Подземные воды мировое использование

Юлия Каширина

Эксперт по предмету «Экология»

Водные ресурсы – запасы поверхностных и подземных вод, находящихся в водных объектах, которые используются или могут быть использованы.

Водный объект – сосредоточение вод на поверхности суши в формах ее рельефа либо в недрах, имеющее границы, объем и черты водного режима.

Водопользование – использование водных объектов для удовлетворения любых нужд населения и народного хозяйства без изъятия воды из водных объектов.

Водопотребление – потребление водных ресурсов вне водных источников для удовлетворения нужд населения, промышленности, сельского и коммунального хозяйства и другие.

Возвратное водопотребление – система, позволяющая после очистки повторно использовать воду.

Сточные воды – воды, бывшие в производственном, бытовом или сельскохозяйственном употреблении, а также прошедшие через какую-либо загрязненную территорию, в т.ч. населенного пункта.

Водохранилище – искусственный водоём, образованный, для накопления и хранения воды в целях её использования в народном хозяйстве.

Загрязнение водных ресурсов – снижение их качества в результате привнесения различных физических, химических или биологических веществ.

Промышленные сточные воды – сточные воды, образовавшиеся в результате технологических процессов на производстве. Содержат в своём составе различные загрязнители, в том числе токсичные.

Бытовые сточные воды – сточные воды, образующиеся в результате бытовой жизнедеятельности человека Основными их загрязнителями являются отходы физиологического и бытового использования. Содержат в своем составе большое количество болезнетворных микроорганизмов.

Поверхностные (ливневые) сточные воды – сточные воды, образующиеся при выпадении атмосферных осадков, а также в результате поливомоечных работ.

Загрязнённый сток – сточные воды, содержащие примеси в количествах, превышающих предельно-допустимые концентрации.

Канализационная сеть – система трубопроводов, коллекторов, каналов и сооружений на них для сбора и отведения сточных вод.

Очистка сточных вод – комплекс мероприятий по удалению загрязнений, содержащихся сточных водах перед выпуском их в водоём.

Охрана вод – совокупность мероприятий, направленных на предотвращение и устранение последствий загрязнения, засорения и истощения вод.

Основная и дополнительная литература (точные библиографические данные с указанием страниц):

Открытые электронные ресурсы по теме урока (при наличии):

Теоретический материал для самостоятельного изучения:

Водные ресурсы мира – все воды гидросферы, включая воды мирового океана, поверхностные и подземные воды континентов. Водные ресурсы России составляют порядка 10 % от водных ресурсов мира.

Основные загрязнители воды подразделяются на несколько групп: Болезнетворные загрязнители, водорастворимые неорганические вещества, неорганические вещества, используемые в качестве удобрений, органические вещества, нерастворимые вещества (осадки).

Особое значение качество водных ресурсов приобретает при их использовании в качестве источника питьевого водоснабжения.

Самовозобновление пресной воды в реках, озёрах, ледниках и грунте происходит с разной скоростью. Главными источниками возобновляемых водных ресурсов являются реки и озёра.

Производственные сточные воды подвергаются специальной процедуре очистки. Поскольку добиться полной очистки сточных вод довольно трудно и порой экономически невыгодно, используют их частичную очистку с последующим использованием в замкнутых оборотных системах, особенно на металлургических, целлюлозно-бумажный и нефтехимических предприятиях.

Важнейшая мера по охране водных ресурсов – бережное их расходование. Непроизводительный расход воды позволяет снизить надёжная гидроизоляция дна и стенок каналов. Эта же мера препятствует засолению почв в засушливых районах. Другой способ экономного расходования воды для полива – подведение воды непосредственно к корневой системе растений. Эффективный путь защиты водоёмов от загрязнений – создание безотходного производства, когда отходы одной ступени производственного цикла используются как сырье для другой.

Интересные факты. Болезнь Минимата

В 1950-х гг. предприятие по переработке руды сбрасывало отходы, содержащие ртуть, в воды залива Минимата (Япония). Бактерии перерабатывали её в диметилртуть. По цепям питания диметилртуть попадала и накапливалась в рыбах до концентрации 50 мг/кг. Люди, питаясь рыбой, получали сильнейшие отравления, нервно-паралитические заболевания, более 50 человек умерло. С 1955 по 1959 гг. каждый третий ребёнок в данном районе Японии рождался с психическими и физическими аномалиями. Рыбный промысел в заливе до сих пор запрещён. Полагают, что на дне залива находится ещё около 600 т ртути. Болезнь Минимата вошла во все справочники в качестве примера болезни, вызванной загрязнением окружающей среды и накоплением ртути по цепям питания.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля (не менее 2 заданий):

1. Текст задания: Разгадайте кроссворд.

3. Искусственный водоём, образованный, для накопления и хранения воды в целях её использования в народном хозяйстве.

1. Потребление водных ресурсов вне водных источников для удовлетворения нужд населения, промышленности, сельского и коммунального хозяйства и другие.

5. Смесь углеводородов, вызывающие загрязнение воды в результате аварии на трубопроводах или нефтеналивных судах.

По горизонтали: 2. Европейской 3. Водохранилище 4. Замкнутого 6. Загрязнение

Подземные воды – воды, находящиеся в толще горных пород верхней части земной коры в любом агрегатном состоянии. Относятся к возобновляемым полезным ископаемым.

Их общее количество оценивается в 60 млн км3. Применяются в различных сферах деятельности человека, в быту, для питья.

Какой процент использования в России?

Процент использования подземных вод зависит от их разновидности и степени минерализации. Водоотбор из разведанных месторождений составляет 15,6% их общего запаса в России. Доля альтернативных источников в системе водоснабжения мегаполисов, крупных городов должна составлять не менее 30%.

Применение в России:

• потери воды – 1,2%;
• сброс воды при добыче полезных ископаемых – 4,3%.

В последние 20 лет количество подземных вод, использующихся для промышленных нужд, снижается в среднем на 0,60 млн м 3 /сутки. Но общий показатель их добычи не изменился.

То есть происходит увеличение потребления для питья и орошения, но снижение их использования в производстве. Это связано с более экономным и рациональным применением полезных ископаемых.

Где могут применяться?

Подземные воды составляют 30% от общих запасов воды на планете.

Их преимуществами является лучшая защищенность от загрязнения, чем у источников на поверхности планеты и они мало подвержены сезонным колебаниям.

В мировом масштабе их эксплуатация покрывает приблизительно 50% потребности в питьевой воде, 20% – в орошении и 40% нужд промышленности.

Подземные воды используются в тех же отраслях, что и поверхностные. Исключение составляют минеральные и термальные воды. Они чаще применяются для лечения, в составе реабилитации после травм и тяжелых заболеваний.

Экологические особенности подземных вод

Подземные воды располагаются на некоторой, иногда значительной, глубине от поверхности земли. Они залегают во вмещающих породах, практически всегда осадочных, обладающих достаточной пористостью и определенным размером пор, позволяющим воде перемещаться внутри пород. Обычно это песчаные породы, или трещиноватые более плотные, например, известняки. Подземные воды всегда залегают на кровле водоупорного слоя. Сверху они могут не быть ограничены водоупором (грунтовые воды), или находиться между двумя водоупорными слоями. Нередко в одной местности существует два или более водоносных горизонтов, находящихся на различной глубине.

В зависимости от состава вмещающих пород, типа и глубины залегания, подземные воды могут отличаться по температуре, напорности, минерализации, жесткости, химической реакции и многим другим показателям, определяющим их пригодность для водоснабжения.

Рациональное использование и охрана подземных вод

Система мероприятий в области рационального использования и охраны подземных вод от истощения запасов и загрязнения включает ряд профилактических и специальных мер.

В качестве профилактических мер необходимо тщательно планировать застройку территории, так, чтобы антропогенное воздействие на подземные воды было минимальным. Необходимо также оборудовать зоны санитарной охраны и соблюдать особый режим хозяйственной деятельности в их пределах. При использовании подземных вод учитывают особенности их защищенности от загрязнения, проводят мониторинг подземных вод, по результатам которого устанавливается режим их эксплуатации.

«Рациональное использование подземных вод» 👇

Специальные меры предполагают изоляцию возникших источников и очагов загрязнения, а также перехват загрязненных вод. В случае истощения запасов вод используются меры их искусственного пополнения и увеличения питания. К этой группе методов относятся меры по:

Как и охрана поверхностных вод, охрана и рациональное использование подземных включает сходный комплекс мер, среди которых можно выделить законодательные, экономические и технологические. В этот комплекс входит разработка и строгое соблюдение водного законодательства, уменьшение сбросов в водоемы промышленных отходов и переход на безотходное производство, использование воды по замкнутому циклу, строительство и обслуживание очистных сооружений, выполнение правил при разведке запасов подземных вод, строительстве и эксплуатации водозаборов, организация мониторинга.

Находи статьи и создавай свой список литературы по ГОСТу

Поиск по теме

Подземные воды как источник водоснабжения

Подземные воды, в связи с сильным загрязнением поверхностных пресных вод, является наиболее ценным, а в засушливых районах с дефицитом других источников воды – единственным доступным источником питьевого водоснабжения. Поскольку они в какой-то степени защищены от поверхностного загрязнения, вследствие несовпадения области питания с областью залегания, подземные воды имеют важное значение для крупных населенных пунктов как источник чистой питьевой воды.

Суммарный запас подземных вод с учетом скорости их возобновления вполне достаточен для обеспечения питьевой водой населения. Однако активное использование подземных вод также сопряжено с негативными экологическими последствиями.

Как человек использует?

Подземные воды широко используют в хозяйственной деятельности человека. Требования к качеству, объему предварительной обработки зависят от сферы их применения.

В пищевой промышленности

По данным Европейской экономической комиссии подземные воды – основной источник хозяйственно-питьевого водоснабжения в большинстве европейских стран.

Их доля в общем непромышленном потреблении составляет 48% от их общего объема, использующегося для хозяйственной деятельности человека.

В пищевой промышленности разрешается использовать некондиционные, загрязненные воды. Но только после предварительной очистки, дезинфекции и, при необходимости, дистилляции.

В пищевой промышленности они применяется следующим образом:

Для питья

Человеку при соблюдении правил здорового питания требуется от 1,5 до 3 л воды в день. Это зависит от возраста, веса и его вида деятельности.

Преимуществом подземных вод в этом случае является экологичность. Они меньше подвергаются воздействию антропогенной деятельности человека, чем поверхностные источники.

Например, подземные источники в Мюнхене покрывают 100% потребности города в питьевой воде. В прочих мегаполисах этот показатель варьируется от 11 до 48%.

В сельском хозяйстве

Подземные воды широко применяются для орошения в странах с пустынным и полупустынным климатом, в зонах рискованного земледелия.

Например, в США – до 45%, а в Ливии – 100% сельскохозяйственных угодий обрабатывается с применением ресурсов из подземных горизонтов. В ряде стран разработано строгое водоохранное законодательство.

В первую очередь высококачественные ресурсы применяются для питья, нужд пищевой промышленности. Для орошения – только после удовлетворения потребностей защищенных отраслей народного хозяйства.

Кроме этого, учитывается объем поверхностных источников и возможность их использования для орошения сельскохозяйственных угодий.

В медицине

В медицине подземные воды применяются как для обслуживания лечебных учреждений, так и для терапии различных заболеваний.

В промышленности

В промышленности подземные воды используют в качестве сырья для получения полезных ископаемых и для обслуживания производства.

В первом случае количество добываемых микроэлементов должно быть экономически выгодно.

В Варне из рассолов получают хлористый кальций, углекислый и едкий натр. В Германии – рубидий и цезий, в Италии – йод.

Термальные источники, гейзеры – применяют в качестве альтернативного и возобновляемого источника энергии для отопления, производственных нужд.

Заключение

Подземные воды – это собирательное название всех водоносных горизонтов.

Они различаются по минерализации, глубине залегания, наличию примесей органического и неорганического происхождения. Они применяются для питья, в лечебных и рекреационных целях.

Это стратегический вид ресурсов — единственный надежный источник питьевого водоснабжения населения на период техногенных и природных катастроф.

В настоящее время пресные подземные воды играют значи­тельную роль в хозяйственно-питьевом водоснабжении населе­ния многих стран. При этом отмечается тенденция к все боль­шему использованию подземных вод для водоснабжения. Это объясняется тем общеизвестным фактом, что подземные воды, как источник водоснабжения, имеют ряд преимуществ по срав­нению с поверхностными водами. Прежде всего подземные воды, как правило, обладают лучшим качеством, более надежно защищены от загрязнения и заражения, меньше подвержены сезонным и многолетним колебаниям и в большинстве случаев их использование не требует дорогостоящих мероприятий по водоочистке.

Обычно подземные воды хорошего качества могут быть най­дены в непосредственной близости от водопотребителя. В ряде районов, где поверхностные воды отсутствуют, водоснабже­ние населения и промышленности полностью основано на ис­пользовании подземных вод. Важно иметь в виду и экономи­ческий аспект: строительство водозаборов подземных вод мо­жет осуществляться постепенно по мере роста потребности в воде, в то время как строительство крупных гидротехнических сооружений для отбора поверхностных вод требует обычно зна­чительных единовременных затрат. Эти преимущества и особенно меньшая уязвимость подземных вод к загрязнению предопределили широкое использование подземных вод для во­доснабжения.

Во многих европейских странах (Австрия, Бельгия, Герма­ния, Венгрия, Дания, Румыния, Швейцария) использование под­земных вод превышает 70% от общего водопотребления.

За последние 25-30 лет в мире было пробурено более 300 млн. скважин для отбора воды. Только в США ежегодно бурится око­ло миллиона скважин, воды которых используются для хозяй­ственно-бытовых нужд, орошения, технического водоснабжения. Глубина эксплуатационных скважин колеблется в значительных пределах и определяется конкретными гидрогеологическими условиями территорий. Обычно она составляет 100-200 м, ред­ко достигая 800-1000 и даже 2000 м.

Роль подземных вод в водоснабжении городов в различных странах и в различные периоды существенно изменялась. В це­лом на начальных этапах развития централизованного водоснаб­жения в качестве источника водоснабжения выступали, как пра­вило, родниковые воды (где это было возможно). В дальнейшем по мере роста потребностей в воде все больше стали использо­вать поверхностные воды. Прогрессирующее их загрязнение во второй половине XIX в. и возникшие в связи с этим серьезные заболевания населения вызвали необходимость реконструкции систем водоснабжения, которая проводилась двумя путями: улуч­шением качества водоочистки, либо полным или частичным переходом на подземные источники водоснабжения (в том чи­сле и на воду достаточно далеко расположенных родников). В качестве примера можно привести систему водоснабжения такого крупного города, как Париж, где в 1865-1900 гг. исполь­зовали родники на склонах возвышенностей, расположенные на расстоянии 80-150 км от города, а поверхностные воды стали использовать для технического водоснабжения (Шевелев, Ор­лов, 1987). Другим примером является Гамбург, где после вспыш­ки холеры в 90-х годах прошлого столетия поверхностный во­дозабор из Эльбы сменился эксплуатацией подземных вод. Од­нако в XX в. по мере роста потребностей и в связи с ограничен­ностью ресурсов подземных вод в ряде регионов для водоснаб­жения крупных городов существенно увеличилось использова­ние поверхностных вод. Но продолжающееся загрязнение последних, а также участившиеся случаи непредвиденных ава­рийных сбросов загрязняющих веществ снова поставили на по­вестку дня максимальное использование защищенных подзем­ных вод. И эта тенденция является сейчас определяющей в орга­низации хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Наглядным примером роста отбора подземных вод является московский регион (рис. 2.2.1). Из графика видно, что пример­но после 1985 г. наблюдается тенденция к снижению отбора

Рис. 2.2.1. Отбор подземных вод в Московском регионе (по данным Ю. О. Зеегофера)

I – Московская область и Москва; 2 – Московская область; 3 – Москва

Подземных вод, что связано, прежде всего, с усилением требова­ний к охране окружающей среды, а также с рядом причин эконо­мического характера.

По данным Европейской экономической комиссии подзем­ные воды являются основным источником городского хозяй­ственно-питьевого водоснабжения в большинстве европейских стран. Полностью или почти полностью на подземных водах основано водоснабжение таких крупных городов Европы (с на­селением около миллиона человек и более), как Будапешт, Вена, Гамбург, Копенгаген, Мюнхен, Рим, а для таких городов, как Амстердам, Брюссель, Лиссабон, подземные воды покрывают более половины общей потребности в воде.

В таблице 2.2.1 приводятся сведения об использовании под­земных и поверхностных вод в водоснабжении ряда крупных го­родов мира.

Водоснабжение некоторых крупных городов

Население, млн. человек

Вместе с тем использование подземных вод в качестве ис­точника крупного централизованного водоснабжения имеет ряд существенных ограничений. Так во многих случаях обеспече­ние подземными водами потребностей крупных и крупнейших городов, составляющих сотни тысяч и даже миллионы кубиче­ских метров в сутки, – задача нереальная либо из-за ограничен­ных ресурсов подземных вод, либо в связи с необходимостью создания на значительной площади системы из сотен и даже тысяч водозаборных скважин, строительство и эксплуатация которых требуют огромных ассигнований.

Имеется еще один очень важный аспект, который всегда не­обходимо помнить при решении проблем использования под­земных вод, – они неразрывно связаны с другими компонента­ми окружающей среды. Любые изменения, например, количе­ства атмосферных осадков, неизбежно вызывают изменения режима, ресурсов и качества подземных вод. И наоборот, изме­нения в подземных водах приводят к изменениям в окружаю­щей среде. Так, интенсивная эксплуатация подземных вод кон­центрированными водозаборными системами может привести к недопустимому уменьшению поверхностного стока, оседанию земной поверхности, угнетению растительности, связанной с грунтовыми водами, активизации карстовых процессов. Отбор подземных вод может “подтягивать” минерализованные воды из глубоких водоносных горизонтов, малопригодные для питья, а в районах побережий – соленые морские воды. Все эти обсто­ятельства приходится учитывать при планировании использо­вания подземных вод.

Влияние интенсивного отбора подземных вод на другие ком­поненты окружающей среды подробно будут рассмотрены в последующих главах книги. Здесь же приведем лишь один при­мер. Интенсивный отбор подземных вод для водоснабжения в г. Хьюстоне (штат Техас) вызвал значительное проседание зем­ной поверхности. За 40 лет эксплуатации понижение земной по­верхности в отдельных районах достигло 4 м, что вызвало за­топление значительной территории морскими водами. После 1976 г. власти штата Техас приняли меры к сокращению откачки подземных вод в опасных районах (рис. 2.2.2) и осуществлению ряда мероприятий по искусственному восполнению подземных вод. После этого темпы проседания земной поверхности значи­тельно снизились. Здесь же отметим, что Техас является одним из немногих районов в мире, где проводятся планомерные ис­следования, (включая стационарные наблюдения, моделирова­ние и прогнозы) по оценке влияния интенсивного отбора под­земных вод на проседание земной поверхности.

Нужно отметить, что в странах с аридным и полуаридным климатом подземные воды широко используются для орошения. За счет подземных вод орошается примерно 1/3 всех земель. Из общей площади орошаемых земель в США за счет подземных вод орошается 45% земель, в Иране – 58%, в Алжире – 67%, а в

Рис. 2.2.2. Отбор подземных вод в районах проседания на территории Хьюс­тонского региона (из доклада по подземным водам, ХГССД, 1996)

I – водоснабжение для населения; 2 – для промышленности

Ливии орошаемое земледелие целиком основано на подземных водах. Здесь же отметим, что в России на орошение земель и обводнение пастбищ расходуется лишь около 0,4 км3/год, что составляет порядка 2% от общего отбора подземных вод. Хоро­шо это или плохо? Дело в том, что в России (как и в бывшем Советском Союзе) также как и в ряде других стран, существует достаточно строгое водное законодательство. Согласно этому законодательству пресные подземные воды высокого качества в первую очередь должны использоваться для хозяйственно-пи­тьевого водоснабжения. И только в районах, где оцененные ре­сурсы подземных вод достаточны для удовлетворения существу­ющей и, главное, перспективной потребности в воде питьевого качества, возможно использование пресных подземных вод на другие цели (в том числе и на орошение), не связанные с питье­вым водоснабжением населения, по специальному разрешению природоохранных органов. Такое законодательство, по нашему убеждению, является принципиально правильным. Мы должны стремиться использовать поверхностные воды на нужды, не связанные с питьевым водоснабжением. Может быть, иногда это дороже, чем использование подземных вод, но мы должны делать это, прежде всего, чтобы сохранить пресные подземные воды высокого качества для наших детей и внуков. Этот прин­цип разделяется большинством специалистов, в том числе и за рубежом. Однако он далеко не всегда соблюдается. Приме­ром здесь может служить штат Калифорния. На орошение зе­мель в этом штате расходуется примерно 85% от общих ресур­сов подземных вод. По мнению автора этой книги, с которым согласны многие его американские коллеги, особенно гидроге­ологи и экологи, такое положение является неправильным сточ­ки зрения рационального использования подземных вод и его надо менять.

В настоящее время прогрессирующее загрязнение поверхно­стных водоисточников выдвинуло задачу повышения надежно­сти систем хозяйственно-питьевого водоснабжения. В качестве одного из основных способов повышения надежности систем водоснабжения следует рассматривать более широкое исполь­зование пресных подземных вод. При этом в ряде случаев необ­ходимо оценить и перспективы совместного использования под­земных и поверхностных вод. При наличии соответствующих условий может быть рекомендовано сооружение двух водозабо­ров: одного, основанного на подземных водах для питьевого водоснабжения, и другого, основанного на поверхностных во­дах, для технического использования.

При планировании использования подземных вод необходи­мо учитывать, что защищенность различных водоносных гори­зонтов неодинакова.

Практически полностью защищены от проникновения за­грязняющих веществ с поверхности земли подземные воды на­порных водоносных горизонтов, перекрытые выдержанными слабопроницаемыми глинистыми слоями. В этих условиях заг­рязнение может быть связано только с неудовлетворительным техническим состоянием водозаборных и разведочных скважин. Надежно защищены от загрязнения и родниковые воды в пред­горных и горных районах в случаях, когда в областях их пита­ния не осуществляется хозяйственная деятельность. Значитель­но хуже защищены подземные воды первых от поверхности во­доносных горизонтов, особенно в речных долинах, где подземные воды тесно связаны с поверхностными, и при эксплуатации про­исходит подтягивание поверхностных загрязненных вод. Одна­ко, даже в этих условиях защищенность подземных вод значи­тельно выше речных, так как при движении за­грязненных вод по толще горных пород происходит их само­очищение. Тем не менее, во всех случаях, где это возможно, предпочтение следует отдавать надежно защищенным напорным водам более глубоких водоносных горизонтов и родниковым водам.

Наиболее сложной задачей в обеспечении населения эколо­гически чистой питьевой водой является организация водоснаб­жения крупных городов, потребности которых составляют сот­ни тысяч и даже миллионы кубических метров в сутки. Возмож­ность полного удовлетворения таких потребностей из подземных водоисточников во многих случаях представляется нереальной ввиду ограниченности ресурсов подземных вод и необходимо­сти сооружения сотен или даже тысяч водозаборных скважин на значительной территории, что требует больших финансовых затрат. В целом могут быть выделены три ситуации использова­ния подземных вод для удовлетворения потребностей хозяй­ственно-питьевого водоснабжения крупных городов:

– потребности городов в воде хозяйственно-питьевого на­значения могут быть полностью удовлетворены надежно защи­щенными подземными водами;

— потребности городов в такой воде могут быть частично удовлетворены надежно защищенными подземными водами;

– надежно защищенными подземными водами может быть удовлетворена только незначительная часть потребности. При этом целесообразно оценить возможность создания автономных источников питьевого водоснабжения на основе использования экологически чистых защищенных от загрязнения подземных вод.

В связи с весьма невысокими потребностями человека в воде для собственно питья и приготовления пищи, экологически чи­стые надежно защищенные подземные воды могут быть разве­даны практически повсеместно. Они могут служить базой для создания автономного источника питьевого водоснабжения. Наиболее простой способ организации автономного питьевого водоснабжения – это подача в жилые дома питьевой воды по отдельному водоводу. Однако, по понятным причинам, прежде всего, экономическим, этот способ может быть реализован толь­ко в очень отдаленной перспективе. В связи с этим в качестве основного вида автономного питьевого водоснабжения следует рассматривать строительство заводов розлива экологически чи­стых питьевых вод с последующей их реализацией населению (Язвин, Зекцер, 1996).

Неравномерность распределения ресурсов, различная степень защищенности отдельных водоносных горизонтов от загрязне­ния, наличие гидрогеохимических провинций с повышенным содержанием отдельных нормируемых компонентов в подзем­ных водах, возможное загрязнение и истощение эксплуатаци­онных запасов подземных вод в связи с хозяйственной деятель­ностью, возможное негативное влияние отбора подземных вод на другие компоненты природной среды – все это предопреде­ляет необходимость индивидуального подхода к решению воп­роса об использовании подземных вод в каждом конкретном случае. Задача гидрогеологов при решении проблем водоснаб­жения и состоит в том, чтобы правильно обосновать то количе­ство воды нужного качества, которое можно отбирать из водо­носного горизонта в течение расчетного периода без ущерба для окружающей среды (в том числе и для самих подземных вод) или же сводя этот ущерб к минимуму специальными природо­охранными мероприятиями.

Именно на сочетании разумного отбора подземных вод с со­блюдением норм их качества и основано понятие “рациональ­ное их использование”. Под рациональным использованием подземных вод рекомендуется понимать экономически целесо­образную их эксплуатацию, обеспечивающую охрану от загряз­нения и истощения их эксплуатационных запасов и позволяю­щую сохранить на заданном уровне поверхностные водные ре­сурсы и экологические условия.

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Лекция №13 Раци о нальн о е исп о льзование водных рес у рсо в , нед р , з е мельных рес у рсо в .

Цель: изучить раци о нальн о е исп о льзование водных рес у рсо в , нед р , з е мельных рес у рсо в .

Основные понятия: Рациональное использование природных ресурсов – разумное использование ПРП

Рациональное использование и охрана водных ресурсов

1 . Причины дефицита пресной воды

Вода – самое распространенное на Земле вещество. Водная оболочка, гидросфера , содержит 1,4 млрд км3 воды, из них воды суши составляют только 90 млн км3.

Моря и океаны занимают 71% поверхности земного шара, поэтому существует представление о неисчерпаемости водных запасов . Однако соленые воды морей и океанов используются людьми очень мало, а получение пресной воды за счет атмосферных осадков и ледников локально и ограничено.

В последнее время возник острый дефицит пресной воды , хотя общее ее количество огромно. Больше всего пресной воды расходуют на орошение. При этом получают высокие устойчивые урожаи, поэтому расход воды на орошение будет увеличиваться. По прогнозам, использование воды на орошение к 2000 г. достигнет 37% всех ресурсов пресных вод, или около 7000 км3 в год (рис. 1).

Рис. 1. Увеличение годового расхода воды

Потребление воды увеличивается с ростом народонаселения и все возрастающей его концентрацией в городах и промышленных центрах. Уже сейчас около трети населения Земли испытывает недостаток в чистой пресной воде. Это касается почти всех крупных городов.

Недостаток воды стал особенно ощутим в связи с увеличением ее расходования на нужды промышленности. Так, для выплавки 1 т чугуна и перевода его в сталь и прокат требуется 300 м3 воды, 1 т никеля – 4000 м3, 1 т синтетического каучука – 3600 м3, 1 т капрона – 5600 м3.

Все в больших количествах вода идет на разбавление отходов. К 2000 г. на эти цели будет расходоваться более 34% общегодовой потребности человечества в пресной воде.

Возросший дефицит пресной воды связан с загрязнением водоемов промышленными и бытовыми стоками. Особенно сильно загрязняют поверхностные воды отходы целлюлозно-бумажных, химических, металлургических, нефтеперерабатывающих предприятий, текстильных фабрик и сельского хозяйства.

К наиболее распространенным загрязнителям относятся нефть и нефтепродукты. Они покрывают поверхность воды тонкой пленкой толщиной 10–4 см2, препятствуют нормальному газо- и влагообмену между водой и воздухом. Это вызывает гибель водных и околоводных организмов. Если пятно небольшое (до десятка квадратных метров), то оно исчезает с поверхности воды в течение 24 часов, образуя эмульсии. Тяжелые фракции нефти оседают на дно (рис. 2).

Рис. 2. Схема процессов распределения и разрушения нефти, разлитой в море

Сильно загрязняют водоемы поверхностно-активные вещества (ПАВ), в том числе синтетические моющие средства (СМС), широко применяемые в быту и промышленности. Присутствие СМС в воде придает ей неприятный вкус и запах. В загрязненных реках с быстрым течением образуется пена. Концентрация СМС в воде в 1 мг/л вызывает гибель микроскопических планктонных организмов, 3 мг/л – гибель дафний и циклопов, 5 мг/л – заморы рыбы. СМС замедляют естественное самоочищение водоемов, действуя угнетающе на многие биохимические процессы.

Важную роль в ухудшении качества пресной воды играет эвтрофикация водоемов (от греч. “эутрофис” – хорошее питание). Снос биогенных веществ в водоемы в естественных условиях происходит очень медленно – в течение тысячелетий. Человек вносит на поля удобрения, и во время дождей, паводков они сносятся в водоемы. Быстрое накопление органических веществ, азотных и фосфорных удобрений в водоемах приводит к обильному размножению плавающих сине–зеленых водорослей. Вода мутнеет, в ней начинается разложение органических веществ, ухудшается снабжение воды кислородом, гибнут ракообразные и рыбы, вода приобретает неприятный вкус.

Опасными загрязнителями водоемов служат соли тяжелых металлов – свинца, железа, меди, ртути . Их поступление связано с промышленными предприятиями, расположенными на берегах водоемов. Иногда концентрация ионов этих металлов в теле рыб в десятки и сотни раз превышает исходную их концентрацию в водоеме (рис. 3).

Рис. 3. Накопление тяжелых металлов по цепям питания в пресноводном биоценозе : 1 – скопа; 2, 10 – щука; 3 – гнездо скопы; 4, 5 – ондатра; 6, 11 – окунь; 7, 16 – бактерии и фитопланктон; 8, 12 – плотва; 9 – речной рак; 14 – мотыль; 15 – зоопланктон

Одна из важнейших причин уменьшения запасов пресных вод связана с сокращением водоносности рек. Она вызвана вырубкой лесов, распашкой пойм и осушением болот. За счет этого резко увеличивается поверхностный сток и понижается уровень грунтовых вод. Быстрое таяние снега весной, выпадение обильных дождей в этих условиях вызывает катастрофические половодья, а летом реки мелеют и иногда пересыхают полностью.

1.1 Основные меры по охране водных ресурсов

Важнейшая мера по охране водных ресурсов – бережное их расходование. Сейчас при орошении полей около 25% воды теряется на фильтрацию и испарение. Надежная гидроизоляция дна и стенок каналов позволяет снизить непроизводительный расход воды и препятствует засолению почвы в засушливых районах. При использовании дождевальных установок расходуется в 5–6 раз меньше воды, чем при обычном поливе. Другой способ экономного расходования воды для полива – подведение воды непосредственно к корневой системе плодовых деревьев при помощи капельниц. Это позволяет избежать излишнего испарения и строго дозировать поступление воды к растениям.

Наиболее эффективный путь защиты водоемов от загрязнений – это создание безотходного производства , когда отходы одной ступени производственного цикла используются как сырье для другой. Однако в настоящее время не существует универсальной бессточной системы, пригодной для различных отраслей народного хозяйства.

Наибольшее распространение получила очистка сточных вод. Современные методы очистки позволяют удалить различные примеси из сточных вод на 95–96%. Часто этого бывает недостаточно, но для дальнейшей очистки воды необходимо строить более дорогие очистные сооружения, что экономически невыгодно. Так как сточные воды многих предприятий сложно, дорого, а иногда невозможно очистить до такой степени, чтобы они стали безвредными для растений, животных и человека, их очищают частично и используют в замкнутых оборотных системах (рис. 4). За последние годы такие системы внедрены на нескольких нефтехимических, металлургических, целлюлозно-бумажных предприятиях.

1.2 Очистка сточных вод

В зависимости от степени и характера загрязнения применяют механические, химические и биологические методы очистки сточных вод (рис.5). Механическими методами удаляют грубые дисперсные примеси с помощью решеток, сит, фильтров, отстойников, нефтеловушек. Этими методами удаляют нерастворимые примеси из бытовых стоков – до 60%, из промышленных – до 95%.

Химическая очистка – это добавление в сточные воды реагентов, способствующих образованию осадков из коллоидных и некоторых истинных растворов.

Биологическая очистка в естественных условиях происходит на специальных полях орошения или полях фильтрации. Здесь создается сеть магистральных и распределительных каналов и карт (площадок) шириной 20 м и длиной 100–150 м, окруженных земляными валами. Карты периодически заполняют сточными водами. Под воздействием солнечного света, воздуха, микроорганизмов они очищаются и просачиваются в грунт. На поверхности карт образуется перегной. Через несколько лет после прекращения слива сточных вод поля фильтрации используют для выращивания трав, кормовых культур или овощей, которые можно употреблять в пищу после термической обработки.

Биологическая очистка сточных вод в искусственных условиях производится в специальных сооружениях – биофильтрах и аэротенках. Биофильтр представляет собой сооружение из кирпича или бетона, внутреннее его помещение заполнено прочным пористым материалом: шлаком, гравием, щебнем, керамзитом. На эти пористые материалы нанесена пленка микроорганизмов (бактерий, простейших и др.), которые в процессе жизнедеятельности поедают и разлагают органические вещества, очищая от них воду. В биофильтр периодически подаются сточные воды и воздух, идущий на процессы окисления. В аэротенках поступающим воздухом в сточных водах перемешивается активный ил , который состоит из сообществ аэробных микроорганизмов – минерализаторов органического вещества. Во вторичных отстойниках происходит отделение бактериальной пленки от чистой воды. В таких биофильтрах и аэротенках устраняется более 90% загрязнений органическими веществами.

Бытовые сточные воды могут содержать патогенные микроорганизмы, поэтому их обеззараживают жидким хлором или хлорной известью.Работа очистных сооружений и установок на предприятиях контролируется законом об охране окружающей среды.

2. Использование и охрана недр

2.1 Недра и их значение для человека

Недра – это верхняя часть земной коры, в которой добывают полезные ископаемые. Исключительно важное значение полезных ископаемых в развитии человеческого общества отражено в названиях длительных исторических периодов: “каменный”, “бронзовый”, “железный”. В настоящее время использование полезных ископаемых достигло максимума и темпы эксплуатации их запасов продолжают возрастать.

Большинство полезных ископаемых относится к невозобновимым природным ресурсам , и их запас уменьшается по мере использования. По прогнозам ученых, в начале XXI в. человечество исчерпает пятую часть железных руд, половину запасов никеля и кобальта, большую часть запасов свинца, цинка, вольфрама (рис. 1). В настоящее время многие богатые месторождения с высоким содержанием металлов в рудах уже отработаны и используют бедные месторождения. Например, сейчас считается рациональной разработка медных руд с содержанием меди менее 1% – в 10 раз ниже, чем в первой половине XIX в. Создаются новые технологии извлечения металла, обогащения и переработки руд. Следовательно, одной из важнейших задач охраны недр является бережное расходование минеральных и энергетических ресурсов .

Потери при разработке полезных ископаемых достигают огромных размеров. Так, при мировой добыче ежегодно теряется меди 600 тыс. т, свинца – 300, цинка – 500. Отдача нефтеносных слоев в 1975 г. не превышала 30%, к концу столетия она достигла почти 40%.

При современных технологиях добычи и переработки только 1–5% от всего объема извлекаемых полезных ископаемых реализуется в виде чистой продукции, а остальное является отходами. Поэтому важнейшим направлением в рациональном использовании и охране недр является совершенствование методов добычи, транспортировки и переработки полезных ископаемых.

Добывая полезные ископаемые шахтным и открытым методом , человек иногда полностью преобразует природные ландшафты . Сейчас открытым способом в мире добывают до 70% минерального сырья. В районах открытых горных разработок обычными становятся безжизненные рукотворные, “лунные” ландшафты. Такие рукотворные каньоны, “лунные долины”, характерны для Курской магнитной аномалии, Криворожского бассейна, Черемховского угольного месторождения.

Охрана недр включает в себя максимально полное использование разрабатываемых месторождений, что позволяет не начинать разработку новых. Полнота выработки служит характеристикой рациональности работы добывающего предприятия.

Преимущество отдается открытым способам добычи полезных ископаемых, при которых месторождения разрабатываются с более высоким КПД. Наиболее полной выработке месторождений способствует использование сопутствующих компонентов. Так, рационально одновременно с железом добывать сопутствующие ему титан, ванадий, молибден, кобальт, вместе с медью – кадмий, селен, галлий, вместе с нефтью – иод, бром, серу. Применяемая ранее добыча только одного металла на месторождении полиметаллических руд считается сейчас нерациональной.

Большое значение в сохранении месторождений полезных ископаемых имеет использование в промышленности вторичного сырья. Так, существенное увеличение производства металлов может быть достигнуто благодаря сбору и использованию металлолома. Общая масса изделий из металла, которые сейчас находятся в обращении, составляет 6 млрд т. Многие изделия сравнительно быстро изымаются из обращения из-за технического износа и морального старения. Подсчитано, что 20–25% металла, заключенного в них, может сравнительно быстро вновь использоваться в производстве, а еще 40–45% – через более долгий срок. Общие запасы потенциального металлолома таковы, что могут долгое время полностью удовлетворять промышленность в сырье. При этом 1 т чугунного или стального лома может сберечь 3,5 т минерального сырья, 2 т железной руды, 1 т кокса и 0,5 т известняка.

Для сокращения потерь при транспортировке сырья все чаще переходят на использование трубопроводов и контейнеров. Газопроводы и нефтепроводы постепенно вытесняют другие средства доставки газа и нефти по суше.

Одним из путей сохранения полезных ископаемых служит использование попутных энергетических ресурсов. Например, мало используется тепло, образующееся при сжигании топлива на цементных заводах, в мартеновских печах. Оно в этих производствах теряется и рассеивается вместе с отходящим паром.

Экономия ископаемых энергетических ресурсов возможна также при переходе на использование альтернативных источников энергии – геотермальных вод, энергии солнца, ветра и морских приливов.

Важное значение имеет замена редкого минерального сырья синтетическими материалами. Металлы во многих случаях успешно заменяют пластмассами.

2.2 Охрана природной среды при разработке полезных ископаемых

Добыча полезных ископаемых сопровождается существенными изменениями окружающей природной среды из-за создания отвалов, терриконов, карьеров, появления провальных воронок, загрязнения воздуха, воды, почвы. Отвалы образуются из пустой породы, которую поднимают из недр вместе с рудой и углем и после сортировки сваливают вблизи шахт и штолен. Порода, сложенная в терриконы и содержащая остатки каменного угля, часто самовозгорается. Поэтому терриконы дымят в течение многих лет, дополнительно загрязняя окружающую среду. Когда месторождения разрабатывают открытым способом, в карьере, вынутые породы покрывают большие площади плодородных земель, занятых ранее полями, лугами, лесами. Рекультивация – восстановление промышленно нарушенных территорий – предусмотрена законом. Предприятия, добывающие минеральные ресурсы, обязаны еще до начала работ обеспечить возможности для восстановления нарушенного ландшафта. В районах добычи угля шахтным способом ликвидируют терриконы, используя породу для строительства дорог, фундаментов домов. Это приносит двойную пользу: сохраняется естественный ландшафт и снижаются затраты на строительство из-за использования дешевого сырья. На месте бывших терриконов разбивают парки, сажают леса. Остающиеся пустые породы используют для заполнения выработанных шахт и штолен.

После прекращения открытой выработки поверхности отвалов выравнивают, делают террасы на стенках карьеров, а токсичные и бесплодные породы покрывают почвой, на которой могут жить растения. Часто используют плодородные почвы, которые были удалены отсюда в начале разработки месторождения. Рекультивированные участки используют для посадки лесов, создания зон отдыха