Студопедия Главная Случайная страница Задать вопрос

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Экологические последствия антропогенного воздействия на гидросферу суши





Антропогенное воздействие на поверхностные во­доемы и водотоки определяется потребностями человека в питьевой и технической воде, отражающимися в структуре водопотребления.

На примере России можно видеть, что основными потребителями поверхностных вод являются промышленность, покрытие потребностей которой за счет природных поверхностных водоисточников составляет около 35 % общего водопотребления; сельское хозяйство, включающее орошение засушливых земель, и теплоэнергетика, доля которых составляет соответственно 26 и 24 %. Далее идут коммунальное хозяйство - 4 % и рыболовство - 1 %.

При этом необходимо отметить, что поверхностные воды используются значительно больше, чем воды из подземных источников, на которые приходится всего около 10 % общего водопотребления.

Растущие потребности в питьевой и технической воде порождают ряд экологических проблем, основными из которых являются:

1) истощение запасов и понижение уровня воды в поверхностных водоемах;

2) изменение качества воды в связи с загрязнениями промышленными и сельскохозяйственными стоками, нефтепродуктами, тяжелыми металлами;

3) термическое загрязнение и радиационное зараже­ние водоемов;

4) изменение режима рек, форм проявления и масштабов эрозионно-аккумулятивной деятельности;

5) появление наведенных очагов землетрясений в пределах асейсмичных территорий;

6) истощение биологической продуктивности во­доемов.

Истощение запасов поверхностных вод и,как след­ствие, понижение уровня воды (обмеление водоемов) определяется двумя факторами. К первому относятся ежегодные безвозвратные потери при хозяйственном использовании. Эти потери, в зависимости от качества и количества систем оборотно-повторного использования, составляют от 10 до 25 % ежегодного технологического расхода воды.

Вторым фактором, существенно влияющим на истощение запасов, являются водохранилища, особенно каскады водохранилищ, создаваемые для решения различных хозяйственных задач: гарантированного водообеспечения населения, использования гидро­потенциала рек, снижения опасности наводнений и подтопления территорий, улучшения условий для судоходства, рыболовства, лесосплава, создания рекре­ационных зон. Помимо крупных сооружается и большое число малых водохранилищ, имеющих массовое распространение в аридной зоне.

Водохранилища являются объектами безвозвратных потерь поверхностного стока за счет испарения воды с поверхности. Их влияние на общее обмеление многих поверхностных водоемов становится все большим в связи с наблюдающейся тенденцией к общему потеплению климата. Так, безвозвратные потери речного стока Амударьи и Сырдарьи, используемого на орошение окружающих земель, стимулировали Аральскую экологи­ческую катастрофу. Строительство в верховье р. Или в конце 60-х гг. Капчагайского водохранилища недалеко от г. Алма-Аты вызвало резкое обмеление озера Балхаш и привело к почти полной утрате его хозяйственного значения. В настоящее время наблюдается отчетливая тенденция к общему снижению уровня воды в системе Верхневолжского каскада водохранилищ: Иваньковском, Угличском, Рыбинском - в связи с сокращением годо­вого количества атмосферных осадков и потеплением климата.

Изменение качества водысвязано с загрязнениями промышленными и сельскохозяйственными стоками, нефтепродуктами. Основными загрязнителями поверх­ностных водоисточников являются сточные воды про­мышленных предприятий, сельского и коммунального хозяйства. Значительный вклад в загрязнения вносят аварии на нефте- и газопроводах.

Объемы промышленного водоиспользования зависят от структуры промышленных предприятий и уровня применяемых технологий. Наиболее водоемкими являются теплоэнергетика, черная и цветная металлургия, машиностроение, нефтехимическая и деревообрабаты­вающая промышленность. Особенности сельскохозяйственного водоснабжения - массовость потребителей и малые объемы потребления. В коммунальном хозяйстве большая часть (88 %) потребляемой воды используется для нужд населения городов, имеющих централизо­ванные системы водоснабжения.

Несмотря на обширную сеть очистных сооружений, только около 70 % (на территории России) очищается до нормативных требований. Остальные стоки сбрасывают­ся неочищенными или недостаточно очищенными. С ними в природные водоисточники поступают огромные количества органических веществ, твердых взвешенных частиц, нефтепродуктов, тяжелых металлов, сульфатов, хлоридов, соединений фосфора, азота, нитратов.

Применительно к России общий объем ежегодных за­грязнений, поступающих в водоемы, достигает 50 млн. т различных веществ. Из них на долю сельскохозяйственных предприятий приходится 55 %, коммунальной сферы - 37 %, промышленности - около 8 % .

В нашей стране с 1972 г. ведутся систематические наблюдения за качеством поверхностных вод (в 1990 г. контролировалось 2258 водных объектов). Многие объекты имеют высокую степень загрязнения - 10, неко­торые до 650 ПДК по соединениям металлов, нефте­продуктам, фенолам и другим органическим, азотным, серным и прочим веществам.

Для непроточных водоемов особо неблагоприятно явление эвтрофикации. Если в прежние геологические периоды этот процесс длился тысячи - миллионы лет, то в наше время - десятилетия и менее, в зависимости от антропогенного поступления биогенных веществ.

В США и Канаде работы по спасению эвтрофных озер начались в 70-х гг. - только на очистку вод бассейна Великих озер было затрачено 6,6 млрд. долл. В 80-х годах угроза была устранена.

Помимо медико-санитарных последствий изменение качества воды активизирует различные геологические процессы (химическое выветривание, карстообразование и др.), негативно влияет на биологическую продуктив­ность водоемов.

Термическое загрязнениеводоемов связано с работой тепловых и атомных электростанций. Основной объем используемой воды (до 90-95 %) предназначается на отве­дение тепла от конденсаторов турбин. При этом доля безвозвратного потребления составляет 4-5 %.

Существуют различные системы охлаждения техно­логической воды. Широкое развитие, в частности, получили специальные водохранилища - охладители при электростанциях. Нагретые сточные воды ТЭС и АЭС (охлаждающая вода), поступая в водоемы, приводят к их "тепловому загрязнению", способствующему массовому размножению фитопланктона -"цветению воды".

Поверхностные водоемы используются также для создания хранилищ вредных, в том числе радиоактивных, отходов (хвостохранилища на горнодобывающих и обо­гатительных предприятиях). Широко известен пример предприятия "Маяк" (Челябинск-40), в течение длитель­ного времени использующего в качестве накопителя радиоактивных отходов озеро Кыштым. Переполнение водоемов-хранилищ отходов и природные катастрофы с ними приводят (могут приводить) к необратимому гео­химическому загрязнению и радиационному заражению местности.

Обмеление водоемовв результате хозяйственной деятельности, создание на реках искусственных водохранилищ, использование рек, озер и водохранилищ в качестве транспортных магистралей с применением круп­нотоннажных речных судов приводит к изменению гидродинамического режима, форм и масштабов прояв­ления геологических процессов: глубинной и боковой эрозии, руслового и пойменного осадконакопления, аккумуляции аллювия в устьях речных систем. Все это, в свою очередь, меняет условия воспроизводства биологических ресурсов, рыболовства и судоходства. В последнем случае приходится проводить работы, направленные на выправление судоходной обстановки: землечерпание, канализирование рек, регулирование стока гидротехническими сооружениями, инженерную защиту берегов.

Возбужденная сейсмическая активностьв районах возведения водохранилищ. "Возбужденной" или "наве­денной" называют сейсмичность, вызванную деятельностью человека.

В настоящее время накопилось достаточно статисти­ческих данных, свидетельствующих о связи возбужден­ной сейсмичности с периодами заполнения водохранилищ. К началу 70-х гг. в мире было известно 35 случаев усиления сейсмической активности при создании водо­хранилищ.

Часть геологической среды, располагающаяся под акваторией будущего водохранилища, находится в ес­тественном напряженном состоянии, обусловленном си­лами, воздействующими на определенный объем породы (гравитационных, тектонических и др.). В толще пород возникают напряжения - внутренние силы сопротив­ления, уравновешивающие внешние нагрузки и отнесен­ные к единице площади. Выделяют общее напряжение (Р), нормальное (а), располагающееся перпендикулярно к выбранной площадке (рис. 32), и касательное (т), ориен­тированное вдоль нее. Ориентированные в пространстве максимальные нормальные и касательные напряжения создают поле напряжения.

Причиной наведенных землетрясений могут являться резкие изменения естественного напряженного состоя­ния и поля напряжения, вызванные давлением огромного столба воды заполняющегося водохранилища. Это приво­дит к кратковременным смещениям по разрывам, существующим на глубине, и определяет распространение упругих сейсмических волн, достигающих поверхности и вызывающих ее сотрясение.

Возбужденная сейсмическая активность - мелкофо­кусная и проявляется не только в сейсмически активных молодых горно-складчатых поясах, но и на древних стабильных (асейсмичных) платформах. Землетрясения концентрируются вдоль ранее существовавших разломов. Причем эпицентры располагаются на расстоянии 10-15 км от водохранилища, очаги - на глубине 6-8 км. Активность усиливается особенно явно после подъема уровня воды более чем на 100 м. Частота вызванных толчков в большинстве случаев связана не столько с высотой уровня воды, сколько со скоростью и величиной перепада уровня воды в водохранилище. При одном и том же давлении столба воды вероятность толчков тем больше, чем большую площадь занимает водохранилище. Периоды усиления и ослабления сейсмичности могут продолжаться по нескольку лет (рис. 33).

В 1935 г. в США на р. Колорадо была сооружена плотина Гувер, и началось заполнение водохранилища Мид. Год спустя, после начала заполнения, начались сейсмические толчки. Количество слабых землетрясений в 1937-1947 гг. измерялось тысячами. К 1939 г. водохранилище заполнилось. В мае того же года область была потрясена сильным толчком, выделившим столько энергии, сколько все предыдущие землетрясения, вместе взятые.

На полуострове Индостан, в сейсмической платформе, на р. Койна в 1961 г. началось заполнение водохра­нилища объемом около 3 трлн м3. В 1967 г. произошло 8-9-балльное землетрясение, унесшее 180 человеческих жизней. 2000 человек получили ранения. Эпицентр землетрясения располагался в 3-5 км от плотины. Радиус области, ощутившей землетрясение, составил 700 км. Водохранилище имело размеры 50 км в длину и до 5 км в ширину.

К моменту интенсивного заполнения Нурекского водохранилища на р. Вахш в Таджикистане (1972) было зарегистрировано в конце 1972 г. 133 землетрясения. При этом землетрясения группировались под водохранилищем вблизи плотины, а по мере его быстрого наполнения несколько смещались, так как перемещался центр нагрузки столба воды. Второй этап интенсивного заполнения начался в июле - августе 1976 г. И снова возросло число толчков.

Заполнение не каждого водохранилища вызывает землетрясение. Однако именно эта неоднозначность за­ставляет ожидать и не исключать возможности сейсми­ческих последствий.

Истощение биологической продуктивности водоемов.Около 30 % улова в водоемах приходится на долю пресноводных рыб группы туводных, проходных и полупроходных.

Из основных природных факторов, определяющих степень рыбопродуктивности, главная роль принадлежит речному стоку, так как от него зависит водный, солевой и гидробиологический режим рек, озер, водохранилищ, а также размножение ценных видов проходных и полупроходных рыб.

Интенсивное антропогенное воздействие на гидроло­гический режим и качество воды (регулирование стока водохранилищами, снижение стока, загрязнение водо­емов) уменьшает продуктивность водоемов суши и приводит к сокращению уловов рыбы.

Антропогенные изменения рек России за историческое время. Существуют древние карты, а также летописи, которые свидетельствуют, что Волга у Астрахани протекала вдоль стен Кремля, Якутский острог был основан на берегу Лены, Серпухов и Рязань - на берегах Оки. По картам изменения русел рек бассейнов рp. Волги и Дона можно проследить с XVIII в. (карта Дона адмирала Крюйса - 1704 г., карты Суры конца XVIII - начала XIX в.), северных и многих других рек - с середины XIX в., Западной Сибири - с начала XX в., Восточной Сибири - с 20-30-х гг. XX в.

Р.С. Чалов выделяет два периода развития антро­погенной нагрузки на реки. Непосредственное влияние хозяйственной деятельности на русла в ранний периодбыло ограниченным, хотя антропогенное преобразование рек началось еще в XVIII в. в горнопромышленных районах при создании многочисленных заводских прудов на Урале. В ранний период (середина XIX - начало 50-х годов XX в.) воздействие человека на реки проявлялось в сокращении речной сети под влиянием ускоренной эрозии водосборов из-за вырубки лесов и распашки земель. Сравнение карт XIX в. и современных показы­вает, что в степной зоне сокращение речной сети за указанный период составило 30 %. Русло верхней Оки, например, за счет регрессивной (против течения) эрозии повышалось в Орле на 1,5-2 см в год. В Белеве с конца XIX в. до начала 40-х гг. XX века скорость перемещения дна русла вверх по течению составляла 0,6 см в год.

В конце XIX - начале XX в. на отдельных реках, протекающих в основном в западных губерниях России, проводились работы по регулированию русла для нави­гационных целей (Днестр, Неман). В 30-е гг. такому преобразованию подверглось русло р. Белой. Эти работы выполнены подобно выправлению западноевропейских рек - стеснением русел дамбами (полузапрудами), неред­ко двусторонними, в результате чего их ширина умень­шилась в 1,5-2 раза, глубина увеличилась. Однако работы по совершенствованию водных путей были ограничены. Небольшие размеры выправления рек были связаны с тем, что естественные глубины соответствовали требуе­мым габаритам судов того времени и др.

Со временем воздействие на реки увеличивалось. Были построены Волховская ГЭС (1926), практически не повлиявшая на врезанное в коренные берега русло Волхова, другие узлы с водохранилищами. Начались работы по созданию крупных каналов в европейской части России, по которым осуществляется переброска вод из бассейна р. Кубани в засушливые районы. Переброска вод из верхней Волги в р. Москву привела к изменению русловых деформаций в последней. То же, но в больших масштабах произошло на реках, принимающих воды из мелиоративных каналов на юге европейской части территории России, - их русла врезались на несколько метров и превратились в подобие каньонов.

Поздний(современный) периодинтенсивного антро­погенного воздействия на реки приходится на начало 50-х - конец 80-х гг.

Прудами было изменено большинство малых рек лесостепной и степной зон европейской части терри­тории России, юга Западной Сибири, Алтая. Развернулось крупное гидроэнергетическое строительство. Волга, Кама, Ангара, верхний Енисей превратились в каскады водо­хранилищ. Водохранилища существенно изменили реки Дон, Иртыш, Обь, Вилюй, Зею, Кубань. Их создание нарушило естественный гидрологический режим, пре­рвало транзитный твердый сток. В результате глубинной эрозии в нижнем течении рек произошло понижение уровней воды до 70 см, зоны размывов русел смещались вниз по течению со скоростью 0,5-25 км в год. Русла рек изменились на большом их протяжении (до сотен километров) - увеличилась кривизна излучин (Дон), отмерли боковые рукава, образовались новые острова (Обь, Енисей).

Существенным изменениям подвергались реки выше водохранилищ, где стала происходить активная аккуму­ляция наносов. Скорость повышения отметок дна в этой зоне достигла нескольких сантиметров в год, распро­странение аккумуляции - нескольких километров в год.

С начала позднего периода сооружались крупные мелиоративные системы на юге страны. Отвод стока в магистральные каналы также активизировало техногенно обусловленную аккумуляцию и соответственно обмеле­ние русел. Русла рек, в которые перебрасывались воды, наоборот, размывались. Так, сток р. Большой Егорлык увеличился после постройки в конце 40-х годов Невинномысского канала почти в 10 раз. Глубина размыва только за три первых года составила 2,2 м; за 10 лет русло превратилось в каньон глубиной 15 м и шириной 25-40 м.

Широкого развития достигла добыча строительных материалов (песок, песчано-гравийная смесь, гравий, галька) из речных русел. Часто из рек извлекался древний аллювий, подстилавший их дно. Это привело к изменению рельефа русла рек, увеличению площади поперечного сечения, понижению уровней воды. В Томске уровни воды за последние 30 лет понизились на 2,6 м, в Омске за 20 лет - на 1,4 м, на Оке в районе Калуги - на 1,4 м. На протяженных участках рек (десятки километров) ниже карьеров развивается трансгрессивная, распространяющаяся вниз по течению реки, эрозия, а выше карьеров - регрессивная эрозия. В восточных районах многие реки были изменены вследствие разработки месторождений россыпных полезных ископаемых.

Значительный размах в 60-80-е годы получают дно­углубительные и выправительные работы, которые при­вели к 1,5-2-кратному увеличению глубин на перекатах, закреплению форм русла, прекращению периодичности их развития. На Дону и Иртыше были искусственно спрямлены многие излучины. На Оби, ниже Новоси­бирска, объем дноуглубления вырос за 30 лет с 6,5 тыс. до 50-60 тыс. м на 1 км водного пути, вследствие чего глубины увеличились в 1,5 раза. Существенно изменилась форма поперечного сечения русла рек на перекатах, где был удален мешающий грунт, и тем самым повысилась пропускная способность русла.

Наиболее заметные изменения русловых процессов отмечаются на крупных реках, непосредственно при­легающих к высокоурбанизированным территориям, где совокупно действуют несколько техногенных факторов: возведение крупного гидроузла, добыча стройматериалов, дноуглубительные и выправительные работы, горно­промышленные узлы типа Норильского, горнообогатительные комбинаты типа Гайского и т.п. На малые реки локальное воздействие оказывают лесозаготовки, лесо­сплав, освоение нефтегазовых месторождений.

 






Дата добавления: 2015-06-15; просмотров: 643. Нарушение авторских прав

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2017 год . (0.092 сек.) русская версия | украинская версия