Водные ресурсы и проблемы водопользования

Наиболее чистыми водами по качеству являются пресные подземные источники, расположенные на глубине 100…1000 м, и в силу этого они достаточно надежно защищены от загрязнения и не требуют очистки. Вода находятся в водоносных горизонтах из осадочных пород, а также в трещинах, карстовых размывах. Мировой объём  подземных вод составляет 23,4 ×10⁶  км³, из них пресных -10,53×10⁶  км³ или 1,70 и 0,76 % от общего запаса воды соответственно.

Доступные запасы питьевой воды в России составляют 5589 км³/год, из которых 59 % используется в промышленности, 21 % - в ЖКХ и 14 % - в сельском хозяйстве. Наша страна имеет уникальнейшие запасы пресной воды в озерах Ладожском, Онежском и Байкале. Котловина оз. Байкал постоянно растёт, и по опубликованным расчётам с 1850 г. запасы  воды увеличились на 3 млрд. м³. По данным космических спутников котловина озера раскрывается на 5 мм/год, что эквивалентно увеличению объёма воды на 20 млн.  м³. Объём оз. Байкал несколько превышает объём воды пяти Великих американских озёр.

Вода содержит различные вещества:

- растворы солей  Na, K, Ca, Mg, реже Fe, Mn, Al в виде гидрокарбонатов, хлоридов, сульфидов, нитратов, силикатов и других соединений;

- растворённые газы  О₂, N₂, СО₂, NH₃, H₂S и др.;

- органические вещества: продукты жизнедеятельности организмов (сое- динения азота и фосфора, белковые аминокислоты и др.);

- кремниевую кислоту (H₂SiO₃) в коллоидной и ионной формах;

- микроэлементы  Со²⁺, Ni²⁺, I^-, Br^-, F^-  и др.);

- бактерии и микроорганизмы;

- прочие взвешенные и окрашивающие вещества.

Химический состав природных вод, её прозрачность зависит от географических, геологических, биологических, антропогенных и физико-химических факторов. Одним из свойств воды является её жёсткость, связанная с содержанием хлоридных и сульфатных солей Ca и Mg. Жёсткость воды выражается в молях ионов Ca и Mg в 1 л воды. Различают мягкую воду (менее 2 ммоль/л) – например, оз. Ладожское; средней жёсткости (от 2 до 6) – обычно это вода рек; жёсткую (от 6 до 10) – Белое море; очень жёсткую (более 10 ммоль/л) – воды Балтийского, Черного и Каспийского морей и океанов.

Согласно ГОСТ 17.1.1.04–80 вода в зависимости от цели водопользования классифицируется на 5 групп:

1. Вода питьевая по качеству разделяется на 3 класса, состав и органолептические свойства которой определяет ГОСТ Р 51232 – 98.

2. Вода техническая, кроме питьевой, минеральной и промышленной, пригодная для использования в народном хозяйстве (обеспечение производственных процессов, орошение, тушение пожаров, промывка труб и др.).

3. Вода теплоэнергетическая – это термальная для теплоэнергетических установок.

4. Вода промышленная, используемая для добычи промышленных химических компонентов из подземных вод.

5. Вода минеральная для лечения.

Одной из основных глобальных проблем для человечества является нехватка воды. Масштабы этой проблемы обозначились ещё в 1977 г. на конференции ООН по водным ресурсам, что явилось причиной провозглашения в 80-х годах “Десятилетия питьевой воды и санитарии”.

Хотя вода самая обильная из земных стихий, тем не менее, в наши дни хронический дефицит воды испытывает уже 40% населения земного шара и около половины населения страдает недугами от плохого качества воды. По мнению многих крупнейших экологов мира, дефицит пресной воды угрожает существованию человечества в большей мере, чем радиация, тяжёлые металлы, потепление климата и прочее. Именно пресную воду называют «экологической бомбой ХХI столетия».

Проблема в том, что примерно 96,5 %  воды находится в морях и океанах и из-за высокого содержания солей она практически не используется для хозяйственных нужд. Огромная часть (около 69 %) пресной воды находится в полярных льдах и глубинах земли. И только ничтожная доля пресной воды, заключенная в реках, озёрах и подземных источниках может использоваться в быту, хозяйственной и производственной деятельности человека.

Но беда состоит ещё в том, что эта вода расположена крайне неравномерно на планете. Крупнейший водный бассейн р. Амазонки расположен в малонаселенном районе земного шара. В то же время имеется 20 развивающихся стран, где на душу населения приходится воды менее 1000 м³ / год, при  среднем потреблении около 7000 м³/год, и ещё 18 стран, в которых этот показатель не превышает 2000 м³/год.

Водный фактор начинает сдерживать развитие сельского хозяйства и промышленности. Причина нехватки воды связана с природно-клима-тическими условиями, интенсивным нерациональным расходованием её в промышленности, большими потерями в водопроводных сетях (до 30 %) и прогрессирующим загрязнением водных ресурсов. В мире хорошо известно о так называемой Аральской катастрофе. Из-за нерационального использования стока рек Аму-Дарьи и Сыр-Дарьи их воды перестали достигать дельты и площадь Аральского моря стала резко сокращаться. Аналогичная экологическая катастрофа произошла на реке Колорадо в США, где прекратился сток воды в 1965 г. Подобная катастрофа произошла на реке Хуанхе в Китае. Такое же снижение стока и пересыхание в сухой сезон наблюдается на Ганге, Ниле и других реках.

Многие международные конфликты сегодня возникают из-за нехватки воды. Проблема ближневосточного урегулирования непосредственно связана с использованием водных ресурсов р. Иордан; девять африканских государств ведут спор о водах р. Нила; Бангладеш, Индия и Непал – о р. Ганге; Камбоджа, Таиланд и Непал – о р. Меконге. Даже США и Мексика не могут договориться об использовании вод р. Рио-Гранде. Чистая, хорошая вода стала предметом экспорта.

Водопотребление в мире в 1900 г. составляло 579 км³, в 1950 г. поднялось до 1382 км³, а в 2000 г. – 3973 км³/год, т.е. возросло  почти в 7 раз за 100 лет!  С учётом рециклирования воды и использования её в водохранилищах реальное общее потребление составляет 4780 км³/год. Мировая структура водопотребления в 2010 г. представлена на рис. 8.1. В настоящее время мировая

потребность в воде составляет половину глобального стока воды и растёт с каждым годом.

Ориентировочные прогнозы показывают, что к 2025 г. мировая потребность в воде по сранению с данными на 2000 г. возрастёт в промышленном секторе в 1,6 раза, в коммунальном хозяйстве - в 1,5 раза, в сельском - в 1,2 раза. Прогноз водопотребления в Российской Федерации на 2020 г. составил:

Рис. 8.1. Объёмы водопотребления в мире на 2010 г.

 общее – 650…700 км³/год и потери 260…300 км³. Во многих реках России водозабор превысил в настоящее время все допустимые нормы (более 50 %).

Из всего сказанного следует, что проблема водосбережения и рационального использования воды сегодня является одной из самых актуальных для всего человечества.

Второй глобальной проблемой водопользования является загрязнение гидросферы  планеты. Судьба океана одновременно является и судьбой биосферы. Дно океана даёт четверть мировой добычи нефти, обеспечивает 90 % мировой добычи брома, 60 % магния, 30 % поваренной соли, значительную часть алмазов и т. п. Океан является одним из важнейших источников пищевых ресурсов для человечества, поставляя 25 % белков животного происхождения. Велико и его транспортное значение – 75 % мирового грузооборота приходится на его долю.

Сегодня загрязнение океана, включая широты Арктики и Антарктики, приобрело глобальный характер. Различают химическое, биологическое (бактериальное) и физическое (радиоактивное, тепловое) загрязнения. В океан ежегодно сбрасывается около 1,2  млрд.  т  различных химических соединений. Самыми опасными загрязнителями океана являются углеводороды (нефть и нефтепродукты, пестициды и др.), токсичные металлы (ртуть, свинец, кадмий, мышьяк и др.) и радиоактивные вещества. Эти загрязнители поражают экосистему океана из-за их отравляющего, мутагенного, либо канцерогенного действия на морские организмы. Например, в одном кг рыбы содержится металлов примерно столько же, сколько их сконцентрировано в 1000 кг фитопланктона.

Примерно половина населения земного шара обитает вблизи океана или непосредственно в его прибрежной зоне. Около 50 % городов с населением более одного миллиона человек расположено около устьев рек и заливов, и огромная масса их промышленных, бытовых и сельскохозяйственных отходов поступает со стоками с суши в прибрежную зону мелководья, составляющей около 13 %  общей площади океана. Но именно в этой зоне океана вылавливается более 90 % рыбы и продуцируется 40 % органических веществ. Всё сказанное должно служить основанием для международного соглашения, запрещающего захоронение ядовитых и радиоактивных отходов в глубинах океана.

Ещё хуже ситуация с внутренними водоёмами – реками, озёрами, морями и подземными водами. Им нанесён непоправимый ущерб чрезмерным водозабором для промышленных, сельскохозяйственных и бытовых нужд,  загрязнением промышленными отходами, пестицидами, минеральными и органическими удобрениями, смываемыми с сельхозугодий в реки и озёра.

Многие крупные города Европы не очищают свои сточные воды и вносят большой вклад в загрязнение Северного и Балтийского морей.    Наимень-ший вклад в загрязнение вносит С-Петербург, где на 2011 г. очищается 93 % сточных вод, а к концу 2012 г. запланировано 97 %.

 В бассейне р. Волги загрязнение подземных и поверхностных вод достигло такого уровня, что правительство РФ вынуждено было принять специальную федеральную программу “Возрождение Волги”. Эксплуатация построенного целлюлозно-бумажного комбината на оз. Байкал показала, что экологический ущерб от его деятельности во много раз превысил стоимость выпущенной им продукции.

Крупнейший  пресноводный водоём Европы оз. Ладожское питает водой свыше 5 млн. человек.  Многие годы в него сбрасывали ядовитые стоки несколько ЦБК и ряд других крупных предприятий. Один лишь Приозёрский ЦБК сбрасывал ежегодно 58 млн. м³ ядовитых отходов. Только угроза крупной экологической катастрофы заставила перепрофилировать этот комбинат. За последние 50…60 лет Ладога обмелела на 2,5 м ,и её объём уменьшился примерно на величину равную Чудскому озеру.

В уникальное по чистоте оз. Байкал поступает с водами р. Селенги от предприятий более 20 млн. м ³ / год сточных вод, в том числе десятки тысяч тонн взвешенных веществ и органики. Селенгинский ЦБК загрязняет тяжелыми металлами и хлорорганическими соединениями.

Наконец, третьей проблемой является повышение уровня мирового океана из-за потепления климата, как следствие таяния ледников. Наблюдения за уровнем океана за последние 100 лет показывают его повышение на 1,2…1,5 мм/год и увеличение объёма на 543 км³/год. Происходит затопление значительных территорий, этому же способствует оседание земли из-за откачки подземных вод в таких городах, как Хьюстон, Бангкок, Джакарта, Венеция и др. Кроме этого потепление климата способствует усыханию озер и сокращению запасов подземных вод.