Основными источниками обеспечения водой человечества являются речной сток и подземные воды.
В настоящее время половина населения планеты испытывает водный голод. Это связано с неравномерным распределением ее, ростом народонаселения, развитием промышленности, сельского хозяйства, резким увеличением водопотребления, загрязнением гидросферы.
Для обеспечения пресной водой применяют различные методы:
- создают водохранилища на реках, регулирующие речной сток; при этом затапливаются большие территории земель и другие негативные последствия (см. экологические проблемы ГЭС);
- в целях экономии земельных ресурсов создают подземные коллекторы, водохранилища, куда закачивают воду в паводковый период;
- используют подземные воды;
- опресняют морскую соленую воду (в мире насчитывается более 800 опреснительных станций);
- некоторые страны импортируют пресную воду, транспортируют ее по трубопроводам, судами, автотранспортом и даже самолетами;
- существуют проекты по перевозке твердой воды в виде айсбергов из Антарктиды к прибрежным районам Южной Африки, Америки, Аравийского полуострова.
Одновременно с поисками путей получения пресной воды, ведется борьба с ее потерями, загрязнением, снижением водопотребления.
Выделяют следующие способы использования воды: водопользование и водопотребление. Водопользование – это использование воды в качестве среды или механического источника без изъятия ее из водного объекта, например, для водного транспорта, рыбного хозяйства, гидроэнергетики, лесосплава и т. д. Водопотребление сопровождается забором воды из источника для нужд населения, промышленности, сельского хозяйства и т. д.
Сельскохозяйственное потребление. Наибольшее количество воды используется на орошение, и оно зависит от климатических условий, вида орошаемых культур, состояния оросительных систем, способов полива. Значительные объемы воды требуются при орошении овощных культур, хлопчатника, риса и т.д.
При орошении происходят потери воды на испарение, возвращается же вода в водные объекты с подземными водами в небольшом объеме и с другим химическим составом.
Источники загрязнения гидросферы.
К основным источникам загрязнения гидросферы относятся следующие:
- сброс в водные объекты неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод;
- смыв поверхностным стоком различных загрязнителей в водные объекты;
- подземные воды, содержащие в своем составе растворенные загрязнители;
- атмосферные осадки, вымывающие загрязнители из атмосферы;
- утечки нефти и нефтепродуктов при транспортировке.
Наибольшее загрязнение водных объектов происходит при сбросе неочищенных промышленных, коммунально-бытовых сточных вод. Сточные воды – это воды, загрязненные в процессе использования в быту или в промышленности.
Промышленные сточные воды загрязняют экосистемы самыми разнообразными компонентами в зависимости от специфики отраслей промышленности. Преобладающий вид загрязнителей: нефтепродукты, взвешенные вещества, тяжелые металлы, органические вещества, синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ) и другие.
Источниками загрязнения нефтепродуктами является нефтеперерабатывающая промышленность, любые предприятия, использующие нефтепродукты, а также водный транспорт нефти и нефтепродуктов. Нефтепродукты образуют на воде тонкую пленку, которая препятствует проникновению солнечного света, обогащению кислородом. Нефтепродукты негативно воздействуют на икру, мальков, взрослые особи, при большом загрязнении рыба имеет неприятный запах и непригодна к использованию.
Сточные воды целлюлозно-бумажной, пищевой промышленности содержат в своем составе целлюлозное волокно, органические вещества, жиры, смолы и др.
Источниками тяжелых металлов являются машиностроительная, металлургическая, металлообрабатывающая и другие виды промышленности. Тяжелые металлы накапливаются в илах, в живых организмах, передаются по пищевой цепи.
Сточные воды химических и других предприятий содержат значительное количество сложных органических веществ, ранее не существовавших в природе. Особенно распространены детергенты (СПАВ), они входят в состав моющих, чистящих средств, их применяют при производстве полимеров, пестицидов, обогащении руд и т.д. Они содержат в своем составе фосфор, азот, т. е. питательные вещества для растительных организмов. Поступление их в водные объекты приводит интенсивному росту фитопланктона, “цветению”, истощению кислорода.
Коммунально-бытовые сточные воды поступают из жилых и общественных зданий, прачечных, столовых, больниц и т. д. При недостаточной очистке в сточных водах этого типа преобладают различные органические вещества, СПАВ, а также болезнетворные микроорганизмы.
Огромное количество опасных загрязнителей поступает в водные объекты с поверхностным стоком. С сельскохозяйственных территорий, включая площади, занимаемые животноводческими комплексами, смываются поверхностным стоком отходы, почва, гумус, удобрения, пестициды. В основном они попадают в водные объекты без очистки и поэтому имеют высокую концентрацию загрязняющих и биогенных веществ. Они вносят огромный вклад в “цветение” водных объектов.
Поверхностный сток с промышленных территорий содержит специфические загрязнители, характерные для данного производства.
Значительную опасность представляют пылегазовые выбросы промышленных предприятий, оседающие из атмосферы на поверхность водосборной площади и непосредственно на водную поверхность.
Существование биосферы и человека всегда было основано на использовании воды. Человечество постоянно стремилось к увеличению водопотребления, оказывая на гидросферу огромное многостороннее воздействие.
На нынешнем этапе развития техносферы, когда в мире еще в большей степени возрастает воздействие человека на гидросферу, а природные системы в значительной степени утратили свои защитные свойства, очевидно необходимы новые подходы, экологизация мышления, «осознание реальностей и тенденций, появившихся в мире в отношении природы в целом и ее составляющих».
В полной мере это относится к осознанию такого страшного зла, каким является в наше время загрязнение и истощение вод.
Под загрязнением водоемов понимают снижение их биосферных функций и экологического значения в результате поступления в них вредных веществ.
Загрязнение вод проявляется в изменении физических и органолептических свойств (нарушение прозрачности, окраски, запахов, вкуса), увеличении содержания сульфатов, хлоридов, нитратов, токсичных тяжелых металлов, сокращении растворенного в воде кислорода воздуха, появлении радиоактивных элементов, болезнетворных бактерий и других загрязнителей.
Главные загрязнители вод. Установлено, что более 400 видов веществ могут вызвать загрязнение вод. В случае превышения допустимой нормы хотя бы по одному из трех показателей вредности: санитарно-токсикологическому, общесанитарному или органолептическому, вода считается загрязненной.
Различают химические, биологические и физические загрязнители. Среди химических загрязнителей к наиболее распространенным относят нефть и нефтепродукты, СПАВ (синтетические поверхностно-активные вещества), пестициды, тяжелые металлы, диоксины и др. Очень опасно загрязняют воду биологические загрязнители, например, вирусы и другие болезнетворные микроорганизмы, и физические - радиоактивные вещества, тепло и др.
Основные виды загрязнения. Наиболее часто встречается химическое и бактериальное загрязнение вод. Значительно реже наблюдается радиоактивное, механическое и тепловое загрязнение.
Химическое загрязнение - наиболее распространенное, стойкое и далеко распространяющееся. Оно может быть органическим фенолы, нафтеновые кислоты, пестициды и др.
Неорганическим соли, кислоты, щелочи, токсичным мышьяк, соединения ртути, свинца, кадмия и другие и нетоксичным.
При осаждении на дно водоемов или при фильтрации в пласте вредные химические вещества сорбируются частицами пород, окисляются и восстанавливаются, выпадают в осадок и т. д., однако, как правило, полного самоочищения загрязненных вод не происходит. Очаг химического загрязнения подземных вод в сильно проницаемых грунтах может распространяться до 10 км и более.
Бактериальное загрязнение выражается в появлении в воде патогенных бактерий, вирусов (до 700 видов), простейших, грибов и др. Этот вид загрязнений носит временный характер.
Весьма опасно содержание в воде, даже при очень малых концентрациях, радиоактивных веществ, вызывающих радиоактивное загрязнение. Наиболее вредны «долгоживущие» радиоактивные элементы, обладающие повышенной способностью к передвижению в воде (стронций-90, уран, радий-226, цезий и др.).
Радиоактивные элементы попадают в поверхностные водоемы при сбрасывании в них радиоактивных отходов, захоронении отходов на дне и др.
В подземные воды уран, стронций и другие элементы попадают как в результате выпадения их на поверхность земли в виде радиоактивных продуктов и отходов и последующего просачивания в глубь земли вместе с атмосферными водами, так и в результате взаимодействия подземных вод с радиоактивными горными породами.
Механическое загрязнение характеризуется попаданием в воду различных механических примесей (песок, шлам, ил и др.). Механические примеси могут значительно ухудшать органолептические показатели вод.
Применительно к поверхностным водам выделяют еще их загрязнение (а точнее, засорение) твердыми отходами (мусором), остатками лесосплава, промышленными и бытовыми отходами, которые ухудшают качество вод, отрицательно влияют на условия обитания рыб, состояние экосистем.
Тепловое загрязнение связано с повышением температуры вод в результате их смешивания с более нагретыми поверхностными или технологическими водами. При повышении температуры происходит изменение газового и химического состава в водах, что ведет к размножению анаэробных бактерий, росту гидробионтов и выделению ядовитых газов - сероводорода, метана. Одновременно происходит «цветение» воды, а также ускоренное развитие микрофлоры и микрофауны, что способствует развитию других видов загрязнения.
Основные источники загрязнения поверхностных и подземных вод. Процессы загрязнения поверхностных вод обусловлены различными факторами. К основным из них относятся:
1) сброс в водоемы неочищенных сточных вод;
2) смыв ядохимикатов ливневыми осадками;
3) газодымовые выбросы;
4) утечки нефти и нефтепродуктов.
Наибольший вред водоемам и водотокам причиняет выпуск в них неочищенных сточных вод - промышленных, коммунально-бытовых, коллекторно-дренажных и др.
Кроме поверхностных вод постоянно загрязняются и подземные воды, в первую очередь в районах крупных промышленных центров. Источники загрязнения подземных вод весьма разнообразны.
Загрязняющие вещества могут проникать к подземным водам различными путями: при просачивании промышленных и хозяйственно-бытовых стоков из хранилищ, прудов-накопителей, отстойников и др., по затрубному пространству неисправных скважин, через поглощающие скважины, карстовые воронки и т. д.
К естественным источникам загрязнения относят сильно минерализованные (соленые и рассолы) подземные воды или морские воды, которые могут внедряться в пресные незагрязненные воды при эксплуатации водозаборных сооружений и откачке воды из скважин.