Водные ресурсы РОЛЬ ВОДЫ В ПРИРОДЕ И

Водные ресурсы

РОЛЬ ВОДЫ В ПРИРОДЕ И ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА Является средой жизни Формирует климат на планете Необходима для фотосинтеза Необходима для биохимических и биофизических процессов, обеспечивающих возможность жизни на Земле Вода составляет до 90% массы растений и 7595% массы животных В составе тела человека 65% воды Средняя потребность человека в воде 2, 5 литра в сутки 2

Всего воды на Земле: 1400 млн. куб. км. Соленая вода: 97 % Пресная вода: 3%. Из этих 3% мы используем 0, 3%. Большая часть пресной воды содержится в снегах и пресноводных айсбергах, находящихся в районах в основном Южного полярного круга.

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ВОДНЫХ МАСС В ГИДРОСФЕРЕ ЗЕМЛИ Части гидросферы Мировой океан Объем, тыс. км³ % от общего объема 1 370 323 94, 2 Подземные воды 60 000 4, 12 Ледники 24 000 1, 65 230 0, 016 Почвенная влага 75 0, 005 Пары атмосферы 14 0, 001 1 0, 0001 1 454 643 100, 0 Озера Речные воды Вся гидросфера 4

ПРЕСНАЯ ВОДА 5

ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ - воды в жидком, твердом и газообразном состоянии и их распределение на Земле. Они находятся: Ø в естественных водоемах на поверхности (в океанах, реках, озерах и болотах); Ø в недрах (подземные воды); Ø во всех растениях и животных; Ø в искусственных водоемах (водохранилищах, каналах и пр. ).

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ Расход воды: 1 т пшеницы 1500 т 1 т риса 7000 т 1 т хлопка 10 000 т 1 т чугуна 1 т стали 1 т меди 1 т пластмасс 1 т бумаги 50 -150 т 250 т 500 -1000 т 100 000 т 7

Водный объект – скопление природных вод на земной поверхности и в верхних слоях земной коры, обладающих определённым гидрологическим режимом и участвующих в круговороте воды на планете. В водных объектах сосредоточена большая часть природных вод, составляющая гидросферу Земли.

Оценка запасов показателями: воды определяется следующими • накопленный (вековой) запас: вода в океанах, морях, реках, озерах и других водоемах, т. е. биосферный запас воды; • возобновляемый запас (10% накопленного запаса) — это запас, который формируется годовыми осадками и измеряется величиной годового речного стока, именно на этот запас ориентируется народное хозяйство; • водообеспеченность — отношение возобновляемого запаса (речного стока) к потребностям хозяйства, а также в расчете на 1 жителя или на 1 км 2 территории; население России -145 млн. человек.

Возобновляемые (динамические) водные ресурсы: часть водных ресурсов, которые ежегодно восстанавливаются в процессе круговорота воды на земном шаре (глобального гидрологического цикла). Этот вид водных ресурсов измеряют в единицах стока (м 3/с, м 3/год, км 3/год).

Сток воды рек – ежегодно возобновляемый природный ресурс, который можно частично изымать для хозяйственного использования. Возобновление водных ресурсов рек в процессе круговорота воды как во времени, так и в пространстве происходит неравномерно. Это определяется: Ø изменением метеорологических условий во времени, Ø пространственной неоднородностью климатических условий, в частности широтной и высотной зональностью.

Суммарные возобновляемые водные ресурсы всех рек мира составляют около 42, 8 тыс. км 3/год. В Мировой океан с реками поступает водный сток в размере 39, 5 тыс. км 3/год. Разница в 3, 3 тыс. км 3 связана с: Ø сток рек, протекающих в бессточных областях земного шара, в Мировой океан не попадает Ø водные ресурсы речных бассейнов, оцениваемые в зоне их формирования, в некоторых случаях заметно превышают величину стока в устьях рек из-за потерь стока в низовьях рек на естественное испарение и затрат на водозабор

Статические (вековые) водные ресурсы: часть водных ресурсов, представленная запасами пресных вод озёр, подземных вод, ледников, не подверженным заметным ежегодным изменениям. Эти ресурсы измеряют в объёмных единицах (м 3, км 3).

Ø Статические (вековые) запасы вод в озёрах, ледниках, водоносных горизонтах нельзя изъять на хозяйственные нужды без нанесения ущерба либо рассматриваемым водным объектам, либо связанным с ними рекам. Ø К статическим (вековым) водным ресурсам относятся те части объёма пресных вод, которые или практически не участвуют в круговороте воды и в водном питании рек. Ø Крупные и глубокие озёра, объём которых значительно превышает средний водный сток втекающих в них рек или вытекающей из них реки, можно условно считать статическим (вековым) запасом.

Суммарные запасы воды во всех пресных озёрах мира составляют 91 тыс. км 3. Запасы воды в пресных озёрах России равны около 24, 8 тыс. км 3 (95, 2% этого объёма приходится на Байкал). Большими запасами пресных вод обладают также озёра Ладожское, Онежское, Чудское с Псковским, Ханка, Таймыр, Ильмень.

Водные ресурсы мира Распределение водных ресурсов по регионам мира (тыс. км 3) Крупнейшие страны мира по запасам пресной воды (тыс. км 3)

ОБЕСПЕЧЕННОСТЬ КОНТИНЕНТОВ ПРЕСНОЙ ВОДОЙ Континенты Сток рек на душу населения, тыс. м³ в год Европа 5, 18 Азия 7, 94 Африка 13, 67 Северная Америка 26, 14 Южная Америка 74, 68 Австралия 12, 9 Земной шар 11, 0

Россия обладает огромными водными ресурсами. Годовой сток равен 4300 км 3 в год 22400 м 3 чел/год. Водные ресурсы размещаются неравномерно по территории России: Азиатская часть 3300 км 3 в год 20% населения 100000 м 3 чел/год. Европейская часть 1000 км 3 в год 80% населения 8500 м 3 чел/год.

Основные водосборные бассейны Российской Федерации

Речной сток распределяется неравномерно во времени.

Хотя вода в принципе неисчерпаемый возобновимый ресурс, запасы ее могут быть исчерпаны местным водопотреблением или загрязнением и потерять свою пригодность для использования. • Скорость обновления подземных вод — сотни и десятки тысяч лет, • бессточных озер — 200— 300 лет, • проточных озер — несколько лет, реки — до 12— 14 суток.

ВОДНЫЙ КАДАСТР Для оценки водных ресурсов создан водный кадастр – свод сведений о водных ресурсах России. Он обобщает материалы гидрологических наблюдений и исследований.

Водопотребление и водопользование

ПОТРЕБЛЕНИЕ ВОДЫ В МИРЕ Водопотребление - использование водных ресурсов для нужд промышленности, коммунального и сельского хозяйства. В промышленно развитых странах суточное потребление воды на одного человека варьируется в пределах от 380 литров (США) до 129 -130 литров (Германия), то в развивающихся странах на человека в день приходится всего 20 -30 литров.

ПОТРЕБЛЕНИЕ ВОДЫ В МИРЕ Общее потребление пресной воды за 1900 -2000 гг. , возросло в 9 раз и продолжает увеличиваться. Причины: Ø рост численности населения Ø урбанизация Ø индустриализация Ø развитие сельскохозяйственного производства (орошаемое земледелие)

ДОСТУПНОСТЬ ПРЕСНОЙ ВОДЫ (тыс. м 3 на душу населения в год) 40 % человечества живет в регионах, испытывающих высокий уровень водного стресса, а к 2025 году около 5, 5 млрд. человек может испытывать такой водный стресс.

Преодоление дефицита пресной воды: Ø Рациональное использование водных ресурсов Ø Прекращение сброса во внутренние водоемы и моря промышленных, сельскохозяйственных и коммунальнобытовых сточных вод. Ø Использование других источников пресной воды ((опресненная морская вода, перераспределенные речные стоки, айсберги, отбуксированные в районы дефицита пресной воды, сбор в подземных хранилищах дождевых и талых вод) Ø Использование водоснабжения систем замкнутого Ø Внедрение безводных производств оборотного

Категории водопотребления 1. хозяйственно-питьевое и коммунальное водопотребление: потребление воды, связанное с бытовыми нуждами населения (питьё, приготовление пищи, содержание в чистоте жилищ и т. п. ) и обеспечением благоустройства населённых мест (поливка улиц, зелёных насаждений и т. п. ); 2. производственное или техническое водопотребление воды для технологических целей промышленности, энергетики, транспорта (парообразование, охлаждение, промывка продукции, гидравлический транспорт и т. п. ), на противопожарные нужды и пр.

Показателем размеров водопотребления по этой категории служит удельный расход воды, т. е. количество воды, расходуемое в среднем в сутки на одного жителя. В России, в среднем, удельное водопотребление на одного городского жителя составляет около 370 л/сут.

Потребление воды в России Карта 1. Потенциальный запас водных ресурсов в России. Карта 2. Интенсивность

Водопользование — использование водных ресурсов без изъятия их из водных объектов (гидроэнергетика, водный транспорт, рыбное хозяйство). Водопользование не проходит бесследно для водных объектов, а сопровождается изменением режима стока, температуры, гидробиологического и гидродинамического режимов, загрязнением.

Водопользование и водопотребление. водопользование водопотребление (изъятие воды) Рыбное хозяйство. Промышленность. Гидроэнергетика (ГЭС). Сельское хозяйство. Купание в реке. Коммунальное хозяйство (вода в квартире), полив улиц. Рыбалка на берегу с удочкой. водопользователи загрязняют воду, ухудшают её качество. уменьшается количество, и меняется качество воды из-за стоков.

Для обеспечения потребности в воде населения и всего хозяйства; для очистки сточных вод и предотвращения вредного воздействия вод в России создан и функционирует мощный водохозяйственный комплекс: водохранилища и пруды, каналы.

Оборотное водоснабжение: такое водоснабжение, когда вода, забираемая из природного источника, рециркулирует затем в рамках применяемых технологий (охлаждаясь или очищаясь) без сброса в водоем или канализацию; количество воды в системе оборотного водоснабжения поддерживается постоянным и убыль ее возмещается свежей водой из источника водоснабжения.

Повторно-последовательное использование воды учитывает объемы отработанной, а затем вторично используемой воды, т. е. воды, прошедшей через станции очистки; дождевые стоки и другие воды, которые после соответствующей очистки и обработки направляются в систему производственного водоснабжения.

Проблемы, связанные с водными ресурсами Нехватка пресной воды v Увеличение потребностей в воде в связи с ростом народонаселения и развитием отраслей деятельности, требующих больших затрат водных ресурсов v Потери пресной воды вследствие сокращения водоносности рек Ухудшение качества загрязнения водоемов бытовыми стоками воды вследствие промышленными и

ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ВОДЫ Цвет Вкус Запах Прозрачность (мутность) Сухой остаток Окисляемость Биохимическая потребность в кислороде (БПК) Химическая потребность в кислороде (ХПК) Жесткость Общее солесодержание Неорганические примеси Органические примеси Бактериологические и паразитологические показатели 39

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОДЫ • РАСТВОРЕННЫЕ СОЛИ (кальция, магния, железа, калия, натрия, алюминия, карбонаты и гидрокарбонаты, сульфаты, хлориды, и др. ) • РАСТВОРЕННЫЕ ГАЗЫ (кислород, диоксид углерода, метан, сероводород, диоксид серы и др. ) • БИОГЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ (азот и фосфор) • ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА (нефть и нефтепродукты, фенолы, пестициды, биогенная органика) • МИКРОЭЛЕМЕНТЫ (литий, барий, стронций, марганец, хром, тяжелые металлы • РАДИОНУКЛИДЫ • ВЗВЕШЕННЫЕ ВЕЩЕСТВА • ПАТОГЕННЫЕ ОРГАНИЗМЫ

ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ • • • Промышленные сточные воды Коммунальные сточные воды Смыв с полей Стоки животноводческих комплексов Атмосферные воды Захоронение в водоемах вредных веществ (в частности, радиоактивных отходов)

САМООЧИЩЕНИЕ ВОДОЕМОВ • Связано с круговоротом воды в природе • Обеспечивается совокупной деятельностью организмов, населяющих водоемы • Физические факторы: разбавление, растворение, перемешивание поступающих загрязнений, оседание нерастворимых частиц в процессе отстаивания • Обеззараживание воды под воздействием УФ излучения Солнца • Фильтрация планктоном

ЭВТРОФИКАЦИЯ ВОДОЕМОВ • Трофность – способность водоемов фотосинтезировать органическое вещество как основу кормовой базы для водных организмов • Эвтрофикация – повышение биологической продуктивности водоемов в результате накопления в воде биогенных веществ под воздействием естественных и главным образом антропогенных факторов. Сопровождается массовым развитием микроскопических планктонных водорослей – фитопланктона, и высшей водной растительности

ЭВТРОФИКАЦИЯ ВОДОЕМОВ Причины антропогенного эвтрофирования – избыточное поступление в водоемы биогенных веществ (азота и фосфора) Последствия: § § § Развитие сине-зеленых водорослей Неприятный запах и вкус воды Токсичные вещества Гибель рыб Зарастание, заболачивание водоемов Снижение эстетических достоинств водоема

Структура сине-зеленых бактерий Цианобактерия Synechococcus в процессе деления. Этот микроб днем фотосинтезирует, а ночью фиксирует атмосферный азот Колония цианобактерий (сине-зеленых водорослей) Слои сине-зеленых водорослей покрывают водоемы и могут быть токсичными для людей и животных

ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ • Распространенные и очень токсичные загрязняющие вещества • Содержатся в промышленных сточных водах • Поступают в водоемы через атмосферу • Поглощаются фитопланктоном, а затем передаются по пищевым цепям более высокоорганизованным организмам

ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ СТЕПЕНЬ ТОКСИЧНОСТИ НЕКОТОРЫХ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ДЛЯ ОСНОВНЫХ ГРУПП МОРСКИХ ОРГАНИЗМОВ Металл Планктон Ракообразн ые Моллюски Рыбы Медь +++ +++ Цинк + ++ ++ ++ Свинец - + + +++ +++ +++ - ++ ++ ++++ Ртуть Кадмий Степень токсичности: - отсутствует + очень слабая +++ сильная ++++ очень сильная

Нефтяное загрязнение ИСТОЧНИКИ • • • Водный транспорт Аварии на водном транспорте Промывные воды нефтяных танкеров Аварии на нефтяных вышках Аварии на подводных нефтепроводах Буровые воды и шлам Смыв с суши Выносы с речным стоком Выходы нефти из грифонов на морском дне

Нефтяное загрязнение ПОСЛЕДСТВИЯ • Поверхность водоема покрывается тонкой нефтяной пленкой • Уменьшается газообмен с атмосферой • Падает первичная биологическая продуктивность водоема • Компоненты нефти - мутагены и канцерогены (бенз(а)пирен) • Гибель водных организмов • Гибель птиц • Загрязнение прибрежных территорий • Меняется отражательная способность воды (альбедо) • Осаждение тяжелых фракций на дно водоема

НЕФТЯНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ Фото с сайта oilcapital. ru

53

Технологии очистки акваторий от нефтяного загрязнения С помощью плавающих гидрофобных сорбентов-собирателей Механический способ (сбор вручную) Принципиальная схема суднанефтесборщика: 1 — сорбент, насыщенный нефтью; 2 - судно; 3 — клапан; 4 — гравитационный сепаратор; 5 — емкость-наполнитель; 6—кассетный адсорбер; 7—сброс чистой воды; 8—насос; 9 — заборное устройство; 10 — подвижная переливная грань.

Технологии очистки акваторий от нефтяного загрязнения С помощью биодеструкторов или биосорбентов (содержат нефтеокисляющие бактерии) С помощью боновых заграждений

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД Способы очистки: • Механические (процеживание, отстаивание, осветление, фильтрование) • Физико-химические (флотация, адсорбция, экстракция, обратный осмос) • Химические или реагентные (нейтрализация, окислениевосстановление) • Биологические или биохимические (аэробные, анаэробные)

Сточные воды Усреднитель Блок биохимической очистки биохимиче- Блок механической очистки Обработка осадков сточных вод в водоем

Радиальные отстойники Здание решеток Песколовка Сточная вода Сооружения для обработки осадка сточных вод

Процеживание: решетки и сита

Отстаивание: песколовки

Отстаивание: отстойники Вертикальный и радиальный отстойники Масло-жироуловитель

Биохимическая очистка Аэробный процесс С 6 Н 12 О 6 +6 О 2 --> 6 СО 2 +6 Н 2 О + микробная биомасса + тепло Анаэробный процесс С 6 Н 12 О 6 --> 3 СН 4 + 3 СО 2 + микробная биомасса + тепло

Биохимическая очистка: аэротенки

Биохимическая очистка: аэротенки

Биохимическая очистка: радиальный отстойник

Биологические фильтры 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Дозирующий бак Сифон Спринклер Магистральная труба Распределительные трубы Дренаж из плиток Каналы для входа воздуха в дренаж Загрузка фильтра (щебень, насадка) Канал для отвода очищенной воды Фото с сайта http: //2 akva. ru/

Биофильтры Фото с сайта http: //2 akva. ru/