Водоохранные мероприятия

Лекция № 4

Водоохранные мероприятия

1. Влияние антропогенной деятельности на водные ресурсы

Жизнь человека неразрывно связана со средой обитания, откуда он получает все необходимое для своего существования: кислород, воду, основные виды пищи, энергию. Взаимоотношения человека и природы характеризуются извлечением из нее ценных составляющих, необходимых для его существования. Это находит свое выражение в производстве сельскохозяйственной продукции, разработке полезных ископаемых и выпуске промышленных товаров, заготовке лесоматериалов и ценной растительности, ловле рыбы, охоте на животных и птиц. Все это приводит к нарушению естественного равновесия, антагонизму природных сообществ и постепенному истощению сырьевых ресурсов. В результате любого рода деятельности человека (физиологической, хозяйственной, производственной) появляются отходы, которые, поступая в окружающую среду, в большинстве случаев оказывают на нее отрицательное воздействие, что заметно снижает ее качественные показатели. В значительной мере это относится к водным ресурсам суши, интенсивное использование которых во многих районах способствовало их истоще­нию и загрязнению.

Дальнейшее развитие общества немыслимо без строгого проведения системы социальных, экологических и технико-экономических мероприятий, направленных на регламентацию взаимоотношений человека и природы, с тем чтобы, с одной стороны, обеспечить удовлетворение материальных и духовных потребностей человечества, а с другой – не допустить серьезных экологических изменений в природных экосистемах и создать условия для их нормального функционирования в течение длительного времени. Особое значение в связи с этим имеет установление предельно возможных нагрузок антропогенного воздействия как на отдельные элементы природных сообществ, так и на их комплексы.

Антропогенные (происходящие при участии человека) воздействия на природную среду могут быть подразделены на намеренные и ненамеренные. К намеренным антропогенным воздействиям относят изменения, связанные с удовлетворением потреб­ностей человеческого общества (разработка сельскохозяйственных угодий, мелиорация земель, строительство городов и поселков). К ненамеренным относят обеднение почв крупных массивов земель, уничтожение лесов, нарушение связей экосистем крупных озер, загрязнение Мирового океана, существенное закисление и засоление поверхностных вод и почв.

Среди основных причин негативного воздействия антропогенной деятельности на водные ресурсы можно выделить рост водопотребления, изменение режима (регулирование) водного стока с помощью водохранилищ, а также воздействие на почвенно-растительный покров территории и процессы стока.

Безвозвратное водопотребление на хозяйственные нужды не всегда отождествляется с уменьшением суммарного годового стока рек. Поэтому употребляемый в практике термин «безвозвратные потери» носит условный характер и справедлив лишь для небольших районов и отдельных речных бассейнов, для которых дополнительное испарение приводит к потерям воды. Для больших площадей испарение в результате хозяйственной деятельности не всегда является безвозвратными потерями, так как значительная часть воды возвращается в виде осадков, и тем больше, чем больше площадь территории.

Рекомендуемые материалы

При прямоточной схеме водоснабжения расходуют наибольшее количество воды, но безвозвратные потери при этом незначительны, почти вся вода после использования возвращается в водоемы в виде стоков. При оборотной схеме отработанную воду не сбрасывают обратно в водоемы, а подвергают регенерации после каждого технологического цикла и многократно используют в системе.

Совершенствование технологических процессов получает все большее распространение в различных отраслях промышленности. Влияние промышленности на водный баланс связано не только с увеличением водопотребления, но и с изменением усло­вий формирования стока в результате горных выработок, сооружения на промышленных объектах крупных водозаборов подземных вод. С одной стороны, горные выработки и крупные водозаборы подземных вод приводят к снижению уровня грунтовых вод и созданию депрессионных воронок на площадях, иногда достигающих тысячи квадратных километров, что оказывает влияние на круговорот природных вод в речных бассейнах. Кроме того, водопонижения могут уменьшить естественный приток подземных вод в речную сеть, что приводит к уменьшению общего речного стока. С другой стороны, водоотведение при горных выработках обычно сопровождается сбросом шахтных вод в реки, что увеличивает объем и загрязнение речного стока.

Промышленные стоки дают наибольшее загрязнение природных вод. Особенно загрязнены сточные воды таких отраслей народного хозяйства, как нефтеперерабатывающая, химическая металлургическая, горнодобывающая и др.

Расход воды на орошение сильно изменяет водный баланс регионов. Значительная часть воды (иногда большая) теряется на инфильтрацию в каналах и на непродуктивное испарение.

Интенсификация сельскохозяйственного производства сопровождается быстрым наращиванием темпов применения минеральных удобрений и химических средств защиты растений от сорняков, вредителей и болезней. В результате в окружающую среду поступает много химических веществ, в том числе пестицидов и гербицидов, некоторые из которых устойчивы к воздействию внешних факторов и в течение длительного времени сохраняют свои свойства.

Особая опасность загрязнения вод удобрениями и пестицидами заключается в том, что поверхностные стоки с полей невозможно пропустить через очистные сооружения. Кроме того, огромные площади сельскохозяйственных угодий являются основными речными водосборами, с которых вода поступает в водные объекты, формируя их сток.

В ходе исследований установлено, что из внесенных удобрений в водоисточники попадает значительная часть биогенных веществ: около 20 % азота, 2,5 % фосфата и 30 % калия. Таким образом, сельское хозяйство стало основным источником загрязнения водных объектов биогенными веществами, наличие которых интенсифицирует процессы развития фитопланктона (цветение воды), стимулирует рост водных организмов, вызывает прогрессирующую эвтрофикацию (зарастание водных объектов), приводит к нарушению процессов самоочищения водоемов.

Вносимый в почву азот под влиянием нитрофикационных процессов превращается в легкорастворимые нитратные формы, обладающие большой подвижностью, что способствует загрязнению грунтовых вод, делая их непригодными для водоснабжения. Максимально допустимое содержание нитратного азота в питьевой воде составляет 10 мг/л.

Наибольшее загрязнение водоисточников биогенами наблюдается в районах орошаемого земледелия. Орошаемое земледелие дает большие возвратные стоки, которые не только загрязнены удобрениями, но и сильно минерализованы.

В результате широкого применения химических средств защиты растений происходит загрязнение территорий, оросительной сети, а также рек и грунтовых вод. В открытые воды пестициды попадают с дождевыми и талыми водами, стекающими с обработанных ими территорий, при нарушении технологии авиа- и наземной обработки сельскохозяйственных угодий и лесов, в результате сброса сточных вод от производств пестици­дов, неправильного хранения или потерь при транспортировке. Несоблюдение сроков обработки, увеличение интенсивности обработок приводят к накоплению пестицидов в почве и последующему вымыванию их в водоемы. С отдельных оросительных систем с площади 1 тыс. га ежегодно выносится около 100 кг наиболее стойких и обладающих кумулятивными свойствами хлорорганических пестицидов. Накопление этих веществ в тканях и органах рыб вызывает их токсикоз и гибель.

Причиной изменения водного баланса могут быть преднамеренные или непреднамеренные преобразования стока на площадях водосбора в процессе сельскохозяйственного освоения территории. При неглубокой вспашке и отсутствии специальных мер по задержанию влаги на полях происходят значительные потери запасов почвенной влаги и усиление поверхностного стока. Перехват паводковой части стока при более совершенных методах земледелия позволяет значительно увеличивать ресурсы почвенной влаги. При этом уменьшается примерно на 10 % суммарный сток, но это оправдывается значительным повышением биологической продуктивности угодий. В результате водный баланс па­хотных земель может быть существенно преобразован: доля продуктивно используемой воды возрастет примерно до 60 %.

Водопотребление на хозяйственно-бытовые нужды непосредственно связано с удовлетворением потребностей в воде городских и сельских жителей. Удельное водопотребление на одного жителя значительно выше в городах, оборудованных централизован­ными системами водоснабжения и водоотведения, чем в сельской местности. В городах высококачественную питьевую воду используют не только для питья, приготовления пищи и хозяйственно-бытовых целей населения и промпредприятий, но и для коммунального хозяйства (включая полив зеленых насаждений и мытье улиц), транспорта и местной промышленности, обеспечивающих нужды городских жителей. В сельской местности этот вид водопотребления включает использование воды населением, животноводческими фермами и машинно-тракторными станциями, предприятиями по переработке сельхозпродуктов.

В крупных благоустроенных городах земного шара удельное водопотребление населением составляет 300...600 л/сут на одного человека. В сельской местности, даже в высокоразвитых странах, удельное водопотребление населением в несколько раз ниже и обычно не превышает 100... 120 л/сут, а в густонаселенных районах Африки и Латинской Америки эта величина составляет всего 20...30 л/сут и меньше. Суммарный водозабор на хозяйственно-бытовые нужды населения Земли превышает 200 км³/год.

Безвозвратное водопотребление зависит от характера использования воды, местных природных условий и объема водоподачи. Для РФ и США безвозвратные изъятия на хозяйственно-бытовые нужды составляют 10...20 % водозабора, в странах Западной Европы – 5...10 %. В целом для Земли объем безвозвратного водозабора – 15 % полного забора воды.

Коммунальные стоки городов и населенных пунктов большое количество загрязнений. В их составе, кроме фекальных вод, содержится значительное количество вредных соединений использования химических веществ в быту и на предприятиях местной промышленности. В сточных водах имеется много микроорганизмов, в том числе болезнетворных микробов и вирусов, а также яиц гельминтов, что делает их особенно опасными для здоровья людей и животных. Особенность коммунальных стоков – неравномерность их поступления, затрудняющая работу городских систем водоотведения. Населенные пункты дополнительно загрязняют водные объекты поверхностным стоком при выпадении дождей или от таяния снега со смывом загрязнений с покрытий улиц, дворов и с территорий промышленных предприятий. Они часто содержат в себе многие виды нефтепродуктов, большое количество различных солей и другие специфические загрязнения.

Влияние водохранилищ на водный баланс. Регулирование водного режима рек и перераспределение расходов с помощью водохранилищ – один из важных факторов преобразования стока и влагооборота. Водохранилищам принадлежит важная роль в расширенном воспроизводстве водных ресурсов, умножении важнейшей для хозяйства устойчивой части речного стока. С помощью водохранилищ мировые ресурсы устойчивого стока увеличены приблизительно на 15 %. Экономический эффект от создания водохранилищ общеизвестен: образование подпора дает возможность получать электроэнергию, увеличивает меженные расходы рек (для Волги, Дона – в 2...4 раза) и тем самым улучшает условия судоходства и водоснабжения, предотвращает наводнения, облегчает использование воды для орошения сельскохозяйственных земель. В настоящее время суммарный полный объем эксплуатируемых и строящихся водохранилищ на земном шаре превышает 5000 км³, что равно приблизительно 11 % объема годового стока с поверхности суши. Сооружение водохранилищ приводит к преобразованию и перераспределению речного стока во времени и увеличению водных ресурсов района в меженные периоды и в маловодные годы. Вместе с тем водохранилища в результате затопления больших территорий значительно увеличивают испарение с водной поверхности, что уменьшает суммарные водные ресурсы регионов.

Дополнительные потери, связанные с испарением, в отдельных районах составляют значительную часть общего объема безвозвратного водопотребления. Объем дополнительных потерь при сооружении водохранилищ рассчитывают по разности испарения с водного зеркала водохранилища и с той же территории до затопления. Суммарный объем потерь воды на дополнительное испарение с водохранилищ для Земли в целом составляет примерно 70 км³/год.

Воздействие мелиорации на процессы формирования стока на водосборах. Преобразование водного баланса на водосборах, т. е. воздействие на процессы формирования стока (и тем самым на источники питания рек), происходит при проведении различ­ных мелиорации и изменениях почвенно-растительного покрова. Преобразования растительного покрова под влиянием хозяйственной деятельности охватывают значительные площади. Леса вырублены на площади более 70 %, что должно было привести к дефициту испарения около 3000 км³ воды в год, несмотря на частичное возмещение его кустарниковыми и травянистыми ценозами. В перспективе вырубка леса на площади примерно еще 25 млн км² может привести к дальнейшей убыли поступления воды в атмосферу примерно на 1200...1300 км³/год, что соответствует 10 % суммарного объема воды в атмосфере. Однако, осуществляя подобные преобразования, человек одновременно обогащает атмосферу водяными парами за счет испарения с орошаемых площадей и водохранилищ. В перспективе дефицит поступления воды в атмосферу, возникший в результате вырубки леса, в некоторой степени можно будет компенсировать, если увеличить площади орошения. Рост испарения, возможно, вызовет выпадение дополнительных осадков, что отчасти по­полнит сток, но едва ли они будут значительными, так как орошаемые земли приурочены к аридным и полуаридным районам, где относительная влажность воздуха мала.

В зоне повышенного увлажнения главным фактором, оказывающим влияние на водный баланс, являются осушительные мелиорации. Осушение болот приводит к иссушению и осадке торфяной толщи. Сначала сток несколько возрастает, но в различных ландшафтах этот процесс происходит по-разному и зависит от последующего использования этих территорий. При создании на месте болот высокопродуктивных сельскохозяйственных угодий может оказаться, что для обеспечения транспирации необходимо будет периодически применять искусственное орошение. В целом любые меры по интенсификации земледелия и повышению урожайности, а следовательно, и транспирации ведут к перестройке водного баланса в сторону сокращения поверхностного стока.

Значительные изменения водного баланса характерны для городов. С одной стороны, застройка, искусственные покрытия, водостоки, уборка снега уменьшают инфильтрацию и способствуют увеличению поверхностного стока, с другой – откачка подземных вод и снижение пьезометрических уровней на десятки и даже сотни метров могут привести к уменьшению и даже практическому прекращению фунтового питания рек. В формировании локального «городского» водного режима большое значение имеют подпор грунтовых вод, создаваемый подземными сооружениями, уплотнение фунтов, что часто способствует затоплению подвалов, а иногда и конденсации влаги под зданиями.

Эффективно воздействуют на водный баланс лесомелиорации. Так, лесные полосы не только перехватывают весенний сток с полей, но и задерживают снег, уменьшая непродуктивное испарение. Травосеяние в сочетании с удобрениями также увеличивает инфильтрацию воды в почву и сокращает поверхностный сток.

2. Источники загрязнения природных вод

Качество воды оценивается концентрацией в ней вредных примесей.

Основными источниками загрязнения поверхностных вод являются бытовые, производственные и атмосферные сточные воды, промышленность, сельское хозяйство, судоходство. Основные источники загрязнения подземных вод – накопители промышленных отходов, закачка загрязненных вод в глубокие слои, инфильтрация загрязнений с промышленных и городских территорий, фильтрация из загрязненных рек. Наиболее распространены химическое и бактериальное загрязнения. Проникновению загрязнений в подземные горизонты способствует интенсивное использование подземных вод. Загрязнения поступают в водную среду в виде концентрированных выбросов или в результате диффузии. Значительный их объем сбрасывается со сточными водами городов, поселков и промышленных предприятий. Состав сточных вод зависит от источника загрязнения и изменяется во времени, причем суточные колебания содержания различных ингредиентов составляют 3 – 4 раза и более.

Загрязнения, содержащиеся в сточных водах, подразделяют на нерастворенные, коллоидные и растворенные вещества. По происхождению загрязнения бывают минеральные, органические и бактериальные. Минеральные загрязнения состоят из песка, растворов минеральных солей, кислот и пр. Органические загрязнения являются хорошей средой для развития бактерий, вирусов, грибков, составляющих бактериальное загряз­нение.

Одним из основных загрязнителей вод являются нефть и нефтепродукты. Ежегодные поступления нефти в Мировой океан достигают 30...35 млн. т. Загрязнение вод нефтью происходит в результате ее естественных выходов в районах залегания, при нефтедобыче, транспортировке, переработке и использовании в качестве топлива и промышленного сырья. Загрязнение водных объектов нефтью в районах интенсивной добычи отмечается повсеместно. Неправильные действия и технические неполадки в процессе бурения и эксплуатации скважин приводят к аварийным выбросам нефть. Сильное загрязнение водной среды происходит при транспортировке нефти. В настоящее время около 65 % объема мировой добычи нефти перевозят морским путем, и объем этих перевозок возрастает.

Вместе с этим растет мощность танкерного флота. При поступлении в водоем нефть при авариях танкеров под действием процессов самоочищения, протекающих в водной среде, претерпевает различные изменения, характер которых определяется совокупностью физических, химических и биологических факторов. Первоначально образуются нефтяные слики – пятна, растекающиеся по водной поверхности (1 т нефти загрязняет до 12 км² акватории). Под влиянием ветра нефтяные пятна передвигаются, сливаются и могут занимать большие площади. В процессе рафинирования нефти более легкие фракции испаряются (примерно 1/3 массы), а водорастворимые (около 1/3 массы) выщелачиваются за 1...3 недели. Остаток имеет повышенную вязкость, образуя с водой стойкие эмульсии («шоколадный мусс», длительное время сохраняющийся в воде).

Нефть и нефтепродукты способны загрязнить огромные пространства, покрывая водоемы тонкой пленкой. В результате затрудняется газообмен между водой и атмосферой. Загрязнение вод Мирового океана отрицательно воздействует на процесс выделения кислорода морскими водорослями, снижая уровень фотосинтеза в них в отдельных случаях до 5 %. Снижение же содержания кислорода в атмосфере при растущей потребности в нем в связи с развитием техники может привести к серьезным последствиям в глобальном масштабе. Уменьшение количества зоопланктона, очень чувствительного к загрязнению вод, приводит к сокращению кормовой базы и снижению биологической продуктивности моря. Нефтяное загрязнение приводит к гибели 50 % молодых морских организмов. Нефть погубила бы океан, если бы не было нефтеокисляющих бактерий, морских живот­ных (планктон, нектон), которые способны усваивать растворенную нефть. Борьба с нефтяным загрязнением – сложная и неотложная задача.

Среди продуктов промышленного производства особое место по своему отрицательному воздействию на водную среду и гидробионты занимают детергенты (синтетические моющие средства), очень токсичные и устойчивые к процессам биологического разложения. Они находят все более широкое применение в промышленности, на транспорте, в коммунально-бытовом хозяйстве. Ежегодно производится более 4000 тыс. т детергентов. Детергенты плохо поддаются очистке, и в водоемы обычно попадает до 50...60 % и более их начального количества. Они образуют на поверхности воды толстый слой пены, который на порогах и шлюзах может достигать мощности 1 м и более. Способность к пенообразованию появляется уже при концентрации 1...2 мг/л, что сильно затрудняет судоходство и процессы самоочищения водоемов. Огромное количество моющих синтетических веществ, попадающих в океан, губит рыбную молодь и водоросли. Бесконтрольное загрязнение Мирового океана может привести к необратимым процессам и вызвать гибель флоры и фауны. Из других веществ, загрязняющих водную среду, отметим тяжелые металлы (ртуть, свинец, цинк, медь, хром, олово, марганец), отходы атомного и химического производств, часто захороняемые на дне океанов, а также удобрения и пестициды, поступающие с сельскохозяйственных полей. Наибольшую опасность из металлов представляют ртуть и ее соединения, особенно метилртутные. Средняя концентрация ртути в океанической воде около 0,15 мг/л. При ежегодном производстве ртути около 9 тыс. т в ближайшем будущем трудно ожидать существенного снижения общепланетарных концентраций этого элемента в водной среде. Тем не менее высокая химическая устойчивость ртути, а также диспропорции в ее потреблении могут привести к сильному локальному загрязнению водных объектов, особенно внутренних водоемов и прибрежных участков морей, отличающихся меньшей интенсивностью циркуляции водных масс. По­падая в водоем, ртуть поглощается гидробионтами, аккумулируется в донных отложениях в концентрациях, значительно превышающих исходные. Накапливаясь в различных видах гидробионтов, ртуть оказывает на них сильное воздействие. Значительный вред гидробионтам наносит загрязнение вод свинцом и его соединениями. Многие тяжелые металлы аккумулируются в морских организмах, вызывают их гибель или делают опасными при употреблении в пищу.

Значительный ущерб причиняют тепловые и атомные электростанции, сбрасывающие теплые воды в природные и искусственные водоемы, нарушая термический, гидрохимический и гидробиологический режимы – «тепловое загрязнение». Совре­менные тепловые и атомные электростанции используют для охлаждения до 200 м³/с воды, которая, возвращаясь в водоемы в подогретом виде, изменяет их тепловой баланс. В результате по­вышения температуры воды усиливается ее испарение, увеличи­вается минерализация, происходит более интенсивный рост водной растительности, что приводит к накоплению органического вещества. Последующее разложение и дальнейшая мине­рализация вызывают уменьшение растворенного кислорода. Все это отрицательно сказывается на процессах жизнедеятельности живых организмов.

Наибольшую опасность для природных вод и живых организмов представляют радиоактивные отходы. Поэтому их сброс в водоемы недопустим. Отходы сливают в специальные сосуды и захораняют в отведенных местах. Сточные воды с незначительным содержанием радиоактивных отходов представляют большую опасность для природных вод. В организмах рыб и животных, а также в растениях происходят процессы биологической концентрации радиоактивных веществ. Мелкие организмы, содержащие эти вещества в небольших дозах, поглощаются более крупными, в которых возникают уже опасные концентрации. Поэтому отдельные пресноводные рыбы в несколько тысяч раз радиоактивнее водной среды, в которой они обитают.

По-прежнему немаловажную роль играет загрязнение рек и водоемов стоками животноводческих комплексов.

Животноводческие фермы и крупные животноводческие комплексы промышленного производства свинины, говядины и молока на 50...100 тыс. голов являются существенным источником загрязнения водных объектов страны. Для сокращения затрат на водоснабжение фермы располагают вблизи водоемов. В ферме крупного рогатого скота ежесуточно образуется 1 т навозной жижи от каждой сотни голов. Отходы животноводческих хозяйств опасны тем, что в них содержатся яйца гельминтов (глистов) и патогенные микроорганизмы, являющиеся источником заболеваний. Особенно опасны отходы свиноводческих комплексов. Одна свиноферма на 100 тыс. голов по интенсивности загрязнения воды равнозначна городу с населением 250 тыс. человек. Сложность проблемы охраны вод от стоков животноводческих хозяйств заключается в трудности санитарного обеспечения накопителей и утилизации отходов.

Все большее влияние на качество воды оказывают диффузные источники загрязнения, в частности удобрения и ядохимикаты, смываемые с сельскохозяйственных площадей, а также ливневыми и снеговыми водами с городских и промышленных тер­риторий. Установлено, что по нагрузке они соизмеримы с хозяйственно-бытовыми стоками. Ядохимикаты не только накапливаются в объектах природной среды в больших количествах, но и сохраняются в ней очень долгое время – неделями, месяцами и даже годами. Отмечается зависимость пестицидов в природной среде от климатических факторов: от особенностей термического режима, характера переноса воздушных масс в различных природных зонах, интенсивности и сезонности выпадения осадков.

Переносимые воздушными потоками, почвенными водами, растительными и животными пищевыми продуктами, пестициды распространяют свое влияние на все большие территории. По масштабам распространения пестициды можно классифицировать на препараты, имеющие тенденцию к глобальному рассеянию, и на препараты, загрязняющие окружающую среду локально. Глобальное рассеяние характерно для некоторых хлорорганических соединений. Органические соединения фосфора и карбонаты вследствие значительно меньшей устойчивости загрязняют окружающую среду локально, хотя возможность их глобального рассеивания в принципе не исключена. Они могут переноситься на сравнительно большие расстояния с воздухом и обычно содержатся в воздухе в более высоких концентрациях, чем хлорорганические соединения. Глобальная циркуляция пес­тицидов обусловлена сложным взаимодействием атмосферы, воды, водных взвесей и донных осадков.

Большую опасность представляют сточные воды (промышленные, сельскохозяйственные и бытовые), нейтрализация которых в зависимости от степени очистки требует 5…12-кратного разбавления чистой природной водой. Даже если больше половины объема воды, сбрасываемой в реки и водоемы, подвергать искусственной очистке, стоки портят в 12...15 раз больший объем чистой воды. Сбрасываемые на Земле сточные воды загрязняют более одной трети всего устойчивого стока.

Качество природной воды ухудшается в результате воздействия загрязнений, поступающих из атмосферы. В отдельных случаях они достигают 15...20 % от общего загрязнения водоема. Выбросы индустрии в атмосферу Земли составляют более 53 млн. т оксидов азота, 200 млн. т – оксида углерода, около 146 млн. т – двуоксида серы, 200...500 млн. т – пыли и 120 млн. т – золы. Твердые частицы этих выбросов, перемещаясь с воздушными потоками на большие расстояния, выпадают на сушу или воду. Газообразные выбросы, растворяясь в атмосферной влаге, выпадают на поверхность Земли в виде «кислотных дождей» и наносят ущерб флоре и фауне.

К числу загрязнителей природных вод следует также отнести водный транспорт, лесосплав и сопутствующие ему работы, отвалы горных разработок и пр.

Водный транспорт загрязняет воду при сбросе отходов, и особенно нефтепродуктов, которые попадают в воду при перевозках морским транспортом. При холостом рейсе танкеры для устойчивости наполняют водой, а в месте загрузки нефтью насыщенную нефтепродуктами балластную воду сбрасывают за борт. Международным соглашением запрещается сброс в море неочищенной балластной воды. Однако многие судовладельче­ские компании считают более выгодным платить штрафы, чем терпеть убытки от простоя на станциях промывки.

Молевой сплав леса (сплав бревен россыпью) приводит к засорению водных объектов в результате потери коры и сучьев, которые оседают на дно рек. Затонувшая древесина (до 10 %), а также выделяющиеся смолы, дубильные вещества и вредные соединения медленно разлагаются, поглощают кислород и выделяют фенольные и другие вредные вещества, отравляя воду. Вырубка густого кустарника по берегам рек, мешающего лесосплаву, усиливает эрозийные процессы, ускоряя заиливание русла. Большой ущерб молевой сплав наносит рыбному хозяйству в результате травмирования рыбы, разрушения нерестилищ и отравления икры и кормовых организмов. Рубка леса на территории водосбо­ров нарушает температурный и биологический режим рек, что вызывает их обмеление и пересыхание. На качество воды в значительной степени оказывают влияние и водохозяйственные мероприятия, в том числе различные мелиоративные работы. Особенно на гидрохимический и гидробиологический режимы водотоков и водоемов влияет создание водохранилищ.

В водохранилищах озерного типа со значительной изрезанностью береговой линии и большим числом заливов возрастает доля процессов, характерных для застойных зон, усиливаются процессы эвтрофикации (зарастание водной растительностью). Эвтрофикация особенно усиливается под влиянием поступления в водоемы удобрений с полей и сточных вод.

Ущербы от цветения воды весьма значительны в системах коммунального и технического водоснабжения и в рыбном хозяйстве. В системах водоснабжения в период цветения увеличивается расход коагулянтов для осаждения водорослей и требуется расширение площади и объем отстойников. На тепловых электростанциях сине-зеленые водоросли снижают эффект охлаждения, приводят к перерасходу топлива. Избыточное цветение ограничивает, а иногда и исключает использование водных ресурсов для рекреации, лечения, спорта и туризма.

Все вредные вещества влияют на органолептические, общесанитарные, токсические и рыбохозяйственные качества воды, изменяя ее физические свойства (прозрачность, окраску, запах и пр.) и химический состав. При этом появляются плавающие образования и отложения, бактерии, вирусы, грибки. В результате качество воды рек и водоемов может оказаться непригодным для водопотребления – водопользования.

3. Допустимая антропогенная нагрузка на водные ресурсы

Негативные антропогенные воздействия на природную среду являются неизбежными, но их можно предотвратить или уменьшить. В этом деле важную роль может сыграть научно-технический прогресс. Некоторые изменения состояния природной среды, вызванные антропогенным воздействием, могут привести к упрощению биоценозов (как бы их омоложению) и способствовать благоприятному развитию биосферы. Эволюция биосферы в новых условиях по-новому ставит вопрос о взаимоотношениях человека и природы. Человек должен облегчать работу биосферы, а не брать ее функции на себя. Воздействие на экологическую систему, способное вывести ее из естественного (нормаль­ного) состояния, определяется как экологическая нагрузка. Допустимыми можно считать такие воздействия, которые не приводят к превышению нормативной нагрузки на экологические системы. Под допустимой понимают нагрузку (складывающуюся из отдельных однородных и разнородных воздействий), которая не меняет качества окружающей природной среды или меняет ее в допустимых пределах, при которых не нарушаются су­ществующие экологические связи. Если нагрузка превышает допустимую, то эти воздействия причиняют ущерб, вызывая неблагоприятные последствия в важнейших популяциях. Основными компонентами, определяющими антропогенную нагрузку на водные ресурсы, являются следующие: загрязнение, засорение и истощение.

В соответствии с Водным кодексом Российской Федерации все воды подлежат охране от загрязнения, засорения и истощения. В то же время при сбросе сточных вод в водоем наступает некоторое ухудшение качества воды. Поэтому водохозяйственные комплексы сооружают таким образом, чтобы неблагоприятные изменения физических, химических и гидробиологических свойств воды не могли причинить вред здоровью населения, уменьшить рыбные запасы, ухудшить условия водоснабжения.

Загрязнение проявляется в изменении физических свойств (нарушение прозрачности, окраски, запахов, привкусов) и химического состава (появление вредных веществ); появлении плавающих образований на поверхности и отложений на дне; сокращении растворенного в воде кислорода воздуха; появлении новых бактерий, в том числе болезнетворных. Поскольку загрязнители вод сложны по составу и слабо разлагаются, последствия загрязнения вод бывают многообразными и часто непредвиденными. Наиболее неблагоприятные – это изменение органолептических свойств воды, нарушение кислородного режима, изменение естественного хода химических процессов в водоемах, отравление гидробионтов путем аккумуляции в них токсикантов, угнетение жизни в водоемах, снижение эстетической ценности водоемов и ограничение возможностей их использования для рекреационных целей, затруднения (при загрязнении детергентами) при навигации, изменение альбедо морской поверхности (особенно при загрязнении нефтью и нефтепродуктами) и воздействие на тепловой баланс в системе «земля – атмосфера».

Учитывая влияние загрязнений на развитие и функционирование гидросферы и функционирование живых организмов, присущих данной системе, необходимы критерии для отнесения вод к «загрязненным» или «незагрязненным». В незагрязненных системах пределы колебаний концентрации техногенных веществ должны быть такими, чтобы при этом не нарушались функции живого вещества системы, не изменялся биохимический состав первичной и вторичной продукции, не снижалась биологическая продуктивность системы.

Для оценки качества вод используют показатели их нормативных состояний, определяемые потребностями и возможностями общества, теми целями, которые общество ставит в данный момент в определенном регионе. На их основании затем выявляется степень отклонения состояния систем от этих требований. Наиболее распространенными нормативными показателями являются ПДК (предельно допустимые концентрации) вредных веществ. Независимо от вида лимитирующего показателя вредности для данного вещества (токсикологический, общесанитарный, органолептический) при установлении его ПДК исходят из создания наиболее благоприятных условий для жизни организма или отдельных популяций животных.

Под предельно допустимой концентрацией понимают такую концентрацию химического соединения, которая при ежедневном воздействии на организм в течение длительного времени не вызывает каких-либо нарушений биологического оптимума эко­системы с учетом комплексного воздействия. Такой критерий оценки основывается на показателях устойчивости данной экосистемы. В настоящее время ПДК установлены более чем для 500 веществ, содержащихся в воде.

В последнее время получает все большее распространение показатель предельно допустимых выбросов (ПДВ) или стандартов на выброс, ограничивающий объемы выбросов вредных веществ и тем самым являющийся реальным средством регулирования качества природных сред. Методы расчета норм ПДВ, обеспечивающих качество природной среды, разрабатываются в соответствии с гигиеническими и экологическими требования­ми. Для оценки ПДВ существует и другой подход. Например, в США ограничение объемов выбросов вредных веществ основано на технологическом принципе: нормы ПДВ ограничивают объем промышленных выбросов на уровне наилучшей достигнутой технологии. Некоторые примеры введения в ряде стран стандартов на выброс указывают на эффективность такого рода мероприятий по охране природной среды. Трудность разработки показателей ПДК, ПДВ заключается в их узкорегиональном характере, зависимости от условий каждого конкретного района: гидроклиматических, рельефа, почв, растительности, современного состояния природных систем, устойчивости их к нагрузкам, а также отраслевой и территориальной структуры хозяйства, особенностей системы расселения, транспорта и т. д.

Несмотря на явную важность нормативных показателей в разработке системы оценки воздействия человека на природную среду, полностью опереться на них пока не представляется возможным. Во-первых, они разработаны лишь для отдельных ком­понентов природы. Высокая зависимость нормативов от уровня социально-экономического развития общества предполагает их возможную изменяемость и во времени, и в пространстве. Практически невозможно (и, очевидно, нецелесообразно) разра­батывать нормативы для всех сторон социальной, хозяйственной и даже природной сфер, изменяемых антропогенной деятельностью. Например, наличие уникальных природных объек­тов и эстетически ценных ландшафтов не может быть нормировано. Многие показатели состояния социальных и хозяйственных подсистем, например численность и демографическая структура населения, характер его расселения, состав отраслей хозяйства, их размеры и размещение, также не нормируются. Здесь, очевидно, следует обращаться к таким показателям, как уровень, достигнутый в более крупном регионе, включающем изучаемый район, или уровень, принятый за оптимальный для данного этапа развития общества.

Показатели и нормативы качества состояния вод назначают для двух видов водопользования: участки водоемов, предназначенные для хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также систем водоснабжения пищевой промышленности; участки водоемов, используемые для купания, спорта и отдыха населения, а также находящиеся в черте населенных мест.

Водоемы, используемые для рыбохозяйственных целей, делят на два вида: для воспроизводства и сохранения ценных пород рыб; для всех других рыбохозяйственных целей. При выпуске стоков в рыбохозяйственные водоемы предъявляют более высокие требования, чем при выпуске их в водоемы, используемые для питьевых и культурно-бытовых нужд населения.

Предельно допустимая концентрация ПДК вредных веществ в воде – основной гигиенический норматив, положенный в основу современного водно-санитарного законодательства. Нормативы ПДК (мг/л) разработаны для всех возможных веществ, поступаю­щих в водоемы. Например, для бензола ПДК составляет 0,5 мг/л, свинца – 0,1; ртути – 0,05; железа – 0,5; бензина – 0,1 и т. д. Сточные воды со степенью загрязнения, приводящей к превышению ПДК в контрольном створе, отводить в водоемы запрещено.

Биохимическая потребность в кислороде (БПК) указывает количество кислорода (мг/л) для окисления находящихся в воде загрязняющих, преимущественно органических веществ. Значение БПК зависит от эффективности очистки сточных вод на станциях. БПК городских сточных вод, прошедших полную биологическую очистку, составляют 10...15 мг/л. Пополнение воды кислородом происходит в результате соприкосновения воды с воздухом и зависит от температуры, площади водной по­верхности, степени насыщенности кислородом поверхностного слоя и интенсивности перемешивания воды. Разность между количеством кислорода при полном и действительном насыщении – дефицит кислорода, который выражают в мг/л или в % полного насыщения.

Водородный показатель (рН) определяет концентрацию в воде ионов водорода и показывает ее кислотность или щелочность. У пунктов культурно-бытового водопользования показатель рН не должен превышать 6,5...8,5. Такого же порядка он необходим для процессов самоочищения природных вод.

Органолептические свойства воды характеризуют запах, привкус и плавающие примеси, неблагоприятно влияющие на человека. Эти свойства оценивают в баллах. Ниже приведена шкала интенсивности запахов. Например, у пунктов культурно-бытового водопользования вода не должна иметь запахи интенсивностью более 2 баллов.

Аналогичную шкалу используют и для оценки интенсивности привкусов воды. Обычно вкусовые свойства проявляются при концентрациях, превышающих предельные по запаху. Окраска воды не должна обнаруживаться в столбике высотой более 20 см при использовании водоема в качестве источника питьевого водоснабжения и высотой 10 см – во всех других случаях.

Возбудители заболеваний. В последние десятилетия значительно расширилось число заболеваний, связанных с распространением их возбудителей водным путем. Инфекционными являются сточные воды населенных пунктов, животноводческих хозяйств и ряда производств (боен, биофабрик, кожевенных заводов, шерстомоек и др.). Вода источников централизованного водоснабжения не должна содержать возбудителей заболеваний. В практике возбудителей заболеваний оценивают по количеству в воде кишечных па­лочек, выделяемых человеком. По отечественному стандарту бактериальное загрязнение источника водоснабжения при обычных методах очистки и дезинфекции питьевой воды не должно превышать 1 тыс. кишечных палочек в 1 л (коли-индекс 1 тыс.). Таким образом, водоемы, используемые для питьевого водоснабжения, при соответствующей очистке и дезинфекции на водопроводных сооружениях обычного типа при коли-индексе 1 тыс. по бактери­альным характеристикам считаются достаточно чистыми. Количество минеральных загрязнений для одного вида водоема должно быть не более 1000 мг/л (по плотному осадку), в том числе хлоридов не более 350 и сульфатов до 500 мг/л. При спуске сточных вод содержание взвешенных веществ не должно увеличиваться более чем на 0,25 мг/л в водоемах, используемых для питьевого водоснаб­жения и водоснабжения пищевых предприятий, и на 0,75 мг/л – для водоемов, используемых для рекреации.

Температура воды в результате сброса сточных вод не должна повышаться более чем на 3 °С по сравнению со среднемесячной температурой воды самого жаркого года за последние десять лет.

4. Условия выпуска сточных вод в водоемы

Условия выпуска сточных вод в поверхностный водоем определяются народнохозяйственной их значимостью и характером водопользования. Выпуск сточных вод ухудшает качество воды в водоеме, однако это не должно отражаться на его дальнейшем использовании в качестве источника водоснабжения, для культурных и спортивных мероприятий, рыбохозяйственных целей. Условия выпуска производственных сточных вод в водоемы регламентируют Правила охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами и Правила санитарной охраны прибрежных районов морей. Выполнение условий спуска производственных сточных вод в водоемы контролируют санитарно-эпиде­миологические станции и бассейновые управления. Правила устанавливают нормы качества воды водоемов, используемых в качестве источника для централизованного или нецентрализованного хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой промышленности, используемых для купания, спорта и отдыха населения.

Нормы качества воды в водоемах относят к створам, расположенным на протоках на 1 км выше ближайшего по течению пункта водопользования (водозабор для хозяйственно-питьевого водоснабжения, места купания и организованного отдыха, территории населенного пункта и т. д.), а на непроточных водоемах и водохранилищах на 1 км в обе стороны от пункта водопользования. Качество воды в водоемах рыбохозяйственного назначения регламентируют по двум видам водопользования: водоемы для воспроизводства и сохранения ценных пород рыб и водоемы для всех других рыбохозяйственных целей.

5. Определение степени очистки сточных вод

Необходимая степень очистки сточных вод, спускаемых в водоем, определяется на основе данных об их количестве и составе. Степень очистки сточных вод рассчитывают по количеству взвешенных веществ, допустимой величине БПК в смеси речной воды и сточных вод, по потреблению сточными водами растворенного кислорода, по температуре воды, окраске, запаху и солевому составу, по ПДК токсичных примесей и других вредных веществ, а также по изменению величины активной реакции воды водоема.

Санитарные требования к условиям спуска сточных вод в водоемы (соответствие состава и свойств воды водоема, который используется для водопользования) оцениваются необходимой суммарной степенью очистки сточных вод перед спуском их в водоем.

Большое внимание уделяется вопросам предупреждения и устранения загрязнений прибрежных районов морей. Качество морской воды при спуске сточных вод регламентируют в районе водопользования отведенными границами и створами на расстоянии 300 м в стороны от этих границ. Море в этом случае рассматривается как водоем для лечебных, оздоровительных, культурно-бытовых и гигиенических целей. Правила относятся к тем прибрежным его районам, которые предназначены для лечения, отдыха, купания, спортивных мероприятий и находятся в пределах границ населенных пунктов, санаториев, домов отдыха, туристических баз и пр. В большинстве случаев водоемы настолько загрязнены, что отсутствует какой-либо резерв его самоочищающей способности. Поэтому ПДК вредных веществ принимают не в расчетном створе реки, а на выпуске сточных вод в водоем.

6. Мероприятия по сохранению и восстановлению чистоты водоемов

Для сохранения чистоты водоемов проводят различные мероприятия:

– обеспечение полной биологической очистки коммунально-бытовых и промышленных стоков;

– совершенствование технологии промышленного производства с целью сокращения количества сточных вод и снижения загрязнений в них;

– разработку и внедрение маловодной и безводной технологий; внедрение оборотного водоснабжения и расширение повторного использования очищенных сточных вод; рациональное использование удобрений и пестицидов;

– реализацию планов водоохранных мероприятий с учетом перспективного размещения производительных сил.

Для очистки промышленных и коммунальных стоков в настоящее время существуют: механический, физико-химический, химический и биохимический способы очистки.

Для предотвращения попадания удобрений в водные объекты необходимы:

– соблюдение соответствия норм и сроков внесения удобрений с учетом биохимических особенностей почвы;

– дробное внесение удобрений в период вегетации (особенно для почв легкого механического состава);

– внесение удобрений с оросительной водой, что уменьшает их дозу (внесение азотных удобрений при дождевании снижает дозу вдвое);

– применение концентрированных и медленно действующих удобрений (в виде гранул с защитной оболочкой или труднорастворимых удобрений типа конденсатов мочевины), отдающих питательные вещества в почву постепенно, устойчивых к вымыванию;

– исключение хранения удобрений под открытым небом.

Для ограничения поступления пестицидов в водные объекты предусматривают следующие мероприятия:

– совершенствование методов их применения и ограничение использования стойких препаратов (только при сильной зараженности вредителями);

– уменьшение рассеивания пестицидов в окружающей среде (применение очаговой, ленточной или краевой обработки вместо сплошной; расход пестицидов при этом снижается в несколько раз);

– замену пестицидов биологическими методами защиты растений.

Методы улучшения качества природных вод. Природные воды обладают важным свойством – способностью к самоочищению. Процессы самоочищения природных вод происходят под влиянием солнечной радиации, деятельности микроорганизмов и водной растительности, других факторов. Наиболее интенсивно они протекают летом. Самоочищение загрязненных природных вод происходит при многократном (1:7...1:12) их разбавлении чистой водой. Эти процессы в замкнутых водоемах и подземных водах протекают медленно. Полное самоочищение воды Мирового океана, по прогнозам ученых, произойдет только через 2600 лет, а подземных – через 5000 лет. Процессы самоочищения воды протекают в результате ее насыщения кислородом. Под влиянием растворенного кислорода происходят окисление органических веществ и выпадение их на дно водоемов в виде минерального осадка. Наиболее интенсивно вода насыщается кислородом из воздуха на реках с быстрым течением и в водоемах при сильных ветровых волнениях. Этому способствует жизнедеятельность высших водных растений, насыщающих воду кислородом в результате фотохимических процессов фотолиза воды (фотосинтеза) под влиянием солнечной радиации. Наряду с этим качество воды улучшают водные растения за счет поглощения ряда растворенных и дисперсных веществ. К особо благоприятно действующим на процессы биологической очистки воды растениям относятся камыш, рогоз узколистный, тростник обыкновенный, рдест плавающий, роголистник и ряска.

Очищающую способность водных растений используют для очистки сточных вод промышленных предприятий. Для этого создают специальные водные бассейны с тростником и другой болотной и приболотной растительностью.

Реки выносят в моря и океаны огромные массы загрязнений. Однако вода морей остается прозрачной и достаточно чистой благодаря водной растительности и многочисленным живым организмам (ракообразным, моллюскам и червям). Поселения этих организмов, расположенных на одном квадратном метре, фильтруют более 200 м³/сут воды, освобождая ее от загрязнений.

Прибрежные водоохранные зоны. Для защиты водных объектов от неорганизованного стока создают прибрежные водоохранные зоны, позволяющие максимально перевести поверхностный сток в подземный. В прибрежных водоохранных зонах пре­дусматривают лесные полосы для перехвата и перераспределения поверхностного стока, укрепления берегов и частичного извлечения минеральных солей, а также задержания эрозированной почвы и химических препаратов.

Такая зона включает территорию, прилегающую к водному объекту, на которой устанавливают специальный режим для предотвращения загрязнения, засорения и истощения вод, и представляет собой систему лесных полос в сочетании с простейшими гидротехническими устройствами и сооружениями. Лесные мелиорации представляют собой защитные полосы в пределах верхней и средней частей речных бассейнов, создание которых уменьшает поверхностный сток и ослабляет процессы водной эрозии. Число и вид лесных полос определяются климатическими, топографическими, гидрологическими и гидрогеологическими условиями. Лесные мелиорации полевых прудов создают в балках, лощинах, суходолах. В прудах, заполняющихся водами поверхностного стока и подверженных быстрому заилению от поступающих наносов, по периметру устраивают лесную полосу шириной 20...80 м. Ниже делают залуженную полосу шириной 15...20 м для аккумуляции мелких фракций наносов и древесного опада (листва, ветви). В вершине пруда за лесной полосой создают илоуловитель из густопосаженной кустарниковой ивы и поперечных плетней. Подобная лесомелиорация позволяет перевести поверхностный сток в подземный, способствует более равномерному питанию водотока грунтовыми водами в течение года, защищает зеркало водоема от ветров и солнечной радиации, снижает испарение до 50 % и исключает загрязнение воды. Лесомелиорацию рек и речных долин осуществляют для истоков, мелких, средних и крупных рек.

Лесомелиорация на поймах занимает 22 % территории, под лугами и другими видами сельскохозяйственного использования – 75 % и водной поверхностью – 3 %.

Лесомелиорация территории речных долин при средней ширине долины 1,8 км включает: насаждения – 34 %, луга и сельскохозяйственные угодья – 58 %, водная поверхность – 8 % территории.

Крупные реки имеют развитое судоходство и рыбоводство, каскады водохранилищ с гидроэлектростанциями, являются источниками водоснабжения и местами развития рекреационных мероприятий. К неблагоприятным процессам, происходящим в долинах этого звена, для предупреждения поступления твердых выносов с вышерасположенных участков, заносящих русло и сельскохозяйственные угодья на пойме, предусматривают прирусловые полосы. Кустарниковая прибровочная часть полосы шириной 30...70 м из устойчивых к затоплению ив здесь играет кольматирующую роль. Примыкающая к кусатрниковой ленте древоствольная часть полосы шириной 100... 130 м имеет мощную струенаправляющую опушку из трех рядов пирамидального тополя или осокоря. В пойме рек устраивают поперечные кольматирующие и ветроломные полосы, а берега долин укрепляют соответствующими лесными насаждениями или бунами.

В долине рек со средней шириной 5 км лесомелиоративные насаждения составляют 20 %, луга и другие сельскохозяйственные культуры – 74 %, водная поверхность – 6 % от общей площади территории.

Водохранилища на реках подвержены заилению в результате эрозии грунта с берегов как самого водоема, так и притоков, а также действию ветров, усиливающих испарение. Лесомелиорация здесь должна быть направлена на уменьшение эрозионных процессов путем создания кольматирующих лесных полос шириной 100 м через 300 м на затопляемых поймах и лесных полос по берегам русл и долин. Между полосами культивируются луга с хорошо развитым травостоем.

Прибрежные лесонасаждения ослабляют скорость ветра в зоне более 1 км и таким образом снижают высоту и ударную силу волн, уменьшают на 10...30 % испарение, улучшают микроклимат и санитарно-гигиенические условия для населения. Для уменьшения негативных последствий по сформировавшемуся пляжу создают волноломные насаждения.

Искусственная аэрация. Искусственная аэрация позволяет интенсифицировать процессы самоочищения воды. При дефиците в воде растворенного кислорода процессы самоочищения резко сокращаются. Возникает необходимость искусственной аэрации, которую осуществляют специальными аэраторами, пропуском воды через водосливные плотины и впуском воздуха в отсасываемые трубы работающих гидротурбин. При любом способе аэрации требуется затрата или потеря энергии. Эффективность искусственной аэрации оценивают приростом содержания кислорода на 1 кВт∙ч затраченной энергии.

Очистка рек от донных отложений. Хозяйственное использование рек и водосборных площадей приводит к загрязнению и заилению речных русл. Речное русло содержит помимо воды твердые фракции ила.

Водный сток определяют грунтовые, снеговые и дождевые воды, твердые фракции – взвешенные наносы, появляющиеся в результате эрозии грунтов на водосборной площади, образовавшиеся в результате распашки значительных площадей, вырубки лесов, лесонасаждений, нарушения водоохранных зон и т. п. и выпадения органических веществ, образующихся в результате процессов самоочистки водоемов. Взвешенные вещества поступают в водоток также со сточными водами, поверхностным стоком с городских территорий, промышленных площадок, животноводческих комплексов и т. п. Водный сток определяет транспортирующую способность реки, которая способна перемещать потоком взвеси без осаждения и таким образом обеспечивать самоочищение. Нарушение транспортирующей способности водотока является причиной заиления речных русл. Сокращение расхода в реке на 25 % приводит к снижению транспортирующей способности потока в 2 раза.

Скорость течения зависит от расхода и уровня воды в реке. При использовании реки для судоходства или при создании гидротехнических сооружений увеличивается глубина и снижается скорость, а следовательно, падает транспортирующая способность. Это приводит к благоприятным условиям заиления водотока на значительном протяжении. В этом случае речной поток не в состоянии размывать донные отложения и обеспечивать самопромывку русла, что приводит к наносам, заилению и обмелению речного русла. Для поддержания русла в санитарном состоянии производят его очистку. Очистка рек от загрязненных донных отложений входит в систему водоохранных мероприятий. Необходимость в очистке русл устанавливается на данных натурных изысканий по выявлению мест скопления загрязнений.

Параметры процессов очистки русл устанавливаются с учетом физических особенностей загрязненных донных отложений, факторов размыва, транспорта и осаждения взвесей, а также гидравлического сопротивления речного русла. Технологическая схема работ по очистке русла включает технические решения и эксплуатационные мероприятия, предотвращающие повторное заиление и занесение наносами очищенных участков. В связи с большим объемом и высокой стоимостью работ предусматривают гидравлическое моделирование разрабатываемых мероприятий.

Качество воды водотока городской территории определяется с учетом загрязнений низовой границы населенного пункта.

Очистка русла от загрязненных донных отложений производится землечерпательными и землесосными снарядами, а также струйными взмучивающими устройствами с водоструйными насосами. Первоочередной является очистка притоков и верховых участков русла.

Использование стоков животноводческих комплексов. Стоки животноводческих комплексов губительно действуют на водные объекты. Сложность утилизации, трудности обеспечения санитарного состояния навозохранилищ и жижесборников представ­ляют проблему животноводческих хозяйств страны.

В настоящее время используют следующую технологию обезвоживания навозных стоков: жидкий навоз, удаляемый из помещений скребковым транспортером, гидросмывом или гидросплавом, направляют в жижесборники, откуда насосами или самотеком по лоткам подают в отстойники, где навоз хранится полгода. За это время он разделяется на твердый осадок и осветленную часть, поступающую в бассейны суточного регулирования для смешивания с чистой водой. Эту смесь подают в закрытую оросительную сеть для полива кормовых культур.

Защита вод от загрязнения синезелеными водорослями. Цветение воды при интенсивном развитии синезеленых водорослей возникает в результате вмешательства человека в формирование естественных биоценозов (создание водохранилищ, сброс сточных вод и др.).

Для регулирования развития синезеленых водорослей предусматривают следующие мероприятия:

– сокращение притока дополнительных пищевых ресурсов в водоемы за счет ограничения почвенного смыва и повышения качества сточных вод;

– очищение поверхности от водорослевых масс с последующим использованием их в хозяйственных целях;

– удаление иловых отложений, аккумулирующих биогенные элементы и органические вещества, и использование их в качестве удобрений;

– повышение кислородного насыщения придонных слоев воды.

Синезеленые водоросли являются ценным растительным сырьем для получения удобрений. По своему действию они равнозначны навозу, а зачастую и превосходят его. Использование водорослевых масс производят без отделения их от воды с помощью насосов. Иногда перед подачей пульпы на поля ее собирают в отстойники на песчаных участках, которые после кольматации зарастают дикорастущими растениями, что закрепляет их от ветровой эрозии. Синезеленые водоросли используют в качестве технического сырья для бродильной промышленности. Из 1 кг воздушно-сухого вещества получают (г): этилового спирта – 25…120, бутилового спирта – 20...50, ацетона – 6…40. Большое количество в синезеленых водорослях азотсодержащих веществ, в первую очередь белков и аминокислот, позволяет использовать их для кормовых целей. Синезеленые водоросли после специальной обработки (высушивание, кипячение, промывание) могут быть использованы для частичной замены (на 50 %) белка кормового рациона птицы. Эти водоросли богаты витаминами и микроэлементами. Перспективно использование синезеленых водорослей для фармацевтической и парфюмерной промышленности.

Тепловые загрязнения. Тепловое загрязнение вод атомными и тепловыми электростанциями можно уменьшать в результате ограниченного использования естественных водоисточников для охлаждения. Для этой цели создают собственные водохранили­ща-охладители, брызгальные бассейны или мощные градирни. В отдельных случаях водяные охлаждения заменялись воздушными. В районах с прохладным климатом в водохранилищах-охладителях целесообразно разведение рыбы. Подогрев воды дает существенную прибавку рыбной продукции. Использование растительноядных рыб в таких водоемах предотвратит их эвтрофикацию.

Отходы водного транспорта. Загрязнение вод отходами водного транспорта предотвращают путем сбора отходов с судов на специальные береговые или плавучие приемные пункты для переработки. Такие пункты создаются как в речных, так и в мор­ских портах. Для исключения загрязнения морских вод нефтепродуктами создаются экологически чистые танкеры с двойным корпусом. Зазор между двумя корпусами для холостого хода заполняют балластной водой, не соприкасающейся с нефтью.

Загрязнения атмосферы. Мерами предохранения природных вод от загрязнения через атмосферу должны служить установки газо-, золо- и пылеуловителей и различные устройства для рекуперации отходов.

В целом следует иметь в виду, что даже самые совершенные методы очистки сточных вод смогут лишь отдалить загрязнение природных вод, но не приостановить его, поскольку в экономически развитых районах будут использоваться все водные ресурсы, что вызовет их загрязнение даже при соблюдении норм очистки сточных вод. Поэтому проблема чистой воды может быть решена только путем перевода к замкнутым системам водоснабжения, в которых очистные сооружения должны быть предназначены не для подготовки вод к впуску их в естественные водотоки, а для многократного использования в производственных циклах.

7. Санитарная охрана водоемов

В целях охраны от загрязнения прибрежных вод, используемых для питьевого и бытового водоснабжения, лечебных, курортных и оздоровительных нужд населения, устанавливаются районы водопользования населения и два пояса зоны их санитарной охраны.

В районы водопользования включаются: районы, используемые в настоящее время и предусматриваемые на перспективу для купания, водного спорта и культурного отдыха с устройством пляжей и водных станций в границах населенных мест, пригородов, курортов (санаториев, домов отдыха, пансионатов), туристских баз, кемпингов, палаточных городков и других баз длительного и кратковременного отдыха населения, а также районы водозаборов хозяйственно-питьевого водоснабжения, плавательных бассейнов, водолечебниц и других бальнеологических сооружений. Границы охраняемых прибрежных вод определяются с учетом перспективы использования побережья для культурно-бытовых и рекреационных нужд населения или в других народнохозяйственных целях.

Организация района водопользования населения должна быть направлена на обеспечение его эпидемической безопасности и предупреждение ограничения водопользования вследствие загрязнения вредными веществами. Границы такого района по береговой протяженности определяются зоной фактического и перспективного организованного водопользования.

Зоны санитарной охраны водопользования включают: зону охраны источника водоснабжения в месте водозабора, зону и санитарно-защитную полосу водопроводных очистных сооружений и санитарно-защитную полосу водоводов.

Согласно СНиП 2.04.02-84, зона санитарной охраны для источника водоснабжения устанавливается в три пояса, для водозаборных сооружений и очистных сооружений она состоит из первого пояса, для водоводов – из второго пояса. Зону санитарной охраны водного источника предусматривают из трех поясов: первого – строгого режима, второго и третьего – режима ограничения.

Зона санитарной охраны водопользования служит для предотвращения превышения установленных нормативных показателей микробного и химического загрязнений воды в пределах района фактического и перспективного водопользования.

Территориальные воды РФ (внутренние моря и устьевые области рек) считаются рыбохозяйственными водоемами, когда используются для промысловой добычи рыбы, водных животных и растений или имеют значение для воспроизводства запасов промысловых рыб.

Мероприятия по предотвращению загрязнения прибрежных районов должны проводиться с учетом необходимости выполнения требований международных договоров РФ по охране от загрязнения вод морей. Буровые, геологоразведочные и другие работы, оказывающие вредное влияние на живые ресурсы моря, могут осуществляться в пределах береговых охраняемых полос, во внутренних морских и территориальных водах РФ и на континентальном шельфе РФ только при наличии специального разрешения, выдаваемого в установленном порядке. Береговой охраняемой полосой при этом считается двухкилометровая прибрежная полоса суши, отсчитываемая от линии максимального уровня моря, наблюдавшегося в данном месте.

Расчеты загрязнений от поступления в акватории (в границах прибрежных охраняемых районов) стоков, содержащих вещества с лимитирующими показателями вредности, должны учитывать наличие веществ, находящихся в морских водах или поступающих к месту смешения. Причем сумма отношений таких концентраций (С₁, С₂, ... , С_n) каждого из веществ в расчетном створе водного объекта на границе района водопользования не должна превышать единицы. Оценка уровня загрязнений прибрежных вод районов водопользования населения и поясов зон их санитарной охраны дается по показателям, приведенным в табл. 10.

В местах водозаборов и плавательных бассейнов с морской водой количество кишечных палочек и энтерококков не должно превышать соответственно 100/л и 50/л.

При систематическом сезонном развитии и скоплении водорослей предусматриваются мероприятия по очистке от них района водопользования. При органических загрязнениях, превышающих установленный норматив, оценка загрязнения производится с учетом общей санитарной ситуации и других прямых и косвенных санитарных показателей загрязнения морской среды. Для определения в воде патогенных микроорганизмов применяют методы, рекомендованные Методическими указаниями по гигиеническому контролю загрязнения – методическими указаниями по обнаружению в воде возбудителей кишечных инфекций. В местах массового купания дополнительным показателем загрязнения является количество стафилококков в воде. Сигнальным значением для регламентации нагрузки на пляжи является повышение их количества до более 100 в 1 л.

Условия отведения, степень очистки и обеззараживания сточных вод при спуске их в районах I пояса зоны санитарной охраны должны обеспечивать коли-индекс сточных вод не более 1000 при концентрации свободного хлора не менее 1,5 мг/л. При отведении сточных вод с берега за пределы I пояса зоны санитарной охраны микробное загрязнение морской воды на границе I–II поясов зоны не должно превышать по коли-индексу 1 млн. Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ, принятые в Правилах охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами и указанные в дополнительном перечне ПДК вредных веществ в воде водоемов санитарно-бытового водопользования № 2263-80, временно распространяются на воды районов водопользования населения и I пояса зон их санитарной охраны, используемых в рекреационных, оздоровительных и хозяйственно-питьевых (после опреснения) целях. Общие требования к составу и свойствам прибрежных вод морей, используемых для рыбохозяйственных целей, аналогичны требованиям, изложенным в Правилах охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами.

Таблица 10

Требования к составу морской воды района водопользования и I пояса зоны санитарной охраны

Качество прибрежных вод морей и устьевых областей рек, используемых для рыбохозяйственных целей, устанавливается в зависимости от категории водного объекта, в соответствии с ГОСТ 17.1.2.04-77 «Охрана природы. Гидросфера. Показатели состояния и правил токсикации рыбохозяйственных водных объектов». При этом водными объектами высшей (особой) категории являются: места нерестилищ, массового нагула и зимовальные ямы особо ценных видов рыб и других промысловых водных организмов (например, лососевых, осетровых, морской выдры); основные нерестилища, места массового нагула и зимовальные ямы ценных видов рыб, являющихся важными объектами промысла или организованного любительского лова (например, леща, судака, воблы); водоохранные зоны хозяйства любого типа для искусственного разведения рыб и водоохранные зоны садковых и прудовых хозяйств.

К водным объектам первой категории относятся водоемы, используемые для сохранения и воспроизводства ценных видов рыб, обладающих высокой чувствительностью к содержанию кислорода. Наиболее важные участки этих водоемов в установленном порядке могут получать статус преимущественного рыбохозяйственного водопользования.

К водным объектам второй категории относятся водоемы, используемые для сохранения и воспроизводства ценных видов рыб, обладающих высокой чувствительностью к содержанию кислорода. Наиболее важные участки этих водоемов в установленном порядке могут получать статус преимущественного рыбохозяйственного водопользования. К водным объектам второй категории относятся водоемы, используемые для других рыбохозяйственных целей.

В районе стационарных выпусков сточных вод состав и свойства морской воды независимо от условий смешения должны удовлетворять рыбохозяйственным требованиям на расстоянии 250 м и более в любом направлении от места выпуска. В водные объекты высшей (особой) категории, а также морские районы или их отдельные участки, перспективные для рыбного промысла или для сохранения и воспроизводства ценных видов рыб и других объектов водного промысла, в места массового нереста, нагула рыб и расположения зимовальных ям, на путях миграции рыб, сброс любых сточных вод, в том числе и очищенных, запрещается.

Запрещается сброс сточных вод, если они содержат: вредные вещества, предельно допустимые концентрации которых превышают установленные нормы; ценные отходы, которые могут быть утилизированы на данном или на других предприятиях; производственное сырье, реагенты, полупродукты или конечные продукты производства в количествах, превышающих установленные нормативы технологических потерь; возбудителей заболеваний; вещества, для которых не утверждены предельно допустимые концентрации, могут быть исключены из системы водоотведения путем рациональной технологии, максимального использования в системах оборотного и повторного водоснабжения или устройства бессточных производств.

Запрещается сброс очищенных производственных и бытовых сточных вод:

– в границах охраняемых прибрежных районов водопользования;

– в моря или прибрежные охраняемые районы, объявленные заповедными;

– в моря или прибрежные охраняемые районы, имеющие особое государственное значение либо особую научную ценность.

8. Использование малых рек

Малые реки (длиной до 100 км), на долю которых приходится значительная часть поверхностного стока России, наиболее восприимчивые к антропогенному воздействию.

Своеобразный компонент географической среды, малые реки в значительной степени выполняют функцию регулятора водного режима определенных ландшафтов, поддерживая равновесие и осуществляя перераспределение влаги. Главной особенностью формирования стока малых рек является очень тесная их связь с ландшафтом бассейна, что и обусловливает легкую уязвимость этих водных артерий – не только при чрезмерном использовании водных ресурсов, но и при освоении водосбора.

Под воздействием хозяйственной деятельности малые реки преждевременно вступили в фазу старения. Снижение водности и заиление русел способствует быстрому зарастанию и заболачиванию, наступает деградация, и малые реки исчезают с лица земли.

Вырубка лесов и неумеренная распашка прилегающих территорий приводят к значительному уменьшению поверхностного и подземного грунтового стока воды в малые реки. Особенно пагубна распашка склонов, балок, оврагов, при которой нарушается эрозионная устойчивость почвы и значительная ее часть смывается в реки. Реки заиливаются, мелеют.

Для малой реки чрезвычайно опасны  сточные воды крупных свиноводческих ферм. Пока еще нет таких надежных способов очистки, чтобы сток свинофермы стал пригоден для сбрасывания в реку. Значит, эти сточные воды вообще нельзя сбрасывать в реку. Их нужно полностью использовать для удобрительного орошения кормовых культур, правда при условии, что рядом с фермой располагаются большие земельные угодья. Другой вариант решения проблемы – создания на крупных фермах установок по переработке навоза в биогаз и удобрения.

Охрана вод малых рек теснейшим образом связана с охраной от загрязнения территорий, с которой река собирает свои воды.

У малых рек способность к самоочищению значительно меньше, чем у больших, и механизм самоочищения при перегрузках легко нарушается. В связи с этим особенно остро стоит задача создания на их берегах водоохранных зон.

Овраги, примыкающие к водоохранной зоне, должны быть укреплены, чтобы не засоряли, не заиливали водоем. За пределы зоны должны бить вынесены все объекты-загрязнители. Родники, питающие реку или озеро должны быть расчищены, ухожены.

9. Пути сокращения сброса в водоемы. Бессточные водохозяйственные системы

Замкнутая система водообеспечения – система водного хозяйства промышленных предприятий, производственных комплексов, обеспечивающая возврат всех жидких отходов после соответствующей обработки для повторного использования или переработки на вторичное сырьё. Наиболее рациональным в решении проблемы охраны водоемов от загрязнения сточными водами является создание замкнутых систем водоснабжения и канализации промышленных предприятий с использованием очищенных сточных вод в системах технического и оборотного водоснабжения и забором свежей воды из водоисточников в основном для целей питьевого водоснабжения.

Необходимость разработки и внедрения замкнутой системы водоснабжения промышленного предприятия зависит от ряда причин, а именно: 1) от дефицита воды в районе или области; 2) от содержания в водохозяйственном объекте загрязняющих веществ, близких к их ПДК в водоеме; 3) от применения современной малоотходной технологии.

Целесообразность применения замкнутых систем определяется также степенью ущерба, наносимого водоему при сбросе неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод; необходимостью извлечения из сточных вод ценных компонентов и их утилизации; высокими требованиями к качеству сточных вод, сбрасываемых в канализацию или водоемы, ибо иногда по ряду компонентов к сбрасываемой воде предъявляются требования более высокие, чем к качеству питьевых вод, и поэтому сброс таких вод нецелесообразен. Внедрение замкнутых систем обосновывается технико-экономическими расчетами, причем в ряде случаев применение таких систем, даже при их экономической нецелесообразности, диктуется необходимостью улучшения санитарно-гигиенических и экологических условий на предприятиях, в ТПК и т. д. Кроме совершенствования методов очистки сточных вод и введения безводных процессов для создания таких систем необходимо разработать технологические процессы, позволяющие резко сократить отходы-производства и потребления воды. Применение рациональных схем водоснабжения предприятий с многократным использованием воды в производствах и создание внутрицеховых оборотных систем, включающих локальные сооружения очистки наиболее загрязненных сточных вод, дают возможность резко сократить количество сточных вод, поступающих на внеплощадочные очистные сооружения. Причем на эти сооружения поступают только воды, содержащие биохимически разрушаемые соединения, что позволяет возвратите очищенную воду в системы технологического и оборотного водоснабжения.

Особенности создания замкнутых систем

Развитие народного хозяйства связано со всё возрастающим потреблением свежей воды. Поскольку водные ресурсы расходуются также и на разбавление сточных вод, существует реальная опасность их истощения и загрязнения. Это обусловливает необходимость перехода от прямоточных систем водоснабжения с очисткой использованных вод перед сбросом их в водоём к последовательно-оборотному водоснабжению. Глубина очистки используемой в оборотных системах воды зависит от требований, которые предъявляют к ней потребители. Во многих случаях эти требования значительно ниже, чем при сбросе воды в водоём. Однако опыт эксплуатации оборотных систем показывает, что они также не могут полностью исключить загрязнение водоёмов. В системах оборотного водоснабжения обычно до 10% воды заменяется на свежую из-за продувки, потерь и другого. Сброс засоленных продувочных вод из оборотных циклов ряда производств, а также ливневых и дренажных вод с промышленной площадки отрицательно сказывается на общем состоянии водоёмов и увеличивает затраты на водоподготовку расположенных ниже потребителей воды.

Эффективным методом охраны вод от загрязнения и истощения и значительного уменьшения потребления свежей воды является внедрение замкнутых бессточных и безотходных систем водного хозяйства. В перспективе внедрение замкнутых систем приведет к полному исключению попадания загрязнений со сточными водами в окружающую среду и практически полному прекращению потребления свежей воды на технические нужды. Для восполнения безвозвратных потерь будут использоваться очищенные ливневые, дренажные и особенно хозяйственно-бытовые сточные воды. Процесс перехода на такие замкнутые системы по экономическим, техническим и иным причинам потребует значительного времени.

Уже первые опыты по разработке, проектированию, наладке и эксплуатации замкнутых систем показали, что они требуют принципиально иного полхода. Необходимо одновременно решать две проблемы: 1) изменять основную технологию с целью оптимального использования сырьевых ресурсов и внедрения маловодных и безводных процессов; 2) создавать совершенную замкнутую систему очистки и последовательно-повторного использования воды в производстве. Наиболее сложной и важной задачей является решение первой проблемы, так как она охватывает практически все отрасли экономики.

Создание замкнутой системы водного хозяйства предусматривает внедрение эффективных, прежде всего физико-химических, методов очистки сточных вод, установление научно обоснованных предельно допустимых концентраций солей, нефтепродуктов и других компонентов в оборотной воде с учётом её эпидемиологической и токсикологической безопасности для каждого замкнутого цикла, создание максимально возможного количества локальных замкнутых циклов с многократным использованием воды в них, извлечение из сточных вод ценных компонентов, переработку с целью утилизации выделенных осадков и засоленных вод. Естественно, что в замкнутых системах доля оборотного водоснабжения должна быть доведена до предельной величины.

Отличительной особенностью замкнутых бессточных и безотходных систем водного хозяйства является необходимость иметь в их составе так называемые хвостовые установки, наличие которых и позволяет сделать систему замкнутой. К ним относятся установки переработки и утилизации концентрированных отработанных технологических растворов, обезвоживания и сушки осадков, стабилизационные, биоинженерные, деминерализационные и сжигания. Наличие таких установок усложняет и удорожает систему, которая по существу представляет химико-технологический комплекс (цех) по производству чистой воды. Кроме повышенных капитальных и эксплуатационных затрат, необходимо высокопроизводительное оборудование (механического обезвоживания, обессоливания и др.), сложные приоры и средства вычислительной техники, высококвалифицированный обслуживающий персонал. В этом случае цех водоснабжения становится из второстепенного основным. Организация замкнутой системы требует одновременной проработки всех элементов водного хозяйства в их взаимосвязи, а не только её отдельных частей (чистых и грязных оборотных циклов, локальных сооружений по очистке стоков и др.). Действительно, в системе производится очистка всех ливневых вод, на хвостовых участках перерабатываются все отходы от локальных циклов и другое. Всё это должно быть увязано в едином хозяйстве. Создание замкнутой системы требует совместных усилий специалистов различных направлений: водников, технологов, экономистов, гигиенистов.

10. Доочистка бытовых и промышленных стоков и использование их в техническом водоснабжении

На формирование свойств городских сточных вод основное влияние оказывают состав питьевой воды, потребляемой населением, норма водопотребления, а также размер и степень загрязнения производственных сточных вод, сбрасываемых в городскую водоотводящую сеть. Влияние производственных сточных вод на состав городских стоков значительно сокращается по мере введения в действие локальных очистных сооружений.

При повторном использовании городских сточных вод в системах промводоснабжения следует учитывать санитарно-гигиенические нормы.

Один из наиболее распространенных способов доочистки биохимически очищенных сточных вод от взвешенных веществ – метод фильтрования, что позволяет получить фильтрат с содержанием взвешенных веществ не более 3 мг/л и БПК_полн – 3...6 мг/л.

Перспективным способом доочистки сточных вод от органических соединений является озонирование, позволяющее одновременно со снижением концентрации органических веществ обеззараживать воду от содержащихся в ней бактерий и вирусов, уничтожать запахи и окраску. При малых дозах окисляются вещества с высокой молекулярной массой и выраженной токсичностью. Общее разрушение органического вещества в этом случае не превышает 35 %. При больших дозах озона интенсивно образуются продукты деструкции, при которых величина ХПК и содержание органического углерода в сточной воде практически не меняются. Процесс разрушения органического вещества на­чинается при 1,5...1,6 мгО₂ на 1 мг содержания органического углерода.

Для достижения требуемых санитарно-гигиенических требований к воде, используемой в закрытых системах, применяют фильтрование и обеззараживание хлором. При повышенном содержании трудноокисляемых веществ в воде эту схему дополняют контактной коагуляцией. Когда в открытых системах промышленного водоснабжения используется часть очищенных вод на станции аэрации, включающей доочистку фильтрованием и хлорирование, на предприятии предусматривают доочистку озонированием. Кроме перечисленных схем, для промышленного водоснабжения применяют сооружения физико-химической очистки (флотаторы, сорберы, ионообменные и ультрафильтрационные аппараты и т.п.), которые также позволяют защитить системы от карбонатных отложений, коррозии и биообрастаний.

11. Прогнозирование водных ресурсов с учетом водоохранных мероприятий

Под прогнозированием достаточно часто подразумевают определение свойств или состояния какого-либо объекта или системы через заданный интервал времени. Взаимоотношения человека и природы в будущем во многом объективно не определены, и предвидеть их характер как количественно, так и качественно практически невозможно. Поэтому рассмотрение процессов развития с вероятностных позиций приведет к бесчисленному множеству различных решений, реализация которых не будет результативной. В связи с этим возникла необходимость обширного исследования долгосрочного планирования и разработки соответствующей методологии для оценки социальных, технических и эко­логических аспектов окружающей среды будущего. Это необходимо не только для оценки длительного влияния современных видов антропогенного воздействия на окружающую среду, но и для определения параметров социально-культурных аспектов жизни, с тем чтобы сделать правильный выбор. Долгосрочный прогноз должен отражать принципы развития этой системы.

Существуют следующие методы долгосрочного прогнозирования: метод экспертных оценок, основанный на использовании интуиции, опыта знаний экспертов, высказывающих свои суждения по объекту прогнозирования. Этот метод позволяет без каких-либо детальных расчетов и исследований приближенно оценивать перспективу развития известных процессов: моделирования, основой которого является создание некоторой логической или информационной модели, подобной явлениям или процессам, происходящим в природе; метода экстраполяции, заключающегося в мысленном развитии или расчете, вскрытых на определенном этапе развития перспектив будущего.

Прогнозирование использования водных ресурсов с учетом природоохранных факторов требует применения методики общенаучных методов, ибо при решении данной проблемы приходится учитывать результаты исследований всех наук. Каждый метод прогнозирования можно представить как алгоритм пере­работки информации. При этом требования любого метода к исходным данным могут заключаться в виде кодов.

В долгосрочных прогнозах важно соблюдение необходимой степени детализации разработок, которая должна быть меньше используемых в настоящее время. Пока наиболее распространенным является метод экспертных оценок, который применяется и при прогнозировании использования природных вод с учетом охраны природы. Однако степень точности прогнозов по мере удаления от расчетного периода времени соответственно будет уменьшаться, что вполне естественно.

Основное содержание прогнозов – изучение процессов смешения и разбавления сточных вод водой водоема. Трансформация загрязняющих веществ вдоль водотока определяется инженерными расчетами. Разработанные в результате этих исследований модели могут быть рекомендованы для приближенных расчетов качества воды при сбросе в нее сточных вод. Общий их недостаток в том, что они неполно учитывают реальные источники загрязнений и не отражают метаболизма загрязняющих веществ с характеристиками всей экологической обстановки в водоеме (донных отложений, растительного и животного биоценоза). Поэтому при составлении прогноза качества воды в водных источниках важно учитывать ту реальную обстановку, которая определяет состав сбрасываемых сточных вод и позволяет выработать рекомендации по мероприятиям, способствующим сохранению чистоты водного объекта.

При построении моделей оценки и прогнозирования качества воды широко используется камерное описание объекта. Река считается одномерным водотоком, вдоль которого расположено конечное число водосбросов и водозаборов. Она разбивается на отдельные участки – камеры. Предполагается, что в водотоке происходит интенсивное перемешивание, препятствующее стратификации потока, и характеристики водотока в рамках каждого участка (камеры) достаточно постоянны и однородны. Требование однородности также распространяется на поступление загрязняющих веществ, т.е. в камере отсутствуют скачки загрязнений. Поэтому границами участков считаются места сбросов отходов, зоны слияния рек, участки впадения крупных притоков и т.д. При этом размеры камер зависят от периода прогнозирования: чем он больше, тем более агрегированной должна быть модель прогноза, т.е. больше размеры камер.

Из-за сложности учета всех природных и антропогенных факторов, влияющих на качество воды в реке, в прогнозировании находят широкое применение вероятностные модели. Они обычно строятся на основе детерминированных моделей при камерном описании водотока. Колебания параметров на выходе одной камеры можно рассматривать как вероятностно-распределенные начальные условия для следующей по течению камеры.

Модель управления качеством воды состоит из нескольких составляющих: имитационной модели качества воды, модели гидрологического режима, моделей функционирования элементов водоохранного комплекса, моделей экономической оценки водоохранных мероприятий и службы контроля.

Имитационная модель позволяет определить пространственно-временное распределение показателей качества воды в речном бассейне в зависимости от гидрологического и гидрохимического режимов реки и интенсивности источников загрязнений. На вход имитационной модели поступает информация о гидрологическом режиме речного бассейна, о прогнозе количества и вида загрязнений, поступающих в реку, и прогнозе природных воздействий на параметры водной среды, трансформированной элементами водоохранного комплекса. Имитационная модель качества воды, модель гидрологического режима и модель функционирования элементов водоохранного комплекса образуют модель прогноза качества воды. Выходом модели прогноза качества воды, откорректированной на основе информации станций контроля, является расчетный профиль качества воды.

В задаче планирования модель управления может иметь как экологический характер, так и являться синтезом экономического и экологического критериев. В случае задачи оперативного управления эта модель должна оценивать ущерб, наносимый водной среде отклонениями показателей качества от ПДК при данном режиме функционирования водоохранного комплекса и системы контроля. Прогноз входа модели управления водоохранного комплекса в каждый последующий момент при необходимости корректируется на основе фактических данных, поступающих от станций контроля.

Следует заметить, что экономические и экологические ограничения на систему управления качеством воды могут противоречить друг другу. Тогда надо либо изменить их, применяя методы неформального анализа, либо оставить одно из них. В задачах планирования следует оставить прогноз требований водопользователей к качеству воды, в задачах оперативного управления - прогноз экономических ограничений на деятельность водоохранного комплекса и системы контроля.

Необходимость долгосрочного прогнозирования рационального использования и охраны водно-земельных ресурсов совершенно очевидна, ибо результаты его во многом будут предопределять развитие различных отраслей народного хозяйства и оказывать влияние на уровень жизни населения. Вместе с тем в современной обстановке и в ближайшей перспективе требуется создание все новых водохозяйственных систем и объектов. Этому должно предшествовать обоснование, включающее следующие этапы:

– определение потребностей в воде для различных водопользователей в пределах данного района или бассейна на соответствующих расчетных этапах и увязка этих требований с соседними бассейнами;

– всестороннее изучение природных условий и особенностей намечаемых водохозяйственных мероприятий, учитывающих проведение мер по экономному расходованию воды и защите ее от загрязнения и истощения;

– разработку и обоснование методики моделирования процессов функционирования водохозяйственных систем с учетом воздействия антропогенных факторов;

Лекция "Специфика и виды семейных конфликтов" также может быть Вам полезна.

– разработку и использование математического и технического моделирования решаемых задач;

– изучение конкретных процессов на моделях и интерпретацию результатов моделирования;

– разработку ряда вариантов проектных решений на основе проведенного моделирования; всестороннее сравнение всех вариантов и выбор наиболее оптимального из них, исходя из социальных, экологических и технико-экономических условий;

– комплексное проектирование и осуществление намеченных решений.

Применяемые в настоящее время математические модели комплексного использования и охраны водных ресурсов базируются на описании природных связей с помощью математических уравнений.

Водохозяйственное и мелиоративное строительство вносит существенные изменения в окружающую среду, поэтому к разработке проектов и их экологическому обоснованию привлекаются специалисты различного профиля, которые наряду с решением отдельных частных вопросов дают общую объективную оценку всей совокупности природных явлений и анализируют ход их изменения после осуществления намеченных мероприятий. Строительство водохозяйственной системы нельзя начинать до тех пор, пока не будет полной ясности о возможных последствиях, даже и в том случае, если от задержки осуществления проекта намечаемые водопользователи будут временно испытывать некоторый ущерб. При этом по мере накопления новых данных систематически пересматриваются принимаемые решения. Решения, которые нам представляются прогрессивными, могут оказаться архаичными через небольшой период времени, особенно имея в виду, что гидротехнические объекты рассчитаны на весьма длительные сроки эксплуатации. Поэтому для ряда осуществляемых проектов предусматривают временные условия эксплуатации.