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

до 0 0С и ниже.			1,025 г/см3 при
Средняя	плотность океанической	воды составляет
минерализации	35 г/л. В растворе воды	установлены почти	все элементы

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:

ирригация .......................……..... 7000
промышленность .........................	1700
бытовые нужды .......................…. 600
разбавление сточных вод ............	9000
другие виды потребления .............	400
───────────────────────────────
ИТОГО:	18700
Эти используемые ресурсы составляют более трети мировых запасов пресной
воды. Ресурсы бывшего СССР равны 4384 км3/год, а единовременные объемы
воды в реках - 475 км3. Значительные запасы (3000 км3) сосредоточены в болотах
Западной Сибири и северо-востока европейской части России. Болота являются
природными аккумуляторами и осветлителями	влаги, регуляторами

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

	Средне-	Водообеспеченность
Страна	годовой	на одного жителя,
	сток рек, км3	тыс. м3
Бразилия	5668	59,50
Бывший
СССР	4384	17,50
КНР	2880	3,79
Канада	2740	128,00
США	2345	11,40
Индия	1586	2,88

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