Рациональное использование водных ресурсов

Лекция 11. Антропогенные воздействия на гидросферу и их следствия.

Проблема кислотных дождей

Асидификация – процесс поступления в атмосферу и ландшафты кислот и повышения кислотности компонентов окружающей природной среды. Впервые кислотные осадки были отмечены в середине XIX в. в окрестностях Манчестера (Англия) Робертом Смитом. Кислотные осадки (дожди) – атмосферные осадки, подкисленные из-за растворения в атмосферной влаге промышленных выбросов, имеющие кислотность (рН) ниже 5,6. Кислотные осадки бывают двух типов: сухие (выпадают не вдалеке от источника выбросов) и влажные – дождь, снег (переносятся воздушными потоками на значительные расстояния). Кислотообразователями являются окислы серы и азота, угарный и углекислый газ, аммиак. Их источниками поступления являются предприятия энергетики, промышленности, транспорт, сельское хозяйство. Неблагоприятное воздействие кислотных осадков выражается в подкислении воды водоемов и почвы, что приводит к гибели гидробионтов и почвенных организмов, неблагоприятно воздействует на инженерные сооружения и памятники истории и культуры. Кислотные осадки вызывают образование некрозов у растений, высыхание и гибель хвойных пород. Накопление антропогенной серы и азота в экосфере влияет на радиационный баланс Земли, глобальный баланс биогенов и окисляющую способность тропосферы. В аридных зонах кислотные осадки в ландшафтах нейтрализуются и серьезных проблем не представляют. В зонах избыточного увлажнения воздействие кислот на геокомпоненты наиболее неблагоприятно. Так, кислотные осадки увеличивают подвижность в ландшафте алюминия, высокотоксичного для организмов. При рН менее 4,2 алюминий вымывается из почвы и попадает в водоемы и приводит к гибели рыбы и леса. Кислотные осадки снижают буферную способность почвы. Для борьбы с асидификацией используют следующие меры : 1) применяют более экологически чистые виды топлива; 2) устанавливают высокие трубы, способствующие рассеиванию вредных выбросов; 3) улавливание серы из отходящих газов.

План

1.Рациональное использование водных ресурсов.

2. Основные загрязняющие вещества и поставщики загрязнений.

3. Охрана поверхностных вод.

Водные запасы на Земле огромны, они образуют гидросферу -одну из мощных сфер нашей планеты. Вода находится также в литосфере и атмосфере. Гидросфера объединяет Мировой океан, моря, реки и озера, болота, пруды, водохранилища, полярные льды и горные ледники, подземные воды, почвенную влагу и пары атмосферы. Водные ресурсы слагаются из статических (вековых; запасов и возобновляемых ресурсов.

Вода - уникальное вещество по своим физическим и химичес­ким свойствам. Полярность молекул воды и наличие между ними «водородных» связей определяет уникальные свойства. Наиболь­шая плотность воды при температуре 3,98 °С, дальнейшее охлаж­дение приводит к переходу ее в лед и сопровождается уменьшени­ем плотности. Уменьшение объема вместо расширения происходит при плавлении (таянии) льда. Летучесть воды небольшая. У нее аномально высокие теплота плавления и удельная теплоемкость, при плавлении льда теплоемкость увеличивается более чем вдвое. Теплоемкость воды с повышением температуры до 27 °С умень­шается, а затем вновь начинает возрастать. Вязкость воды (при температуре от 0 до 30 °С) уменьшается с повышением давления. Вода - наиболее распространенное на Земле вещество. В приро­де она находится в трех фазах: газообразной (пары воды), жидкой и твердой. Различают воду атмосферную, поверхностную (гидро­сфера) и подземную.

Ее доля от всей гидросферы составляет 0,3 %. Ресурсы пресной во­ды распределены крайне неравномерно, часто обилие воды не сов­падает с районами повышенной хозяйственной деятельности. В этой связи возникает проблема недостатка и истощения водных ресурсов и особенно пресной воды. Она усугубляется все возрастающими объемами ее использования.

Проблема истощения водных ресурсов возникает по несколько причинам, главные из которых: неравномерное распределение во­ды во времени и пространстве, рост ее потребления человечеством, потери воды при транспортировке и использовании, ухудшение ка­чества воды и как крайний случай - ее загрязнение.

Основные антропогенные причины истощения и загрязнения пресной воды - это отбор поверхностных и подземных вод; водо­отлив из шахт, штолен; разработка месторождений твердых полез­ных ископаемых, нефти и газа, промышленных вод, выплавка серы; урбанизация: жилая застройка, энергетические объекты (АЭС. ТЭЦ). Сильно загрязняют пресные воды предприятия промышлен­ности: химической, пищевой, целлюлозно-бумажной, черной и цвет­ной металлургии, нефтеперерабатывающей, строительных матери­алов, машиностроительной.

Рост потребления пресной воды населением на планете опреде­ляется в 0,5-2% в год. В начале XXI столетия общий водоотбор до­стиг объема в 12-24 тыс. км³. Потери пресной воды увеличиваются с ростом ее потребления на душу населения и связаны с использова­нием воды для хозяйственных нужд. Чаще всего это объясняется не­совершенством технологии промышленного, сельскохозяйственно­го производства и коммунальных служб. Потери воды из водонесу-цдих коммуникаций в городах России - 30-35%. В городах област­ного значения они составляют примерно 10-15 млн т в год и удва­иваются через каждые 5 лет. Большие потери пресной воды проис­ходят при разработке месторождений полезных ископаемых, при строительном осушении городских территорий.

В ряде случаев недостаток пресной воды связан с негативными последствиями деятельности человека. Например, строительство каналов, каскадов водохранилищ, орошение и обводнение пастбищ, осушение болот и т.д. не приве­ли к ожидаемым положительным эффектам, напротив, проекты за­кончились жестокой расплатой: потерей и загрязнением водных ре­сурсов. Печальные свидетели небережного и расточительного отно­шения к ресурсам пресных вод - заброшенные поселки и города в районах их истощения.

К геоэкологическим проблемам использования водных ресурсов относятся : 1. Загрязнение – привнесение в воду или возникновение в ней новых, обычно не характерных для нее физических, химических или биологических агентов или превышение в настоящее время их среднемноголетнего уровня концентрации, приводящее к негативным геоэкологическим последствиям. Загрязнение вод может возникать в результате как естественных причин (береговая эрозия, абразия, разложение органики), так и под действием деятельности человека. Основные виды загрязнения: химическое (тяжелые металлы, пестициды, синтетические поверхностно активные вещества, бытовые стоки, нефтепродукты, детергенты), физическое (тепловое, радиоактивное), биологическое или микробиологическое (патогенные микроорганизмы, продукты генной инженерии), органическое (фекалии, органические и минеральные удобрения, остатки плодов и овощей). Основными отраслями, загрязняющими водные ресурсы, являются химическая, целлюлозно-бумажная, нефтехимическая, текстильная, металлургическая. В большей степени эта проблема свойственна для поверхностных вод, Мирового океана, в меньшей степени – для подземных вод. В результате загрязнения ухудшается качество воды, что требует дополнительные расходы на ее очистку. К геоэкологическим последствиям загрязнения вод можно отнести : а) физиологические изменения (нарушение роста, дыхания, питания, размножения организмов); б) биохимические изменения (нарушение обмена веществ, накопление химических элементов в организме); в) патологические изменения (возникновение заболеваний, новообразований, гибель организмов в результате кислородной интоксикации); г) визуальное загрязнение среды; 2. Истощение вод – уменьшение минимально допустимого стока поверхностных вод или сокращение запасов подземных вод. Минимально допустимым стоком является сток, при котором обеспечивается экологическое благополучие водного объекта и условия водопользования. Из поверхностных водных объектов допускается изъятие ¼ речного стока. Истощение водных ресурсов свойственно в первую очередь подземным водам. В результате интенсивного водозабора в крупных городах (Токио, Мехико, Москва) происходит : 1) падение пьезометрического уровня подземных вод; 2) образование депрессионной воронки и иссушение грунтов; 3) ухудшение качества воды в результате подтягивания подземных вод нижерасположенных водоносных горизонтов; 4) возможно оседание земной поверхности; 5) в долинах малых рек сокращается речной и родниковый сток, в целом происходит иссушение ландшафта. Истощение водных ресурсов вызывает необходимость поиска новых источников водоснабжения населения и хозяйства; 3. Евтрофикация водоемов – процесс, связанный с поступлением в водоемы большого количеств биогенов, вызывающих резкое увеличение биологической продуктивности водоемов и «цветение» воды. В результате разложения водных растений после их отмирания расходуется большое количество кислорода. Это может привести в летний период к массовому замору рыб и образованию сероводорода. Чтобы предотвратить это процесс следует в первую очередь уменьшить приток биогенных веществ. Для этого необходимо сократить применение удобрений в сельском хозяйстве и сбросы навозной жижи в водоемы. Для борьбы с евтрофикацией применяют два метода: механического удаления водной растительности и применения химических препаратов (гербицидов); 4. Зарегулирование речного стока выражается в строительстве на водотоках плотин и водохранилищ. В результате этого происходит увеличение объемов водных ресурсов, значительно сокращается скорость течения, изменяется водный режим водотоков (вследствие замедленного водообмена) и микроклимат прилегающих территорий, происходит подтопление территории, прилегающей к водохранилищу. Качество воды в водохранилищах снижается. Это часто проявляется в увеличении инфекционной заболеваемости населения. Первые плотины появились в мире еще 4 – 4,5 тыс. лет тому назад. В настоящее время в мире существует около миллиона водохранилищ; 5. Переброска речного стока. Для водо-дефицитных районов мира актуальным для развития экономики является переброска части речного стока. Сейчас масштабы переброски речных вод возросли. Главным потребителем воды является сельское хозяйство. Геоэкологические последствия проектов перебросок воды многочисленны и комплексны, такие как засоление и заболачивание почв, ухудшение качества воды, деградация ландшафтов. Такие проекты являются дорогостоящими и сложными с юридической точки зрения.