8. Антропогенное воздействие на водные системы

Вода в биосфере

Вода в биосфере присутствует повсюду: в водоемах, в атмосфере, в почве, в живых организмах.

• 70,8 % поверхности земли покрыто водой.

• Соленая вода составляет 97,2 % запасов воды на Земле, в том числе Мировой океан – 96,52 %.

• Пресная вода составляет 2,8 % всех запасов.

Основные резервуары пресной воды:

• ледники, снежный покров, подземные льды – в сумме 74,36 %;

• пресные грунтовые воды – 24,87 %;

• пресные озера – 0,31 %;

• соленые озера – 0,26 %;

• реки, водохранилища – 0,02 %;

• болота, почвы – 0,1 %;

• атмосфера – 0,06 %;

• биомасса – 0,02 %.

Потребление пресной воды.

Водоемкость человечества в течение 20 века увеличилась в 12 раз, достигнув ~5 тыс. км³/год (11 % годового стока всех рек мира). Мировое водопотребление: 70 % – на с/х; 13 % – промышленность; 10 % – коммунально-бытовые нужды; 7 % – собственные нужды водного хозяйства (гидроэнергетика, судоходство, рыбное хозяйство и др.) Водопотребление России 57,3 % – промышленность, 18,9% – сельское хозяйство, 20,5% – коммунально-бытовые нужды.

Безвозвратный расход воды (в основном, испарение) составляет 75 %; общий объем технических стоков мира превышает 1300 км³/год (по некоторым оценкам – до 1800 км³/год). Для достаточного разведения содержащихся в них примесей нужно в среднем в 10 раз большей свежей воды. Следовательно, суммарное прямое антропогенное вмешательство в природный круговорот воды составляет 18 тыс. км³/год, что составляет половину речного стока. Вода некоторых рек в промышленных районах мира полностью (в ряде случаев более чем однократно) проходит через различные технические системы водопотребления.

На производство 1т готовой продукции расходуется воды (м³): уголь – 0,6; нефть – 3; сталь – 40; синтетические волокна – 300; бумага – 900; резина – 3400.

Для охлаждения энергоблоков требуется: ТЭС (1ГВт) – 1,2–1,6 км³/год; АЭС (1ГВт) – 3 км³/год.

Питьевое водоснабжение в мире на 25 % основано на подземных источниках. Практически вся вода, поступающая в магистрали питьевого водоснабжения нуждается в специальной водоподготовке. Проблема качества воды связана в основном с техногенным загрязнением поверхностных и подземных вод. С этим тесно связан рост индустрии глубокой очистки и бутилирования питьевой воды.

Водные ресурсы России.

Мгновенный запас поверхностных пресных вод России – 28 тыс. км³, из них 23 тыс. км³ (82 %) оз. Байкал (что составляет 22 % пресных вод мира). Из 15 крупнейших рек мира 4 находятся в России. Годовой сток рек РФ составляет 9,1 % мирового стока.

Географическое распределение материкового стока РФ крайне неравномерно: более 90 % стока приходится на Северный Ледовитый, Тихий океаны; менее 9 % стока приходится на бассейны Каспийского и Азовского морей, где сосредоточено 80% населения РФ и большая часть хозяйственного потенциала. В результате этого бассейн реки Волги испытывает большую техногенную нагрузку. Водозабор Волги составляет 18 %, что приводит к уменьшению ее естественного годового стока на 10–12 %. В реках: Дон, Кубань, Терек, Урал, Исеть, Миасс водозабор превышает 50 % стока.

На каждого жителя РФ в среднем приходится (в год): 30 тыс. м³ – суммарного речного стока; 530 м³ – суммарного водозабора; 90–95 м³ воды бытового водоснабжения (по 250 л в сутки). В крупных городах удельное водопотребление составляет около 320 л/сутки на человека, в Москве – 400 л/сутки. В то же время, пресная вода используется в РФ крайне неэкономно, в ряде районов на юге России, Поволжье и Зауралье существуют трудности с питьевой водой. В Челябинской области на одного жителя приходится в 16 раз меньше водных ресурсов в сравнении со средней цифрой по России.

Средняя водообеспеченность в РФ одна из самых высоких в мире; для сравнения, водообеспеченнось в некоторых странах составляет: США – 320 л/сутки на человека; Великобритания – 170 л/сутки на человека; Япония – 125 л/сутки на человека; Индия – 65 л/сутки на человека; Ирак – 16 л/сутки на человека.

Источники антропогенного загрязнения природных вод.

Природные воды загрязняют:

1. Сточные воды промышленных предприятий.

2. Сточные воды коммунального хозяйства городов и других населенных пунктов.

3. Стоки систем орошения, поверхностные стоки с полей и других сельскохозяйственных объектов.

4. Атмосферные загрязнители (ливневые стоки, талые воды). Неорганизованный сток осадков – смыв техногенных загрязнителей в водоемы.

5. Прибрежные города (составляющие 60 % всех крупных городов) производят загрязнение выбросами от двигателей водных транспортных средств, нефтью и нефтепродуктами от промывки танкеров забортной водой и добычи нефти на континентальном шельфе (что составляет 1/3 мировой добычи нефти).

Виды загрязнителей воды:

1. Химические загрязнители: кислоты, щелочи, металлы, соли, ПАВ, нефть и нефтепродукты и др.

2. Биологические загрязнители: бактерии, вирусы, другие болезнетворные организмы, некоторые водоросли, фекалии, отходы жизнедеятельности человека.

3. Физические загрязнители: цвет, запах, тепло, твердые взвешенные частицы, песок, ил, шлам, радиоактивное излучение и др.

Ориентировочные количества массовых загрязнителей океана и континентальных вод планеты

Группа веществ

Млн. т/год

1. Затонувшие суда, плавающий и погружной мусор 2. Взвешенные вещества техногенного происхождения 3. Растворенные неорганические вещества В том числе: минеральные удобрения соли тяжелых металлов 4. Синтетические органические вещества В том числе: моющие средства, СПАВ фенолы и другие циклические углеводороды пестициды 5. Биогенная органика 6. Нефтепродукты 7. Аэрогенные выпадения техногенной природы

1200 1400 4000 80 3 2500 15 5 2 1200 12 1800

Истощением вод называют устойчивое сокращение запасов и ухудшение качества поверхностных и подземных вод.

Воздействие загрязнения на основные параметры водных систем:

1. Понижение содержания растворенного кислорода («мертвая» вода с содержанием О₂ не обеспечивающим жизнедеятельность организмов). Международная норма содержания О₂ – ≥ 510^–4 %.

2. Понижение или повышение содержания питательных веществ в воде – приводит к нарушению естественных процессов в водной экосистеме. Загрязнение соединениями азота и фосфора ведет к перерождению флоры и фауны, гниению и цветению воды, вторичному биологическому загрязнению – эвтрофикации.

3. Повышение количества твердых взвешенных частиц ведет к понижению прозрачности воды, затруднению фотосинтеза, нарушению дыхания у жаберных, нарушениям жизнедеятельности придонной флоры, фауны.

4. Нарушение температурного режима водоема (тепловое загрязнение) ведет к перерождению флоры и фауны, появлению новых, нехарактерных организмов, к затруднениям снабжения кислородом. Норма повышения температуры за счет теплового загрязнения в летнее время составляет не более 3 °С.

5. Повышение содержания биологически активных веществ влияет на биологический круговорот.

6. Ионы тяжелых металлов (Hg, Cd, Pb и др.) оказывают свое токсичное действие на живые организмы, как непосредственно обитающие в водной среде, так и на питающихся ими.

Проблема питьевой воды. Требования к питьевой воде:

• эпидемиологическая безопасность (не должна содержать возбудителей заболеваний);

• химическая безвредность (отсутствие химических веществ, наносящих вред здоровью);

• благоприятные органолептические свойства (отсутствие посторонних вкуса, запаха, цвета, пр.)

ПДК примеси в питьевой воде – максимальная концентрация примеси в воде, которая полностью исключает вредное воздействие на организм человека, не изменяя цвет, вкус и запах воды.