Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экологическая экспертиза. Часть 2. Охрана водных ресурсов. Учебное пособие
.pdf
16
γ − коэффициент смешения;
n − кратность разбавления;
α, ξ и K − коэффициенты;
рН − водородный показатель;
D − коэффициент турбулентной диффузии;
φ − коэффициент извилистости водотока;
nш − коэффициент шероховатости русла;
nл − коэффициент шероховатости нижней поверхности льда;
k − коэффициент неконсервативности;
t − продолжительность пробега воды;
KСВ и Kп − константы скорости потребления кислорода;
е − основание натурального логарифма;
Э − необходимая степень очистки;
ОР − основное разбавление;
HP − начальное разбавление;
ВВ − взвешенные вещества;
П − приемник СВ;
УВ − углеводороды;
ПР − приведенное значение;
н − нормированное значение;
л − летний;
з − зимний;
к − кислота;
щ − щелочь;
max − максимальный;
min − минимальный.
17
Введение
В соответствии со ст. 1 Водного кодекса РФ, водные ресурсы − это
запасы поверхностных и подземных вод, находящиеся в водных объектах, которые используются или могут быть использованы.
Воды являются важнейшим компонентом среды, возобновляемым,
ограниченным и уязвимым природным ресурсом, используются и охраняются в Российской Федерации как основа жизни и деятельности
народов, проживающих на ее территории, обеспечивают экономическое, социальное и экологическое благополучие населения, существование животного и растительного мира.
Водные ресурсы, являясь важнейшим элементом природы, играют
решающую роль во многих протекающих в ней процессах и в обеспечении жизни человека. Почти все великие цивилизации древности возникли на крупнейших реках. Особенно возросла роль воды в современный период. Однако лишь небольшая часть из общих запасов воды− пресные воды − пригодна для непосредственного использования в
народном хозяйстве.
Среди природных ресурсов вода занимает особое место. На протя-
жении длительной геологической истории она создала на нашей планете среду, благоприятную для возникновения всего живого, в том
числе и человека. Проблема чистой воды и охрана водных ресурсов
становятся все более острыми по мере исторического развития общества, стремительно увеличивается влияние на природу, вызываемого
научно-техническим прогрессом. Уже сейчас во многих районах земного шара наблюдаются большие трудности в обеспечении водоснабжения и водопользования, вследствие качественного и количественного истощения водных ресурсов, что связано с загрязнением и нерациональным использованием воды.
1. Водные ресурсы и их использование
1.1. Мировые водные ресурсы
Понятие "мировые водные ресурсы" включает все находящиеся в
свободном состоянии воды планеты: поверхностные и подземные воды, почвенную влагу, воды ледников, озер, искусственных водоемов,
которые используются или могут быть использованы человечеством
при данном уровне развития его производственных сил. К мировым
водным ресурсам относят:
Мировой океан – непрерывная водная оболочка земли, окружающая
18
материки и отличающаяся общностью солевого состава. Занимает
70,8 % территории Земли.
Подземные воды – воды, находящиеся в толщинах горных пород
верхней части земной коры в жидком, твердом и парообразном состоянии.
Ледники – движущиеся естественные скопления льда атмосферного
происхождения на поверхности, образуются в тех районах, где твердых атмосферных осадков отлагается больше, чем стаивает и испаряется. Общая площадь ледников – 16,3 млн км2 (10,9 % площади суши).
Озеро – природные водоемы в углублениях суши, заполненные в
пределах озерной чаши разнородными водными массами и не имеющие одностороннего уклона. Для озер характерно отсутствие непосредственной связи с мировым океаном. Озера занимают около
2,1 млн км
2
(1,4% площади суши).
Почвенная влага – жидкая часть почвы с растворенными газами,
минеральными и органическими веществами.
Болота – участки суши с избыточным застойным увлажнением
грунта, заросшие влаголюбивой растительностью, занимают
350 млн га.
Водохранилища – искусственные водоемы значительной вместимо-
сти, образованные обычно в долине рек водоупорными сооружениями
для регулирования в народном хозяйстве. Общая площадь водохранилищ мира − 600–620 тыс км2.
Реки – естественные водные потоки, текущие в выработанном ими
русле и питающиеся за счет поверхностного и подземного стока с их
бассейнов. Вода наряду с воздухом – самые ценные ресурсы Земли.
Чтобы выжить, человеку требуется, по меньшей мере, полтора литра
воды в день. Большая часть пресной воды заключена в земной коре,
однако эти ресурсы не всегда доступны, и люди вынуждены использовать свободную влагу гидросферы. Вода быстро закончилась бы на
Земле, если бы не хорошо всем известный круговорот ее в природе.
Цикл испарения под действием солнечного тепла и транспирация,
сменяемые конденсацией и атмосферными осадками, обеспечивают
запас воды и делают ее возобновляемым ресурсом. Следовательно,
вопросы о наличии и потреблении воды мало связаны с их общими
запасами, а зависят в существенной степени от местного ее распределения и местных норм потребления. Ресурсы воды, более чем другой
фактор, определяет численность населения того или иного региона.
Водные ресурсы в сравнении с другими видами природных ресурсов
обладают рядом существенных отличий. Вода ничем не заменима, не
знает административных границ, находится в постоянном движении в
19
атмосфере, литосфере, биосфере. Ее количество и качество непрерывно меняются от сезона к сезону и от года к году. Вода – химическое
соединение водорода с кислородом, бесцветная жидкость без запаха
вкуса и цвета. В природных условиях всегда содержит растворенные
соли, газы и органические вещества, их количество меняется в зависимости от происхождения воды и окружающих условий.
1.2. Классификация вод по уровню минерализации
Классификация вод по уровню минерализации охватывает сле-
дующие категории: пресные, солоноватые, минерализованные, соленые, рапа (рассолы).
Пресные воды – воды основного потребления в хозяйственной дея-
тельности человека. Содержат допустимые концентрации солей для
питьевого и технического водоснабжения. Обычно для питьевого водоснабжения концентрация солей зависит от состава, степени растворимости вмещающих воду отложений и от источников питания подземных и поверхностных вод.
Ресурсы пресных вод составляют незначительную долю общего
суммарного объема всей гидросферы с экологическими системами, в
жизнедеятельности человека и существовании других живых организмов, в развитии производства. На пресные воды приходится около 2 %
гидросферы, используемая часть составляет менее 1 % от общего объема вод гидросферы.
Солоноватые воды – это поверхностные и подземные воды, со-
держащие повышенное количество солей и непригодные для питьевого водоснабжения. В процессе испарения формируют условия засоления почв, образования солончаков и т.д. Минерализованные воды содержат в растворенном состоянии различные микроэлементы, соединения, определяющие применение их в бальнеологических целях.
К соленым водам относят все морские воды, которые не рассматри-
ваются в балансе водопотребления, но входят в баланс круговорота
воды в биосфере, а также воды некоторых открытых водоемов, подземных источников. Используются в качестве лечебных целей.
Рапа – это повышенный (иногда пересыщенный) соляной раствор,
наблюдающийся в водоемах, пустотах, порах донных отложений соленых озер. Используется для лечебных целей и добычи некоторых солей (хлоридов, сульфатов и т.д.).
По химическому составу воду различают: сульфатно-натриевую,
гидрокарбонатно-натриевую, хлормагниевую, хлоркальциевую.
20
1.3. Значение водных ресурсов
Вода обеспечивает существование живых организмов на Земле и
развитие процессов их жизнедеятельности. Она входит в состав клеток
и тканей любого животного и растения. В среднем вода составляет
около 90 % массы всех растений и 75 % массы животных. Сложные
реакции в животных и растительных организмах могут протекать
только при наличии водной среды. Тело взрослого человека содержит
60–80 % воды. Физиологическую потребность человека в воде можно
удовлетворить только водой и ничем иным. Потеря 6–8 % воды сопровождается полуобморочным состоянием, 10 % – галлюцинацией,
12 % – приводит к смерти. Климат и погода на земле во многом зависят и определяются наличием водных пространств и содержанием
водяного пара в атмосфере. В сложном взаимодействии они регулируют ритм термодинамических процессов, возбуждаемых энергией
солнца. Океаны и моря благодаря большой теплоемкости воды служат
аккумуляторами тепла и способны изменять погоду и климат на планете. Океан, растворяя газы атмосферы, является регулятором воздуха.
В деятельности человека вода находит самое широкое применение.
Вода – это материал, используемый в промышленности и входящий в
состав различных видов продукции и технологических процессов, выступает в роли теплоносителя, служит для целей обогрева. Сила падения воды приводит в действие турбины гидроэлектростанций. Водный
фактор является определяющим в развитии и размещении ряда промышленных производств. К водоемким отраслям, ориентирующимся
на крупные источники водоснабжения, относятся многие производства
химической и нефтехимической промышленности, где вода служит не
только вспомогательным материалом, но и одним из важных видов
сырья, а также электроэнергетика, черная и цветная металлургия, некоторые отрасли лесной, легкой и пищевой промышленности. Сельскохозяйственная деятельность человека связана с потреблением огромного количества воды, прежде всего на орошаемое земледелие.
Реки, каналы, озера – дешевые пути сообщения. Водные объекты – это
и места отдыха, восстановления здоровья людей, спорта, туризма.
1.4. Проблемы водообеспеченности
По мере своего развития человечество расходует все большее ко-
личество воды для удовлетворения самых разнообразных нужд: водо-
21
снабжения населения, промышленности, выработки электроэнергии,
орошения и обводнения земель, транспорта, рыбного хозяйства. Нет
ни одной отрасли народного хозяйства, развитие которой было бы
возможно без использования воды. В настоящее время для всего мира
основным вопросом становится проблема обеспечения человечества
чистой водой, так как имеющиеся пресные водные ресурсы во многих
регионах оказываются недостаточными для удовлетворения нужд быстро растущего населения, бурно развивающейся промышленности.
Для рационального использования водных ресурсов необходимо, прежде всего, знать, какое количество воды требуется для удовлетворения
всех ее потребителей не только на сегодняшний день, но и на перспективу.
Все отрасли хозяйства по их отношению к водным ресурсам под-
разделяются на две категории: водопотребители и водопользователи.
Водопотребители забирают воду из источника, используют для выработки промышленной продукции или бытовых нужд населения, а затем возвращают в водный объект, но уже в другом месте, в меньшем
количестве и в другом качестве. Водопользователи не забирают непосредственно воду из источника, а используют ее как среду (водный
транспорт, рыболовство, спорт и т.д.) или как источник энергии (гидроэлектростанции). Однако и они могут изменять качество воды. Следует иметь в виду, что при современном комплексном использовании
водных ресурсов грань между водопотребителями и водопользователями стирается. Например, при создании крупных водохранилищ для
выработки электроэнергии коренным образом меняется не только гидрологический режим и качество воды, но и происходит увеличение
потерь воды на испарение, т.е. само водохранилище выступает в качестве водопотребителя. В связи с этим при рассмотрении влияния водных ресурсов целесообразно применять термин "водопотребитель".
Водоснабжение населения связано с использованием воды для питья и
коммунально-бытовых нужд. К последним относится система централизованного водоснабжения для обеспечения нормальной работы
предприятий бытового обслуживания, поливки улиц, зеленых насаждений, противопожарных целей и т.д. Суммарный объем воды, используемый на нужды населения, определяется удельным водопотреблением и численностью населения.
1.5. Водоснабжение
Потребности промышленности в воде колеблются в широких пре-
делах и зависят не только от отрасли, но и от применяемой техноло-
22
гии производственного процесса, принятой системы водоснабжения,
климатических условий. При прямоточной системе водоснабжения
промышленного предприятия вода из водного источника подается к
отдельным объектам производственного комплекса, используется в
процессе производства продукции, затем по канализационным линиям
поступает на очистные сооружения, после чего сбрасывается в водоток
или водоем на соответствующем расстоянии от водозабора. При прямоточной системе водоснабжения расходуется большое количество
воды, однако безвозвратное водопотребление мало. При оборотной
системе водоснабжения отработанная вода после очистки не сбрасывается в водоем, а многократно используется в процессе производства,
подвергаясь регенерации после каждого производственного цикла.
Расходы воды при этой схеме водоснабжения невелики и определяются расходом, необходимым для генерации, а также периодической замены воды в оборотных циклах. Зависимость объемов промышленного
водопотребления от климатических условий следующая: предприятия
одной и той же отрасли, расположенные в северных районах, потребляют значительно меньше воды, чем предприятия, расположенные в
южных районах с высокой температурой воздуха.
Сельское хозяйство является одним из основных потребителей во-
ды, что связано с увеличением площадей орошаемого земледелия. Его
развитие диктуется необходимостью обеспечения человечества продуктами питания. Площадь орошаемых земель в мире постоянно возрастает: если в начале ХХ в. она составляла 40 млн га, к 1970 г. она
достигла 235 млн га, то по данным 2000 г. – достигла 420 млн га.
Суммарные затраты воды на орошение зависят от площади орошаемых
земель, удельного водопотребления, вида сельскохозяйственных культур и количества возвратных вод.
Поскольку основным источником для водообеспечения многочис-
ленных нужд человечества являются поверхностные воды, главным
образом возобновимые водные ресурсы, т.е. сток рек, интересно сопоставить современные и перспективные объемы водопотребления с
суммарным стоком рек.
Оценка водообеспеченности. Мировой океан занимает около 71 %
всей площади планеты (361 млн км2), а на озера, реки, ледники, водохранилища и прочие источники пресной воды приходится всего 15 %
(20 млн км
2
). При этом большая часть пресной воды "законсервирована" в ледниках Антарктиды, Арктики, Гренландии, подземных водах и
льдах, использование которых очень ограничено. Отсюда вытекает,
что главным источником обеспечения человечества пресной водой
являются речные (русловые) воды, доля которых чрезвычайно мала
23
(всего 0,3 % от общего количества воды), а общий объем составляет
всего 2000 км3. Этого количества уже сегодня не хватало бы для удовлетворения потребности в пресной воде. Однако благодаря тому, что
продолжительность условного влагооборота для рек составляет 16 суток, в течение года объем воды в них возобновляется в среднем 23 раза
и, следовательно, ресурсы речного стока чисто арифметически могут
быть оценены в 46 тыс км3/год. Тем не менее, в литературе преобладает цифра 41 тыс км3/год. Нельзя не учитывать, что более половины
русловых вод стекает в море, так что реально доступные для использования ресурсы таких вод составляют всего 15 тыс км
3
/год. Распределе-
ние пресной воды по регионам зависит от крупнейших речных систем
региона: в Азии – Янзцы, Ганга и Брахмапутры, в Южной Америке –
Амазонки, Ориноко, Параны, в Северной Америке – Миссисипи, в
СНГ – Енисея и Лены, в Африке – Конго, Замбези. Это относится не
только к регионам, но и к странам в целом. При среднемировом показателе 8000 м3/год показатели выше этого уровня имеют Австралия и
Океания, Южная Америка, СНГ и Северная Америка. Такие данные
объясняются не только размерами их водных ресурсов, но и численностью населения. Из десяти стран с наибольшей водообеспеченностью
три находятся в пределах экваториального, субэкваториального и тропического климатических поясов. В этих же поясах находятся и страны с наименьшей водообеспеченностью. При рассмотрении водообеспеченности необходимо также учитывать такой фактор, как водопотребление. Без него все вышеприведенные данные правильнее называть потенциальной водообеспеченностью. Больше всего пресной воды уходит на коммунальное и сельское хозяйство (около 60 %), на
промышленность приходится почти в 3 раза меньше – 21–22 %. Общая
тенденция для всего мира и отдельных его регионов заключается в
постепенном уменьшении водообеспеченности, поэтому ведутся поиски различных путей экономии водных ресурсов и новых путей водоснабжения.
Наиболее крупным потребителем воды является сельское хозяйство. Для удовлетворения потребностей в нормальном питании сельскому хозяйству требуется в среднем 300–400 м
3
воды на 1 человека в год.
Соотношение между группами водопотребителей на разных континентах и в разных странах неодинаково. В Европе на промышленность
приходится 48 % общего количества потребления воды, на сельское
хозяйство − 39 %, в Азии доля этих потребителей составляет соответственно 5 и 88 %, в Африке − 4 и 72 %, в Северной Америке − 35 и
36 %, в Южной Америке − 14 и 70 %, в Российской Федерации − 28 и
62 %, в США − 56 и 33 %. В среднем мировое водопотребление со-
24
Продукция
Удельное водопотребление
Чугун
160−200
Сталь
150
Синтетический каучук
2000−3500
Синтетическое волокно
2500− 5000
Азотные удобрения
600
Бумага
400− 800
Степень благоустройства районов жилой застройки
Нормы
водопотребления
Без водопровода и канализации
30–50
Водопровод, канализация без ванн
125–160
Водопровод, канализация и ванна с газовым котлом
160–230
Водопровод, канализация и центральное горячее отопление
230–350
ставляет около 7 % всего годового речного стока Земли.
Эффективность сельского хозяйства находится в жесткой зависимости от количества и качества водных ресурсов. Ежегодное мировое
потребление воды на орошение превышает 2500 км3. В Японии создано столь интенсивное орошаемое растениеводство, что для обеспечения нормального питания одного человека в год достаточна площадь
0,0045 га. В США эта площадь вдвое больше, в Индии в − 7 раз.
Вода в промышленности используется для охлаждения нагревающихся в процессе производства агрегатов, механизмов; как растворитель входит в состав вырабатываемой продукции и т.д. Удельное водопотребление на 1 т розничной продукции представлено в табл. 1.
Таблица 1
Удельное водопотребление (м
3
на 1 т готовой продукции)
Особое место занимает водопотребление для нужд населения. Для
питья и приготовления пищи требуется 2,5–3 л воды в сутки или около
3
1 м
в год на одного человека. Нормы хозяйственно-питьевого водо-
снабжения (табл. 2) зависят от благоустройства жилого фонда населенного пункта и климатических условий.
Нормы хозяйственно-питьевого водопотребления
(л/сут на 1 человека)
Таблица 2
25
В 2007 г. суммарный забор воды из природных водных объектов по
Белгородской области составил 325,13 млн м3. Из общего объема воды
на забор из поверхностных водных источников пришлось 16 %, а из
подземных – 84 %.
Структура водопотребления характеризовалась следующим образом: хозяйственно-питьевые нужды – 41,1 %; производственные нужды – 44,71 %; прудово-рыбные хозяйства – 9,5 %; сельскохозяйственное водоснабжение – 4,6 %; орошение – 0,2 %.
Водопотребление в поверхностные водоемы составило
135,26 млн м3. Водоотведение по категориям сточных вод характеризовалось следующим образом: нормативно-очищенные – 73 %, нормативно чистые – 21,2 %, загрязненные – 5,8 %.
1.6. Загрязнение водных объектов
В естественных условиях химический состав вод регулируется
природными процессами. Поддерживается равновесие между поступлением химических веществ в воду и выведением их из нее. Однако
антропогенный фактор обусловливает попадание в гидросферу огромного количества сточных вод, содержащих отходы промышленности и
сельскохозяйственного производства, коммунально-бытовые стоки,
что, в конечном счете, ухудшает качество воды.
Качество воды — это характеристика состава и свойств воды, определяющая ее пригодность для конкретных видов водопользования.
Качество воды оценивается комплексом разнообразных показателей.
Основными показателями качества воды являются ионный состав, общее солесодержание, цветность, запах и вкус, жесткость и щелочность,
содержание железа, марганца и некоторых других элементов.
Водные объекты считаются загрязненными, если состав или состояние их вод изменены в результате деятельности человека до такой
степени, что они стали непригодными для целей, которым они служили до начала их использования человеком. Веществом, загрязняющим
воду, является каждое соединение, вызывающее нарушение норм качества воды.
Под засорением поверхностных природных вод следует понимать
поступление в водные объекты посторонних нерастворимых предметов, например, древесины, металлолома, шлака, строительного мусора
и др.
В прошлом загрязненных сточных вод было сравнительно мало,
они имели преимущественно коммунально-бытовое происхождение.
Такие воды многократно разбавлялись большим количеством чистой
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]