Реферат: Водные ресурсы
ВОДНЫЕ РЕСУРСЫВодные ресурсы и их использование
Водная среда включает поверхностные иподземные воды. Поверхностные воды в основном сосредоточены в океане,содержанием 1 млрд. 375 млн. км3 — около 98% всей воды на Земле.Поверхность океана (акватория) составляет 361 млн. км2. Она примернов 2,4 раза больше площади суши территории, занимающей 149 млн. км2.
Подземные воды бывают солеными,солоноватыми (меньшей солености) и пресными; существующие геотермальные водыимеют повышенную температуру (более 30<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">°
С.). Для производственнойдеятельности человечества и его хозяйственно-бытовых нужд требуется преснаявода, количество которой составляет всего лишь 2,7% общего объема воды наЗемле, причем очень малая ее доля (всего 0,36%) имеется в легкодоступных длядобычи местах. Большая часть пресной воды содержится в снегах и пресноводныхайсбергах, находящихся в районах в основном Южного полярного круга. При отсутствиипресной воды используют соленую поверхностную или подземную воду, производя ееопреснение или гиперфильтрацию: пропускают подбольшим перепадом давлений через полимерные мембраны с микроскопическимиотверстиями, задерживающими молекулы соли. Оба эти процесса весьма энергоемки,поэтому представляет интерес предложение, состоящее в использовании в качествеисточника пресной воды пресноводных айсбергов (или их части), которые с этойцелью буксируют по воде к берегам, не имеющим пресной воды, где организуют ихтаяние. По предварительным расчетам разработчиков этого предложения, получениепресной воды будет примерно вдвое менее энергоемки по сравнению с опреснением игиперфильтрацией.Без воды не может жить человек. Вода– один из важнейших факторов, определяющих размещение производительных сил, аочень часто и средство производства. Увеличение расходования водыпромышленностью связано не только с ее быстрым развитием, но и с увеличениемрасхода воды на единицу продукции. Например, на производство 1 тхлопчатобумажной ткани фабрики расходуют 250 м3 воды. Много водытребуется химической промышленности. Так, на производство 1 т аммиаказатрачивается около 1000 м3 воды.
Современные крупныетеплоэлектростанции потребляют огромное количество воды. Только одна станциямощностью 300 тыс. кВт расходует до 120 м3/с, или более 300 млн. м3в год. Валовое потребление воды для этих станций в перспективе возрастетпримерно в 9-10 раз.
Одним из наиболее значительных водопотребителей является сельское хозяйство. В системеводного хозяйства это самый крупный водопотребитель.На выращивание 1 т пшеницы требуется за вегетационный период 1500 м3воды, 1 т риса – более 7000 м3. Высокая продуктивность орошаемыхземель стимулировала резкое увеличение из площади во всем мире – она сейчасравна 200 млн. га. Составляя около 1/6 всей площади посевов, орошаемые землидают примерно половину сельскохозяйственной продукции.
Особое место в использовании водныхресурсов занимает водопотребление для нужд населения. На хозяйственно-питьевыецели в нашей стране приходится около 10% водопотребления.
Водный баланс земли.
Чтобы представить, сколько водыучаствует в круговороте, охарактеризуем различные части гидросферы. Более 94%ее составляет Мировой океан. Другая часть (4%) – подземные воды. При этомследует учесть, что большая их часть относится к глубинным рассолам, а пресныеводы составляют 1/15 долю. Значителен также объем льда полярных ледников: спересчетом на воду он достигает 24 млн. км., или 1,6% объема гидросферы.Озерной воды в 100 раз меньше – 230 тыс. км., а в руслах рек содержится всеголишь 1200 м. Воды, или 0,0001% всей гидросферы. Однако, несмотря на малый объемводы, реки играют очень большую роль: они, как и подземные воды, удовлетворяютзначительную часть потребностей населения, промышленности и орошаемогоземледелия. Воды на Земле довольно много. На долю пресных вод, исключая воду,скованную в полярных ледниках, приходится немногим более 2 млн. км., или только0,15% всего объема гидросферы.
Гидросфера как природная система
Гидросфера – это прерывистая воднаяоболочка Земли, совокупность морей, океанов, континентальных вод (включаяподземные) и ледяных покровов. Моря и океаны занимают около 71% земнойповерхности, в них сосредоточено около 96,5% всего объема гидросферы. Суммарнаяплощадь всех внутренних водоемов суши составляет менее 3% ее площади. На долюледников приходится 1,6% запасов воды в гидросферы, а их площадь составляетоколо 10% площади континентов.
Важнейшее свойство гидросферы –единство всех видов природных вод (Мирового океана, вод суши, водяного пара ватмосфере, подземных вод), которое осуществляется в процессе круговорота воды вприроде. Движущими силами этого глобального процесса служат поступающая на поверхностьЗемли тепловая энергия Солнца и сила тяжести, обеспечивающие перемещение ивозобновление природных вод всех видов.
Испарение с поверхности Мировогоокеана и с поверхности суши является начальным звеном круговорота воды вприроде, обеспечивающим не только возобновление наиболее ценного его компонента– пресных воды суши, но и их высокое качество. Показателем активности водообмена природных вод служит высокая скорость ихвозобновления, хотя различные природные воды возобновляются (замещаются) снеодинаковой скоростью. Наиболее мобильный агент гидросферы – речные воды,период возобновления которых составляет 10-14 суток.
Преобладающая часть гидросферных вод сосредоточена в Мировом океане. Мировойокеан – основное замыкающее звено круговорота воды в природе. Он отдает большуючасть испаряющейся влаги в атмосферу. Водные организмы, населяющиеповерхностный слой Мирового океана, обеспечивают возврат в атмосферузначительной части свободного кислорода планеты.
Огромный объем Мирового океанасвидетельствует о неисчерпаемости природных ресурсов планеты. Кроме того,Мировой океан является коллектором речных вод суши, ежегодно принимая около 39тыс. м3 воды. Наметившееся в отдельных районах загрязнение Мировогоокеана грозит нарушить естественный процесс влагоооборотав его наиболее ответственном звене – испарении с поверхности океана.
Загрязнение.
Под загрязнением водоемов понимаетсяснижение их биосферных функций и экономического значения в результатепоступления в них вредных веществ. Одним из видов загрязнения водоемов являетсятепловое загрязнение. Электростанции, промышленные предприятия часто сбрасываютподогретую воду в водоем. Это приводит к повышению в нем температуры воды. Сповышением температуры в водоеме уменьшается количество кислорода,увеличивается токсичность загрязняющих воду примесей, нарушается биологическоеравновесие.
В загрязненной воде с повышениемтемпературы начинают бурно размножаться болезнетворные микроорганизмы и вирусы.Попав в питьевую воду, они могут вызвать вспышки различных заболеваний.
В ряде регионов важным источникомпресной воды являлись подземные воды. Раньше они считались наиболее чистыми. Нов настоящее время в результате хозяйственной деятельности человека многиеисточники подземной воды также подвергаются загрязнению. Нередко это загрязнениенастолько велико, что вода из них стала непригодной для питья.
Человечество потребляет на свои нуждыогромное количество пресной воды. Основными ее потребителями являютсяпромышленность и сельское хозяйство. Наиболее водоемкие отрасли промышленности - горнодобывающая, сталелитейная, химическая, нефтехимическая,целлюлозно-бумажная и пищевая. На них уходит до70% всей воды, затрачиваемой в промышленности. Главный же потребительпресной воды- сельское хозяйство: на егонужды уходит60-80% всей пресной воды. Всовременных условиях сильно увеличиваются потребности человека в воде накоммунально-бытовые нужды. Объем потребляемой воды для этих целей зависит отрегиона и уровня жизни, составлял от3 до700 л на одного человека, в Москве, например,на каждого жителя приходится около650 л,что является одним из самых высоких показателей в мире.
Из анализа водопользования за5-6 прошедших десятилетий вытекает, чтоежегодный |прирост безвозвратного водопотребления, при котором использованнаявода безвозвратно теряется для природы, составляет4-5%. Перспективные расчеты показывают, что при сохранении такихтемпов потребления и с учетом прироста населения и объемов производства к2100 г. человечество может исчерпать всезапасы пресной воды.
Уже в настоящее время недостатокпресной воды испытывают не только территории, которые природа обделила воднымиресурсами, но и многие регионы, еще недавно вчитавшиеся благополучными в этомотношении. В настоящее время потребность в пресной воде не удовлетворяется у20% городского и75% сельского населения планеты.
Вмешательство человека в природныепроцессы затронуло даже крупные реки (такие, как Волга, Дон, Днепр), изменив всторону уменьшения объемы переносимых водных масс (сток рек). Используемая всельском хозяйстве вода по большей части расходуется на испарение и образованиерастительной биомассы и, следовательно, не возвращается в реки. Уже сейчас внаиболее обжитых районах страны сток рек сократился на8%, а у таких рек, как Дон, Терек, Урал- на1 1-20%. Весьмадраматична судьба Аральского моря, по сути, прекратившего существование из-зачрезмерного забора вод рек Сырдарьи и Амударьи на орошение. Ограниченные запасыпресной воды еще больше сокращаются из-за их загрязнения. Главную опасность представляютсточные воды (промышленные, сельскохозяйственные и бытовые), посколькузначительная часть использованной воды возвращается в водные бассейны в видесточных вод.
Загрязнение поверхностных вод.
Качество воды большинства водных объектов не отвечаетнормативным требованиям. Многолетние наблюдения за динамикой качестваповерхностных вод обнаруживают тенденцию увеличения числа створов с высокимуровнем загрязненности и числа случаев экстремально высокого содержаниязагрязняющих веществ в водных объектах.
Состояние водных источников и систем централизованноговодоснабжения не может гарантировать требуемого качества питьевой воды, а в рядерегионов (Южный Урал, Кузбасс, некоторые территории Севера) это состояниедостигло опасного уровня для здоровья человека. Службысанитарно-эпидемиологического надзора постоянно отмечают высокое загрязнение поверхностныхвод.
Около1/3 всеймассы загрязняющих веществ вносится в водоисточники споверхностным и ливневым стоком с территорий санитарно неблагоустроенных мест,сельскохозяйственных объектов и угодий, что влияет на сезонное, в периодвесеннего паводка, ухудшение качества питьевой воды, ежегодно отмечаемое вкрупных городах. В связи с этим проводится гиперхлорированиеводы, что, однако небезопасно для здоровья населения в связи с образованиемхлорорганических соединений.
Одним из основных загрязнителей поверхностных водявляется нефть и нефтепродукты. Нефть может попадать в воду в результатеестественных ее выходов в районах залегания. Но основные источники загрязнениясвязаны с человеческой деятельностью: нефтедобычей, транспортировкой, переработкойи использованием нефти в качестве топлива и промышленного сырья.
Среди продуктов промышленного производства особоеместо по своему отрицательному воздействию на водную среду и живые организмызанимают токсичные синтетические вещества. Они находят все более широкоеприменение в промышленности, на транспорте, в коммунально-бытовом хозяйстве.Эти вещества могут образовывать в водоёмах слой пены, особенно хорошо заметныйна порогах, перекатах, шлюзах. Способность к пенообразованию у этих веществпоявляется уже при концентрации1-2 мг/л.
Наиболее распространенными загрязняющими веществами вповерхностных водах являются фенолы, легко окисляемые органические вещества,соединения меди, цинка. Огромное количество загрязняющих веществ вносился вповерхностные воды со сточными водами предприятий черной и цветной металлургии,химической, нефтехимической, нефтяной, газовой, угольной, лесной, целлюлозно-бумажнойпромышленности, предприятий сельского и коммунального хозяйства, поверхностнымстоком с прилегающих территорий.
Небольшую опасность для водной среды из металловпредставляют ртуть, свинец и их соединения.
Расширенное производство (без очистных сооружений) иприменение ядохимикатов на полях приводят к сильному загрязнению водоемов вреднымисоединениями. Загрязнение водной среды происходит в результате прямого внесенияядохимикатов при обработке водоемов для борьбы с вредителями, поступления вводоемы воды, стекающей с поверхности обработанных сельскохозяйственных угодий,при сбросе в водоемы отходов предприятий-производителей, а также в результатепотерь при транспортировке, хранении и частично с атмосферными осадками.
Наряду с ядохимикатами сельскохозяйственные стокисодержат значительное количество остатков удобрений (азота, фосфора, калия),вносимых на поля. Кроме того, большие количества органических соединений азотаи фосфора попадают со стоками от животноводческих ферм, а также сканализационными стоками. Повышение концентрации питательных веществ в почвеприводит к нарушению биологического равновесия в водоеме.
Вначале в таком водоеме резко увеличивается количествомикроскопических водорослей. С увеличением кормовой базы возрастает количестворакообразных, рыб и других водных организмов. Затем происходит отмирание огромногоколичества организмов. Оно приводит к расходованию всех запасов кислорода,содержащегося в воде, и накоплению сероводорода. Обстановка в водоеме меняетсянастолько, что он становится непригодным для существования любых форморганизмов. Водоем постепенно «умирает».
Современный уровень очистки сточных вод таков, чтодаже в водах, прошедших биологическую очистку, содержание нитратов и фосфатовдостаточно для интенсивного эвтрофирования водоемов.
Эвтрофизация-обогащение водоема биогенами, стимулирующее ростфитопланктона. 0т этого вода мутнеет, гибнут бентосные растения, сокращаетсяконцентрация растворенного кислорода, задыхаются обитающие на глубине рыбы имоллюски.
Загрязнениеподземных вод.
Загрязнению подвергаются не только поверхностные, но иподземные воды. В целом состояние подземных вод оценивается как критическое иимеет опасную тенденцию дальнейшего ухудшения.
Подземные воды (особенно верхних,неглубоко залегающих, водоносных горизонтов) вслед за другими элементамиокружающей среды испытывают загрязняющее влияние хозяйственной деятельностичеловека. Подземные воды страдают от загрязнения нефтяных промыслов,предприятий горнодобывающей промышленности, полей фильтрации, хранилищхимических отходов и удобрений, свалок, животноводческих комплексов, неканализированных населенных пунктов. Происходит ухудшение качества воды врезультате подтягивания некондиционных природных вод при нарушении режимаэксплуатации водозаборов. Площади очагов загрязнения подземных вод достигаютсотен квадратных километров. Из загрязняющих подземные воды веществ преобладают:нефтепродукты, фенолы, тяжелые металлы (медь, цинк, свинец, кадмий, никель,ртуть), сульфаты, хлориды, соединения азота,
Методы очистки воды.
Важное место в предохранениигидроресурсов от качественного истощения принадлежит очистным сооружениям.Очистные сооружения бывают разных типов в зависимости от основного способаобезвреживания нечистот.
При механическом методе нерастворимые примеси удаляют из сточных водчерез систему отстойников и разного рода ловушек. В прошлом этот способ находилсамое широкое применение для очистки промышленных стоков. Сущностьхимического метода заключается в том, что на очистных станциях в стоки вносятреагенты. Они вступают в реакцию с растворенными и нераствореннымизагрязняющими веществами и способствуют их выпадению в отстойниках, откуда ихудаляют механическим путем. Но этот способ непригоден для очистки стоков,содержащих большое количество разнородных загрязнителей.
Для очистки промышленных стоковсложного состава применяют электролитический (физический) метод. При этомспособе электрический ток пропускают через промстоки,что приводит к выпадению большинства загрязняющих веществ в осадок.Электролитический способ очень эффективен и требует относительно небольшихзатрат на сооружение очистных станций. У нас в стране в городе Минске целаягруппа заводов с помощью этого метода добилась очень высокой степени очисткистоков.
При очистки бытовых стоков наилучшиерезультаты дает биологический метод.В этом случае для минерализации органических загрязнений используют аэробныебиологические процессы, осуществляемые с помощью микроорганизмов. Биологическийметод применяют как в условиях, приближенных к естественным, так и вспециальных биоочистных сооружениях. В первом случаехозяйственно-бытовые стоки подаются на поля орошения. Здесь сточные воды фильтруются через почвогрунты и при этом проходят бактериальную очистку. Наполях орошения скапливается огромное количество органических удобрений, чтопозволяет выращивать на них высокие урожаи. Сложную систему биологическойочистки загрязненных рейнских вод для целей водоснабжения ряда городов страны разработалии применяют голландцы. На Рейне построены насосные станции с фильтрамичастичной очистки. Из реки вода закачивается в неглубокие канавы на поверхностьречных террас, затем она фильтруется, пополняя грунтовые воды. Грунтовые водыподаются по скважинам на дополнительную очистку и затем поступают в водопровод.
Очистные сооружения решают проблемусохранения качества пресных вод лишь до определенной стадии развития экономикиконкретных географических регионов. Затем наступает момент, когда местныхгидроресурсов уже не хватает для разбавления возросшего количества очищенныхстоков. Тогда начинается прогрессирующее загрязнение гидроресурсов, наступаетих качественное истощение. Кроме того, на всех станциях очистки по мере ростастоков встает проблема размещения значительных объемов отфильтрованныхзагрязняющих веществ. Таким образом, очистка промышленных и коммунальных стоковдает лишь временное решение местных задач охраны вод от загрязнения.
Кардинальные пути защиты отзагрязнения и разрушения природноаквальных исопряженных с ними природных территориальных комплексов заключается вуменьшении или даже полном прекращении сброса в водоемы отработанных, в томчисле и очищенных сточных вод. Совершенствование технологических процессовпостепенно решает эти задачи. Все больше предприятий применяют замкнутый цикл водообеспечения. В этом случае отработанные воды проходятлишь частичную очистку, после которой они снова могут быть использованы в рядеотраслей промышленности. Полное осуществление всех мер, направленных напрекращение сбросов нечистот в реки, озера и водохранилища, возможно только вусловиях сложившихся территориально-производственных комплексов. В пределахпроизводственных комплексов для организации замкнутого цикла водоснабженияможно использовать сложные технологические связи между различнымипредприятиями. Прогресс техники, тщательный учет местных гидрологических, физико — и экономико-географических условий при планированиии формировании территориально-производственыхкомплексов позволяет в перспективе обеспечить количественное и качественноесохранение всех звеньев круговорота пресной воды, превратить ресурсы пресных водв неисчерпаемые. Все чаще для пополнения ресурсов пресных вод используютсядругие части гидросферы. Так, разработана достаточно эффективная технологияопреснения морских вод. Технически проблема опреснения морской воды решена.Однако для этого требуется много энергии, и поэтому опресненная вода еще оченьдорога. Значительно дешевле опреснять солоноватые подземные воды. С помощьюгелиоустановок эти воды опресняют на юге США, на территории Калмыкии, Краснодарскомкрае, Волгоградской области. На международных конференциях по проблемам водныхресурсов обсуждаются возможности переброски пресной воды, законсервированной ввиде айсбергов.
Впервые предложил использовать айсберги дляводоснабжения засушливых районовземного шара американский географ и инженер Джон Айзекс. По его проекту от берегов Антарктиды айсберги должны транспортироваться судами в холодноеПеруанское течение и далее по системе течений к берегам Калифорнии. Здесь ониприкрепляются к берегу, и пресная вода, образующаяся при таянии, будетподаваться по трубам на материк. Причём за счёт конденсации на холоднойповерхности айсбергов количество пресной воды окажется на 25% большим, чем содержится в них самих.
Заключение
Рациональное использование водныхресурсов — это, прежде всего охрана водных пространств от загрязнения, а таккак промышленные стоки занимают первое место по объёму и ущербу, который онинаносят, то именно в первую очередь необходимо решать проблему сброса их в реки. В частности ограничениесбросов в водоёмы, а также усовершенствование технологий производства, очисткии утилизации.
Также важным является взимание платыза сброс сточных вод и загрязняющих веществ и перечисление взимаемых средств наразработку новых безотходных технологий и сооружений по очистке. Необходимоснижать размер платы за загрязнения окружающей среды предприятиям сминимальными выбросами и сбросами, что в дальнейшем будет служить приоритетомдля поддержания минимума сброса или его уменьшения.