В целях хозяйственно-бытового водоснабжения огромную роль играет добыча подземных вод. При значительном заборе воды (для нужд крупного города) за стенками скважин уровень подземных вод снижается. Размеры такой области (глубина и радиус воронки) тем значительней, чем больше отбор подземных вод. Воронки от нескольких скважин, накладываясь друг на друга, могут образовывать зоны депрессии, которые, достигнув реки, стабилизируются. Примером такого положения является ситуация в центральной части московского артезианского бассейна, где работа множества водозаборов в течение 100 лет создала область депрессии площадью более 15 000 км2. Это привело к тому, что артезианские воды пополняются из рек (часто уже загрязненной водой), полноводность которых резко снизилась (например, Москва-река теряет до 30% своего стока на пополнение артезианских вод).
Причины загрязнения подземных вод почти полностью антропогенные. В них проникает фильтрат (токсическая жидкость, насыщающаяся на свалках) с более 100 зарегистрированных свалок только в границах Москвы (200 свалок в области, не считая собственной свалки в каждом селе и садовом товариществе). Не уступает по масштабам заражения подземных вод и сельское хозяйство. Например, в окрестностях г.Звенигорода под Москвой в некоторых сельских колодцах вода содержит нитратов до 200 мг/л (ПДК — 45 мг/л).
Состав фильтрата примерно одинаков со всех свалок: повышенная до 20 г/л минерализация, высокое содержание хлоридов и сульфатов, органических кислот (гуминовые, молочная, уксусная, пировиноградная), тяжелых металлов, бактериологическое и гельминтозное загрязнение. Внутри свалки происходят процессы гниения и брожения, т.е. разложение органики. Конечными продуктами этих реакций являются: тепло, вода и биогаз (диоксид углерода, метан). Свалка разогревается, что приводит к самовоспламенению биогаза. Существенным добавлением к этому являются протекающие продуктопроводы, резервуары, стоки гаражей всех видов, проливы вредных продуктов на подъездных путях при перегрузках.
На погонный метр автомагистрали за зиму высыпают до 60 кг соли (Москва в среднем ежегодно тратит на борьбу с гололедом более 300 000 т соли), а хлориды натрия практически не задерживаются почвой, обедняют почву щелочноземельными элементами, ухудшают ее структуру. До 70% резервуаров автозаправочных станций протекают! Нельзя сбрасывать со счетов и протекающие системы канализации. Воздействие «блуждающих» токов (в частности от наземного электрического транспорта и линий электропередач высокого напряжения) на подземные воды придает им большую агрессивность и коррозионную способность к металлическим и бетонным конструкциям. В крупных городах остро стоит проблема кладбищ, загрязняющих (при неправильном выборе местоположения) подземные воды азотосодержащими веществами и микроорганизмами.
Подземные выработки глубиной более километра от добычи полезных ископаемых приводят к провалам и даже землетрясениям, нарушению путей подземного движения воды, снижению уровня грунтовых вод. Например, на Березовском месторождении бурого угля (КАТЭК) для осушения карьера была сделана глубокая шахта, сдренировавшая три водоносных горизонта. В результате в деревни района стали привозить воду или осуществлять ее добычу с глубины 100 м, а окрестная растительность усыхает.
Для обеспечения управления подземными водами применяются методы:
- охрана проведением комплекса запретительных мер, направленных на профилактику негативных изменений подземных вод (зонирование территорий, санитарная охрана водозаборов, выполнение требований действующего ГОСТ, санитарных и строительных норм и правил);
- защита подземных вод обеспечивается проведением комплекса инженерно-технических мероприятий на всех компонентах экосистемы с целью ограничения в пространстве и времени негативного влияния загрязнений от хозяйственной деятельности (искусственное пополнение запасов подземных вод; изоляция источника загрязнения их с помощью экранов, дренажей; локализация пятна загрязненных подземных вод созданием отвлекающих водозаборов, разного рода завес);
- реабилитация подземных вод должна обеспечить возвращение им экологически приемлемых свойств и качеств с использованием профилактических мер в сочетании с инженерными, биологическими, химическими, социальными.
Комплексным показателем, характеризующим систему водоснабжения объекта экономики, является степень ее изолированности (доля повторного использования воды). На современных предприятиях нефтехимии и нефтепереработки этот показатель достигает 90%, в черной металлургии — 80%, в целлюлозно-бумажной промышленности — 60%.
Важным фактором при определении последствий загрязнения является знание времени самоочищения сточных вод:
- в мировом океане 2500 лет;
- подземных вод 1400 лет;
- почвенной влаги 1 год;
- воды озер 17 лет, болот 5 лет, в руслах рек 16 дней, в живых организмах — несколько часов;
- влаги в атмосфере 10 дней.
По характеру воздействия деятельности человека на режим, ресурсы и качество водных богатств можно указать на три группы факторов:
1) непосредственное прямое изъятие воды, сброс сточных вод или преобразование морфологических элементов и водоемов (создание в руслах рек разного назначения водоемов, прудов; спрямление русел рек);
2) воздействие на водный объект изменением поверхности и состояния его водосбора (мелиорация, осушение болот, вырубка или посадка лесов, урбанизация);
3) воздействие на основные элементы влагооборота в пределах конкретных речных водосборов изменением климатических характеристик в глобальном или региональном масштабе.
Состояние гидросферы и водопользование
В современном мире наблюдается стремительное истощение и загрязнение водных ресурсов Земли. Уже более миллиарда человек лишено здорового, водоснабжения (Азиатско-Тихоокеанский регион, бассейны рек Нила, Тигра и Евфрата, южные республики бывшего СССР). Достаточно сказать, что для создания 1 г живого вещества требуется 100 г воды.
О ситуации на реках «цивилизованной» Европы можно судить по бассейну Дуная, где проживает 80 млн человек. За год в него сбрасывают 3000 т никеля, 14 000 т марганца, 500 т цинка, 36 000 т нефтепродуктов, огромное количество хлора, нитратов, пестицидов. Агрессия стран НАТО против Югославии многократно увеличила эти сбросы, особенно за счет химикатов и нефтепродуктов. Только 1 г нефти в реке способен полностью погубить жизнь в 1 м3 ее объема. Об этом же свидетельствует исчезновение до 30% количества и многочисленные заболевания рыб в реках восточной части Европы.
Из водопользования необходимо выделить хозяйственно-питьевое, лечебное, курортное, оздоровительное, для сельскохозяйственных нужд, промышленное, гидроэнергетическое; использование как рыбохозяйственное, в качестве транспортных линий и для сточных вод. Кругооборот воды в процессе ее использования представлен на рисунке.
Великая река Волга за год несет до 300 млрд м3 отравленной воды, которая без глубокой предварительной очистки не может быть использована ни для каких целей. Такова же судьба многих других рек (Десны, Дона, Кубани, Невы, Печоры). На грани экологической гибели уникальное озеро Байкал, где сосредоточено 1/3 всех мировых запасов чистой пресной воды.
Типовая схема водопользования
Наблюдающееся во всем мире обмеление рек и даже исчезновение малых рек, ручьев и родников тесно связано с нарушениями их стоков (обычно из-за снижения скорости) и ростом содержаниям воде загрязнений и переносимых примесей, взвесей и мусора. Этому способствуют постройки гидротехнических сооружений на реках; увеличение отбора воды для нужд хозяйственной деятельности, которая обычно не возвращается в район водозабора; поступающие в реку загрязнения, как с притоками, так и с ливневыми стоками. Свою лепту вносят сюда и чрезвычайные ситуации, которые приводят к разрушениям емкостей о опасными веществами (например, тушение пожаров на нефтепредприятиях с применением большого количества воды).
Обмеление малых рек вызывается также ростом донных наносов, ивовых зарослей по берегам рек, размножением придонных водорослей, деградацией берегов рек, прибрежных лугов, болот. Уничтожение болот приводит к выключению природного механизма самоочистки и регулирования попадания паводковых и дождевых вод, т.е. наблюдается прямой доступ в реку стоков с ферм, полей и других прибрежных объектов.
Вода в хозяйственном использовании и быту выступаете качестве сырья, энергоносителя, транспортного средства, растворителя или как промежуточный технологический агент, но всегда как система, удаляющая отходы. Реки и озера являются удобным и дешевым средством сообщения. Но водный транспорт вносит свой огромный вклад в загрязнение водоемов.
Возмущения, вносимые людьми в составляющие гидросферы, по массе загрязняющих веществ несравненно больше, чем в любой другой сфере. К тому же загрязнения из других сфер оказываются в гидросфере (например, соединения серы из атмосферы в виде кислотных дождей попадают в водоемы). Огромны имеющие место залповые сбросы неочищенных стоков в аварийной ситуации, сбросы вод с судов. Это приводит к тому, что многие речные системы не в состоянии справиться с загрязнением на всем своем протяжении. В результате употребления загрязненной воды ежесуточно на земле умирает до 25 000 человек (по данным ВОЗ). Мировой океан настойчиво превращается человеком в «сточную яму» цивилизации. Там оказывается практически все, что люди сбрасывают в почву, реки, водоемы, атмосферу. Тончайшая пленка нефтепродуктов закрывает огромные пространства на его зеркале, уничтожая значительное количество живых организмов, изменяя процесс испарения, отравляя планктон.
Отдельные химические элементы сбрасываются в таких количествах, что водные системы не в состоянии их переработать (ртуть, кадмий, мышьяк, свинец, селен). Наибольшее количество загрязнителей поступает в гидросферу от объектов нефтеперерабатывающей, химической, целлюлозно-бумажной, металлургической, текстильной промышленности.