Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Самоочищение в биосфере

НЕГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«КАМСКИЙ ИНСТИТУТ ГУМАНИТАРНЫХ И ИНЖЕНЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ»

Факультет «Инженерных технологий»

Кафедра «Инженерной экологии и техносферной безопасности»

Реферат

По дисциплине: «Охрана и инженерная защита водных ресурсов»

Выполнил:

студент группы УЗЭ-10

Галиев М.В.

Проверил:

К.Т.Н. Доцент

Юнусова Л.З.

Ижевск 2014

2014

1.СОДЕРЖАНИЕ

Введение		3
1	Гидросфера	5
2	Самоочищение в биосфере	9
2.1	Самоочищение в пресных водоемах	9
2.2	Самоочищение в морях и океанах	11
2.3	Значение воды в хозяйственной деятельности человека	12
2.4	Загрязнение водных ресурсов сточными водами	14
3	Защита водных ресурсов	15
3.1	Охрана водных ресурсов и предотвращение пагубного воздействия на них	15
3.2	Рациональное использование природных вод	16
4	Заключение	19
Список литературы		22

ВВЕДЕНИЕ

Вода – весьма распространенное на Земле вещество. Она обеспечивает жизнь всем организмам, и является единственным источником кислорода в главном жизненном процесса на Земле – фотосинтезе. Все живые существа на 80-90 % состоят из воды. Потеря 10-20 % Согласно современным представлениям само происхождение жизни связывается с морем. Во всяком организме вода представляет собой среду, в которой протекают химические процессы, обеспечивающие жизнедеятельность организма; кроме того, она сама принимает участие в целом ряде биохимических реакций.

Ни одна сфера человеческой деятельности не обходится без использования воды, ведь она – это сама жизнь. Масса пресной воды на земном шаре составляет 31 млн. км³, основное количество которой (96%) сосредоточена в ледниках Гренландии, Антарктиды, горных массивов, в айсбергах и зоне вечной мерзлоты. Из всего количества пресной воды только около 1 % используется человечеством для удовлетворения своих потребностей.

Каждый житель Земли в среднем потребляет 650 м³ воды в год (1780 л в сутки). Однако для удовлетворения физиологических потребностей достаточно 2,5 л в день, т. е. около 1 м³ в год. Большое количество воды требуется сельскому хозяйству (69 %) главным образом для орошения; 23 % воды потребляет промышленность; 6 % расходуется в быту.

Теперь возникает вопрос: почему же человеку так необходима качественная вода? Когда-то люди довольствовались водой, которую они находили в реках, озерах, ручьях и колодцах. Но с развитием промышленности и ростом населения появилась необходимость гораздо тщательнее управлять водоснабжением, чтобы избежать вреда для здоровья человека и ущерба окружающей среды. Загрязнению подвержены все категории вод: океанические, континентальные, подземные, хотя и в разной степени.

Качество вод (это совокупность физических, химических, биологических и бактериологических показателей, которые удовлетворяют требования потребителей[15]), особенно пресных, стало одним из важнейших факторов здоровья населения. Всемирная организация охраны здоровья (ВООЗ) отмечает, что на планете от низкого качества воды ежегодно умирает около 5 млн. человек (в основном детей), а получают различной степени отравления или заболевания от 500 миллионов до 1 миллиарда человек, что 80% заболеваний на планете вызваны потреблением некачественной питьевой воды. Проблема чистой воды стоит перед многими странами.

Истощая или загрязняя воды, человек не только лишает себя данного ресурса, но и разрушает среды жизни многих организмов, нарушает свойственные им связи

1. Гидросфера

- водная оболочка Земли - это совокупность океанов, морей, озер, рек, ледяных образований, подземных и атмосферных вод. Общая площадь океанов и морей в 2,5 раза превышает территорию суши

Вода – самое распространенное вещество в природе. Она находится в свободном состоянии (океаны, моря, озера, реки, ледники), содержится в минералах, горных породах, почве и входит в состав живых организмов (50 – 90 % их массы, а в теле медузы и огурца – около 98 %). Планета Земля содержит около 16 млрд км³ воды, что составляет 0,25 % ее массы. Основная часть воды находится в глубинных зонах (мантии) Земли. По месту размещения воду разделяют на атмосферную, поверхностную и подземную.

Все водные источники (океаны, моря, реки, озера, водоемы, ледники, болота, атмосферные и подземные воды) входят в состав Мирового океана и образуют гидросферу планеты Земля. Большая часть поверхности планеты (около 71 %) покрыта водами Мирового океана. Общий объем воды в нем составляет 1 370 323 тыс. км³ – около 94 % всей воды планеты. Верхняя граница гидросферы проходит на высоте нижних слоев стратосферы до высоты озонового экрана (приблизительно на высоте 20 км). Вода в атмосфере находиться в парообразном состоянии и перемещается. Нижняя граница гидросферы проходит в литосфере на глубине 3 – 3,5 км от поверхности земли.

Кроме вод Мирового океана наибольшее количество воды находится в литосфере – подземные воды гидросферы (грунтовые, подгрунтовые, межпластовые безнапорные и напорные воды, воды трещин карстовых пустот). Подземные воды составляют 60 млн км³ , или 4,12 % общего объема, и находятся на различных глубинах (до нескольких сотен метров). Однако в зоне активного водообмена их содержится меньше чем 4 млн км³. В ледниках находится 24 млн км³ воды, в озерах и водохранилищах – 280 тыс. км³, в почвах – 85 тыс. км³, в атмосфере – 14 тыс. км³. Вода, находящаяся в руслах рек, составляет только 1,2 тыс. км³ (таблица 2.1).

Таблица 1.1 Распределение массы воды гидросферы.

Составляющая гидросферы	Масса воды, 10¹⁵ т	Часть суммарной массы, %
Мировой океан Подземные и грунтовые воды Снеголедниковые образования Озера, пруды Почвенная влага Болта Атмосферная влага Реки, ручьи Всего	13338 (1386) 100 (4 - 200) 26 (24 - 30) 0,28 (0,18 – 0,17) 0,1 (0,06 – 0,1) 0,1 (0,01 – 0,1) 0,0014 0,012 (0,002) 1464,4826	91,363 6,828 1,776 0,019 0,0068 0,068 0,0000955 0,0000820 100

К поверхностным водам принадлежат воды океанов, морей, озер, рек, болот, ручьев и штучных озер. Океаны, моря и некоторые озера – соленые. В реках, большинства озер, прудах, штучных водохранилищах, болотах и ручьях вода пресная. Последнюю, как правило, используют для хозяйственного водообеспечения. Итак, на Земле большинство вод (почти 1.5 млрд км³) содержит значительное количество растворенных солей. К ним принадлежат воды океанов, морей, некоторых озер и большинства подземных вод вне зоны активного водообмена.

Пресная вода составляет незначительную часть гидросферы (менее 4 %). Основная масса пресной воды (до 77 %) находится в снего-ледниковом покрове[5]. Распределение воды в гидросфере достаточно неравномерно, про это свидетельствуют данные таблицы 1.1.

Наибольшие запасы пресной воды сосредоточены в снего-ледниковых покровах Антарктиды, Гренландии и Арктики. Вода в ледниках пребывает в твердом состоянии и характеризуется наименьшим содержанием солей среди известных водных источников в природе. Максимальная минерализация ледниковой воды составляет 3мг/л. Человечество, рассматривая водный баланс будущего, с надеждой смотрит на эту огромную «кладовую» пресной воды, где сосредоточено до 77 % всех запасов пресной воды нашей планеты. Уже существуют проекты буксирования айсбергов из ледников Антарктиды в Австралию, Южную Америку и другие регионы. По стоимости вода из ледников не будет превышать стоимости подземных или пресных вод.

В недрах Земли вода может существовать в жидком состоянии до глубины 5 км от поверхности, а отдельных случаях и до глубины 10 км. На большей глубине при высокой температуре вода превращается в пароводяную смесь. В критических условиях при температуре 374ºC для пресной воды и 425ºC для соленых насыщенных растворов и давлении 21,8 МПа она образует своеобразную водяную плазму, то есть исчезает отличия между паром и жидкой водой. При этих условиях молекулы жидкой воды приобретают скорости молекул газа, а ее плотность приближается к плотности жидкой воды.

Подземная вода может пребывать в свободном, парообразном и физически связном состоянии. К физически связной воде обычно принадлежит крепко связная гигроскопическая вода, которая удерживается молекулярными силами на поверхности частичек породы. На больших глубинах при высоком давлении, которое достигает сотен мегапаскалей, вода выдавливается из породы и переходит в свободное состояние. К физически связной воды принадлежит также капиллярная вода, которая под действием капиллярных сил перемещается в тонких порах и трещинах.

В мировых запасах пресной воды часть подземных и грунтовых вод составляет около 22,4 %.

Подземные воды заполняют поры, трещины и пустоты, тесно контактируют с почвой и породами земной коры. Для них характерно слоевое размещение водоносных горизонтов (рисунок 1), которые отделены водонепроницаемыми пластами пород, слабая связь с атмосферой, незначительное развитие биологических процессов, бедность форм жизни, повышенные температура и давление. Все это содействует меньшему загрязнению вод нечистотами и микроорганизмами, благодаря чему они по качеству приближены к питьевым водам. Находясь на значительных и различных глубинах, они характеризуются стабильным химическим составом, содержат больше полезных для здоровья человека веществ (соединений Кальция, Йода и др.). однако и подземные воды могут загрязняться, если фильтровального слоя пород недостаточно.

2. САМООЧИЩЕНИЕ В ГИДРОСФЕРЕ.

Самоочищение в гидросфере связано с круговоротом веществ. Напряженность, направляемость и полнота самоочищения регулируются биотическим круговоротом, который в свою очередь определяется географическими особенностями его расположения, влиянием геофизических и антропогенных воздействий.

2.1. Самоочищение в пресных водоемах.

Самоочищение в водоемах обеспечивается совокупной деятельностью населяющих их организмов: бактерий, водорослей и высших водных растений, различных беспозвоночных животных. Поэтому одна из важнейших природоохранных задач состоит в том, чтобы поддерживать эту способность.

Каждый водоем - это сложная живая система, где обитают растения, специфические организмы, в том числе и микроорганизмы, которые постоянно размножаются и отмирают. Если в водоем попадают бактерии или химические примеси, то в условиях девственной природы процесс самоочищения протекает быстро и вода восстанавливает свою первозданную чистоту.

Факторы самоочищения водоемов многочисленны и многообразны. Условно их можно разделить на три группы: физические, химические и биологические.

а) Среди физических факторов, обусловливающих самоочищение водоемов, первостепенное значение имеют разбавление, растворение и перемешивание поступающих загрязнений. Интенсивное течение рек обеспечивает хорошее, перемешивание и снижение концентраций взвешенных частиц. Оседание в воде нерастворимых осадков, а также отстаивание загрязненных вод способствуют самоочищению водоемов. Микроорганизмы в силу собственной тяжести или осаждения на других органических и неорганических частицах постепенно оседают на дно, подвергаются действию других факторов. Увеличение интенсивности действия физических факторов способствует быстрому отмиранию загрязняющей микрофлоры.

б) Важным физическим фактором самоочищения водоемов является ультрафиолетовое излучение Солнца. Под влиянием этого излучения происходит обеззараживание воды. Эффект обеззараживания основан на прямом губительном воздействии ультрафиолетовых лучей на белковые коллоиды и ферменты протоплазмы микробных клеток. Ультрафиолетовое излучение может воздействовать не только на обычные бактерии, но и на споровые организмы и вирусы.

в) Из химических факторов самоочищения водоемов следует отметить окисление органических и неорганических веществ.

г) В процессе самоочищения водоема участвуют водоросли, плесневые и дрожжевые грибы. Однако фитопланктон водоема не всегда положительно воздействует на процессы самоочищения. В отдельных случаях массовое развитие сине-зеленых водорослей в искусственных водоемах можно рассматривать как процесс самозагрязнения.

д) Кроме растений, самоочищению водоемов от бактерий и вирусов могут способствовать представители мира животных. Так, устрицы и некоторые амебы адсорбируют кишечные и другие вирусы.

Двустворчатые моллюски - постоянные обитатели водоемов являются санитарами рек. Пропуская через себя воду, они отфильтровывают взвешенные частицы. Мельчайшие животные и растения, а также органические остатки поступают в пищеварительную систему, несъедобные вещества оседают на слое слизи, покрывающем поверхность мантии двустворчатых. Слизь по мере загрязнения перемещается к концу раковины и выбрасывается в воду. Комочки ее представляют собой комплексный концентрат для питания микроорганизмов. Они и завершают цепь биологической очистки вод.

Чистота водоемов немыслима без охраны их растительности. Только на основе глубокого знания экологии каждого водоема, эффективного контроля за развитием населяющих его различных живых организмов можно достигнуть положительных результатов, обеспечить прозрачность и высокую биологическую продуктивность рек, озер и водохранилищ.

Неблагоприятно на процессы самоочищения водоемов может влиять растущее химическое загрязнение водоемов. Оно отрицательно воздействует на процессы самоочищения воды, вызывая торможение окислительных процессов и отмирание микроорганизмов. Факторами, нарушающими процессы самоочищения, являются спуск термальных сточных вод крупными тепловыми электростанциями, а также увеличение поступления биогенных элементов (азота, фосфора и др.).

2.2. Самоочищение в морях и океанах

Большую роль в самоочищении морской воды играет планктон. Планктонные организмы Черного моря - первое звено, с которого начинается длинная цепь превращения неорганического вещества в органическое.

Прекрасные фильтраторы морской воды - моллюски. Они разделяются на две группы. Для первой группы характерна двустворчатая раковина. К ней относятся мидии, устрицы, морской гребешок и др. Обычно створки раковины моллюска чуть приоткрыты, из-под радужной мантии выступают две трубочки - сифоны. Через первый всасывается морская вода, а через второй уже очищенная морская вода возвращается в море. Все съедобное съедается, непереваренная часть более крупными комочками выбрасывается наружу. Плотное поселение мидий площадью 1 м² фильтрует за сутки 200 м³ воды.

У моллюсков второй группы раковина одна; она или закручена, как у рапаны и литорины, или имеет форму крышечки, как у морского блюдечка. Моллюск ползет, и все время его ротовое отверстие находится в движении: то открывается, то закрывается. В море миллионы моллюсков. Ползая по камням, сваям, причалам, растениям, днищам судов, они очищают заросшие поверхности.

Строительство волноломов вдоль побережья серьезно осложняют привычный образ жизни моллюсков. Эти сооружения являются помехой для размножения и нормальной жизнедеятельности мидий. В соответствии с этим ученые разработали новую конструкцию гасителя волновой энергии. Разбросанные под водой в определенном порядке камни представляют собой своеобразный искусственный риф. Такая конструкция наряду со снижением силы волны создает благоприятные условия для жизни мидий, креветок, крабов, бычков, а значит и для самоочищения морской воды.

2. 3. значение воды в хозяйственной деятельности человека.

Вода занимает особое положение среди природных богатств Земли - она незаменима. Иссякнут запасы металлов - быть может, удастся обойтись пластмассами; не хватит растительных и животных белков - научатся получать синтетические. Даже вместо обычного воздуха пригодна в некоторых случаях искусственная смесь газов. Вода же будет необходима во все века и всюду, где существуют земные формы жизни.

Отец русской и советской геологии академик А. П. Карпинский говорил, что нет более драгоценного ископаемого, чем вода, без которой жить нельзя. Для жизни, для земледелия, для всего вода есть самое главное ископаемое. В наш век пресная вода стала одним из дефицитных природных богатств.

Впервые человечество ощутило недостаток в пресной воде вскоре после окончания второй мировой войны. Тогда промышленность Европы первой почувствовала приступ жажды.

Самый крупный потребитель наших рек и водохранилищ - ирригация. На втором месте стоят промышленность и энергетика. На третьем — коммунальное хозяйство городов.

Сельское хозяйство является, как правило, одним из наиболее значительных водопотребителей. В системе водного хозяйства нашей страны это самый крупный водопотребитель. И характерно, что около ³/₄ воды в сельском хозяйстве расходуется безвозвратно.

Для того чтобы составить мнение о водоемкости этой отрасли народного хозяйства, достаточно напомнить, что на выращивание 1 т пшеницы требуется за вегетационный период 1500 т воды, 1 т риса - более 7 тыс. т, на получение 1 т хлопка - около 10 тыс. т. Подсчитано, что только для производства суточной нормы пищевых продуктов в расчете на одного человека требуется не менее 6 м³ воды. Большое количество воды расходуется в связи с развитием животноводства. Животноводческие комплексы на промышленной основе являются крупными потребителями доброкачественной воды. Высокая продуктивность орошаемых земель стимулировала резкое увеличение их площади во всем мире. Составляя лишь ¹/₆ всей площади посевов, орошаемые земли дают примерно половину сельскохозяйственной продукции всей планеты, тем более что с них снимать можно до пяти урожаев в год. На таких землях растет сейчас ²/₃ мировых посевов хлопчатника.

Вода для промышленности является столь же необходимым элементом в производстве, как уголь, медь, железо и другие природные ресурсы.

Современные крупные теплоэлектростанции потребляют огромное количество воды. Только одна станция мощностью 300 тыс. кВт расходует до 120 м³/с воды, или более 300 млн. м³ в год.

Особое место в использовании водных ресурсов занимает водопотребление для нужд населения. На хозяйственно-питьевые цели в нашей стране приходится около 10% общего водопотребления. Водные артерии предоставляются в пользование, прежде всего, для удовлетворения питьевых и бытовых нужд населения. При этом обязательными являются бесперебойность водоснабжения, а также строгое соблюдение научно обоснованных санитарно-гигиенических нормативов.

В нашей стране осуществляется огромное строительство жилых домов со всеми видами благоустройства, строительство коммунальных и других сооружений, что требует резкого увеличения мощности источников водоснабжения населенных мест.

Исключительно большие водные ресурсы требуются для дальнейшего развития рыбного хозяйства.

Таким образом, значение водных ресурсов в народном хозяйстве, в развитии промышленности, сельскохозяйственного производства, энергетики, водного транспорта, рыбного хозяйства огромно.

2.4. загрязнение водных ресурсов сточными водами.

Но использование водных ресурсов в народном хозяйстве, в развитии промышленности, сельскохозяйственного производства, энергетики и т.д. приводит к загрязнению водных ресурсов.

Основная причина загрязнения водных ресурсов – сброс в водоемы неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод промышленными предприятиями, а также предприятиями коммунального и сельского хозяйства. Загрязнению водных источников также способствует нерациональное ведение сельского хозяйства: остатки удобрений и ядохимикатов, вымываемые из почвы, попадают в водоемы и загрязняют их.

В реки и озера со сточными водами поступает большое количество вредных химических веществ. Частично вредные вещества попадают в водопроводную систему и могут угрожать здоровью людей. Также губительно действуют эти вредные вещества на рыбу. В результате резко сокращается улов рыбы в загрязненных водоемах.

Главным виновником этого является промышленность. Для нее вода не только сырье, но и место для сброса.

Загрязнение водоемов нередко приводит к перебоям в водоснабжении городов и населенных пунктов.

Реки вносят в моря и океаны промышленные отходы, сточные воды и сельскохозяйственные удобрения, тем самым, загрязняя их. Промышленные отходы уменьшают растворимость кислорода в воде, что пагубно влияет на флору и фауну. В рыбе, обитающей в морях, накапливаются ядохимикаты, применяемые для защиты растений.

Но наибольший вред морям наносят аварийные разливы нефти, возникающие в результате катастроф танкеров и аварий на морских буровых платформах. Это приносит большой ущерб морским экосистемам, нарушает газовый и энергетический обмен между океаном и атмосферой (из-за образования тонкой нефтяной пленки на поверхности океана).

3. Защита водных ресурсов

3.1 Охрана водных ресурсов и предотвращение пагубного воздействия на них.

Установление правовых норм охраны водных объектов от засорения, загрязнения и истощения, а также предотвращение вредного действия вод – одно из главных заданий водного законодательства. Потребность таких норм обусловлена развитием промышленности, сельского хозяйства и строительства городов. Они обуславливают резкое возрастание потребностей в использовании воды, приводят к ощутимому возрастанию сточных и дренажных вод, загрязненных различными веществами.

В основах водного законодательства все воды требуют охраны от загрязнения и истощения, которые могут наносить вред здоровью населения и другие нежелательные последствия вследствие изменения физических, химических и биологических качеств воды, ухудшения ее способностей к природному самоочищению, нарушения гидрологического и гидрогеологического режима. Кроме строгого ограничения использования водных объектов для сброса сточных вод устанавливаются также другие ограничения. Полностью запрещен сброс в водные объекты производственных и бытовых отходов. Не допускается загрязнение и засорение поверхности водозаборов и ледяного покрова водоемов отходами и сбросами, сливание которых может привести к ухудшению качества поверхностных и подземных вод.

Для охраны вод, которые используют для хозяйственно-бытового водоснабжения, лечебных, оздоровительных и курортных потребностей населения, устанавливают специальные зоны санитарной охраны. Важным является предотвращение истощения поверхностных и подземных источников водоснабжения. Нерациональное использование природных вод может нарушить процесс обновления их ресурсов в отдельных речных и подземных бассейнах. Особенно недопустимым является истощение ресурсов подземных вод вследствие чрезмерного выкачивания, что превышает возможность природного обновления запасов.

Для поддержания благоприятного водного режима рек, озер, водохранилищ, подземных вод и других водных объектов, для предотвращения водной эрозии грунтов и заиления водоемов, для уменьшения потерь и резкого колебания речного и подземного стока водным законодательством предусматривается установление водоохранных зон лесов, обязательное проведение лесомелиоративных, гидротехнических и других мероприятий. Главным мероприятием против истощения водных ресурсов является осуществление рационального режима эксплуатации водохозяйственных систем и сооружений. Результатом нерационального использования человеком поверхностных и поземных вод, недооценки законов природы или пренебрежение ими является водная эрозия почв, оврагообразование, заболачивание и засоление земель, периодическое затопление и подтопление населенных пунктов и т. п.

3.2 Рациональное использование природных вод.

В процессе регулирования отношений между водопользователями большое значение придается рациональному и комплексному использованию вод. Рациональное использование вод должно обеспечить оптимально полезный эффект для общества в этот период и расчетную перспективу при обязательном соблюдении законодательства. Вопросы рационального использования вод рассматривается во время размещения и проектирования, строительства и введения в эксплуатацию предприятий, сооружений и других объектов. Требования рационального использования вод установлены также для видов водопользования.

Рациональное водопользование предусматривает комплексность, то есть использование воды так, чтобы знать экономически оправданное использование всех полезных качеств того или иного водного объекта для удовлетворения различных потребностей заинтересованных водопользователей – населения и народного хозяйства. При комплексном использовании вод некоторым водопользователям предоставляется преимущество к местным хозяйственным и природным условиям. При этом обеспечение населения питьевой водой совершается в первоочередном порядке.

Водное законодательство рекомендует разработку генеральных и бассейновых схем комплексного использования и охраны вод. В них определяются водно-хозяйственные и другие меры, которые осуществляются для удовлетворения потребностей в воде населения и народного хозяйства.

Рациональное использование и воспроизведение водных ресурсов и экосистем направлено на обеспечение стойкого функционирования водных экосистем, защиту, сохранение и восстановление водных ресурсов. Использование водных ресурсов должно направляться на обеспечения здоровья населения и создания достаточного водно-ресурсного потенциала для потребностей сельского, коммунального и рыбного хозяйств, промышленности, энергетики, транспорта и т. д.