Водные ресурсы России

Введение

Организация рационального использования вод - одна из наиболее важных современных проблем охраны и преобразования природы. Интенсификация промышленности и сельского хозяйства, рост городов, развитие экономики в целом возможны лишь при условии сохранения и умножения запасов пресной воды. Вода является ценнейшим природным ресурсом. Она  играет исключительную роль в процессах обмена веществ, составляющих основу жизни. Огромное значение вода имеет в промышленном  производстве; общеизвестна необходимость ее для бытовых потребностей человека, всех растений и животных. Для многих живых существ она служит средой обитания. Затраты на сохранение и воспроизводство качества воды занимают первое место среди всех расходов человечества на охрану природы. Суммарная стоимость пресной воды намного дороже любого другого вида используемого сырья.       Успешное преобразование природы возможно лишь при достаточном количестве и качестве воды. Обычно любой проект преобразования природы в большой степени связан с тем или В иным воздействием на гидроресурсы. 

В связи с развитием мирового хозяйства потребление воды растет стремительными темпами. Оно удваивается каждые 8-10 лет. Одновременно увеличивается степень загрязнения вод, т. е. происходит их качественное истощение. Объем воды гидросферы очень велик, но человечество непосредственно использует лишь небольшую часть пресных вод. Все это, вместе взятое, и обусловливает остроту задач охраны вод, их первостепенное значение во всем комплексе проблем использования, охраны и преобразования природы. 
 
 

1. Водные ресурсы России.

1.1. Состояние водных ресурсов.

Россия  омывается водами 12 морей, принадлежащих  трем океанам, а также внутриматериковому Каспийскому морю. На территории России насчитывается свыше 2,5 млн. больших  и малых рек, более 2 млн. озер, сотни  тысяч болот и других объектов водного фонда.                                                             В народном хозяйстве страны в  количественном отношении потребление  воды превышает суммарное использование  всех иных природных ресурсов. Это  во многом определяется сложившейся  структурой производства во многих отраслях промышленности. Одним из важнейших  направлений использования водных ресурсов является гидроэнергетика, которая  обладает несомненными преимуществами перед иными способами получения  электроэнергии (ТЭС, ГРЭС, АЭС). Водные акватории широко используются как  транспортные артерии. При этом себестоимость  перевозок водным транспортом в  среднем на 45% ниже железнодорожных  и в 3-5 раз дешевле автомобильных. Большое значение водные ресурсы  оказывают на рекреационный потенциал  территории. В количественном отношении  водные ресурсы слагаются из статических  и возобновляемых запасов. Первые считаются  неизменными и постоянными в  течение длительного времени; возобновляемые водные ресурсы оцениваются объемом годового стока рек (рис.1).  [1]

 
рис.1(Суммарные водные ресурсы России)

1.2. Ресурсы речного стока.

 Из  поверхностных вод в социально-экономическом  развитии страны приоритет принадлежит  речному стоку. Характерно, что  на территории Российской Федерации  формируется около 10% мирового  речного стока. Реки являются  основой водного фонда России. По ее территории протекает  свыше 120 тыс. рек длиной более  10 км и общей протяженностью  свыше 2,3 млн. км; количество малых  рек гораздо больше. Благоприятные  для судоходства участки рек  имеют протяженность около 400 тыс. км. Около 90% годового речного  стока приходится на бассейны  Северного Ледовитого и Тихого  океанов и лишь менее 8% - на  бассейны Каспийского и Азовского  морей. При этом в Каспийско-Азовском  регионе проживает более 80% населения  России, а также сосредоточена  основная часть хозяйственной  инфраструктуры. На территории Сибирского  округа находится самая крупная  речная система страны – р.  Енисей с р. Ангарой (длина  реки – 3844 км; площадь бассейна  реки – 2580 км2), а также занимающая  третье место р. Обь с р.  Иртышем (соответственно 3676 км и  2470 км2). Наибольшими ресурсами речного  стока обладает Красноярский  край. Он более чем в 3 раза  превосходит по этому показателю  Иркутскую область и почти  в 7 раз – Томскую. В целом  же на Сибирский округ приходится 43% ресурсов стока всей России.

По территории страны речная сеть распределена неравномерно: наибольшая ее густота характерна для  северных и горных районов, наименьшая – для южных. Половодье формируется  за счет таянья снегов, а паводочный режим обусловлен дождевыми осадками. Колебания уровня воды в реках  связаны с изменением их водности, которая неодинакова по территории. Ледовые явления характерны для  всех рек. В зависимости от географического  положения бассейна и водности многие реки перемерзают зимой и пересыхают летом. Особенностью речного стока  является его временная и пространственная изменчивость. Многолетние колебания  стока имеют циклический характер. Практически все реки подвержены антропогенному воздействию, возможности экстенсивного водозабора для хозяйственных нужд по многим из них в целом исчерпаны, а тысячи малых рек прекратили по вине человека свое существование. Вода многих российских рек загрязнена и непригодна для питьевых целей.[5] 

1.3. Водохранилища.

Для обеспечения  гарантированной водоотдачи, превышающей  сток маловодного года, требуется  межгодовое перераспределение водных ресурсов с помощью водохранилищ. В настоящее время в стране функционируют несколько десятков тысяч такого рода объектов. Общая  вместимость этих водоемов составляет примерно 800 км3. К крупным и особо  крупным объектам относятся 325 водохранилищ. Наибольшее количество водохранилищ находится  в Поволжском районе – 600, Центрально-Черноземном  – 434, Уральском – 383. Самые крупные  водохранилища находятся в Восточной  Сибири. Средний объем одного водохранилища  здесь достигает 26,4 км3.                                                       Водохранилища играют большую роль в регулировании паводковых процессов, в предотвращении наводнений и т. п. Для России это чрезвычайно  важно потому, что паводко-опасные  территории охватывают в ней более 400 тыс. км2, в т. ч. в Сибирском округе (в Якутии, Забайкалье, Бурятии и  др.) Наряду с позитивной ролью водохранилищ следует отметить и создаваемые  ими проблемы:

• Разрушение берегов

• Оползневые явления, в зону которых попадают многие населенные пункты, включая такие крупные, как Волгоград, Саратов, Ульяновск и др.                                                                                  •Ухудшение технического состояния гидроузлов, большинство из которых нуждается в текущем ремонте, а сотни находятся в предаварийном состоянии.[1]

1.4. Запасы воды в озерах.

Воду  озер относят к статическим запасам  ввиду замедленного водообмена, хотя незначительная доля запасов возобновляется ежегодно.                                  Основная часть ресурсов пресных вод на территории России сосредоточена в крупных озерах: Байкал (23 000 км3, или 20% мировых и более 90% национальных запасов пресных вод), Ладожском (908 км3), Онежском (285 км3). Всего в 12 наиболее крупных озерах содержится свыше 24,3 тыс. км3 пресных вод. Суммарные запасы воды в озерах России достигают 26,5 – 26,7 тыс. км3. Всего в России насчитывается порядка 2 млн. пресных и соленых озер; среди них самое глубокое в мире пресноводное озеро Байкал, а также Каспийское море. По территории России озера распределены очень неравномерно: большая их часть расположена на Северо-западе (Кольский полуостров, Карелия), на Урале, в Западной Сибири, на Ленско-Вилюйской возвышенности, в Забайкалье и бассейне реки Амур.                                                Многие озера являются своеобразными регуляторами речного стока, снижают высоту половодий и паводков, обеспечивают защиту территорий от затопления и подтопления, создают условия для равномерного внутригодового распределения речного стока.

1.5. Запасы вод в ледниках.

Ледники, наледи и снежники являются существенными  аккумуляторами пресной воды. На территории России основная масса ледников сосредоточена  на арктических островах и в горных районах (Новая Земля – 24 300 км3, Северная Земля – 17 470 км3, Земля Франца-Иосифа – 13 700 км3, Большой Кавказ – 1230 км3). Наибольшие площади горного оледенения характерны для Кавказа (свыше 1400 ледников), Камчатки, Алтая, севера и северо-востока  Сибири. На островах Арктики распространены ледниковые щиты и покровы. В арктических ледниках, крупнейшим из которых является Новоземельский, в виде льда законсервировано около 35 тыс. км3 статических запасов пресной воды. В горных ледниках Урала, Сибири, Алтая и Камчатки общий объем статических запасов составляет около 5 тыс. км3. Ежегодно возобновляемые ресурсы воды, аккумулированные в ледниках, оцениваются ледниковым стоком, доля которого в общем объеме стока рек России относительно невелика.[5] 

2.Источники  загрязнения вод.

2.1.Общая  характеристика источников загрязнения.

Источниками загрязнения признаются объекты, с  которых осуществляется сброс или  иное поступление в водные объекты  вредных веществ, ухудшающих качество поверхностных вод, ограничивающих их использование, а также негативно  влияющих на состояние дна и береговых  водных объектов.

Охрана  водных объектов от загрязнения осуществляется  посредством регулирования деятельности как стационарных, так и других источников загрязнения.

На территории России практически все водоемы  подвержены антропогенному влиянию. Качество воды в большинстве из них не отвечает нормативным требованиям. Многолетние  наблюдения за динамикой качества поверхностных  вод выявили тенденцию к росту  их загрязненности. Ежегодно увеличивается  число створов с высоким уровнем  загрязнения воды (более 10 ПДК) и  количество случаев экстремально высокого загрязнения водных объектов (свыше 100 ПДК).

Основными источниками загрязнения водоемов служат предприятия черной и цветной  металлургии, химической и нефтехимической  промышленности, целлюлозно-бумажной, легкой промышленности.[3]

Микробное загрязнение вод происходит в  результате поступления в водоемы  патогенных микроорганизмов. Имеет  место также тепловое загрязнение  вод в результате поступления  нагретых сточных вод.

Загрязняющие  вещества условно можно разделить  на несколько групп. По физическому  состоянию выделяют нерастворимые, коллоидные и растворимые примеси. Кроме того, загрязнения делятся  на минеральные, органические, бактериальные  и биологические.

Практически все поверхностные источники  водоснабжения в последние годы подвергаются воздействию вредных  антропогенных загрязнений, особенно такие реки, как Волга, Дон, Северная Двина, Уфа, Тобол, Томь и другие реки Сибири и Дальнего Востока. 70% поверхностных  вод и 30% подземных потеряли питьевое значение и перешли в категории  загрязненности – «условно чистая»  и «грязная». Практически 70% населения  РФ употребляют воду, не соответствующую  ГОСТу «Вода питьевая».

За последние 10 лет объемы финансирования водохозяйственной  деятельности в России сокращены  в 11 раз. В результате этого ухудшились условия водообеспечения населения.

Нарастают процессы деградации поверхностных  водных объектов за счет сбросов в  них загрязненных сточных вод  предприятиями и объектами жилищно-коммунального  хозяйства, нефтехимической, нефтяной, газовой, угольной, мясной, лесной, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности, а также черной и цветной металлургии, сбора коллекторно-дренажных вод с орошаемых земель, загрязненных ядохимикатами и пестицидами.

Продолжается  истощение водных ресурсов рек под  влиянием хозяйственной деятельности. Практически исчерпаны возможности  безвозвратного водоотбора в бассейнах  рек Кубань, Дон, Терек, Урал, Исеть, Миасс и ряда других. Неблагополучным является состояние малых рек, особенно в зонах крупных промышленных центров. Значительный ущерб малым рекам наносится в сельской местности из-за нарушения особого режима хозяйственной деятельности в водоохранных зонах и прибрежных защитных полосах, приводит к загрязнению рек, а также смыву почвы в результате водной эрозии.

На территории России обнаружено около 500 участков, где  подземные воды загрязнены сульфатами, хлоридами, соединениями азота, меди, цинка, свинца, кадмия, ртути, уровни содержания которых в десятки раз превышают  ПДК.

Из-за повышенного  загрязнения водоисточников традиционно  применяемые технологии обработки  воды в большинстве случаев недостаточно эффективны. На эффективность водоподготовки отрицательно влияет дефицит реагентов  и низкий уровень оснащенности водопроводных  станций, автоматикой и приборами  контроля. Положение усугубляется тем, что 40% внутренних поверхностей трубопроводов  поражены коррозией, покрыты ржавчиной, следовательно, при транспортировке  качество воды дополнительно ухудшается.[3] 

2.2. Кислородное  голодание как фактор загрязнения  водоемов.

Как известно, круговорот воды состоит  из нескольких стадий: испарения, образования облаков, выпадения дождя, стока в ручьи  и реки и снова испарения. На всем своем пути вода сама способна очищаться  от попадающих в нее загрязнений - продуктов гниения органических веществ, растворенных газов и минеральных  веществ, взвешенного твердого материала.

В местах большого скопления людей и животных природной чистой воды обычно не хватает, особенно если ее используют для сбора  нечистот и переноса их подальше от населенных пунктов. Если нечистот в почву попадает не много, почвенные  организмы перерабатывают их, заново используя питательные вещества, и в соседние водотоки просачивается уже чистая вода. Но если нечистоты попадают сразу в воду, они гниют, и на их окисление расходуется кислород. Создается так называемая биохимическая потребность в кислороде(БПК). Чем выше эта потребность, тем меньше кислорода остается в воде для живых микроорганизмов, особенно для рыб и водорослей. Иногда из-за недостатка кислорода гибнет все живое. Вода становиться биологически мертвой - в ней остаются только анаэробные бактерии; они процветают без кислорода и в процессе своей жизнедеятельности выделяют сероводород. И без того безжизненная вода приобретает гнилостный запах и становится совсем непригодной для человека и животных. Подобное может произойти  и при избытке в воде таких веществ, как нитраты  и фосфаты; они попадают в воду из сельскохозяйственных    удобрений на полях или из сточных вод, загрязненных моющими средствами. Эти биогенные вещества стимулируют рост водорослей, которые начинают потреблять много кислорода, а когда его становится недостаточно, они гибнут. В природных условиях озеро, прежде чем заилиться и исчезнуть, существует около 20тыс. лет.

Избыток биогенных веществ ускоряет процесс  старения, или интрофикацию, и уменьшает  срок жизни озера, делая его к  тому же малопривлекательным. В теплой воде кислород хуже растворяется, чем  в холодной. Некоторые предприятия, особенно электростанции, потребляют огромное количество воды на охлаждение. Нагретая вода сбрасывается обратно  в реки и еще больше нарушает биологическое  равновесие водной системы. Пониженное содержание кислорода препятствует  развитию одних живых видов и  дает преимущество другим. Но эти новые, теплолюбивые виды тоже сильно страдают, как только прекращается подогрев воды. [5]  

2.3 Сточные  воды.

Водоотводящие системы и   сооружения - это   один   из видов инженерного оборудования и благоустройства населенных пунктов, жилых, общественных и производственных зданий, обеспечивающих необходимые санитарно-гигиенические условия труда, быта и отдыха населения. Системы водоотведения и очистки состоят из комплекса оборудования, сетей и сооружений, предназначенных для приема и удаления по трубопроводам бытовых производственных и атмосферных сточных вод, а также для их очистки и обезвреживания перед сбросом в водоем или утилизацией.

Сточные воды - это воды, использованные на бытовые, производственные или другие нужды и загрязненные различными примесями, изменившими их первоначальный химический состав и физические свойства, а также воды, стекающие с территории населенных пунктов и промышленных предприятий в результате выпадения атмосферных осадков или поливки улиц.

В зависимости  от происхождения вида и состава  сточные воды подразделяются на три  основные категории:

• бытовые (от туалетных комнат, душевых, кухонь, бань, прачечных, столовых, больниц; они поступают  от  жилых  и  общественных  зданий, а   также   от бытовых помещений и промышленных предприятий );
• производственные (воды, использованные в технологических процессах, не отвечающие более требованиям ,предъявляемым к их качеству; к этой категории вод относят воды, откачиваемые на поверхность земли при добыче полезных ископаемых);
• атмосферные (дождевые и талые; вместе с атмосферными отводятся воды от полива улиц, от фонтанов и дренажей).

В практике   используется   также понятие  городских сточных вод, которые   представляют   собой   смесь бытовых   и   производственных сточных вод.

Бытовые, производственные и   атмосферные   сточные   воды   отводятся  как совместно, так и раздельно. Наиболее широкое распространение получили общесплавные и раздельные системы водоотведения. При общесплавной системе все три категории сточных вод отводятся по одной общей сети труб и каналов за пределы городской территории на очистные сооружения. Раздельные системы состоят из нескольких сетей труб и каналов: по одной из них отводятся дождевые и незагрязненные производственные сточные воды, а по другой или по нескольким сетям - бытовые и загрязненные производственные сточные воды.

Производственные  сточные   воды делятся на две основные категории: загрязненные и незагрязненные (условно чистые).

Загрязненные  производственные сточные воды подразделяются на три группы.

1. Загрязненные  преимущественно минеральными примесями  (предприятия металлургической, машиностроительной, рудо- и угледобывающей промышленности; заводы по производству кислот, строительных изделий и материалов, минеральных удобрений и др.)

2. Загрязненные  преимущественно органическими  примесями (предприятия мясной, рыбной, молочной, пищевой, целлюлозно-бумажной, микробиологической, химической промышленности; заводы    по    производству    каучука, пластмасс и др.)

3. Загрязненные  минеральными и органическими  примесями(предприятия нефтедобывающей,  нефтеперерабатывающей, текстильной,  легкой, фармацевтической промышленности; заводы по производству сахара, консервов, продуктов органического  синтеза и др.).

Кроме вышеуказанных 3-х групп загрязненных производственных сточных вод имеет место сброс нагретых вод в водоем, что является причиной так называемых тепловых загрязнений.[2] 
 

2.4. Факторы,  препятствующие развитию водных  экосистем.

Органические  отбросы, биогенные вещества и тепло  становятся помехой для нормального  развития пресноводных  экологических  систем только тогда, когда они перегружают  эти системы. Но в последние годы на экологические системы обрушились огромные количества абсолютно чужеродных веществ, от которых они не знают  защиты. Пестициды, применяемые в  сельском хозяйстве, металлы и химикалии  из промышленных сточных вод сумели проникнуть в пищевую цепь водной среды, что может иметь непредсказуемые  последствия. Виды, стоящие в начале пищевой цепи, могут накапливать  эти вещества в опасных концентрациях  и становятся еще более уязвимыми  для других вредных воздействий. [3] 

3.Меры  по борьбе с  загрязнением водных  ресурсов.

3.1 Естественная  очистка водоемов.

Загрязненную  воду можно очистить. При  благоприятных  условиях это происходит естественным путем в процессе природного круговорота  воды. Но загрязненным бассейнам(рекам, озерам и т. п.) для восстановления требуется значительно больше времени. Чтобы природные системы сумели восстановиться, необходимо прежде всего  прекратить дальнейшее поступление  отходов в реки. Промышленные выбросы  не только засоряют, но и отравляют  сточные воды. А эффективность  дорогостоящих приспособлений для  очистки таких вод пока еще  недостаточно изучена. Несмотря ни на что, некоторые городские хозяйства  и промышленные предприятия все  еще предпочитают сбрасывать отходы  в соседние реки и весьма неохотно отказываются от этого только тогда, когда вода становится совсем непригодной  или даже опасной.

В своем  нескончаемом кругообороте вода то захватывает  и переносит множество растворенных или взвешенных веществ, то очищается  от них. Многие из примесей в воде являются природными и попадают туда вместе с дождем или грунтовыми водами. Тот же путь проходят и некоторые  из загрязняющих веществ, связанных  с деятельностью человека. Дым, пепел  и промышленные газы вместе с дождем оседают на землю; химические соединения и нечистоты, внесенные в почву  с удобрениями, попадают в реки с  грунтовыми водами. Некоторые отходы следуют по искусственно созданным  путям- дренажным канавам и канализационным  трубам. Эти вещества обычно более ядовиты, но их сброс легче контролировать, чем тех, которые переносятся в процессе природного круговорота воды. Общемировое водопотребление на хозяйственные и бытовые нужды составляет примерно 9% суммарного стока рек. Поэтому не прямое водопотребление гидроресурсов вызывает нехватку пресных вод в тех или иных регионах земного шара, а их качественное истощение. 

3.2. Методы очистки сточных вод.

В реках  и других водоемах происходит естественный процесс самоочищения воды. Однако он протекает медленно. Пока промышленно-бытовые  сбросы были невелики, реки сами справлялись  с ними. В наш индустриальный век  в связи с резким увеличением  отходов водоемы уже не справляются  со столь значительным загрязнением. Возникла необходимость обезвреживать, очищать сточные воды и утилизировать  их.

Очистка сточных вод - обработка сточных  вод с целью разрушения или  удаления из них вредных веществ. Освобождение сточных вод от загрязнения - сложное производство. В нем, как  и в любом другом производстве, имеется сырье (сточные воды) и  готовая продукция (очищенная вода) (рис.2).

Методы  очистки сточных вод можно  разделить на механические, химические, физико-химические и биологические, когда же они применяются вместе, то метод очистки и обезвреживания сточных вод называется комбинированным. Применение того или иного метода, в каждом конкретном случае, определяется характером загрязнения и степенью вредности примесей.[4] 

(рис.2)

Механический  метод 

Сущность  механического метода состоит в  том, что из сточных вод путем  отстаивания и фильтрации удаляются  механические примеси. Грубодисперсные  частицы в зависимости от размеров улавливаются решетками, ситами, песколовками, септиками, навозоуловителями различных  конструкций, а поверхностные загрязнения - нефтеловушками, бензомаслоуловителями, отстойниками и др. Механическая очистка  позволяет выделять из бытовых сточных  вод до 60-75 % нерастворимых примесей, а из промышленных - до 95 %, многие из которых, как ценные примеси, используются в производстве.

Химический  метод

Химический  метод заключается в том, что  в сточные воды добавляют различные  химические реагенты, которые вступают в реакцию с загрязнителями и  осаждают их в виде нерастворимых  осадков. Химической очисткой достигается  уменьшение нерастворимых примесей до 95 % и растворимых до 25 %.

Физико-химический метод 

При физико-химическом методе обработки из сточных вод  удаляются тонко дисперсные и  растворенные неорганические примеси  и разрушаются органические и  плохо окисляемые вещества, чаще всего  из физико-химических методов применяется  коагуляция, окисление, сорбция, экстракция и т.д. Широкое применение находит  также электролиз. Он заключается  в разрушении органических веществ  в сточных водах и извлечении металлов, кислот и других неорганических веществ. Электролитическая очистка  осуществляется в особых сооружениях - электролизерах. Очистка сточных  вод с помощью электролиза  эффективна на свинцовых и медных предприятиях, в лакокрасочной и  некоторых других областях промышленности.

Загрязненные  сточные воды очищают также с  помощью ультразвука, озона, ионообменных смол и высокого давления, хорошо зарекомендовала  себя очистка путем хлорирования.

Биологический метод