Лекция 1. РИОПВ

Рациональное использование и охрана водных ресурсов — важнейшая проблема современности

Вода — самое распространенное вещество на земле. Она покрывает земную поверхность и пронизывает земную кору, участвует в природных процессах, в ней нуждаются все. Поистине вода, как говорил В. И. Вер­надский, “всюдна”. Но она также природный минеральный ресурс и в силу присущих ей свойств ничем не заменима. Отсюда уникальность и ценность водных ресурсов.

Человек нуждается в пресной воде, прежде всего для хозяйственно-питьевых целей, производственных технологических процессов и ороше­ния. Используются как наземные, так и подземные воды. Доля последних возрастает; при этом они пригодны не только для водоснабже­ния и орошения, но и для лечебных, промышленных (извлечение промышленно ценных компонентов) и термоэнергетических целей.

Человеку в сутки достаточно 3 л воды, фактически же ее расходует­ся гораздо больше. Каждый житель развивающихся стран потребляет 35— 40 л воды в сутки. В развитых странах на городского жителя приходится еще больше — от 100 до 1000 л (в СПб, норматив, 370 л). Производство каждого промышленного изделия и любой сельскохозяйственной продук­ции требует определенного количества воды (м³/т): сталь 150—200, бума­га 450—800, каучук 2850, пшеница 1800, хлопок 7500, мясо 20 000. Поэтому суммарное водопотребление на душу насе­ления составляет несколько тысяч литров в сутки.

Источники воды

Питьевую воду мы получаем либо из подземных водоносных гори­зонтов, либо из поверхностных водоемов, т. е. из природных озер и рек или из водохранилищ, созданных руками человека.

В США за тридцатилетний период, с 1950 по 1980 г., извлечение подземной и поверхностной воды (в сравнении с потреблением) увели­чилось на 150%, с 810 млрд. л. до 1625 млрд. л в сутки. При этом на долю поверхностных вод приходится около 80%, а подземные воды составляют около 20%. Такой прирост потребления воды можно ча­стично объяснить увеличением численности населения, однако в боль­шей степени это связано с возросшими требованиями промышленности.

Существуют и другие способы получения питьевой воды. В некоторых промышленно развитых районах обессоливание, или опрес­нение, морской воды каким-либо способом может сделать даже океаническую воду пригодной для питья. Там, где воды очень мало, люди собирают в цистерны дождевую воду, чтобы использовать ее для своих нужд. Однако увеличение запасов воды таким экзотическим способом незначительно. В общем люди всецело полагаются на пресные подземные и поверхностные воды как источники питьевой воды.

Поверхностные и подземные воды

Сравним два источника воды - водохранилища и природные подземные водоносными горизонтами.

Плотина, перекрывающая реку, останавливает течение воды, образуя водохранилище. Она пропускает через водосбросы лишь такое коли­чество воды, которое обеспечивает ее течение ниже, и удерживает воду выше по течению для того, чтобы постепенно выпускать ее потом, когда напор потока снизится. Водохранилище увеличивает количество воды, доступной для людей. Если не построить водохранилища, то устой­чиво получаемое из реки количество воды в сутки не может быть больше, чем самый низкий суточный сток воды в реке. Любое большее количество воды нельзя получать устойчиво день за днем. А из водохранилища любой большой город может постоянно без перебоев месяц за месяцем забирать необходимое количество воды.

Напротив, водоносные горизонты являются естественными подземными резервуарами, в которых вода находится временно до того момента, когда она вновь попадет в озера, ручьи, реки или океаны. Водоносные горизонты могут быть огромными, прости­рающимися на сотни километров; объемы воды в таких горизонтах также огромны.

По своему качеству вода из наземного водохранилища сильно отличается от воды из подземного водоносного горизонта. В водохра­нилище вода всегда будет содержать взвеси, принесенные рекой. Некоторые частицы оседают на дно в зависимости от того, насколько долго вода выдерживается; другие остаются в воде, которая забирается для использования человеком. Чтобы удалить эти частицы, воду перед употреблением обычно пропускают через фильтры.

В поверхностных водах присутствуют органические ве­щества, попадающие туда с городскими и сельскохозяйственными сточ­ными водами; эти вещества могут вызывать обеднение воды кислоро­дом. В водохранилищах часто находят подходящую среду обитания водоросли, потому что они получают здесь как питание, так и солнечный свет, необходимые для роста. Поскольку в водохранилища постоянно поступают “свежие” сточные воды, вода из водохранилищ, если она используется как питьевая, должна проходить полную очистку. Очистка необходима, чтобы удалить нежелательные вкус, цвет и запах, чтобы сделать воду прозрачной, освободить ее от опасных химических соеди­нений и уничтожить любые болезнетворные организмы. Для поверхностных вод, характеризующихся высокой прозрачностью, иногда исключается филь­трование; но при этом существует опасность, что вирусы и паразиты могут остаться.

Вода, извлекаемая из водоносных горизонтов, без сомнения намного чище, особенно если этот горизонт долго не эксплуатировался или не был сильно истощен. В воде из водоносного горизонта, кроме того, обычно содержатся растворенные минеральные соли. В подземных водах нет водорослей. А так как вода достигает водоносного горизонта, просачиваясь через мощные слои почвы и грунта, содержание бактерий и вирусов в ней ниже, чем в воде из водохранилищ.

Существуют и исключения. Подземная вода может оказаться загрязненной химическими веществами и микроорганизмами. Например, химические соединения из минеральных или органических удобрений могут просачиваться через почву в подземные водоносные горизонты, если они не защищены с поверхности.

Использование подземных вод дает потребителям ряд преимуществ. Можно обеспечить устойчивый выход воды в течение долгого времени как в сухие, так и во влажные сезоны. В слаборазвитых районах грунтовые воды обычно не подвержены бактериальному, ви­русному или химическому загрязнению, хотя примеси и встречаются.

Сколько же воды можно изымать из водоносного горизонта, чтобы не причинить ущерба ее запасам? Как и в случае с водохранилищами, это количество зависит от поступления воды в водоносный горизонт. Еже­годный забор воды не должен превышать ежегодное восполнение гори­зонта - если только потребители воды не хотят, чтобы объем воды в водоносном горизонте начал сокращаться. Известно, что в пустынных областях дожди лишь изредка пополняют водоносный горизонт. В те­чение подавляющего числа лет в результате испарения в атмосферу улетучивается большая часть воды с поверхности. Только в особо влажные годы воды оказывается достаточно для того, чтобы часть ее пополняла водоносный горизонт.

Подземные воды часто используются вместе с поверхностными. Это - так называемое совместное использование. Поскольку запасы поверхностных вод не столь постоянны, как запасы подземных, т.е. доступное количество первых может меняться в разное время, подземные воды могут “заполнять” периоды нехватки воды.