Эколого-экономическая оценка использования и охраны водных ресурсов

метки: Водный, Водохранилище, Ресурс, Объем, Речной, Территория, Население, Водоем

Все природные воды на Земле находятся в непрерывном круговороте. Круговорот воды в природе происходит под воздействием солнечной энергии и силы тяжести. Подсчитано, что на его осуществление расходуется около 23% всей достигающей Землю солнечной энергии. Распределение вод Мирового океана и суши неравномерно (в северном полушарии суша занимает 39, в южном — только 19% его поверхности), и количество поступающей в различные районы Земли солнечной энергии изменяется по сезонам года, что приводит к фазовым переходам воды (ее замерзанию, таянию, конденсации водяных паров и испарению).

Благодаря постоянному круговороту общее количество воды в гидросфере не уменьшается. Ежегодно в нем участвует 577 тыс. км ³ воды, что составляет 0,04% от всех ее запасов на Земле. С поверхности океана испаряется 505 тыс., суши — 72 тыс. км³ воды в год; выпадает в виде атмосферных осадков: на поверхность океана — 458 тыс., суши — 119 тыс. км³ /год. Разность между осадками и испарением с поверхности океана, равная 47 тыс. км³ /год, представляет собой объем воды, который идет на пополнение рек, озер, болот, подземных вод и ледников.

Круговорот воды объединяет в единый механизм все водные ресурсы, где бы они не находились — в океане, атмосфере, биосфере, земной коре. В результате круговорота возникает единство всех природных вод Земли, на что указывали В. И. Вернадский, В. Г. Глушков.

Большой круговорот на Земле, по М. И. Львовичу, состоит из трех основных звеньев: океанического, химического и материкового. В материковом звене выделяют звенья меньших размеров: литогенное, почвенное, речное, озерное, ледниковое, биологической и хозяйственное. Различные звенья круговорота неравнозначны по их хозяйственной ценности. Так, самые значимые — биологическое и почвенное звенья круговорота являются основой обеспечения водой населения и развития сельского хозяйства. Именно эти звенья подвергаются наибольшему целенаправленному преобразованию в результате создания водохранилищ и прудов, проведения мелиоративных мероприятий. Гидротехнической строительство и мелиоративные мероприятия осуществляются с целью искусственного замедления круговорота воды, а в некоторых случаях — ускорения, образуя в целом его хозяйственное звено.

В качестве водных ресурсов обычно рассматриваются не все пресные воды, а только доступные для использования. Они оцениваются двумя основными показателями: статическими, или вековыми, запасами воды (км ³ или м³ ) и возобновляемыми (км³ /год или м³ /сек).

Экономика освоения альтернативных источников энергии (на примере ЕС)

... внимания в наборе ВИЭ являются энергия ветра, Солнца, Океана, мини-ГЭС, биомасса, геотермальная энергия, а также водород и энергия АЭС; прогноз, что в основу энергетики будущего из этого набора ... результаты вывод о том, что односторонняя ориентация экономики и общества на ресурсно ограниченную и истощающуюся традиционную углеводородную энергетику с рубежа XXI в. начинает тормозить экономический ...

К статическим запасам относятся воды, единовременно находящиеся в таких водных объектах, как реки, озера. Болота и ледники, в водоносных породах земли. Возобновляемые воды — та их часть, которая периодически возобновляется в водных объектах благодаря происходящему на Земле круговороту воды.

В России общий статический запас пресных поверхностных вод составляет 43,7 тыс. км ³ . Больше всего их в озерах (27,5 тыс. км³ ) и ледниках (около 13 тыс. км³ ), меньше в болотах (около 3 тыс. км³ ), водохранилищах (1,2 тыс. км³ ) и руслах рек (200 км³ ).

Объем подземных пресных вод достигает 1 млн. 480 тыс. км³ .

Суммарный объем возобновляемых водных ресурсов принято определять как ежегодно возобновляемый речной сток, следовательно, в России он равен 4,74 тыс. км ³ /год. На подземную составляющую речного стока приходится 1 тыс. км³ /год.

Возобновление и накопление воды на любой территории за определенное время в результате круговорота можно оценить уравнением водного баланса, включающего приходную расходную его части. Наиболее общие уравнения, рассмотренные М. И. Львовичем, следующие:

для периферийной части суши — Е _п = Р_п — R_п ;

для бессточных областей — Е _б = Р_б ;

для Мирового океана — Е _о = Р_о + R_п ;

для всего земного шара — Е = Е _с + Е_о = Р,

где Е _п — испарение с периферийной части суши; Р_п — атмосферные осадки в этой части суши; R_п — речной сток с периферийной части суши; Е_б и Р_б — испарение и осадки в бессточных областях; Е_о и Р_о — испарение и осадки в Мировом океане; Е и Р — испарение и осадки на всем земном шаре; Е_с — испарение с поверхности всей суши. Уравнение водного баланса для земного шара или его отдельных областей справедливо только при условии, что средний годовой объем воды, участвующей в круговороте, постоянен, а основные элементы водных балансов находятся в равновесном состоянии. Баланс среднегодового объема воды, участвующей в круговороте на Земле, приведен в таблице 1, (7).

Таблица 1 — Водный баланс земного шара

Области земного шара	Площадь, тыс. км 2	Осадки	Испарение	Сток
		тыс. км 3	мм	тыс. км 3	мм	тыс. км 3	мм
Мировой океан	361	411	1140	453	1254	41	114
Периферийные части суши	107	106	910	65	560	41	350
Замкнутые части суши	42	75	238	75	238	?	?
Вся суша	149	181	1148	140	798	41	350
Весь земной шар	510	525	1030	525	1030	?	?

2. Водные ресурсы, их значение и роль в жизни общества.

Водные ресурсы — это запасы поверхностных и подземных вод суши, которые используются в процессе материального производства или могут быть вовлечены в него. К концу ХХ в. они стали фактором, лимитирующим развитие производительных сил во многих странах и даже на континентах. Это связано с тем, что ряд регионов мира начали испытывать дефицит воды. Такое положение обусловило необходимость качественного и количественного сохранения водных ресурсов.

Достижения научно-технического прогресса постоянно создают предпосылки для более полного использования вод благодаря рациональной организации водосберегающих технологий, включение в хозяйственный оборот ранее не использовавшихся вод (солоноватых, соленых и др.), созданию различных гидротехнических сооружений, регулирующих речной сток для хозяйственных целей. Все большее внимание уделяется изучению многолетних и сезонных колебаний, процессам возобновления водных ресурсов, асинхронности их распределения по крупным регионам. Учет этих особенностей при оценке водных ресурсов позволяет более равномерно и рационально организовывать их использование. (19)

2.1. Водные ресурсы мира и России.

Вода — одно из наиболее распространенных веществ в природе. Из общих запасов воды на Мировой океан приходится 361 млн. км ² , или около 71% площади поверхности земного шара, равной 510 млн. км² . Суммарная площадь всех внутренних водоемов суши составляет менее 3% ее площади, равной 149 млн. км² . Около 10% территории суши покрыто ледниками. Представление о распределении воды в различных частях гидросферы дает таблица 2.

Таблица 2 — Объем воды и активность водообмена различных частей гидросферы земного шара

Часть гидросферы	Объем воды	Продолжительность условного водообмена
	тыс. км 3	доля от общего объема всех вод, %	доля от объема пресных вод, %
Мировой океан	1338000	96,5	—	2500 лет
Подземные воды	23700	1,72	30,9	1400- 10000 лет
Ледники	26064	1,74	68,7	9700 лет
Озера	176	0,013	0,26	17 лет
Почвенная влага	16,5	0,001	0,05	1 год
Воды атмосферы	12,9	0,001	0,037	8 сут
Болота	11,5	0,0008	0,033	5 лет
Водохранилища	6,0	0,0004	0,016	0,5 года
Реки	2,0	0,0002	0,006	16 сут

Наибольший практический интерес для удовлетворения потребностей человека представляют воды рек. Их единовременный объем, как видно из таблицы 1, ничтожно мал. Однако в процессе круговорота влаги он возобновляется в течение года в среднем 23 раза и, таким образом, фактические ресурсы речных вод могут быть оценены в 47 тыс. км ³ /год.

Водные ресурсы рек, выраженные в слое стока, составляют в среднем 315 мм/год. Речной сток резко изменяется по территории (таблица 2): от 10-20 мм в год в аридных районах до 9000 мм в год в некоторых хорошо увлажненных горных массивах.

Таблица 3 — Возобновляемые ресурсы пресных вод (речной сток) и водообеспеченность на земном шаре

Территория	Площадь, млн км 2	Население, млн. чел	Сток
			общий, тыс. км 3 /год	удельный, л/(с км 2 )	На душу населения, м 3 /сут
Европа	10,5	670	3,2	9,7	13,1
Азия	43,5	2930	14,4	10,5	13,4
Африка	30,1	503	4,6	4,8	25,0
Северная и Центральная Америка	24,2	380	8,2	10,7	59,0
Южная Америка	17,8	250	11,8	21,0	129,0
Австралия	7,6	15	0,4	1,4	63,5
Океания	1,3	8	2,0	51,1	685,0
Антарктида	14,0	0	2,2	5,1	—
Вся суша	149,0	4756	46,8	10,0	27,1

Представление о суммарной величине поверхностных и подземных вод России дает таблица 4. Кроме того, примерно по 3 тыс. км ³ воды содержится в болотах и почвах в виде почвенной влаги. Практически наибольшее значение для страны имеют воды рек. Годовой сток всех рек России оценивается в 4,74 тыс. км³ . Россия по этому показателю занимает второе место в мире, существенно уступая Бразилии (9,9 тыс. км³ ), по территории которой протекает Амазонка.

Таблица 4 — Суммарные запасы поверхностных и подземных вод России

Запасы воды	Объем, км 3	Доля, %
		от общих запасов вод	от запасов пресных вод
Озерные В том числе пресные	104 000 27 500	2,77 0,73	— 1,81
Водохранилищные	1 200	0,03	0,08
Речные	200	0,005	0,01
Ледниковые В том числе горные	12 956 1 171	0,35 0,03	0,85 0,08
Подземные В том числе 1-я зона 2-я зона 3-я зона	3 630 000 550 000 930 000 2 150 000	96,845 14,67 24,81 57,36	— 36,14 61,12 —
Всего В том числе пресных	3 748 356 1 521 856	100 —	— 100

Таблица 5 — Водные ресурсы крупнейших рек России

Река	Средний годовой сток	Площадь водосбора, тыс. км 2
	км 3	тыс. м 3 /с	л/(с·км 2 )
Енисей	630	19,9	7,7	2 580
Лена	532	16,8	7,0	2 490
Обь (Салехард)	404	12,8	4,3	2 990
Амур	344	10,9	5,9	1 855
Волга (Волгоград)	254	8,04	5,8	1 380
Печора	130	4,12	12,8	322
Колыма	127	4,03	6,2	647
Северная Двина	109	3,46	9,7	357
Нева	78,5	2,48	8,8	281
Амударья (Керки)	69,5	2,20	9,7	227
Днепр	53,9	1,71	3,4	504
Дон	28,1	0,89	2,1	422

Вода на Земле находится в непрерывном движении — влагообороте, в процессе которого происходят ее фазовые превращения и перемещение по территории. Гидросфера проникает в другие сферы земли — литосферу и атмосферу, составляет важнейший компонент биосферы.

Основная масса влаги поступает на территорию России из Атлантического океана. В виде осадков выпадает 11,7 тыс. км ³ . Значительная часть атмосферных осадков, фильтруясь через почвы и горные породы, пополняет запасы подземных вод. На транспирацию всеми видами растительности и испарение с поверхности водоемов и почвы расходуется 7300 км³ /год.

Ресурсы подземных вод в нашей стране широко используются для различных хозяйственных целей. Этому способствуют большая равномерность их территориального распределения и чистота. Ресурсы подземных вод делятся на естественные и эксплуатационные. Объем естественных ресурсов оценивается на территории России в 1100 км ³ , или примерно ј речного стока, эксплуатационные ресурсы пресных подземных вод составляют около 340 км³ /год, причем половина из них связана с поверхностным стоком. Для водоснабжения используется до 5% этих запасов. Подземные воды, гидравлически не связанные с поверхностными (около 170 км³ ), представляют собой дополнительные водные ресурсы.

В ряде промышленно развитых районов страны (Москва, Санкт-Петербург и др.) интенсивная эксплуатация подземных вод вызывает постоянное снижение их уровня (до 1 м в год).

Воронки депрессии в зонах сосредоточенного водоотбора подземных вод развились уже на площади в сотни квадратных километров. В этих районах ухудшается качество подземных вод, отмечаются подсос морских вод к водозаборам, например в Крыму, просадки земной поверхности, активизируются карстовые процессы.

Таким образом, назрела необходимость в мероприятиях по искусственному восполнению подземных вод и управлению их качеством и использованием во многих районах нашей страны. (15)

2.2. Особенности распределения водных ресурсов в России

Россия принадлежит к числу стран, богатых водными ресурсами, однако и здесь существуют водные проблемы. Для водоснабжения населения, промышленности, сельского хозяйства необходимо, чтобы их потребности были определены определенным объемом воды, который подавался бы потребителям в оптимальном режиме и соответствующего качества. При нарушении хотя бы одного из этих условий возникают водные проблемы. Не меньшее значение для природы и водообеспечения населения, сельского хозяйства и промышленности имеет гидрологический режим самих водных объектов.

Водные проблемы в нашей стране обусловлены как природными, так и антропогенными факторами.

Один из природных факторов — неравномерное распределение стока по территории: 84% ресурсов поверхностных вод приходится на бассейны Северного Ледовитого (3030 км ³ /год) и Тихого океанов (950 км³ /год).

В них впадают крупнейшие реки нашей страны: Енисей, Лена, Обь и Амур, которые дают 44% объема стока всех рек. На Южные и Юго-западные районы (бассейны Черного и Азовского морей, Арало-Каспийская низменность), где сосредоточено 75% населения и 80% промышленности и сельскохозяйственного производства, приходится всего 750 км³ , или 16% ресурсов поверхностных вод. На европейской территории страны сток рек южного склона (Волга, Урал, Днестр, Днепр, Дон, Кубань, Кура, Терек и др.) составляет 605 км³ , или 50% от речного стока этой части России.

Другим природным фактором, вызывающим возникновение водных проблем, является неравномерное распределение стока по сезонам года. На большинстве рек Европейской части России, Западной и Восточной Сибири, а также Дальнего Востока свыше 2/3 стока проходит за 2-3 месяца весеннего половодья.

Значительны колебания речного стока в бассейнах отдельных рек от года к году. Это особенно сильно сказывается в засушливых районах страны, где сток рек в маловодные годы может составлять всего 3-4% от стока в средний по водности год и 1% от стока в многоводный год. Кроме того, как многоводные, так и маловодные годы имеют тенденцию группироваться, то есть повторяются несколько лет подряд. И если многоводные годы обычно бывают в течение 2-3 лет, то маловодные нередко следуют друг за другом в течение 6-7 лет, а в отдельных случаях маловодья наблюдались на протяжении 15-20 лет.

За последние годы водные проблемы существенно обострились в связи с антропогенными изменениями речного стока и бесхозяйственностью. В наиболее обжитых районах страны не осталось крупных рек, не нарушенных хозяйственной деятельностью, причем как на водосборах, так и в руслах самих рек. Существенное влияние на сток и качество воды оказали: агротехнические лесомелиоративные мероприятия; урбанизация, в результате которой сотни квадратных километров поверхности земли в каждом городе покрылись асфальтом; оросительные и осушительные мелиорации, охватившие ныне площади во многие миллионы гектаров; зарегулирование стока большим числом водохранилищ; значительные заборы воды на ирригацию, промышленное и коммунальное водоснабжение; сброс загрязненных вод в водоисточники. В последние десятилетия среди антропогенных причин существенное влияние на сток рек оказал забор воды для передачи ее каналами в районы с острым дефицитом воды. Каналами перераспределяется уже более 100 км ³ воды, а это равно двум годовым стокам такой крупной реки, как Днепр. В результате забора воды из водоисточников для различных нужд народного хозяйства годовой сток Днепра, Дона, Урала, Терека снизился на 17-25%. В маловодные годы сток уменьшается на 40-60%. А еще несколько десятилетий назад снижение стока в бассейнах этих рек не превышало 2-5%. Сток Амударьи и Сырдарьи в последние годы разбирается на хозяйственные нужды практически полностью.

Особенно негативное влияние на реки, озера и моря оказывает загрязнение вод. Большинство рек, протекающих в экономически развитых районах, загрязнены в той или иной степени промышленными и коммунально-бытовыми стоками, стоками с животноводческих ферм, сельскохозяйственных полей. Загрязняют реки также водный транспорт, атмосферные выбросы промышленных предприятий, добыча полезных ископаемых, массовый неорганизованный отдых, особенно связанный с использованием маломерного флота.

Ко всем указанным причинам обострения водных проблем следует добавить возрастающую и усложняющуюся взаимосвязь региональных водных проблем, необходимость обеспечения оптимального гидрологического, гидрохимического и гидробиологического режима внутренних морей. Немалые сложности создают и противоречия, имеющие место при решении и взаимной увязке текущих задач и задач отдаленной перспективы. Кроме того, современные методы решения водохозяйственных проблем, такие как зарегулирование стока, его территориальное перераспределение, выдвигают в свою очередь множество не только технических, но и других, прежде всего экологических и экономических, проблем. (1)

3. Использование водных ресурсов в народном хозяйстве

Коммунальное, промышленное и сельскохозяйственное водоснабжение

Коммунальное водоснабжение . Доля коммунального водоснабжения в общем объеме потребляемой воды как в целом в мире, так и в России относительно невелика, но для жизни общества оно имеет решающее значение. Отсутствие чистой питьевой воды — одна из главных причин тяжелых инфекционных болезней. Свыше половины населения мира пользуется водой, не отвечающей санитарно-гигиеническим требованиям.

В России в отношении коммунально-бытового водоснабжения принят самый высокий показатель обеспеченности — 97% по числу бесперебойных лет. Коммунально-бытовое водоснабжение призвано удовлетворять потребности населения в воде, поэтому к ее качеству предъявляются очень высокие требования как по физическим свойствам, так и по химическим и бактериологическим показателям. Для приведения качества воды в соответствие с санитарно-гигиеническими нормативами ее фильтруют, коагулируют, с целью дезинфекции хлорируют или фторируют, для улучшения вкусовых качеств обогащают аммиаком.

Нормы хозяйственно-питьевого водоснабжения зависят от благоустройства жилого фонда населенного пункта, климатических, а нередко и исторических условий. Водопотребление на одного человека колеблется от 30-50 до 400 л/сут и более. Существенны колебания водопотребления и за рубежом. Так в Лондоне на одного человека приходится 260, а в Нью-Йорке — 600 л/сут. В среднем по России городское водопотребление оценивается в 450 л/сут, из них 50% идет на хозяйственно-питьевые, 20 — на коммунально-бытовые и 30% — на производственные нужды. Во многих небольших городах и поселках удельное водопотребление в 1,5-2 раза ниже среднего по стране.

Около 60% воды на коммунальное водоснабжение забирается из поверхностных и немногим более 40% из подземных источников, обладающих наилучшим качеством вод в связи с их минимальным загрязнением химическими веществами химическими веществами и патогенными микробами.

Дальнейшее совершенствование водопользования в коммунальном хозяйстве требует проведения ряда мероприятий, среди которых следует назвать: централизованное водоснабжение в ближайшие годы всего городского населения (в настоящее время — 98% городов и 86% поселков городского типа); всемирную экономию и снижение потерь питьевой воды; стабилизацию удельного водопотребления; разработку и внедрение усовершенствованных систем подачи и распределения воды; существенное повышение уровня механизации и автоматизации технологических процессов водопользования.

Водоснабжение промышленности . Промышленность является одним из крупнейших потребителей воды. Разные отрасли предъявляют различные требования к количеству и качеству воды. Так, на производство 1 т хлопчатобумажной ткани расходуется около 250 м³ воды, 1 т синтетического волокна — 2500-5000 м³ . Много воды требуется химической промышленности: около 1000 м³ воды используется при производстве 1 т аммиака и 2000 м³ — 1 т синтетического каучука. К числу водоемких потребителей относится и цветная металлургия: на 1 т никеля расходуется 4000 м³ воды. Следует иметь в виду, что на предприятиях одной и той же отрасли в зависимости от технологического уровня производства на получение 1 т продукции используется различное количество воды, например на производство 1 т нефти требуется от 0,1 до 50 м³ воды. Обычно расход воды на родственных предприятиях различается в 5-10 раз.

Большое внимание на объем потребляемой воды оказывают системы промышленного водоснабжения. При прямоточной системе вода из источников водоснабжения подается на предприятие, а после использования и очистки, а подчас и без нее возвращается в источник. В системах же оборотного водоснабжения воду после технологического процесса охлаждают, очищают и затем снова направляют в производственный цикл. Периодически для компенсации потерь система пополняется свежей водой. При повторной системе водоснабжения воду, использованную в одних процессах, передают для использования в других процессах этого же или иных предприятий и затем после соответствующей очистки сбрасывают в водные объекты. Нередко две последние системы комбинируются. Безвозвратный расход воды в промышленности чаще всего невелик и колеблется от 2 до 20% в зависимости от характера производства и применяемой технологии и лишь в редких случаях, как, например, в нефтеперерабатывающей промышленности достигает 50%. Безвозвратное водопотребление складывается из объема воды, вошедшей в состав продукции, и потерь на всех этапах технологического процесса.

Вода в промышленном производстве используется как сырье, растворитель. Теплоноситель, наконец, как среда, поглощающая и транспортирующая растворенные примеси. Более всего ее в промышленности используется для охлаждения: например в теплоэнергетике — 85% от общего расхода; основное количество воды на эти же цели идет и на металлургических заводах.

Несмотря на широкое внедрение оборотно-повторного водоснабжения — в среднем до 75%, а в некоторых отраслях и больше, промышленность ежегодно забирает из водных объектов около 50 км ³ воды, в том числе примерно 4 км³ морской. Свыше 30 км³ воды промышленные предприятия ежегодно сбрасывают в водные объекты, при этом всем видам очистки (механическая, биологическая и физико-химическая) подвергается лишь около половины сбрасываемых вод, примерно 5-7% вод сбрасывается вообще без очистки.

В условиях намечаемого ускорения развития промышленного производства важное значение приобретает выполнение мероприятий, направленных на совершенствование использования водных ресурсов. Важнейшее значение среди этих мероприятий имеют следующие: нормирование количества и качества воды, расходуемой в различных отраслях промышленности на единицу продукции; дальнейшее наращивание мощностей систем оборотно-повторного водоснабжения и замкнутых систем водоснабжения и замкнутых систем водопользования; применение в ряде отраслей промышленности очищенных сточных вод коммунального хозяйства; всемирное сокращение утечки воды; утилизация осадков в стоках промышленных предприятий и их обработка в целях дальнейшего использования в народном хозяйстве.

Следует иметь в виду, что наряду с сокращением удельного расхода свежей воды в некоторых отраслях промышленности, например нефтедобывающей и газовой, в перспективе расход увеличится, так как усложняются условия разработки и эксплуатации скважин.

Сельскохозяйственное потребление. Годовое потребление воды в сельской местности в нашей стране составляет около 12 км³ . Основными потребителями воды являются сельские населенные пункты, животноводство, предприятия по переработке сельскохозяйственной продукции, а также производственные зоны по обслуживанию техники.

Характерная особенность водоснабжения сельских населенных пунктов — большая внутрисуточная неравномерность, значительные объемы безвозвратного водопотребления из-за слабого развития канализации и относительно невысокое удельное водопотребление на душу населения — 30-100 л/сут. В целом 33% сельских населенных пунктов имеют централизованное водоснабжение. По сравнению с коммунально-бытовым водоснабжением городов состояние водозаборных сооружений в сельской местности находится на более низком техническом уровне.

Для сельскохозяйственного водоснабжения в основном используются подземные воды. Использование поверхностных вод широко распространено лишь в некоторых районах России — Поволжском, Западно-Сибирском и Дальневосточном (30-35%).

Значительным потребителем воды в сельской местности является животноводство. Нормы потребления воды животными колеблются от 2 л/сут (ягненок) до 200 л/сут (корова).

Вода, забираемая на нужды животноводства, должна удовлетворять тем же требованиям, которые предъявляются к воде, используемой для хозяйственно-питьевых целей. Поение скота загрязненной водой снижает продуктивность животных на 40-70%. В южных районах страны животноводство не может развиваться без обводнения обширных пастбищ, которые, как правило. Имеют очень ограниченные водные ресурсы.

Для улучшения сельскохозяйственного водоснабжения требуются: внедрение централизованных систем водоснабжения и водоотведения с сооружениями биологической очистки сточных вод; увеличение оборотного и повторного применения вод; тщательная очистка стоков и использование их для полива сельскохозяйственных культур; совершенствование водозаборов из поверхностных источников; опреснение минерализованных вод; использование солнечной энергии и энергии ветра для подъема воды. Повышение благоустройства сельских населенных пунктов и рост объема сельскохозяйственной продукции неизбежно приведут к росту сельскохозяйственного водоснабжения и водоотведения в ближайшей перспективе.

Энергетика.

Свыше 80% электроэнергии во всем мире, включая Россию, вырабатывается тепловыми электростанциями, которые являются наиболее крупными промышленными потребителями воды. Для их работы требуется воды в среднем 35-40 м ³ /с на 1 млн. кВт установленной мощности. Крупные тепловые электростанции обычно размещают на берегах больших рек, водохранилищ, озер или же для их работы создают специальные довольно значительные водохранилища, что требует больших капиталовложений.

Общий объем воды, потребляемой тепловыми электростанциями страны, составляет около 160 км ³ , в том числе свежей 70, оборотной 90 км³ , что превышает годовой суммарный сток таких рек, как Днепр, Дон, Урал. Системы охлаждения прямотоком характерны для конденсационных электростанций, а для ТЭЦ, как правило, применяются оборотные системы. Около 95% сточных вод тепловых электростанций составляет охлаждающая вода, практически не загрязненная. Небольшая часть потребности электростанций в воде (около 8 км³ ) покрывается морской водой. На морской воде работают станции на побережьях Балтийского и Каспийского морей, Тихого океана.

Воздействие электростанций на гидрологический и биологический режимы водоемов многообразно и обусловлено травмированием организмов при прохождении ими агрегатов станции вместе с охлаждающей водой, поступлением вместе со сбрасываемой водой добавочного тепла, повышающего температуру водоемов, и внесением загрязнений со сбросными водами.

При сбрасывании подогретых вод повышается температура воды в водоемах и водотоках, что отражается на фауне и флоре. Повышение ее до 20-25єС и более сказывается положительно, стимулируя рост и размножение организмов, а до 26-30єС и более — подавляет развитие основных групп гидробионтов. Непрерывный поток подогретой воды усиливает течение, которым сносится планктон. Изменяются условия обитания не только планктона, но и зообентоса из-за размыва этим потоком грунтов, нарушается кислородный режим, вода загрязняется нефтепродуктами. Солями тяжелых металлов, кислотами и щелочами, а через атмосферные выбросы — золой, оксидами серы, азота и т.д. Вместе с тем, если тепловые сбросы поступают в придонные слои, тепловой режим водоема и циркуляция водных масс в некоторых случаях могут быть улучшены. Положительно следует оценивать и отсутствие ледового покрова зимой или более короткий период его существования, поскольку это улучшает кислородный режим водоема.

Сказанное свидетельствует о важности выбора системы водоснабжения электростанций, необходимости более рационального размещения их, разработки или совершенствования системы технологических процессов по утилизации тепловых вод в хозяйстве. В этих целях проводятся научно-исследовательские и практические работы по использованию теплых вод для орошения сельскохозяйственных культур, водоснабжению животноводческих ферм, обогреву открытого грунта, выращиванию на корм рыбам зеленых водорослей и разведению рыб в бассейнах.

Учитывая, что в наиболее развитых странах в 2000 г. на охлаждение тепловых электростанций было использовано около 10% водных ресурсов, можно представить, насколько большое хозяйственное и экологическое значение имеет строительство тепловых электростанций на берегах водоемов. Снижению отрицательного воздействия тепловых электростанций на водоемы способствуют: максимальное ограничение прямоточных систем водоснабжения; применение оборотных систем; химическая обработка добавочной воды оборотных систем технического водоснабжения; повторное использование замасленных и мазутных вод после предварительной очистки; нейтрализация сточных вод подготовительных установок.

Важнейшей подотраслью топливно-энергетического и водного хозяйства страны является гидроэнергетика. Гидроэнергетический потенциал освоен в Поволжье и на Урале на 60-80%, в Сибири, на Дальнем Востоке и в Средней Азии от 3-5 до 20%. Установленные мощность и выработка электроэнергии ГЭС в энергосистемах страны составляют за последние десятилетия 18-20 и 12-14% соответственно. Ежегодная экономия топлива за счет работы ГЭС исчисляется в целом по стране 70-80 млн. т условного топлива.

Основная функция гидроэлектростанций в современных энергосистемах — регулирование равномерности суточной нагрузки энергосистем. Разница между максимальной и минимальной нагрузками суточного графика во всех энергосистемах составляет 10-20 млн. кВт. Покрытие пиков графиков нагрузки тепловыми электростанциями не всегда возможно и целесообразно по техническим и экономическим причинам. Частое чередование глубокой разгрузки и полной нагрузки тепловых агрегатов сокращает срок службы оборудования, увеличивает частоту и объем ремонтных работ, повышает аварийность, существенно увеличивает удельный расход топлива на производство электроэнергии. Агрегаты же гидроэлектростанций быстро (в течение 1 мин) и легко воспринимают нагрузку энергосистем. Возможный диапазон регулирования мощности гидроэлектростанций обычно близок к их полной установленной мощности.

На большинстве гидроэнергетических водохранилищ осуществляется суточное и недельное регулирование стока и только на наиболее крупных водохранилищах — сезонное и многолетнее. При отсутствии регулирующих водохранилищ гидроэлектростанции вырабатывали бы энергию не в соответствии с требованием энергетических систем, а в зависимости от водности реки в тот или иной период. Поскольку расход воды в реках в разное время года меняется в десятки и сотни раз, гидроэлектростанции без регулирующих водохранилищ также изменяли бы свою мощность и выработку энергии. Кроме того, при использовании гидроэнергоресурсов без регулирующих водохранилищ чрезвычайно трудно выбрать установленную мощность станции. Если бы мощность станции рассчитывалась в соответствии с максимальным расходом, то большую часть года многие агрегаты простаивали бы из-за недостатка воды. Так, для гидроэлектростанций, не имеющих регулирующих водохранилищ, характерен низкий коэффициент использования стока — нередко 0,1 — 0,2.

Помимо природных предпосылок, вызывающих необходимость создания водохранилищ для гидроэлектростанций, имеются технические и экономические факторы. Среди них — неравномерное потребление электроэнергии в течение как суток и недели, так и года, несовпадение во времени бытовых расходов воды в реке с графиком нагрузки энергосистемы.

В связи с ростом пиков графиков нагрузки в энергосистемах гидроэлектростанции не всюду справляются с их покрытием. Поэтому в последние десятилетия все шире развертывается строительство гидроаккумулирующих станций (ГАЭС), которые также предъявляют свои особые требования к водным ресурсам.

Основные элементы ГАЭС: два бассейна-водохранилища — верховой и низовой, расположенные на разных уровнях, обычно в пределах от нескольких десятков до 200 м; здание гидроэлектростанции с оборотными агрегатами, работающими попеременно в насосном и турбинном режимах; трубопроводы, соединяющие оба бассейна со зданием гидроэлектростанции. В период ночных провалов нагрузок в энергетической системе энергия тепловых и атомных электростанций используется агрегатами, работающими в насосном режиме для подкачки воды из низового бассейна в верховой. В период же пика нагрузки вода из верхового бассейна сбрасывается в низовой и ГАЭС питает энергосистему.

На большинстве эксплуатируемых гидроаккумулирующих станций низовые и верховые бассейны созданы специально: низовой — путем строительства небольшой плотины в русле реки, верховой — посредством выемки и обвалования бассейна, как правило, по всему его периметру. По мере развития ГАЭС и увеличения их установленной мощности (до 2 млн кВт) в качестве низового бассейна используются естественные озера и водохранилища.

Одна из проблем, возникающих при эксплуатации ГАЭС, — их влияние на окружающую среду, прежде всего на низовой бассейн. Забор в течение суток десятков миллионов кубических метров воды в верховой бассейн и сброс этой воды в низовой бассейн оказывают существенное воздействие на режим уровней, течения, а, следовательно, на все гидрологические процессы в водоеме. Значительная ежесуточная амплитуда колебаний уровня воды в водоемах активизирует процессы переработки берегов, влияет на условия нереста и нагула рыбы, растительность, качество воды, состояния и условия использования пляжей. Естественно, чем крупнее водохранилище или озеро, тем меньше меняются природные условия при использовании его в качестве низового бассейна ГАЭС.

Водный транспорт и лесосплав.

Протяженность внутренних водных путей в стране составляет 123,2 тыс. км. Длина искусственных водных путей, пролегающих по водохранилищам, каналам, шлюзованным и зарегулированным рекам, превышает 21 тыс. км.

В грузообороте всех видов транспорта на речной приходится немногим более 4%. В 1996 г. было перевезено 649 млн т грузов, грузооборот достиг 256 млрд т

— км. В перевозках речного транспорта превалируют сухогрузы (558 млн. т).

Это в основном минеральные строительные материалы, каменный уголь и кокс, нефтепродукты, лес и дрова, зерно, металлы и металлолом. Стоимость перевозок грузов речным транспортом на 1/3 ниже, чем по железной дороге, и в 3-15 раз меньше, чем автотранспортом.

Несмотря на незначительный удельный вес в общем грузообороте, водный транспорт занимает существенное место в народной хозяйстве. В районах Европейского Севера, Северо-Западном, Поволжском, Волго-Вятском, Восточно-Сибирском доля перевозки грузов речным транспортом составляет 20-40% от общего объема перевозок. Значение водного транспорта для развития промышленности и сельского хозяйства северных и восточных районов страны трудно переоценить.

Относительно небольшая доля речного транспорта в общем грузообороте многих стран, в том числе и России, объясняется сезонностью его работы, несовпадением в некоторых районах сети внутренних водных путей с основным направлением грузопотоков, изолированностью речных бассейнов, как правило, малыми глубинами на незарегулированных участках, ступенчатостью глубин в пределах одного и того же бассейна, наличием перекатов и порожистых участков с большой скоростью течения, неустойчивостью судовых фарватеров и другими причинами. Устранить многие из перечисленных недостатков внутренних водных путей можно лишь путем строительства гидроузлов и каналов и создания водохранилищ.

Для речного транспорта желательнее начинать строительство гидроузлов в верховьях рек, поскольку в этих случаях благодаря водохранилищам увеличиваются судоходные глубины на наиболее мелководных участках рек за счет создания как подпора, так и специальных навигационных попусков в нижние бьефы. Иногда в интересах речного транспорта строительство гидроузлов предпочтительно начинать на том участке реки, где имеются пороги, мешающие судоходству.

Превращение рек в каскады водохранилищ и зарегулирование их стока существенным образом изменило и условия лесосплава, играющего в России значительную роль в перевозках леса. Зарегулирование стока привело к ликвидации молевого сплава, при котором отмечаются большие потери древесины, и создало возможности для перехода на транспортировку леса в кошелях, «сигарах», плотах и на грузовых судах, а также для вовлечения в эксплуатацию новых лесных районов благодаря образованию водных путей по рекам, ранее непригодным для лесосплава.

Отрицательные последствия зарегулирования стока для лесосплава заключаются в наличии более трудных ветро-волновых условий, сокращении длительности навигации, резком снижении скорости течения (имеет значение для рек, где лес в основном сплавляется вниз по течению), резком суточном и недельном колебании уровней воды в нижних бьефах гидроэлектростанций, необходимости расчленения плотов на секции для проводки леса через шлюзы и последующего формирования в плоты в нижнем бьефе.

Основные положительные последствия зарегулирования стока для лесосплава, как и для судоходства, заключаются в увеличении глубины, ширины и радиуса закругления судового хода, а следовательно, и сплавопропускной способности рек, в обеспечении более постоянных уровней воды в период навигации, в возможности укрупнения сплоточно-формировочных рейдов, что позволяет повысить механизацию и автоматизацию рейдовых работ.

Из сказанного следует, что положительные факторы при создании гидроузлов и водохранилищ для речного транспорта и лесосплава имеют большее значение, чем отрицательные. Себестоимость перевозок грузов по водохранилищам в зависимости от увеличения гарантируемых глубин по сравнению с себестоимостью перевозок по реке в естественном состоянии уменьшается в 1,5-5 раз, а капиталовложения в речной транспорт — в 1,2-3 раза.

Строительство гидроузлов и образование водохранилищ явилось существенным вкладом в создание единой глубоководной системы внутренних водных путей Европейской части России.

Рыбное хозяйство.

Внутренние моря, озера, реки и водохранилища России богаты рыбными ресурсами. В них обитают более 1000 видов рыб, из которых около 250 служат объектами рыболовства. Жизнь наиболее ценных для промысла проходных и полупроходных рыб теснейшим образом связана с реками. Время пребывания в реке от момента входа в устье для прохода к местам нереста до ската молоди в море составляет для некоторых видов проходных рыб 15-20 мес. Улов рыбы во внутренних водоемах колебался в первой половине XX в. от 600 до 900 тыс. т в год. В 1995 г. общий улов составил 10,5 млн т.

В последние годы резко изменились условия промысла и воспроизводства рыб. Многие водоемы подверглись мощному антропогенному воздействию. Сток ряда рек, имеющих большое рыбохозяйственное значение (Волга, Дон), зарегулирован. Отрезаны нерестилища ценных видов проходных рыб, иными стали условия обводнения нерестилищ сельдевых. Рыба гибнет в турбинах ГЭС и водозаборах. Продолжается крупномасштабное химическое и биологическое загрязнение водоемов. Все это привело к разрушению или значительному нарушению некоторых водных экосистем, а, следовательно, к ухудшению естественного воспроизводства рыбных запасов и резкому сокращению численности многих ценных промысловых рыб. Так, Аральское море практически потеряло рыбохозяйственное значение. Общий улов в Азовском море снизился примерно вдвое. Наиболее ценных видов (судак, лещ, тарань, сельдь и осетровые) — почти в 15 раз. Самым значимым рыбохозяйственным водоемом страны является Каспийское море. На него приходится половина уловов из внутренних водоемов страны, а осетровых — около 90%.

За последние 40 лет уловы во внутренних морях резко ухудшились по качественному составу. Например, если ранее преобладали частиковые, сельди и другие ценные виды рыб, то сейчас их доля снизилась до 20%, а удельный вес кильки вырос до 80% от общего улова.

Во многих озерах и водохранилищах качественный состав уловов также ухудшился, что объясняется антропогенным воздействием.

Для сохранения и повышения продуктивности водоемов наряду с освоением слабоэксплуатируемых районов Мирового океана следует осуществить мероприятия по повышению продуктивности прибрежных районов РФ путем мелиорации, акклиматизации рыб и беспозвоночных. Большие работы предстоит провести и на внутренних водоемах. Диапазон этих мероприятий очень велик: от прекращения загрязнения внутренних водоемов, обеспечения приемлемого для рыбного хозяйства гидрологического режима, организции новых рыбоводных заводов по промышленному разведению молоди осетровых, лососевых и других ценных видов рыб и повышения эффективности более чем 160 имеющихся заводов, создания широкой сети рыбопитомников для обеспечения молодью рыб прудовых и озерных рыбхозов и зарыбления водохранилищ до построения математических моделей функционирования водных экосистем. Важное значение будут иметь также развертывание производства рыбы с использованием тепловых вод электростанций и других энергетических предприятий, организация на водоемах-охладителях промышленного разведения растительноядных рыб, рационализация и регулирование рыбоводства во внутренних водоемах, создание биологически обоснованных рыбозащитных и рыбопропускных сооружений на реках и водотоках.

Рекреация.

Организация отдыха населения становится все более актуальной задачей во многих странах мира. В организации отдыха особая роль принадлежит водоемам. Возможность заниматься разнообразными видами отдыха и спорта, благоприятная температура и влажность воздуха вблизи воды. Эстетическое действие живописных ландшафтов, смена впечатлений — все это позволяет считать водоемы природными лечебницами.

В России моря, озера, водохранилища, крупные и средние реки имеют важное рекреационное значение. Малые реки длиной до 25 км особого интереса для массового рекреационного использования не представляют, так как в естественном состоянии после прохождения весеннего паводка сильно мелеют.

Одним из существенных рекреационных ресурсов являются водные ресурсы морей — Черного, Азовского и Каспийского. Однако для рекреации пригодна лишь небольшая доля береговой линии с благоприятным сочетанием различных природных факторов.

Реки, озера и моря широко используются для целей отдыха, но не могут полностью удовлетворить постоянно возрастающий спрос. Поэтому одним из существенных водных рекреационных ресурсов, значение которого возрастает, являются водохранилища. Их рекреационное использование представляет особенно большой интерес в силу следующих причин:

• во многих районах, особенно бедных естественными водоемами, водохранилища повышают рекреационную ценность и емкость ландшафтов, а в некоторых случаях служат ядром, вокруг которого создаются такие ландшафты;

• большинство водохранилищ комплексного назначения строятся вблизи городов, нередко города находятся непосредственно на берегах водохранилищ;
• небольшие водохранилища рекреационного назначения могут сооружаться и на территории городов;
• водохранилища комплексного и одноцелевого назначения в горных и северных районах имеют хорошие подъездные пути, поэтому они больше доступны для рекреационного использования, чем озера;
• длина береговой линии водохранилищ в ряде стран мира, в том числе и России, существенно превышает длину береговой линии морей.

Однако нередко создание водохранилищ вызывает и отрицательные последствия для рекреационного использования территории: затопление и подтопление объектов, представляющих большую ценность для организации отдыха (минеральных источников, санаториев, памятников архитектуры и др.).

При оценке рекреационного потенциала водных объектов нельзя ориентироваться только на акваторию или территорию береговой зоны, как это нередко делается, а должны учитываться в совокупности все факторы и условия акваториально-территориального рекреационного комплекса.

Предъявляя высокие требования к качеству окружающей среды, рекреационная деятельность при ее неконтролируемом развитии может оказывать как «массированное», так и «залповое» неблагоприятное воздействие на природную среду.

Оптимизация рекреационного водопользования является сложной проблемой. Целевая установка ее — максимум эффективности рекреационного использования водных объектов при минимальном отрицательном воздействии на качество воды и состояние экосистем при равных единовременных и эксплуатационных затратах. Ее решение невозможно без разработки научных основ определения допустимых рекреационных нагрузок. Эти нормы значительно изменяются по отдельным странам и районам одной страны в зависимости от параметров водных объектов, интенсивности их использования отдыхающими и других факторов. В соответствии с различными нормами на одну весельную лодку требуется от 0,4 до 2 га водной поверхности, моторную и парусную — от 1,2 до 8 га, водные лыжи — от 4 до 16 га, одного купающегося — от 4 до 23м ² водной поверхности и от 20 до 46 м² пляжа. В районах, ощущающих острый недостаток во внутренних водоемах, эти нормы несколько ниже. Желательные параметры водоемов изменяются в зависимости от видов рекреационных занятий в довольно больших пределах: площадь — от 5 га для купания до 300-900 га для парусного спорта, длина — от 50 м для купания до 15 км для водно-моторного спорта и т. п. (4)

4. Охрана вод от загрязнения

Тысячелетиями люди использовали реки, озера, моря для сброса в них загрязненных сточных вод, и практически повсеместно до начала XX в. это не вызывало особого беспокойства. Солнце, воздух и растворенный в воде кислород обеспечивали самоочищение водных объектов. Всего несколько десятилетий назад загрязненные воды ниже какого-либо города через 20-30 км совершенно чистыми и забирались водозаборами другого, расположенного ниже по течению населенного пункта. Однако рост городов, бурное развитие промышленности, энергетики, водного транспорта, увеличение добычи полезных ископаемых, площадей орошаемых земель вели с каждым годом ко все большему загрязнению вод. Загрязненными оказались не только ручьи, небольшие реки и озера, но и моря и даже океаны. (20)

4.1. Современное состояние качества воды в водных объектах

При жизни нынешнего поколения людей исчезла иллюзия о неисчерпаемости водных ресурсов на Земле. Количество стоков, спускаемых в реки и озера, во многих районах мира выросло настолько, что, обладая самоочищающей способностью, водоемы и водотоки уже не смогли восстанавливать нарушенное равновесие условий в них. За 30-40 лет в сточные канавы превратились р. Рейн, Сена, Темза, Северн, Тибр, Миссисипи, Огайо, Потомак, оз. Эри. В угрожающем положении оказались Волга, Амур, Днепр, ряд озер нашей страны. Когда пленки нефтяного загрязнения, распространявшиеся от берегов Западной Европы и Северной Америки, сомкнулись в северной части Атлантического океана, стало ясно, что дальнейшее непринятие мер по сохранению чистоты воды грозит человечеству гибелью.