4 Основы гидроэкологии

4.1 Значение воды в природе и обществе

Гидрогеоэкология – это междисциплинарная наука об экологических проблемах гидросферы планеты. Объектом исследования этой науки служит поверхностная часть подземной гидросферы, где проявляются процессы техногенеза. Предмет исследований – это процессы техногенеза, протекающие в системе: вода – порода – газ – живое вещество.

Пресная вода - самое ценное полезное ископаемое на Земле. Участник эскадрильи Нормандия - Неман, известный французский писатель Антуан де Сент-Экзюпери выразил свое отношение к воде следующим образом: «Вода! Вода, у тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тебя невозможно описать, тобой наслаждаются, не ведая, что ты такое! Нельзя сказать, что ты необходима для жизни: ты сама жизнь. Ты наполняешь нас радостью, которую не объяснить нашими чувствами. Ты самое большое богатство на свете...». Водные ресурсы - национальное богатство нашей страны, которое требует строгого учета, охраны от загрязнения и истощения, экономного и планомерного использования в народном хозяйстве. Вода в трех своих физических состояниях, включая полярные шапки и ледники, образует на Земле сплошную оболочку, называемую гидросферой. Гидросфера состоит из вод океанов, морей, озер, рек, болот, снежников, ледников, а также подземных вод, вод атмосферы и живых организмов. Объем вод Мирового океана 1,33 млрд км3, подземных вод - 61,4 млн км3 , льдов и снежников - 24 млн км3, поверхностных вод суши - 0,5 млн км3, вод атмосферы - 0,014 млн км3 и живых организмов - 0,05 тыс. км3. На долю пресных вод приходится всего 2 % общего объема воды на Земле. Наибольшая глубина Мирового океана 11022 м. Ученые считают, что в земной коре вода в жидкой фазе встречается до глубины 10-12 км, а глубже вода существует только в

парообразном и химически связанном состояниях /105, 106, 151, 160/.

В атмосфере вода встречается до высоты 10-12 км, причем с высотой количество влаги резко снижается; в Антарктике мощность ледяного покрова достигает 4 км.

Температура воды в океане меняется до глубины 200-300 м в зависимости от сезона года, колеблясь от 25 0С у экватора и до 0 0С в приполярных областях. С 200-300 м до 1500 м температура воды в океане постепенно снижается до 2-0 0С и далее остается постоянной. В приполярных областях на глубине от 50-60 м до 500 м температура воды несколько повышается, а к придонным слоям понижается

периодической системы, в значительных количествах встречаются хлор, натрий, магний /92, 106/. В составе пресных вод суши с минерализацией до 1 г/л преобладают карбонаты кальция /151/. Минерализация подземных вод изменяется

Объем подземных вод и их значение в жизни планеты явно занижаются как отечественными, так и зарубежными исследователями

84

от сотых долей грамма до 500-600 г/л. В рассолах преобладают хлориды натрия и кальция.

Вода имеет большую теплоемкость, является растворителем и участвует в биологическом круговороте веществ. Для многих живых организмов она служит средой обитания. Моря и океаны накапливают тепло, поглощая энергию Солнца, определяют климат и изменение погоды. Платон (427-347 гг. до н. э.) считал воду наряду с огнем, землей и воздухом одним из четырех начал всего существующего на Земле. Вода – это сама жизнь, в живых организмах она участвует в процессах обмена, обеспечивая нормальное развитие жизни. Так, человек на 60-80 % состоит из воды. При потере 12 % воды у человека останавливается сердце, а потеря 6-8 % вызывает обморок. Например, твердая морковь содержит 90 % воды, а огурцы – более 95 %.

Исключительна роль воды и в жизни человеческого общества. Водоемы превратились в транспортные пути и в источник дешевой электроэнергии; пресная вода – сырье для получения разнообразной продукции, охладитель двигателей и компрессоров на тепловых электростанциях и растворитель в химической промышленности; ею поливают улицы и зеленые насаждения. Чтобы вырастить тонну пшеницы требуется 1500 т воды, а тонну риса – 7000 т. воды. Вода в виде льда распространена и в космическом пространстве. Астрофизики обнаружили молекулы воды на Солнце, в зоне развития так называемых солнечных пятен. Температура здесь достигает +4000 0С. Это говорит о необходимости пересмотра представлений о надкритическом состоянии воды.

4.2 Водные ресурсы

На Земле около 1,4 млрд км3 воды. Из них 97,5 % - соленая вода океанов и морей и рассолы подземной гидросферы: 70 % поверхности планеты приходится на моря и океаны. Запасы пресной воды на Земле составляют чуть больше 30 млн км3, и из них 97 % сосредоточено в полярных шапках и ледниках /133/. В ручьях, реках, озерах, в атмосфере содержится около 0,01% общих запасов воды на Земле, т.е. чуть больше 50 тыс. км3/год. В расчете на шестимиллиардное население Земли водные ресурсы используются следующим образом, км3:

85

гидрологического режима не только водных бассейнов, но и регионов в целом. Значительную часть водных ресурсов страны составляют воды озер. В самых крупных из них сосредоточено до 26000 км3 воды, в том числе 23000 км3 - в озере Байкал.

Ресурсы подземных вод России, пригодные для хозяйственно-питьевых целей, оцениваются в 220-300 км3/год, а утвержденные эксплуатационные запасы составляют около 50 км3 в год; 150 наиболее крупных искусственных водохранилищ содержат 810 км3 воды. Водопотребление нашей страны в 1991 г. составляло около 300 км3/год. Из них на хозяйственно-питьевые нужды тратилось менее 10 %.

Дефицит воды в мире связан с нерациональным использованием и неравномерным распределением водных ресурсов по территории земного шара (таблица 4.1). Водные ресурсы на территории России также распределены неравномерно и довольно неблагоприятно /176, 180, 184/. Лишь 14 % речного стока приходится на районы, где размещено 80 % промышленного и сельскохозяйственного производства и проживает 85 % населения. Сибирские реки, протекающие по наименее населенным и освоенным регионам, выносят около 2/3 годового речного стока страны в Ледовитый океан, на южные и западные районы страны приходится порядка 15 % всех видов водных ресурсов.

Таблица 4.1 Водные ресурсы крупнейших стран мира

Количество воды в водоемах суши устойчиво уменьшается, в то же время уровень Мирового океана повышается на 1,2 мм в год. Причинами этого являются вырубка лесов, осушение болот, уменьшение количества осадков на суше.

По данным ООН, 23 % городских и 80 % сельских жителей не обеспечены питьевой водой удовлетворительного качества при общем уровне суточного потребления порядка 50 млрд т, что в несколько раз превосходит объемы годовой добычи всех остальных полезных ископаемых в мире. Поскольку ресурсы пресных вод размещены на Земле крайне неравномерно и больше половины территории суши – это зоны с недостаточным увлажнением, широко используется дорогостоящая опресненная морская вода в странах Аравийского полуострова, районах Персидского залива, Гибралтара, на Бермудских, Багамских, Курасао и

86

других островах. Только в районе Персидского залива действует 48 опреснительных установок. Ряд стран вынужден импортировать пресную воду. Острый дефицит воды существует в Японии, Алжире, Тунисе, Италии, Эфиопии, Пакистане и других странах. Общий дефицит пресной воды на планете составляет 20 млн м3/сут. Он изменяется по сезонам года, поскольку, например, 80 % стока в степной зоне России приходится на кратковременные (порядка 1,5 месяца) периоды паводков и половодий. Многие миллиарды рублей затрачены на строительство водопроводов и каналов протяженностью в сотни километров.

4.3 Использование воды

Выделяют следующие способы использования воды в народном хозяйстве: водопользование и водопотребление. Водопользование - это использование воды в качестве среды или механического источника без изъятия ее из водоема, например, для водного транспорта, рыбного хозяйства, гидроэнергетики, лесосплава и пр. Водопотребление сопровождается забором воды из источника для хозяйственно-питьевых нужд, промышленности, сельского хозяйства и т.д. При этом вода может возвращаться и не возвращаться обратно в водоем (ГОСТ

17.1.1.03-86) /39-42, 80/.

Вода используется как сырье, применяется в технологических процессах как растворитель и охладитель. Основная её масса идет на производство энергии, охлаждение агрегатов, предупреждение перегрева скоростных режущих инструментов, подогрев сушильных установок. Тепловой электростанции мощностью 1000 МВт для охлаждения агрегатов требуется 1,3 млн м3 воды в год. Атомным электростанциям для охлаждения вторичных контуров нужно на 1000 МВт более 2,5 млн м3 воды в год, т.е. АЭС пока далеко не экономичны как с санитарно-геохимических, так и с водохозяйственных позиций.

В обрабатывающей промышленности вода расходуется почти во всех технологических процессах: растворении, смешивании, очищении и др. Наиболее влагоемкими являются производство искусственного волокна и шерстяных тканей, очистка нефтепродуктов, металлургия. Для производства 1 т меди требуется 5000 т воды, 1 т каучука – 2500 т, 1 т капрона – 5600 т, 1 т бумаги – 1000 т, 1 т синтетического волокна – 250 т, для переработки 1 т хлопка – 200 т, для производства 1 т стали – 300 т, для добычи 1 т угля – 6 т воды.

В среднем один человек в нашей стране получает 170 л воды в сутки, в больших городах – 300 л, а в Москве – 360 л. В Лондоне на каждого жителя приходится 170 л воды в сутки. При мойке дорог расходуется 12-15 м3 воды на 1 га площади. Водопроводы нашей страны забирают ежедневно до 100 млн м3 чистой воды. Сельское хозяйство является самым крупным потребителем воды, затем следуют промышленность и энергетика, и, наконец, коммунальное хозяйство. Потребление воды отечественной промышленностью удваивалось каждые 10 лет, а в последний советский период возрастало на 6-8 % ежегодно. Вода хозяйственно-питьевого назначения неоправданно расходуется в промышленности. До 25 % воды постоянно теряется в результате утечек в коммунальном хозяйстве городов.

87