбасс, верхние течения Оби, Енисея, Ангары). Поэтому главные реки России — Волга, Дон, Урал, Обь, Енисей, Лена, Печора — в той или иной мере загрязнены на всем протяжении и оцениваются как «загрязненные», а их крупные притоки — Ока, Кама, Томь, Иртыш, Тобол, Тура - относятся к категории «сильно загрязненных». Несмотря на уменьшение сброса сточных вод, связанного со спадом производства, наблюдается рост загрязнения рек.

Очень серьезные экологические проблемы возникли в бассейне Волги. Ее сток составляет только 5% от суммарного речного стока Российской Федерации. В то же время на хозяйственные нужды из Волш ежегодно забирается более 30 км3 свежей воды, т.е. треть всего водозабора России. А взамен река получает 19 км3 стоков — 39% от общего объема загрязненных сточных вод, образующихся на территории страны. От городов и промышленных предприятий, расположенных на берегах Волш и ее притоков, ежегодно в реку, а затем и в Каспий поступает (тыс.т): нефтепродуктов — около 7, взвешенных веществ — 257, сульфатов — 134, органики —176, -аммонийного азота — 12, нитратов - 70, нитритов — 5, а также сотни тонн соединений тяжелых металлов и других загрязнителей.

Угрожающие размеры принимает загрязнение морей и всего Мирового океана, которому в условиях современной цивилизации отведена роль гигантской мусорной свалки. Реки выносят большую часть поступающих в них стоков в моря. В составе речного стока и атмосферных выпадений в разные части Океана попадает 100 млн. т тяжелых металлов. Почта 70% загрязнений морской среды связано с наземными источниками, поставляющими промышленные стоки, мусор, химикаты, пластмассы, нефтепродукты, радиоактивные отходы. К числу наиболее опасных загрязнителей морей относятся нефть и нефтепродукты. Общее загрязнение ими Мирового океана превысило 10 млн. т в год, причем из всех источников вклад судоходства (включая аварии танкеров) стал уже выше поступления с материковым стоком: соответственно 35% и 31%. Каждая тонна нефти покрывает тонкой пленкой порядка 12 км2 водной поверхности. По оценкам специалистов, нефтью уже загрязнена 1/5 акватории Мирового океана. Нефтяная пленка приводит к гибели живых организмов, млекопитающих и птиц, нарушает процессы фотосинтеза и, следовательно, газообмен между гидросферой и атмосферой.

Все внутренние и окраинные моря Российской Федерации испытывают интенсивную антропогенную нагрузку как на самой акватории, так и в результате техногенного воздействия на .водосборном бассейне. К охарактеризованному выше стоку загрязненной волжской воды в Каспийское море добавляется непосредственное его загрязнение морским нефтепромыслом. Концентрация нефтепродуктов и фенолов в акваториях северного и восточного Каспия составляет 4—6 ПДК, а у берегов Азербайджана — 10—16 ПДК! Нефтепродуктами сильно загрязнены все европейские моря — Средиземное, Северное, Балтийское.

Эвтрофикация водоемов. Замечательной особенностью водных экосистем является их способность к самоочищению и установлению биологического равновесия. Оно происходит в результате совокупного действия физических, химических и биологических факторов. Водные организмы сообща обеспечивают через трофические связи многоступенчатую минерализацию органики и перевод ее в донные отложения. Процесс самоочищения обеспечивает постепенное восстановление биоразнообразия организмов вниз по течению реки от точки сброса загрязненных сточных вод.

Однако способнось водоемов к самоочищению не безгранична. При определенном уровне загрязнения, особенно при аварийных, залповых сбросах неочищенных стоков, может быть погублена вся биота водоема. Техногенное загрязнение рек и озер принимает такие масштабы, что во многих регионах превышает их способности к самоочищению. Из-за неэффективной очистки сточных вод значительная часть питательных элементов — азота, фосфора — попадает в водоемы. Большое количество почвы, органики и минеральных удобрений смывается в водные объекты с сельскохозяйственных территорий во время половодья и после сильных дождей. Чрезмерное обогащение водоемов биогенами приводит к их эвтрофикации, т.е. резкому повышению биопродуктивности и массовому размножению фитопланктона, в первую очередь не-

Прихотливых сине-зеленых водорослей. «Цветение» воды и постепенное отмирание массы водорослей становятся источником вторичного загрязнения, приводят к расходованию всех запасов кислорода и медленному «умиранию водоема». Таким образом, антропогенная эвтрофикация вызывается не ядовитыми загрязнениями, а тем, что всегда считалось безвредным, — частицами почвы и удобрениями. Это еще раз подтверждает вывод о том, что сильное изменение любого природного фактора может нарушить равновесие экосистемы.