ПРОБЛЕМЫ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
ПЛАН 1. Вода на Земле и ее роль 1. Вода на Земле и ее роль –Природная воды –Питьевая вода –Источники питьевой воды и ее подготовка –Техническая вода –Круговорот воды на Земле 2. Экологические проблемы гидросферы 2. Экологические проблемы гидросферы –Проблемы загрязнения: а) критерии оценки качества вод и их химический состав; а) критерии оценки качества вод и их химический состав; б) основные виды загрязнения вод; б) основные виды загрязнения вод; в) основные источники загрязнения поверхностных и сточных вод. в) основные источники загрязнения поверхностных и сточных вод Экологические последствия загрязнения гидросферы 2.2. Экологические последствия загрязнения гидросферы 3. Некоторые пути решения проблемы дефицита воды 3. Некоторые пути решения проблемы дефицита воды 3.1. Мероприятия по предотвращению количественного истощения вод 3.1. Мероприятия по предотвращению количественного истощения вод 3.2. Мероприятия по уменьшению загрязнения вод 3.2. Мероприятия по уменьшению загрязнения вод 4. Поверхностные и подземные воды России: состояние и проблемы использования 4. Поверхностные и подземные воды России: состояние и проблемы использования 5. Состояние водных объектов Ставропольского края 5. Состояние водных объектов Ставропольского края
Гидросфера - прерывистая водная оболочка Земли, расположенная на поверхности и в толще земной коры и представляющая собой совокупность океанов, морей и водных объектов суши (рек, озер, болот, подземных вод и пр.), включающая водяные пары атмосферы и скопление льда. Гидросфера - прерывистая водная оболочка Земли, расположенная на поверхности и в толще земной коры и представляющая собой совокупность океанов, морей и водных объектов суши (рек, озер, болот, подземных вод и пр.), включающая водяные пары атмосферы и скопление льда. Гидросфера возникла более 4 млрд. лет назад. Гидросфера возникла более 4 млрд. лет назад.
Общее количество воды на Земле млн. кубических километров, в том числе пресной - всего 20 млн. кубических километров, и из этих запасов пресной воды приблизительно 97% содержится в ледниках и полярных шапках. Легкодоступной пресной воды - приблизительно 50 тыс. кубических километров. Общее количество воды на Земле млн. кубических километров, в том числе пресной - всего 20 млн. кубических километров, и из этих запасов пресной воды приблизительно 97% содержится в ледниках и полярных шапках. Легкодоступной пресной воды - приблизительно 50 тыс. кубических километров. В России запас поверхностных пресных вод равен 28 тыс. кубических километров, что составляет 22% объема пресных вод Мира. В России запас поверхностных пресных вод равен 28 тыс. кубических километров, что составляет 22% объема пресных вод Мира.
Гидросфера Земли как компонент биосферы представляет собой глобальную термодинамическую открытую систему со своим «входом» и «выходом». Вход - это поток солнечной энергии, который приводит в движение гидросферу, а выход – вещества, накапливающиеся в результате потоков энергии и веществ в экосистемах. Гидросфера Земли как компонент биосферы представляет собой глобальную термодинамическую открытую систему со своим «входом» и «выходом». Вход - это поток солнечной энергии, который приводит в движение гидросферу, а выход – вещества, накапливающиеся в результате потоков энергии и веществ в экосистемах.
Роль воды на нашей планете. 1. В воде первоначально зародилась жизнь. 1. В воде первоначально зародилась жизнь. 2. Все без исключения живые существа содержат в своем организме приблизительно 80% воды (по весу). При обезвоживании организма на 10% человек теряет сознание, а на 12% - погибает (без воды человек может жить не более 5 суток). 2. Все без исключения живые существа содержат в своем организме приблизительно 80% воды (по весу). При обезвоживании организма на 10% человек теряет сознание, а на 12% - погибает (без воды человек может жить не более 5 суток). 3. Вода является обязательным компонентом практически всех технологических процессов как сельскохозяйственных; так и промышленных производств. 3. Вода является обязательным компонентом практически всех технологических процессов как сельскохозяйственных; так и промышленных производств. 4. Вода это «жизненный» растворитель, в котором осуществляются все жизненно важные процессы. 4. Вода это «жизненный» растворитель, в котором осуществляются все жизненно важные процессы.
5. Мировой океан является легкими планеты, поскольку продуцирует своим фитопланктоном половину всего кислорода атмосферы. 5. Мировой океан является легкими планеты, поскольку продуцирует своим фитопланктоном половину всего кислорода атмосферы. 6. Мировой океан является регулятором климата на нашей планете: холодные воды на полюсах поглощают углекислый газ из воздуха, и отдает его в нагретых тропических и экваториальных водах. 6. Мировой океан является регулятором климата на нашей планете: холодные воды на полюсах поглощают углекислый газ из воздуха, и отдает его в нагретых тропических и экваториальных водах. 7. Мировой океан является самым сильным поглотителем солнечной энергии (поглощает в 2-3 раза больше, чем суша); от поверхности океана отражается всего 8% падающей энергии. Средняя температура поверхности океана на 3,6° больше температуры поверхности Земли. 7. Мировой океан является самым сильным поглотителем солнечной энергии (поглощает в 2-3 раза больше, чем суша); от поверхности океана отражается всего 8% падающей энергии. Средняя температура поверхности океана на 3,6° больше температуры поверхности Земли. 8. Мировой океан является богатейшим источником минеральных ресурсов: он содержит 5·1016 т минерального сырья, в том числе: урана - 2·1011, серебра- 5·1011, золота - 5,1·108т. 8. Мировой океан является богатейшим источником минеральных ресурсов: он содержит 5·1016 т минерального сырья, в том числе: урана - 2·1011, серебра- 5·1011, золота - 5,1·108т.
1.1. Природная вода Природная вода представляет собой сложную многокомпонентную систему, в состав которой входят минеральные вещества, коллоидные и крупнодисперсные частицы, в том числе и микроорганизмы. В соответствии с классификацией Л.А. Кульского присутствующие в воде примеси делятся на четыре группы: взвеси, коллоидные растворы, молекулярные растворы, ионные растворы. Природная вода представляет собой сложную многокомпонентную систему, в состав которой входят минеральные вещества, коллоидные и крупнодисперсные частицы, в том числе и микроорганизмы. В соответствии с классификацией Л.А. Кульского присутствующие в воде примеси делятся на четыре группы: взвеси, коллоидные растворы, молекулярные растворы, ионные растворы.
По степени минерализации природная вода подразделяется на восемь типов: ультрапресные, пресные, слабоминерализованные, солоноватые, соленые, повышенной солености, переходные к рассолам, рассол. По степени минерализации природная вода подразделяется на восемь типов: ультрапресные, пресные, слабоминерализованные, солоноватые, соленые, повышенной солености, переходные к рассолам, рассол.
Микрокомпонентами природных вод являются редкие и рудные соединения бора, лития, рубидия, меди, цинка, висмута, бериллия, вольфрама, урана, брома, йода и др. Микрокомпонентами природных вод являются редкие и рудные соединения бора, лития, рубидия, меди, цинка, висмута, бериллия, вольфрама, урана, брома, йода и др. Основные газы, содержащиеся в природной воде - О2, СО2, - характерны как для поверхностных, так и для глубинных условий; СГЦ, СО, Н2 более типичны для подземных вод и вод вулканически активных областей. Основные газы, содержащиеся в природной воде - О2, СО2, - характерны как для поверхностных, так и для глубинных условий; СГЦ, СО, Н2 более типичны для подземных вод и вод вулканически активных областей. Растворенные в воде компоненты находятся в равновесии, образуя комплексы различного состава. Растворенные в воде компоненты находятся в равновесии, образуя комплексы различного состава.
Питьевая вода Питьевая вода Питьевая вода - вода, которая используется для хозяйственно-питьевого снабжения населения, - должна отвечать определенным требованиям, которые отражены в ГОСТ В соответствии с этим ГОСТом общее число макроорганизмов в 1 см воды должно быть не больше 100, а число бактерий группы кишечной палочки («коли-индекс») - не более 3. Наряду с этим общая минерализация воды не должна превышать 1,0 г/л; р/Н = Питьевая вода - вода, которая используется для хозяйственно-питьевого снабжения населения, - должна отвечать определенным требованиям, которые отражены в ГОСТ В соответствии с этим ГОСТом общее число макроорганизмов в 1 см воды должно быть не больше 100, а число бактерий группы кишечной палочки («коли-индекс») - не более 3. Наряду с этим общая минерализация воды не должна превышать 1,0 г/л; р/Н = 6+10.
Показатель качества воды - жесткость - совокупность свойств воды, обусловленная наличием в ней ионов кальция (кальциевая жесткость) и магния (магниевая жесткость). Различают временную, постоянную и общую жесткость воды. Временная (карбонатная) жесткость обусловливается присутствием в воде бикарбонатов кальция и магния, и она устраняется при кипячении. Различают временную, постоянную и общую жесткость воды. Временная (карбонатная) жесткость обусловливается присутствием в воде бикарбонатов кальция и магния, и она устраняется при кипячении. Постоянная жесткость воды обусловливается присутствием в природной воде хлоридов, сульфатов, силикатов и других растворимых солей кальция и магния; постоянная жесткость не устраняется кипячением. Постоянная жесткость воды обусловливается присутствием в природной воде хлоридов, сульфатов, силикатов и других растворимых солей кальция и магния; постоянная жесткость не устраняется кипячением. Повышенная жесткость воды приводит к образованию накипи, уменьшает теплопроводность воды, ухудшает качество тканей, которые отделываются в жесткой воде, увеличивается расход мыла при стирке, плохо развариваются мясо и овощи. Повышенная жесткость воды приводит к образованию накипи, уменьшает теплопроводность воды, ухудшает качество тканей, которые отделываются в жесткой воде, увеличивается расход мыла при стирке, плохо развариваются мясо и овощи.
Источники питьевой воды Источники питьевой воды Большая часть пресной воды, используемой для хозяйственно-питьевых нужд, берется из поверхностных водоемов и перед распределением потребителям подается в очистные сооружения. Муниципальная очистка воды включает следующие этапы: 1) вода хлорируется (озонируется) для удаления микроорганизмов; 2) вода обрабатывается алюминиевыми квасцами, при коагуляции которых захватываются внешние частицы; 3) после коагуляции вода в течение нескольких часов отстаивается для осаждения взвесей; 4) взвеси отфильтровываются через песчаный фильтр; 5) вода стабилизируется известью; 6) перекачивается в накопитель, откуда и поступает к потребителю.
Техническая вода Техническая вода Вода, расходуемая промышленными предприятиями, называется технической. Ее применяют главным образом в качестве охлаждающего агента, транспортирующей среды для сыпучих материалов, растворителя. Вода, расходуемая промышленными предприятиями, называется технической. Ее применяют главным образом в качестве охлаждающего агента, транспортирующей среды для сыпучих материалов, растворителя. Для предотвращения образования накипи техническая вода подкисляется соляной или серной кислотой и добавляют ингибиторы коррозии, хлорируют.
Круговорот воды на Земле Круговорот воды на Земле Круговорот воды на Земле называется гидрологическим циклом. Он включает поступление воды в атмосферу при ее испарении и возвращение ее назад в результате конденсации и выпадения осадков. Круговорот воды на Земле называется гидрологическим циклом. Он включает поступление воды в атмосферу при ее испарении и возвращение ее назад в результате конденсации и выпадения осадков.
Вода, выпадающая в виде осадков Вода, выпадающая в виде осадков -впитывается в почву (инфильтрация) -стекает по ней (поверхностный сток) -удерживается почвой (капиллярная) -просачивается вниз (гравитационная) -достигает уровня грунтовых вод (грунтовые воды)
Слои пористого материала, по которым движется вода, называются водоносными горизонтами; Слои пористого материала, по которым движется вода, называются водоносными горизонтами; Водоносные слои выходят на поверхность, образуя естественные родники, которые питают ручьи, реки и озёра (грунтовые воды становятся поверхностными) Водоносные слои выходят на поверхность, образуя естественные родники, которые питают ручьи, реки и озёра (грунтовые воды становятся поверхностными) Поверхностная вода частично испаряется и попадает в атмосферу и т.д. Поверхностная вода частично испаряется и попадает в атмосферу и т.д.
2. Экологические проблемы гидросферы Проблема исчерпания или количественного истощения вод Проблема исчерпания или количественного истощения вод 1. Истощение вод следует понимать как недопустимое сокращение их запасов в пределах определенной территории (для подземных вод) или уменьшения минимально допустимого стока (для поверхностных вод). 1. Истощение вод следует понимать как недопустимое сокращение их запасов в пределах определенной территории (для подземных вод) или уменьшения минимально допустимого стока (для поверхностных вод). Истощение вод действительно невозможно в масштабах всей гидросферы, но оно реально в региональном плане. Истощение вод действительно невозможно в масштабах всей гидросферы, но оно реально в региональном плане. Истощение поверхностных вод проявляется в прогрессирующем снижении их минимально допустимого стока. Истощение поверхностных вод проявляется в прогрессирующем снижении их минимально допустимого стока.
2. Серьезная экологическая проблема - восстановление водности и чистоты малых рек, наиболее уязвимого звена в речных экосистемах. 2. Серьезная экологическая проблема - восстановление водности и чистоты малых рек, наиболее уязвимого звена в речных экосистемах. 3. Создание крупных водохранилищ. Затопление значительных площадей плодородных земель, изменение режима подземных вод (засоление, заболачивание и др.), переработка берегов водохранилища (активизация оползней, карста и др.), активизация сейсмической деятельности, подтопление прилегающей территории. 3. Создание крупных водохранилищ. Затопление значительных площадей плодородных земель, изменение режима подземных вод (засоление, заболачивание и др.), переработка берегов водохранилища (активизация оползней, карста и др.), активизация сейсмической деятельности, подтопление прилегающей территории.
Экологически обоснованным является такой объем изъятия воды из систем, при котором последние сохраняют свои основные свойства по запасам и качества. Скорость возобновления водных ресурсов. Она максимальна для речных вод, где составляет в среднем суток. Озерные воды возобновляются в среднем через 17 лет, а подземные только за 1400 лет. Значительные запасы глубинных подземных вод вообще не возобновимы, так как не включаются в процессы круговорота в системе атмосфера - осадки - суша. Скорость возобновления водных ресурсов. Она максимальна для речных вод, где составляет в среднем суток. Озерные воды возобновляются в среднем через 17 лет, а подземные только за 1400 лет. Значительные запасы глубинных подземных вод вообще не возобновимы, так как не включаются в процессы круговорота в системе атмосфера - осадки - суша. Технически и экологически наиболее приемлемо использование речных вод, характеризующихся быстрой обновляемостью, легкой доступностью, относительно равномерным размещением по территории и высокой самоочищаемостью. Современное водопотребление и происходит в основной массе из речных источников. Технически и экологически наиболее приемлемо использование речных вод, характеризующихся быстрой обновляемостью, легкой доступностью, относительно равномерным размещением по территории и высокой самоочищаемостью. Современное водопотребление и происходит в основной массе из речных источников.
Проблемы загрязнения Проблемы загрязнения Под загрязнением водоемов понимают снижение их биосферных функций и экологического значения в результате поступления в них вредных веществ.
Основные показатели качества вод и их химический состав Солёность воды оценивается по суммарному содержанию в ней химических ве-в, или сухому остатку (г/л ): пресные, солоноватые, слабосолёные, солёные и очень солёные, рассолы. Солёность воды оценивается по суммарному содержанию в ней химических ве-в, или сухому остатку (г/л ): пресные, солоноватые, слабосолёные, солёные и очень солёные, рассолы. Морская вода в среднем содержит 35 г/л солей. Морская вода в среднем содержит 35 г/л солей.
а ) Критерии оценки качества вод. Для оценки качества вод как и воздуха, используются предельно допустимые концентрации (ПДК). В нашей стране они разработаны более чем для 200 веществ. Для оценки качества вод как и воздуха, используются предельно допустимые концентрации (ПДК). В нашей стране они разработаны более чем для 200 веществ. Бактериологическое состояние воды оценивается: 1) через общее число бактерий в воде, оно не должно превышать 100 в одном миллилитре воды, и 2) через количество бактерий группы кишечной палочки. Бактериологическое состояние воды оценивается: 1) через общее число бактерий в воде, оно не должно превышать 100 в одном миллилитре воды, и 2) через количество бактерий группы кишечной палочки.
К органолептическим показателям относятся запах, цветность, мутность и привкус. К органолептическим показателям относятся запах, цветность, мутность и привкус. Важный показатель качества вод - наличие в них кислорода. Кислородообеспеченность обычно выражается через показатель биологического потребления кислорода (БПК). Под БПК понимают количество кислорода, которое расходуется для разложения (окисления) содержащихся в воде веществ, способных участвовать в биохимических процессах. Важный показатель качества вод - наличие в них кислорода. Кислородообеспеченность обычно выражается через показатель биологического потребления кислорода (БПК). Под БПК понимают количество кислорода, которое расходуется для разложения (окисления) содержащихся в воде веществ, способных участвовать в биохимических процессах. Отношение БПК к ХПК характеризует степень способности воды к самоочищению. Отношение БПК к ХПК характеризует степень способности воды к самоочищению.
б) основные виды загрязнения вод. Химическое загрязнение (органическое и неорганическое). Химическое загрязнение (органическое и неорганическое). Бактериальное загрязнение выражается в появлении в водоемах патогенных бактерий. Бактериальное загрязнение выражается в появлении в водоемах патогенных бактерий. Радиоактивное загрязнение. Радиоактивное загрязнение. Механическое загрязнение Механическое загрязнение Тепловое загрязнение связано с повышением температуры вод. Тепловое загрязнение связано с повышением температуры вод.
в) 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. 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.
2.2. Экологические последствия загрязнения гидросферы Пресноводные экосистемы. Установлено, что под влиянием загрязняющих веществ в пресноводных экосистемах отмечается падение их устойчивости вследствие нарушения пищевой пирамиды и ломки сигнальных связей в биоценозе, микробиологического загрязнения, эвтрофирования и других крайне неблагоприятных процессов. Они снижают темпы роста гидробионтов, их плодовитость, а в ряде случаев приводят к их гибели. Пресноводные экосистемы. Установлено, что под влиянием загрязняющих веществ в пресноводных экосистемах отмечается падение их устойчивости вследствие нарушения пищевой пирамиды и ломки сигнальных связей в биоценозе, микробиологического загрязнения, эвтрофирования и других крайне неблагоприятных процессов. Они снижают темпы роста гидробионтов, их плодовитость, а в ряде случаев приводят к их гибели.
Процесс эвтрофирования водоемов. Ускоренная, или так называемая антропогенная эвтрофикация связана с поступлением в водоемы значительного количества биогенных веществ - азота. Фосфора и других элементов в виде удобрений, моющих веществ, отходов животноводства, атмосферных аэрозолей и т. д.
Антропогенное эвтрофирование весьма отрицательно влияет на пресноводные экосистемы, приводя к перестройке структуры трофических связей гидробионтов, резкому возрастанию биомассы фитопланктона благодаря массовому размножению сине-зеленых водорослей, вызывающих «цветение» воды, ухудшающих ее качество и условия жизни гидробионтов. Возрастание массы фитопланктона сопровождается уменьшением разнообразия видов, что приводит к невосполнимой утрате генофонда, уменьшению способности экосистем к саморегуляции.
Морские экосистемы. Ежегодно в океан сбрасывается до 300 млрд. м сточных вод, 90% которых не подвергается предварительной очистке. Экологические последствия загрязнения морских экосистем выражаются в следующих процессах и явлениях: Морские экосистемы. Ежегодно в океан сбрасывается до 300 млрд. м сточных вод, 90% которых не подвергается предварительной очистке. Экологические последствия загрязнения морских экосистем выражаются в следующих процессах и явлениях: –нарушение устойчивости экосистем; –прогрессирующей эвтрофикации; –появлении «красных приливов»; –накоплении химических токсинов в биоте; –"снижении биологической продуктивности; –возникновении мутагенеза и канцерогенеза в морской среде; - микробиологическом загрязнении прибрежных районов моря. - микробиологическом загрязнении прибрежных районов моря.
3. Некоторые пути решения проблемы дефицита воды Мероприятия по предотвращению количественного истощения вод Мероприятия по предотвращению количественного истощения вод –использование водосберегающих технологий; –переход на многократное использование воды в производственных условиях; –исключение из использования в производственных процессах той же воды, которая подается для питьевых целей; –раздельная подача воды для питья; –использование современной водораспределительной уменьшение или исключение потерь воды при подаче ее потребителям; –установление экономически обоснованной цены на воду; –создание водохранилищ и уменьшение испарения с их поверхности. –уменьшение безвозвратных потерь воды за счет организации хозяйства таким образом, чтобы вода в меньшей мере уходила за пределы тех водосбросов, где она изымалась.
3.2. Мероприятия по уменьшению загрязнения вод 3.2. Мероприятия по уменьшению загрязнения вод 1) механическая очистка; 1) механическая очистка; 2) химическая, или реагентная очистка 2) химическая, или реагентная очистка 3) биохимическая очистка 3) биохимическая очистка 4) обеззараживание воды; 4) обеззараживание воды; 5) специальные методы очистки воды. 5) специальные методы очистки воды.
Поверхностные и подземные воды России: состояние и проблемы использования Водные ресурсы РФ составляют 4310 куб. км, из них в пределах страны – 4110 куб. км и поступает с территории сопредельных государств 191 куб. км воды. Водные ресурсы РФ составляют 4310 куб. км, из них в пределах страны – 4110 куб. км и поступает с территории сопредельных государств 191 куб. км воды. На одного жителя России приходится в среднем в год 30 тыс. куб. м воды (76 куб. м в сутки). На одного жителя России приходится в среднем в год 30 тыс. куб. м воды (76 куб. м в сутки). В России в целом суммарный забор воды на питьевые и хозяйственные нужды составляет около 3% общих водных ресурсов, при этом из них 2/3 объема сбрасывается назад в водные объекты в виде сточных вод. В России в целом суммарный забор воды на питьевые и хозяйственные нужды составляет около 3% общих водных ресурсов, при этом из них 2/3 объема сбрасывается назад в водные объекты в виде сточных вод. Суммарный забор воды из природных водных объектов составляет порядка 87,4 куб. км. Суммарный забор воды из природных водных объектов составляет порядка 87,4 куб. км.
5. Состояние водных объектов края Основные источники загрязнения водных систем и преобладающие виды загрязнителей в Ставропольском крае: Основные источники загрязнения водных систем и преобладающие виды загрязнителей в Ставропольском крае: - Нефтедобыча (нефтепродукты, СПАВ); - Машиностроение (фенолы, медь, цинк, свинец, кадмий, никель); - Химическая и нефтехимическая промышленность (бензопирен, азот аммонийный, полициклические ароматические углеводороды); - Легкая и пищевая промышленность (органические красители, соли тяжелых металлов, нефтепродукты); - Деревообработка (смолистые и жирные вещества, фенол, лигнин); - Канализационные сети; - Скотные дворы и животноводческие фермы (азот, фосфор, калий, пестициды, нитраты); - Заводы стройматериалов и приборостроения (соли тяжелых металлов).