Самый крупный водопотребитель— сельское хозяйство, на втором месте стоят промышленность и энергетика, на третьем— коммунальное хозяйство городов.

Огромное количество воды наших рек и водохранилищ идет на орошение. Часть воды, подаваемая на орошение, возвращается поверхностным и подземным стоком в гидрографическую сеть или море. Безвозвратное водопотребление — наиболее важный показатель изменения водных ресурсов под влиянием орошения. В целом по миру возвратные воды составляли 40% водозабора, а безвозвратное водопотребление — 60%.

Высокая продуктивность орошаемых земель стимулировала резкое увеличение их площади во всем мире. Сейчас она равна 230 млн. га. И хотя на орошаемые земли приходится лишь 1/6 всей площади посевов, они дают примерно половину сельскохозяйственной продукции мира. На таких землях растет 2/3 мировых посевов хлопчатника. Не будет большим преувеличением сказать, что сегодня люди одеты в основном благодаря орошаемому земледелию и в обозримом будущем это положение останется неизменным.

Для того чтобы вырастить 1 т пшеницы, требуется за вегетационный период 1500 т воды; 1 т риса — более 7 тыс. т, 1 т хлопка — около 10 тыс. т воды. Прежде чем в магазине появится банка консервов из овощей или фруктов, на нее будет истрачено 40 л воды. Подсчитано, что только для производства суточной нормы пищевых продуктов в расчете на одного человека требуется не менее 6 м³ воды. Большое количество воды расходует животноводство. Животноводческие комплексы на промышленной основе — крупные потребители доброкачественной воды.

Для промышленности вода столь же необходимый элемент, как уголь, медь, железо и другие природные ресурсы. Для выплавки 1 т стали требуется в сто с лишним раз больше воды. Если ежегодно мировое потребление минеральных ресурсов составляет 7-8 млрд. т, то воды расходуются 7-8 млрд. т ежесуточно.

В Советском Союзе были построены такие крупные каналы, как Каракумский (объем переброски — 12 км³ год), Северо-Крымский, Невинномысский, Аму-Бухарский, Иртыш - Караганда и др. Общий объем перебрасываемого стока достиг 60 км³ год.

В ряде стран мира проводятся крупные работы по переброске речного стока и сооружению каналов из озер. Так, в Канаде осуществлены проекты переброски более 100 км³ тод, исследована возможность изъятия части стока Великих озер в размере от 4,8 до 10,4%. В Индии запроектированы каналы общей протяженностью 8 тыс. км на общий объем переброски около 200 км³ год, начато строительство канала общей протяженностью 450 км для переброски 12 км³ год воды. В Китае осуществлен проект переброски из р. Янцзы 23,7 км³ воды на север для орошения 4,3-5,2 млн. га земель. Длина трассы 1150-1265 км, стоимость 6,6 млрд. долларов. Осуществляется проект переброски вод из рек Или и Черного Иртыша в Таримскую впадину со строительством каскада гидроэлектростанций. Ряд крупных каналов для переброски стока рек построен в Австралии, Мексике и других странах.

Переброска стока — это изменение природного направления стока рек с выводом его в другой водосборный бассейн при помощи гидротехнических сооружений. Современная техника может проложить каналы любой длины, а могучие насосы в силах погнать воду против течения. Но предсказать, каковы будут экологические последствия переброски, — очень трудная задача даже для сегодняшней науки. Прежде чем начать гигантское вторжение в природу, надо всесторонне взвесить все “за” и “против”.

Канал Иртыш- Караганда. Почти по 500-километровой рукотворной реке подается вода из Иртыша в шахтерскую Караганду, на Казахстанскую Магнитку в Темиртау. Потребители получили огромное количество иртышской воды. Строительство и эксплуатация канала Иртыш-Караганда — первый в казахстанском гидростроении опыт переброски вод сибирских рек в засушливые казахстанские степи. На бескрайних степях между Карагандой и Павлодаром построены 22 насосно-подъемные станции, водовыпуски, водосбросы и другие гидротехнические устройства, с помощью которых вода поднята на высоту 420м. Значение водной магистрали в развитии производительных сил Центрального Казахстана огромно. Здесь сложились новые крупные центры промышленности, и недостаток воды до последнего времени сильно сдерживал их рост.

Подземные воды. Объем подземной влаги точно установить довольно трудно. Ориентировочно объем подземных вод в настоящее время оценивается в 23,4 млн. км³.

Городское и сельское хозяйственно-питьевое водоснабжение обеспечивается преимущественно за счет вод, залегающих в глубоких горизонтах.

Подземная вода, заполняя поры и трещины, образует водоносные горизонты, пласты и гидрогеологические бассейны. Подземные воды обладают естественной защищенностью: совокупностью гидрогеологических условий, предотвращающих проникновение загрязняющих веществ в водоносные горизонты. Поэтому подземная вода намного чище речной и озерной. Эксплуатация подземных вод должна быть разумной. Необходим постоянный контроль за их режимом и изменением баланса.

К чему приводит отсутствие контроля за эксплуатацией подземных вод, можно видеть на примере Японии. В год в Японии потребляется около 76 500 млн. т воды, из них 13300 млн. т составляют грунтовые воды. Японские промышленники, пользуясь бесконтрольностью, предпочитали бурить дешевые скважины непосредственно на территориях предприятий или вблизи них, нежели строить дорогостоящие водопроводы. Во многих районах страны это привело к резкому понижению поверхности, а в прибрежных зонах — к значительному повышению солености вод. В западных районах столицы Японии, например, только за один год (с января 1973 по январь 1974 г.) уровень земной поверхности понизился на 25,2 см. Аналогичные явления наблюдаются и в других районах земного шара. Они вызывают опасные сдвиги фундаментов зданий, тюбингов на линиях метро и другие нежелательные последствия.

 

 

11.10 Основные источники загрязнения поверхностных и подземных вод

Источник, вносящий в поверхностные или подземные воды загрязняющие воду вещества, микроорганизмы или теплоту, называется источником загрязнения. Вещество, вызывающее нарушение норм качества воды (установленные значения показателей качества воды по видам водопользования), называется загрязняющим веществом. Микробное загрязнение вод происходит в результате поступления в водоемы патогенных микроорганизмов. Выделяют также тепловое загрязнение вод в результате поступления теплоты.

Основная причина загрязнения поверхностных водных бассейнов — сброс в водоемы неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод промышленными предприятиями, коммунальным и сельским хозяйством. Подсчитано, что если город потребляет в день 600 тыс. м³ воды, то он дает около 500 тыс. м³ сточных вод. Остатки удобрений и ядохимикатов, вымываемые из почвы, попадая в водоемы, также загрязняют их. Сточные воды — это воды, отводимые после использования в бытовой и производственной деятельности человека.

В настоящее время на всем земном шаре на промышленные и хозяйственно-бытовые нужды расходуется 150 км³ воды/год. По сравнению с объемом устойчивого речного стока планеты это меньше 0,5%. Президент Международной комиссии поверхностных вод проф. М. И. Львович подсчитал, какую опасность таит эта “капля” для моря пресноводных ресурсов. Чтобы иметь в своем распоряжении 150 км³ воды, необходимо из источников отбирать ее вчетверо больше. Таков непреложный закон водопотребления. Следовательно, фактический водозабор достигает уже 600 км³ год. Разница 450 км³ — это возвратные воды, снова направляемые в реки и водоемы. Для обезвреживания даже после основательной биологической очистки эти воды необходимо разбавлять чистой водой. Нормы разбавления иной раз очень высокие. Так, для стоков производства синтетических волокон кратность разбавления составляет 1: 185, для полиэтилена или полистирола — 1: 29. Во всем мире на обезвреживание сточных вод ежегодно затрачивается 5500 км³ чистой воды — втрое больше, чем на все другие нужды человечества. Эти воды составляют уже 30% устойчивого стока всех рек земного шара. Следовательно, основную угрозу нехватки воды порождает не безвозвратное промышленное потребление, а загрязнение природных вод промышленными стоками и необходимость их разбавления.

Загрязнения, поступающие в сточные воды, условно можно разделить на несколько групп. По физическому состоянию выделяют нерастворимые, коллоидные и растворенные примеси. Кроме того, загрязнения делятся на минеральные, органические, бактериальные и биологические.

Минеральные загрязнения обычно представлены песком, глинистыми частицами, частицами руды, шлака, минеральных солей, растворами кислот, щелочей и другими веществами.

Органические загрязнения подразделяются по происхождению на растительные и животные. Растительные органические загрязнения представляют собой остатки растений, плодов, овощей и злаков, растительного масла и др. Загрязнения животного происхождения — это физиологические выделения людей и животных, остатки тканей животных, клеевые вещества и др.

Бактериальное и биологическое загрязнения свойственны главным образом бытовым сточным водам и стокам некоторых промышленных предприятий (бойни, кожевенные заводы, фабрики первичной обработки шерсти, меховые производства, биофабрики, предприятия микробиологической промышленности и др.).

Бытовые сточные воды включают воды кухонь, туалетных комнат, душевых, бань, прачечных, столовых, больниц, хозяйственные воды, которые образуются при мытье помещений, и др. Они поступают из жилых и общественных зданий, от бытовых помещений промышленных предприятий и др. В бытовых сточных водах органическое вещество в загрязнениях составляет 58%, минеральные вещества — 42%.

В промышленном производстве вода используется как теплоноситель, поглотитель, растворитель, как средство транспортировки. Возможно также использование воды для разных целей одновременно.

Многие предприятия машиностроения, металлообработки, коксохимии, сланцепеработки, тепловые электростанции используют воду для охлаждения. Расходы воды на этих предприятиях для охлаждения достигают 80% от всего количества воды, используемой в производстве. Вода — теплоноситель в технологическом процессе главным образом нагревается, а не загрязняется. Вода, используемая для охлаждения сырья, продукции или оборудования, также загрязняется теми или иными вредными веществами.

На предприятиях нефтехимической и химической промышленности вода используется как растворитель, входит в состав продукции. При этом образуются, как правило, специфические сточные воды. В ряде случаев вода играет роль среды-поглотителя и средства транспортировки (обогащение, мойка, очистка сырья и продукции и т. п.). При этом она загрязняется механическими примесями и растворимыми химическими веществами. На химических, целлюлозно-бумажных и гидролизных заводах, а также на предприятиях легкой и пищевой промышленности вода используется в качестве рабочей среды.

Производство и широкое применение синтетических поверхностно-активных веществ (ПАВ), особенно в составе моющих средств, обусловило поступление их со сточными водами во многие водоемы, в том числе источники хозяйственно-питьевого водоснабжения. Эти вещества — одни из самых распространенных химических загрязнений водоемов. Неэффективность очистки воды от ПАВ на современных водопроводных очистных сооружениях является причиной появления их в питьевой воде водопроводов. Поверхностно-активные вещества могут оказывать отрицательное влияние на качество воды, самоочищающую способность водоемов, организм человека, а также усиливать неблагоприятное действие других веществ на эти показатели, поэтому необходимо ограничение их содержания в воде.

Наряду с ПАВ широко распространенными химическими загрязнителями водоемов являются пестициды, которые поступают в водоемы с дождевыми и талыми водами (поверхностный сток), смывающими их с растений и почвы, при авиа- и наземной обработке сельскохозяйственных угодий и лесов, при непосредственной обработке водоемов пестицидами, с дренажно-коллекторными водами, образующимися в сельскохозяйственном производстве при выращивании хлопка и риса, со сточными водами, образующимися в сельском хозяйстве в результате применения пестицидов, и стоками предприятий, производящими их.

Степень опасности сноса пестицидов в период обработки сельскохозяйственных угодий зависит от способа применения и формы препарата. При наземной обработке опасность загрязнения водоемов меньше. При авиаобработке препарат может сноситься потоками воздуха на сотни метров и осаждаться на необработанной территории и поверхности водоемов.

Источниками загрязнения поверхностных вод могут быть крупные животноводческие комплексы, сточные воды судов. Последние разделяются на три группы: фановые, или фекальные; хозяйственно-бытовые, включающие стоки от камбузов, душей, прачечных и др.; подсланевые, или нефтесодержащие. Для фановых сточных вод характерно высокое бактериальное (коли-индекс достигает 10¹¹ -10¹²), а также органическое загрязнение (химическое потребление кислорода достигает 1500-2000 мг/л). Объем фановых вод сравнительно невелик — суточный объем их на всех судах бассейна Волги не превышает 5 - 6 тыс. м³.

Хозяйственно-бытовые сточные воды характеризуются невысоким органическим загрязнением, но в них ярко выражено бактериальное загрязнение: коли-индекс достигает 10⁶-10⁸. Их обычно сбрасывают за борт судна по мере образования. Сброс таких вод в зоне санитарной охраны водопроводов запрещен.

Подсланевые воды образуются в машинных отделениях судов. Они отличаются высоким содержанием нефтепродуктов. В последние годы водоемы приняли многие и многие тысячи единиц так называемого маломерного флота (катера, различные лодки с подвесными моторами и др.). Маломерный флот стал серьезным загрязнителем водоемов.

Источником загрязнения водоемов является также поверхностный сток. Суммарное количество загрязнений, которые попадают в водоемы и водотоки с поверхностным стоком урбанизированных территорий, составляет примерно 8-15% от показателей загрязнения хозяйственно-бытовых сточных вод.

Источниками загрязнения подземных вод могут быть: 1) места хранения и транспортировки промышленной продукции и отходов производства; 2) места аккумуляции коммунальных и бытовых отходов; 3) сельскохозяйственные или другие угодья, на которых применяются удобрения, пестициды и другие химические вещества; 4) загрязненные участки поверхностных водных объектов, питающих подземные воды; 5) загрязненные участки водоносного горизонта, естественно или искусственно связанного со смежными водоносными горизонтами; 6) участки инфильтрации загрязненных атмосферных осадков; 7) промышленные площадки предприятий; поля фильтрации, буровые скважины и другие горные выработки.

Выделяют микробное и химическое загрязнение подземных вод. В подземных водах некоторые патогенные бактерии и вирусы довольно длительно сохраняют свою жизнедеятельность (100 сут и более). Микробному загрязнению чаще подвергаются грунтовые воды. Очаги загрязнения образуются при наличии полей ассенизации и фильтрации, скотных дворов, выгребных ям, через которые идет прямая фильтрация загрязненных вод. И если грунты в зоне аэрации теряют свои очищающие свойства, начинается загрязнение грунтовых вод. Особенно опасны очаги загрязнения в местах хорошо проницаемых трещиноватых или крупнообломочных пород. В таких случаях загрязнения могут проникать вместе с атмосферными осадками. Грунтовые воды могут загрязняться при сбросе сточных вод в поглощающие скважины, ямы, колодцы.

Загрязнение артезианских вод может иметь место при сбросе сточных вод в поглощающие скважины, а также при протекании загрязненных грунтовых вод через корродированные трубы и затрубное пространство заброшенных скважин, имеющих дефекты.

Загрязнение подземных вод химическими веществами может идти через загрязненные поверхностные воды, которые питают подземные.

На промышленных предприятиях для очистки сточных вод используют пруды-отстойники, шламовые пруды, пруды-накопители, пруды-испарители, хвостохранилища, золоотвалы и др. В ряде случаев они также могут быть источником загрязнения подземных вод. При использовании земледельческих полей орошения и полей фильтрации для очистки сточных вод также не исключено загрязнение подземных вод вредными химическими веществами.

В подземные воды могут поступать и поверхностно-активные вещества (ПАВ). Загрязнение ПАВ наблюдается при использовании почвенных методов очистки сточных вод, содержащих ПАВ, при пополнении запасов подземных вод из поверхностных водоисточников, содержащих ПАВ.

Источником загрязнения подземных вод могут быть атмосферные осадки, загрязняющиеся на территориях, занятых промышленными отходами, золоотвалами, на участках хранения нефтепродуктов, сырья и готовой продукции предприятий химической промышленности, складов ядохимикатов и удобрений.

Попадание загрязняющих веществ в подземные воды из источников загрязнения должно быть исключено.

При организации и устройстве аккумулирующих емкостей для хранения сырья, продуктов и отходов промышленного производства и коммунального хозяйства на участках возможного загрязнения подземных вод необходимо обеспечить их водонепроницаемость. Мероприятия по охране вод от загрязнений должны основываться на данных инженерно-геологических изысканий, фильтрационных расчетах и прогнозах миграции загрязняющих веществ в подземных водах с учетом особенностей загрязняющих веществ. Не допускается сооружение аккумулирующих емкостей в зонах питания подземных вод в начале делювиальных или пролювиальных конусов выноса или шлейфов, на нижних речных террасах, сильно трещиноватых участках, особенно если подземные, воды в этих отложениях используются для питьевого водоснабжения.

При проведении геологоразведочных работ, эксплуатации месторождений полезных ископаемых, разрабатываемых открытым способом, и других работах, в ходе которых вскрываются водоносные горизонты, необходимо принять меры по предотвращению загрязнения и истощения подземных вод.

При авариях и повреждениях, которые могут вызвать загрязнение подземных вод, необходимо оградить место аварии и обеспечить его охрану, покрыть адсорбционными материалами разлитые или рассыпанные вещества, прекратить отбор подземных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения в зоне аварии, собрать, нейтрализовать или уничтожить разлитые или рассыпанные вещества и ликвидировать последствия аварии и повреждения.

При загрязнении или опасности загрязнения подземных вод объем и способ наблюдений за их режимом или качеством определяются в зависимости от значения и вида водопользования, а также с учетом возможных последствий загрязнения.