Системы природопользования. Учебное пособие

Системы природопользования

1.5.Ледники.

1.6.Моря и морские устья рек.

2.Подземные воды.

3.Использование вод.

Водохозяйственные системы классифицируются по

рангу или масштабу (межгосударственные, республи

канские, районные), по региональному или зонально му принципу, по бассейнам рек. Ниже приводится характеристика систем, ориентированных на нужды отдельных отраслей хозяйства.

Коммунально бытовые системы по объемам водо потребления занимают в государственном водном хо

зяйстве скромное место. Однако очевидно их огром ное значение для жизнедеятельности, поскольку обес печение качества питьевой воды — важнейшая экологическая проблема современности. Отсюда ос

новные особенности системы — высокие требования к качеству воды по физическим свойствам, химическим показателям и биологическим характеристикам. Спе цификой является также относительно равномерные нагрузки на системы в течение года (в теплое время на

15–20% больше чем в холодное) и резкие колебания в течение суток (более 70% воды потребляется днем).

Источниками коммунально бытового потребления

воды служат: водохранилища, нижние бьефы гидроуз лов, артезианские скважины. От водозаборов вода идет по магистральным трубопроводам длиной иногда в сотни километров, а затем подается в разветвленные

городские сети водоснабжения.

В настоящее время степень возвратности комму нальных систем очень невелика. Сравнительно неболь шие объемы сточных вод используются на промышлен ных предприятиях после очистки или для орошения. В последнем случае достигается многократный эф

фект — полив, удобрение полей и обеззараживание

сточных вод в почвогрунтах.

Оросительные системы обеспечивают водоснабже

ние 16% всего пахотного клина Земли и получение от

30 до 50% сельскохозяйственной продукции. Проекти

рование этих систем требует весьма тщательного обо снования, поскольку трудно точно рассчитать потреб 51

Системы природопользования

ющих особенностей культур, внесения удобрений. Осушительные мелиорации истощают почвы в

результате интенсивного выноса питательных веществ

изагрязняют речные системы. Нарушая водный ре жим междуречий, они снижают зарегулированность стока болотными массивами и в конечном счете могут

стимулировать обмеление рек и даже исчезновение верхних звеньев гидросети. Поэтому проектирование этих систем должно проводиться с учетом как опти мальных условий освоения осушенных территорий, так

ивлияния мелиораций на соседние районы.

Энергетические системы.

Среди многих энергетических систем к использу

С.А. Сладкопевцев

На крупных реках с малыми уклонами разница в уровнях воды и напор обеспечивают плотинные схе

мы, когда образуется водохранилище для регулирова ния напора. Здание станции при этом может находить ся в плотине (русловой вариант) или за плотиной (при плотинный вариант). На горных реках, где для

создания подпора используются небольшие водохра нилища, вода отводится в деривацию (искусственный водовод с меньшим уклоном чем у реки) и далее посту пает на турбины. Деривационные станции могут вовсе не иметь плотин, то есть быть безнапорными. Комби

нированные системы используют напор как плотин так и деривационных сооружений.

Надежность работы турбин гидроэлектростанций в определенной мере зависит от качества воды. Боль

шая агрессивность воды вызывает коррозию металла, а повышенная мутность при наличии твердых и круп ных частиц усиливает абразивный эффект. Неблагоп риятными факторами являются высокая кислотность воды (рН менее 6) и возможность биологического об растания механизмов.

В настоящее время обострились противоречия между интересами энергетиков и других отраслей хозяйства. Гидростанции замедляют водообмен рек, что приводит к зарастанию и заилению водохранилищ, ухудшению качества воды, подтоплению и заболачива нию значительных территорий. Дефицит водных ре

сурсов сталкивает интересы энергетиков и других

отраслей хозяйства, в частности, мелиораторов. Услож нились проблемы транспортников и рыбного хозяйства. Сложный узел экологических проблем требует разра ботки комплексных схем использования гидроэнерге

тических сооружений, основанных на строгом регу лировании стока и управлении водными ресурсами.

Промышленные системы.

Системы промышленного водопотребления — вто

рой после сельского хозяйства крупнейший потреби

тель водных ресурсов. По объемам, качеству потреб

ляемой воды промышленные предприятия сильно раз

личаются, однако у всех высоки требования к 54 расчетной обеспеченности водоподачи — 95–97%.

С.А. Сладкопевцев

должно быть направлено на совершенствование обо

ротных циклов водоснабжения.

Специфика влияния промышленных сточных вод на природную среду — их отепляющее воздействие.

Положительное влияние отепления водоемов заключа

ется в улучшении условий навигации, рыболовства, развития растений. Однако эвтрофирование и зарас

тание водоемов может нейтрализовать положительный эффект. По нормативам сброс теплых вод не должен

повышать естественную температуру более чем на 3о С, а зимой — более чем на 5о С.

Экономия воды в промышленности и снижение

влияния промышленных отходов на среду может дос

тигаться такими методами как комплексность исполь зования сточных вод, замена водяного охлаждения

воздушным или газовым, использование морской воды

в прибрежных районах. В любом случае важными ос таются разработка и соблюдение научно обоснованных норм водопотребления и водоотведения.

5 . 2 . Проблемы истощения и охраны поверхностных вод

Острота экологических проблем в сфере водного хозяйства зависит от соотношения следующих факто ров:

nзапасов и качества водных ресурсов конкретного региона и соседних с ним территорий,

nпотенциала самоочищения и восстановления водо емов,

nобъемов и масштабов водопотребления и водополь зования,

nстепени антропогенного загрязнения гидросферы. Общие запасы поверхностных вод определяются

структурой водного баланса, которая слагается из при

ходной части (осадки) и расходных частей (поверхно стный и подземный сток, испарение). Помимо этого

важна роль сезонного распределения стока, а также

соотношение паводковых и меженных расходов. В це

лом обеспеченность водными ресурсами регионов России снижается при движении с севера на юг и при 56 нарастании континентальности климата. Подобные

Системы природопользования

закономерности характерны и для изменений качества воды, поскольку сокращение стока и маловодность

водоемов — основной фактор увеличения мутности и минерализации воды. Примерные величины водообме на, от которого зависит самоочищение водоемов, сле дующие(в годах):ледники — 9000; озера — 10–20; бо

лота — 5; реки — 0.05. Можно видеть, что реки полно стью обновляют объем воды в среднем за 15–20 суток. Поэтому даже ниже крупных промышленных центров реки очищаются на расстоянии в несколько десятков километров при условии значительного и незарегули

рованного стока. Способность водной среды разлагать загрязняющие вещества зависит от ее температуры. С этой точки зрения в худшем положении оказывают ся водоемы Севера и Северо Востока России (рис.9).

О масштабах потребления и загрязнения водных ресурсов можно судить по следующим данным. Вели чина годового стока рек земного шара — 30–40 тыс. км3. Годовой водозабор равен 6–7 тыс. км3, причем пример но половина теряется безвозвратно. Загрязнением ох

вачено 9 тыс. км3. или 25% стока. Средняя кратность необходимого разбавления загрязненной воды — 10–

15. Ввиду того, что уже сейчас это условие невыполни

мо, можно сделать следующий важный вывод:

Основная проблема дефицита водных ресурсов и решения проблем экологии гидросферы связаны не с физическим недостатком воды, а с нехваткой чистой воды.

Для разных государств и регионов острота проблем

водопотребления и водопользования неодинакова. Од нако в мире от недостатка воды страдает и заболевает ежегодно 500 млн. человек, из которых 5 млн. умирает. Продовольственные проблемы многих стран и райо нов Ближнего Востока, Африки и Австралии связаны с

недостатком воды.

Проблемы охраны водных ресурсов весьма разно образны, тесно связаны с природными условиями и структурой отраслей народного хозяйства конкретных

регионов. Перед проектировщиками и эксплуатацион

никами мелиоративных систем стоят задачи сохране ния природной среды, достижения оптимального вза 57

С.А. Сладкопевцев

имодействия естественных и антропогенных биогеоце нозов. При охране озер и водохранилищ важной явля

ется борьба с эвтрофированием. Это достигается со кращением сброса в водоемы органических соедине ний и защитой от загрязнения грунтовых вод, которые питают водоемы. В сельскохозяйственных районах

желателен строгий контроль за использованием удоб рений, а для минимизации промышленных и комму нальных стоков целесообразно максимальное исполь зование всех видов очистки — физико механической, химической и биологической.

6. Использование ресурсов биосферы. 6.1. Использование лесных ресурсов.

Леса — важнейший природный ресурс раститель ного мира Земли. Они дают наибольшую часть биоло

гической продукции суши. Лес — сырье для промыш ленности стройматериалов, производства бумаги и тканей, кормовых дрожжей, различных химических веществ и лекарственных препаратов. Не менее вели ко экологическое, природоохранное и рекреационное значение леса.

Лесные ресурсы России огромны. Это примерно 800 млн. га площадей лесной зоны с запасом древеси ны в 75 млрд. м3. Эксплуатационный фонд составляет 84% лесов, а водоохранные зоны — 16%. Важным об стоятельством является то, что наиболее ценные хвой ные леса занимают 75% площадей (сосна 16%, ель 12%, лиственница 38%). Ежегодный прирост древесины око ло 800 куб. м. при объеме лесозаготовок 400 млн. м3. Запасы древесины на 1 га превышают 100 м3, что зна чительно выше среднемирового показателя.

Для классификации лесов и их оценки использу ются различные принципы. Леса крупных зональных областей, имеющих определенные климатические ха рактеристики, объединяются в формации. Например,

формации лесо тундровые (редколесные), северо ,

средне и южно таежные, лесостепные. Среди более

мелких формаций выделяются плакорные, склоновые,

долинные, пойменные. Классификация по функциям

подразделяет леса на эксплуатационные, ограниченно 58 го эксплуатационного и защитного значения (леса сель

Системы природопользования

хозпредприятий), водоохранные, заповедные. Наиболее важная классификация лесов — по составу пород или

по их сочетаниям (сосновые, березовые, лиственнич но еловые, сосново березовые). При более дробном делении учитывается подлесок и наземный покров — например, лиственнично сосновые леса лишайниково

кустарничковые или мохово лишайниковые. Выделяют ся также сочетания лесов с болотами, лугами или ред колесьями. Для смешанных лесов указываются корен ные (хвойные и широколиственные) и производные (мелколиственные) породы.

Оценка лесов в интересах лесной промышленнос ти основана на определении бонитета (качества) дре востоя. Для этого используются таксационные показа тели: возраст, высота, диаметр стволов. Соотношения

этих показателей, рассчитываемые для отдельных по род деревьев, указывают на классы бонитета или раз ряды (табл.20 и 21).

Таблица 20. Классы бонитета соснового древо стоя ( ).

Практический интерес представляет и величина

текущего прироста древесины в м/га/год. Прирост

зависит от возраста и полноты древостоя. Например,

для 15 летнего соснового древостоя при полноте =1

прирост равен 10.2 м3 на га в год., а при полноте =

0.5 — 9.7 м3 на га в год. Для 75 летнего древостоя ве личины прироста будут соответственно равняться 4.8 и 2.4 м3 на га в год. Товарность или процент выхода 59

С.А. Сладкопевцев

деловой древесины от ее общего запаса зависит от породы леса и его бонитета. Наиболее высокая товар

ность у хвойных древостоев (1 ый класс — 81% и бо лее, 2 ой класс — 61–80%, 3 ий класс — до 60%). Воз раст древостоя помимо влияния на его бонитет важен для определения времени рубок. Так, возраст рубок

сосняков равен 100–140, березняков — 60–80, а осин ников 50–60 годам. Обычно рубке подлежит приспе вающие, спелые и перестойные леса (для хвойных соответственно 121–160, 161–240 и 241–280 лет). Нецелесообразно эксплуатировать молодняки (до 80

лет) и отчасти средневозрастные древостои (81–120 лет).

Информационная база для разносторонней оцен ки лесных ресурсов — Региональные кадастры типов

леса. Структура кадастра включает следующие основ ные разделы:

1.Характеристика типов леса.

Название, географическое положение, признаки

ярусов, рельеф, почвы, гидрология, динамика и сукцес сии, возрастная вариабельность, антропогенная изме

ненность.

2.Показатели древостоя.

Основная порода, примесь других пород, средние

имаксимальные высоты для деревьев 30, 50 летнего (и далее через 20 лет) возраста, средний диаметр, бони тет, запас древесины.

3.Показатели подлеска и подроста.

Видовой состав, класс постоянства или встречае

мости, обилие растений в тыс/га, средняя высота для каждого вида растений.

4. Показатели травяно кустарничкового и лишайни ково мохового покрова (видовой состав, проектив ное покрытие, класс постоянства).

Наиболее масштабный и интенсивный вид исполь зования лесных ресурсов — промышленные рубки на

площадях эксплуатационных лесов. При однородном

видовом составе (чистые сосновые боры, так называе

мые корабельные) ведутся сплошные площадные руб ки с последующей раскорчевкой лесосек. В целях со 60 хранения ценных древостоев и создания лучших усло