Подземные воды как элемент географической оболочки Земли

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     8 Экономическое значение природных вод

 

 

 

          Роль воды во всех жизненных процессах общеизвестна. Например, человек без воды не может прожить более 8 суток, а за год он на свои нужды расходует около 1 тонны  воды.

        Вода необходима практически всем отраслям промышленности. На производство 1 т чугуна требуется воды 50 –150 т, 1 т пластмасс – 500 –1000 т, 1 т цемента – 4500 т, 1 т бумаги – 100 000 т. На электростанциях мощностью 300 тыс. кВт расход воды составляет 300 млн. т/год.

         Перечисленные производства потребляют только пресную воду. Расчеты же показывают, что пресная вода на планете составляет всего 2,5% от всех запасов воды, 85% – соленая вода морей и океанов, содержащая до 35 г/л солей.

         Запасы пресной воды на Земле распределены крайне неравномерно: 72,2% – льды; 22,4% – грунтовые воды; 5,05% – устойчивый сток рек и вода озер; 0,35% – атмосферная вода. В свою очередь, на долю пресной воды, которую человечество может использовать, приходится всего 10–2% пресной воды на Земле.

         Основной потребитель пресной воды – сельское хозяйство: она идет на мелиорацию, обслуживание животноводческих комплексов и т.п. Для выращивания 1 т пшеницы необходимо воды 1500 т , 1 т риса – 7000 т, 1 т хлопка – 10 000 т.

          Наблюдается постоянный рост водопотребления как на производственные, так и на бытовые нужды людей. В среднем в городах с населением более 1 млн. человек потребляется воды: в Москве – 400, в Лондоне – 170, в Санкт –Петербурге – 500, в городах США – 200, в Париже – 130, в Берлине – 250, в Брюсселе – 85 л/сутки на человека.

         Интенсивная хозяйственная деятельность человека привела к деградации гидросферы – загрязнению и истощению поверхностных и подземных вод.      

         Истощение вод – недопустимое сокращение их запасов в пределах определенной территории (для подземных вод) или уменьшение минимально допустимого стока (для поверхностных). И то и другое приводит к неблагоприятным экологическим последствиям, нарушает сложившиеся связи в системе человек – биосфера.

         Подземные воды имеют достаточно большое значение. Их можно отнести к числу полезных ископаемых наряду с нефтью, углем или железной рудой. Подземные воды питаю реки и озера, благодаря им реки не мелеют летом, когда выпадает мало дождей, и не пересыхают подо льдом. Человек широко использует подземные воды: их выкачивают из-под земли для водоснабжения жителей городов и деревень, для нужд промышленности и для орошения сельскохозяйственных угодий.

        Несмотря на огромные запасы, подземные воды возобновляются медленно, существует опасность их истощения и загрязнения бытовыми и промышленными стоками. Чрезмерный забор воды из глубинных горизонтов уменьшает питание рек в межень — период, когда уровень воды самый низкий.

          К воде, применяемой в различных отраслях промышленности, предъявляются требования в соответствии со спецификой данного вида производства. Например, в сахарном производстве необходимо, чтобы вода имела минимальную минерализацию, так как присутствие любых солей затрудняет варку сахара.

          В пивоваренном производстве требуется отсутствие в воде CaSO4, препятствующего брожению солода. В воде, применяемой для винокуренного производства, нежелательно присутствие хлористого кальция и магния, которые задерживают развитие дрожжей. В текстильной и бумажной промышленности не допускается присутствие в воде железа, марганца и кремниевой кислоты. Производство искусственного волокна требует малой окисляемости воды (менее 2 мг/л) и минимальной жесткости (до 0,64 мг-экв/л).

          Такие же требования по жесткости предъявляются к воде и в энергетической промышленности. К воде, используемой для хозяйственно-питьевого водоснабжения, предъявляемые требования можно свести к двум основным условиям: безвредности ее для организма и удовлетворительному качеству по вкусу, запаху, прозрачности и другим внешним свойствам [13,c.120].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    9 Проблемы охраны и рационального использования подземных  вод

 

 

         В настоящее время все большую остроту приобретает проблема пресной воды. На XXXV сессии Генеральной Ассамблеи ООН было объявлено, что более миллиарда людей планеты страдает от недостатка доброкачественной воды, необходимой для питья и хозяйственных нужд.       

         Только для поддержания жизни человеку ежесуточно необходимо около 2 л воды, а житель современного благоустроенного города в сутки расходует от 100 до 1000 л.

         Еще больше расход пресной воды в промышленности: для производства одной тонны стали расходуется 150-200 м3 воды, меди - 500, бумаги 450-1000, искусственного волокна 2000-6000 м3. В связи с глобальным загрязнением поверхностных вод централизованное водоснабжение все в большей степени ориентируется на подземные воды.

         Так, в России более 60% городов использует для водоснабжения подземные резервуары. В других странах доля подземного водоснабжения еще выше.

         Однако в условиях растущей техногенной нагрузки на окружающую среду подземные воды также подвергаются загрязнению и истощению. В связи с этим при решении проблем охраны и рационального использования окружающей среды подземные воды, которые являются одной из наиболее используемых, уязвимых и динамичных составляющих геологической среды, занимают особое место.

          В последние годы в подземных водах обнаружен целый ряд аминокислот, являющихся структурными элементами белков. Кроме того, в пресных подземных водах нефтегазоносных провинций, как правило, присутствуют нафтеновые кислоты и различные углеводородные соединения.

           В силу своего местонахождения подземные воды лучше защищены от внешних воздействий, чем поверхностные, однако имеются серьёзные симптомы неблагоприятного изменения режима подземных вод на больших площадях и в широком диапазоне глубин.

           К ним относятся: истощение и понижение уровня подземных вод из-за чрезмерного отбора; внедрение на побережье морских солёных вод; образование депрессионных воронок и другие.

           Большую опасность представляет загрязнение подземных вод. Можно выделить два типа загрязнений – бактериальное и химическое. В определённых условиях в водоносные горизонты могут проникать сточные и техногенные промышленные воды, загрязнённые поверхностные воды и атмосферные осадки.

           При создании водохранилищ в результате подпора происходит повышение уровня грунтовых вод. Положительным следствием такого изменения режима является увеличение их ресурсов в прибрежной зоне водохранилища; отрицательными – подтопление прибрежной зоны, что вызывает заболачивание территории, а так же засоление почв и грунтовых вод вследствие повышенного их испарения при неглубоком залегании.

          Ввиду небольших паводковых явлений (или вообще их отсутствия) на зарегулированных реках паводочное питание подземных вод значительно уменьшено. Скорости течения на таких реках снижаются, что способствует заилению русла; поэтому взаимосвязь речных и подземных вод затруднена.

          В определённых условиях отбор подземных вод может оказать существенное влияние на качество поверхностных вод. В первую очередь это относится к промышленной эксплуатации и сбросу минерализованных вод, сбросу шахтных и попутных нефтяных вод. Поэтому должно предусматриваться комплексное использование и регулирование ресурсов поверхностных и подземных вод.

          Примерами такого подхода могут служить использование подземных вод для орошения в маловодные годы, а так же искусственное восполнение запасов подземных вод и сооружение подземных водохранилищ.

 

 

     9.1 Основные виды загрязнения подземных и поверхностных вод

 

         Загрязнение подземных вод – это такие изменения качества воды (физических, химических и биологических свойств), которые делают ее частично или полностью не пригодной для использования. Критерием оценки степени загрязнения природных вод служат нормы предельно допустимых концентраций отдельных компонентов и общей минерализации воды.

         Говоря о загрязнении подземных вод, следует иметь в виду, прежде всего, загрязнение пресных подземных вод, а также слабосоленых вод, минерализация которых не превышает 3-5 г/л. Пресные подземные воды – самый ценный и важный тип подземных вод – широко используются для хозяйственно-питьевого водоснабжения.

         Поэтому особого внимания требуют вопросы охраны подземных вод на водозаборах хозяйственно-питьевого назначения и прежде всего на крупных централизованных водозаборах.

         Загрязнение подземных вод зависит от следующих факторов:

1. наличия источников загрязнения
2. интенсивности отбора подземных вод
3. гидрогеологических условий водоносного горизонта

        Наиболее подвержены загрязнению грунтовые воды и залегающие близко от поверхности горизонты напорных вод. Загрязнение подземных вод является следствием загрязнения среды в целом – поверхности земли (почвы), поверхностных вод, атмосферы.

          Загрязняющие компоненты с поверхности земли (почвы) вместе с атмосферными осадками инфильтруются в грунтовые воды. Взаимосвязь поверхностных и подземных вод обусловливает загрязнение последних.     

          Загрязнение атмосферы через пыль и атмосферные осадки передается поверхности земли и поверхностным водам, а оттуда – в подземные воды.

          Основными загрязнителями подземных вод являются:

– промышленные отходы и прежде всего промышленные сточные воды;

– некондиционные природные воды;

– бытовые стоки и отходы;

– сельскохозяйственные удобрения и ядохимикаты.

         Во многих случаях причиной загрязнения подземных вод, главным образом пресных подземных вод, являются природные некондиционные воды (поверхностные и подземные).

          Под некондиционными (по отношению к пресным подземным водам) понимаются воды повышенной минерализации и содержащие отдельные компоненты сверх допустимых норм для питьевых вод.

          К природным некондиционным водам относятся прежде всего естественные соленые воды (воды с повышенным содержанием хлоридов), воды с повышенным содержанием железа, сульфатов, фтора, воды повышенной жесткости и др.

          Так, с морскими водами связано засоление пресных подземных вод в прибрежных районах. Наличие в пласте подземных вод повышенной минерализации может привести к подтягиванию последних к водозабору и ухудшению качества пресных подземных вод.

          Ухудшение качества пресных подземных вод на водозаборе обусловлено подтягиванием к нему загрязненных (соленых) вод. Характер подтягивания соленых вод к водозабору зависит от граничных условий водоносного горизонта, наличия или отсутствия естественного движения подземных вод, фильтрационной неоднородности пород и типа водозабора (одиночный или сосредоточенный площадной водозабор, линейный ряд скважин).

          При работе водозабора в условиях естественного движения подземных вод в результате сложения потока подземных вод к водозабору и естественного потока подземных вод формируется область питания водозабора.

          В этих условиях подтягивание соленых вод к водозабору возможно только в том случае, если они захватываются областью питания водозабора.    

          Следовательно, для обоснованного прогноза возможности подтягивания соленых вод к водозабору необходимо знать особенности движения жидкости к водозабору в различных гидрогеологических условиях, т. е. структуру потока подземных вод к водозабору.

          Одним из основных моментов прогноза качества воды на водозаборе является оценка времени подтягивания соленых вод к нему. В большинстве случаев достаточно ограничиться прогнозом поступления первых порций соленой воды по кратчайшему расстоянию от водозабора до границы соленых вод.

         После поступления первых порций соленых вод начинает ухудшаться качество воды на водозаборе. В этих условиях необходим прогноз, как быстро будет изменяться качество воды во времени и когда оно достигнет допустимой нормы.

         Может оказаться, что в результате смешения на водозаборе пресных и соленых вод качество отбираемой воды, хотя и будет изменяться, однако в течение срока эксплуатации водозабора не превысит допустимой нормы для питьевых вод. В этом случае водозабор может работать с частичным подсасыванием соленых вод.

          Следует отметить, что частичное использование слабосолоноватых вод в смешении с пресными водами при условии, что минерализация смеси не превысит допустимой нормы, позволяет увеличить эксплуатационные запасы подземных вод, что имеет существенное значение в районах, бедных пресными водами.

 

 

     9.2 Рациональное использование поверхностных и подземных вод

 

К поверхностным водам должны применяться в самой жесткой форме все меры рационального их использования. Поверхностные воды являются основным источником питьевых вод, связующим звеном с подземными водами, в них сосредоточены запасы рыбных ресурсов и т. д.           Среди мер по регулированию качества и ресурсов поверхностных вод и их рациональному использованию должны доминировать профилактические меры, предотвращающие попадание загрязняющих веществ в водоемы и реки. Это переход на безотходные технологии в промышленности и сельском хозяйстве, жестокая очистка сточных вод.            Мероприятия по рациональному использованию и охране вод морей и Мирового океана заключаются в устранении причин ухудшения качества и загрязнения вод.           Особые меры по предупреждению загрязнения морской воды следует предусматривать при разведке и освоении нефтяных и газовых месторождений на материковых шельфах. Необходимо ввести запрет на захоронение токсичных веществ в океане, сохранять мораторий на испытания ядерного оружия пол водой. Следует как можно быстрее осуществлять ликвидацию последствий аварий и катастроф, при которых в океан попадают токсичные продукты.