Запасы и проблемы пресной воды. Питьевая вода ее запасы и использование
Запасы и проблемы пресной воды
Государственный Университет Управления
Р Е Ф Е Р А Т
на тему:
Запасы и проблемы пресной воды
Выполнен:
Савинов П. В.
ГТБ II – 3
Москва, 1999 год
ПЛАН:
1. Введение
2. Водная среда
3. Пресная вода
4. Загрязнение водоемов
5 Список литературы
ВВЕДЕНИЕ
20-е столетие характеризуется интенсивным ростом населения Земли, развитием урбанизации. Появились города-гиганты с населением более 10-ти млн. человек. Развитие промышленности, транспорта, энергетики, индустриализация сельского хозяйства привели к тому, что антропогенное воздействие на окружающую среду приняло глобальный характер.
Повышение эффективности мер по охране окружающей среды связано прежде всего с широким внедрением ресурсосберегающих, малоотходных и безотходных технологических процессов, уменьшением загрязнения воздушной среды и водоемов. Охрана окружающей среды представляет собой весьма многогранную проблему, решением которой занимаются, в частности, инженерно-технические работники практически всех специальностей, которые связаны с хозяйственной деятельностью в населенных пунктах и на промышленных предприятиях, которые могут являться источником загрязнения в основном воздушной и водной среды.
ВОДНАЯ СРЕДА.
Водная среда включает поверхностные и подземные воды.
Поверхностные воды в основном сосредоточены в океане, содержанием 1 млрд. 375 млн. кубических километров—около 98% всей воды на Земле. Поверхность океана (акватория) составляет 361 млн. квадратных километров. Она примерно в 2,4 раза больше площади суши территории, занимающей 149 млн. квадратных километров. Вода в океане соленая, причем большая ее часть (более 1 млрд. Кубических километров) сохраняет постоянную соленость около 3,5% и температуру, примерно равную 3,7o С. Заметные различия в солености и температуре наблюдаются почти исключительно в поверхностном слое воды, а также в окраинных и особенно в средиземных морях. Содержание растворенного кислорода в воде существенно уменьшается на глубине 50-60 метров.
Подземные воды бывают солеными, солоноватыми (меньшей солености) и пресными; существующие геотермальные воды имеют повышенную температуру (более 30`С). Для производственной деятельности человечества и его хозяйственно-бытовых нужд требуется пресная вода, количество которой составляет всего лишь 2,7% общего объема воды на Земле, причем очень малая ее доля (всего 0,36%) имеется в легкодоступных для добычи местах. Большая часть пресной воды содержится в снегах и пресноводных айсбергах, находящихся в районах в основном Южного полярного круга. Годовой мировой речной сток пресной воды составляет 37,3 тыс. Кубических километров. Кроме того, может использоваться часть подземных вод, равная 13 тыс. Кубическим километрам. К сожалению, большая часть речного стока в России, составляющая около 5000 кубических километров, приходится на малоплодородные и малозаселенные северные территории. При отсутствии пресной воды используют соленую поверхностную или подземную воду, производя ее опреснение или гиперфильтрацию: пропускают под большим перепадом давлений через полимерные мембраны с микроскопическими отверстиями, задерживающими молекулы соли. Оба эти процесса весьма энергоемки, поэтому представляет интерес предложение, состоящее в использовании в качестве источника пресной воды пресноводных айсбергов (или их части), которые с этой целью буксируют по воде к берегам, не имеющим пресной воды, где организуют их таяние. По предварительным расчетам разработчиков этого предложения, получение пресной воды будет примерно вдвое менее энергоемки по сравнению с опреснением и гиперфильтрацией. Важным обстоятельством, присущим водной среде, является то, что через нее в основном передаются инфекционные заболевания (примерно 80% всех заболеваний). Впрочем, некоторые из них, например коклюш, ветрянка, туберкулез передаются и через воздушную среду. С целью борьбы с распространением заболеваний через водную среду Всемирная организация здраво охранения (ВОЗ) объявила текущее десятилетие десятилетием питьевой воды.
Пресная вода
Пресные водные ресурсы существуют благодаря вечному круговороту воды. В результате испарения образуется гигантский объем воды, достигающий 525 тыс. км в год. (из-за неполадок шрифта объемы воды указаны без кубометров :-(
86% этого количества приходится на соленые воды Мирового океана и внутренних морей -- Каспийского. Аральского и др.; остальное испаряется на суше, причем половина благодаря транспирации влаги растениями. Каждый год испаряется слой воды толщиной примерно 1250 мм. Часть ее вновь выпадает с осадками в океан, а часть переносится ветрами на сушу и здесь питает реки и озера, ледники и подземные воды. Природный дистиллятор питается энергией Солнца и отбирает примерно 20% этой энергии.
Всего 2% гидросферы приходится на пресные воды, но они постоянно возобновляются. Скорость возобновления и определяет доступные человечеству ресурсы. Большая часть пресных вод -- 85% -- сосредоточена во льдах полярных зон и ледников. Скорость водообмена здесь меньше, чем в океане, и составляет 8000 лет. Поверхностные воды суши обновляются примерно в 500 раз быстрее, чем в океане. Еще быстрее, примерно за 10--12 суток, обновляются воды рек. Наибольшее практическое значение для человечества имеют пресные воды рек.
Реки всегда были источником пресной воды. Но в современную эпоху они стали транспортировать отходы. Отходы на водосборной территории по руслам рек стекают в моря и океаны. Большая часть использованной речной воды возвращается в реки и водоемы в виде сточных вод. До сих пор рост очистных сооружений отставал от роста потребления воды. И на первый взгляд в этом заключается корень зла. На самом деле все обстоит гораздо серьезнее. Даже при самой совершенной очистке, включая биологическую, все растворенные неорганические вещества и до 10% органических загрязняющих веществ остаются в очищенных сточных водах. Такая вода вновь может стать пригодной для потребления только после многократного разбавления чистой природной водой. И здесь для человека важно соотношение абсолютного количества сточных вод, хотя бы и очищенных, и водного стока рек.
Мировой водохозяйственный баланс показал, что на все виды водопользования тратится 2200 км воды в год. На разбавление стоков уходит почти 20% ресурсов пресных вод мира. Расчеты на 2000 г. в предположе-
нии, что нормы водопотребления уменьшатся, а очистка охватит все сточные воды, показали, что все равно ежегодно потребуется 30 --35 тыс. км пресной воды на разбавление сточных вод. Это означает, что ресурсы полного мирового речного стока будут близки к исчерпанию, а во многих районах мира они уже исчерпаны. Ведь 1 км очищенной сточной воды "портит" 10 км речной воды, а не очищенной -- в 3--5 раз больше. Коли-
чество пресной воды не уменьшается, но ее качество резко падает, она становится не пригодной для потребления.
Человечеству придется изменить стратегию водопользования. Необходимость заставляет изолировать антропогенный водный цикл от природного. Практически это означает переход на замкнутое водоснабжение, на маловодную или малоотходную, а затем на "сухую" или безотходную технологию, сопровождающуюся резким уменьшением объемов потребления воды и
очищенных сточных вод.
Запасы пресной воды потенциально велики. Однако в любом районе мира они могут истощиться из-за нерационального водопользования или загрязнения. Число таких мест растет, охватывая целые географические районы. Потребность в воде не удовлетворяется у 20% городского и 75% сельского населения мира. Объем потребляемой воды зависят от региона и уровня жизни и составляет от 3 до 700 л в сутки на одного человека. Потребление воды промышленностью также зависит от экономического развития данного района. Например, в Канаде промышленность потребляет 84% всего водозабора, а в Индии -- 1%. Наиболее водоемкие отрасли промышленности -- сталелитейная, химическая, нефтехимическая, целлюлозно-бумажная и пищевая. На них уходит почти 70% всей воды, затрачиваемой в промышленности. В среднем в мире на промышленность уходит примерно 20% всей потребляемой воды. Главный же потребитель пресной воды -- сельское хозяйство: на его нужды уходит 70--80% всей пресной воды. Орошаемое земледелие занимает лишь 15--17% площади сельскохозяйственных
угодий, а дает половину всей продукции. Почти 70% посевов хлопчатника
в мире существует благодаря орошению.
Суммарный сток рек СНГ (СССР) за год составляет 4720 км. Но распределены водные ресурсы крайне неравномерно. В наиболее обжитых регионах, где проживает до 80% промышленной продукции и находится 90% пригодных для сельского хозяйства земель, доля водных ресурсов составляет всего 20%. Многие районы страны недостаточно обеспечены водой. Это юг и юго-восток европейской части СНГ , Прикаспийская низменность, юг Западной Сибири и Казахстана, и некоторые другие районы Средней Азии, юг
Забайкалья, Центральная Якутия. Наиболее обеспечены водой северные районы СНГ, Прибалтика, горные районы Кавказа, Средней Азии, Саян и Дальнего Востока.
Сток рек изменяется в зависимости от колебаний климата. Вмешательство человека в естественные процессы затронуло уже и речной сток. В сельском хозяйстве большая часть воды не возвращается в реки, а расходуется на испарение и образование растительной массы, так как при фотосинтезе водород из молекул воды переходит в органические соединения. Для регулирования стока рек, не равномерного в течение года, построено 1500 водохранилищ (они регулируют до 9% всего стока). На сток рек Дальнего Востока, Сибири и Севера европейской части страны хозяйственная деятельность человека пока почти не повлияла. Однако в наиболее обжитых районах он сократился на 8%, а у таких рек, как Терек, Дон, Днестр и Урал, -- на 11--20%. Заметно уменьшился водный сток в Волге, Сырдарье и Амударье. В итоге сократился приток воды к Азовскому морю -- на 23%, к Аральскому -- на 33%. Уровень Арала упал на 12,5 м.
mirznanii.com
Получение и применение воды. Способы и области применения воды
Вода – одно из самых важных веществ в природе. Без неё не обходится ни один живой организм, более того, благодаря ей они и возникли на нашей планете. В разных странах человек расходует от 30 до 5 000 кубических метров воды в год. Какую пользу из неё извлекают? Какие способы получения и применения воды существуют?
Она окружает нас повсюду
Вода – самое распространенное вещество на Земле и точно не последнее в космосе. В зависимости от состава и свойств, она бывает жесткая и мягкая, морская, солоноватая и пресная, легкая, тяжёлая и сверхтяжёлая.
Это оксид водорода – неорганическое соединение, при нормальных условиях жидкое, не имеет ни запаха, ни вкуса. При небольшой толщине слоя жидкость бесцветна, с его увеличением может приобретать голубоватый и зеленоватый оттенки.
Она способствует протеканию многих химических реакций, ускоряя их. В теле человека вода составляет около 70 %. Находясь в клетках всех животных и растений, она способствует обмену веществ, терморегуляции и другим жизненно важным функциям.
В трех агрегатных состояниях она окружает нас повсюду, участвуя в круговороте веществ в природе. В виде водяного пара она присутствует в воздухе. Из него она попадает на поверхность Земли в виде атмосферных осадков (льда, тумана, дождя, инея, снега, росы и т. д.). Она попадает в реки и океаны сверху, просачивается в них сквозь грунт. Через какое-то время испаряется с их поверхности, вновь попадая в атмосферу и замыкая круг.
Основной ресурс Земли
Все поверхностные и подземные воды нашей планеты, включая атмосферный пар, объединяются в понятие гидросфера, или водная оболочка. Её объем составляет почти 1,4 миллиона кубических километров.
Около 71 % приходится на Мировой океан – непрерывную оболочку, которая окружает всю сушу Земли. Он делится на океаны Тихий, Атлантический, Северный Ледовитый, Индийский, Южный (по некоторым классификациям) океаны, моря, заливы, проливы и т. д. Мировой океан наполняет соленая морская вода, непригодная для питья.
Вся питьевая вода (пресная) находится в пределах суши. Она составляет всего лишь 2,5-3 % от всего объема гидросферы. Пресные водоемы это: реки, часть озер, ручьи, ледники и горный снег, подземные воды. Они распределены неравномерно. Так, в отдельных частях планеты существуют крайне засушливые и пустынные местности, которые не увлажнялись сотни лет.
Большая часть пресных вод находится в ледниках. В них хранится около 80-90 % всех мировых запасов этого ценного ресурса. Ледники покрывают 16 миллионов квадратных километров суши, они располагаются в приполярных областях и на вершинах высоких гор.
Источник жизни
Вода появилась на Земле миллиарды лет назад, то ли высвободившись в ходе химических реакций, то ли прибыв сюда в составе комет и астероидов. С тех пор она является неотъемлемой частью нашей жизни.
Человек и животные пьют её, растения всасывают корнями (или другими органами) для поддержания сил и энергии. Огромная часть жидкости поступает в организм вместе с продуктами питания.
В целом людям необходимо 5-10 литров воды в день, а в виде жидкости - около двух. Животные и растения могут употреблять её больше. Например, бегемоты пьют около 300 литров в сутки, примерно такое же количество необходимо и эвкалипту.
Применение воды в природе не ограничивается питьем. Для ряда организмов она является местом обитания. В реках и океанах растут водоросли, живут рыбы, планктон, амфибии, членистоногие, некоторые млекопитающие и другие существа.
Способы применения воды
В нашей повседневной жизни ни один день не обходится без воды. При этом обычно используются пресные запасы, количество которых весьма ограничено. Огромные объемы этого ресурса тратятся в быту во время уборки, стирки, мытья посуды, приготовлении пищи.
Кроме того, применение воды необходимо для личной гигиены. С этой целью её используют не только дома, но и во всех рабочих учреждениях, в особенности в больницах. В медицине её также употребляют для лечебных ванн, компрессов, обтираний, добавляют в состав препаратов.
Незаменима она и промышленности. Здесь во многом пригождается её свойство растворять различные вещества, будь то другие жидкости, соли или газы. Её используют для получения азотистой, уксусной, соляной кислот, оснований, спирта, аммиак и т. д. Ежегодно с пресных озер и рек изымается более 1000 кубических километров сырья в производственных целях.
Применение воды связано с такими видами спорта, как фигурное катание, хоккей, плавание, биатлон, гребля, серфинг, водно-моторный спорт. Она необходима при тушении пожара, для ведения сельского хозяйства.
Энергетика
Ещё одна область применения воды – энергетика. На тепловых и электрических станциях вода используется для охлаждения турбин, а также для получения пара. Только для производства одного гигаватта электричества тепловые станции потребляют от 30 до 40 кубических метров воды в секунду.
Применение воды на гидроэлектростанциях основано на других принципах. Здесь электричество вырабатывается за счет скорости течения рек. Станции устанавливают в местах с естественными перепадами высот. Там, где реки не столь стремительны, перепады высот создают искусственно при помощи дамб и плотин.
В Китае, Индии, США, Франции и других странах для производства энергии используют силу приливов. Такие станции (ПЭС) строят на морских побережьях, где уровень воды изменяется несколько раз в день под действием сил притяжения Солнца и Луны.
Морские волны тоже могут давать энергию. Их удельная мощность даже превышает ветровую и приливную. Станций, генерирующих энергию таким способом, пока немного. Первая появилась в 2008 году в Португалии, она обслуживает примерно 1 500 домов. Ещё как минимум одна станция находится в Великобритании на Оркнейских островах.
Сельское хозяйство
Ведение сельского хозяйства невозможно без применения воды. В основном она используется для полива, а также снабжения птиц и скота. Только на разведение десяти тысяч коров может понадобиться 600 кубометров воды. На возделывание риса в среднем уходит 2400 л, на виноград – 600 л, а на картофель – 200 литров.
Часть воды для полива полей и плантаций приходит естественным путем в виде атмосферных осадков. В некоторых странах, например, Великобритании, на них приходится основная доля водоснабжения.
Там, где климат более засушливый, на помощь приходят оросительные системы. Они появились ещё в Месопотамии и Древнем Египте. С тех пор они, конечно, усовершенствовались, но не утратили актуальности. Орошение применяется в странах Азии, Южной Америки и Европы. В горных участках оно террасное, на равнинных участках – паводковое.
Ресурс для отдыха
Одна из самых приятных сфер применения воды человеком – сфера рекреации. Ущерб от такого использования ресурса намного меньше, чем в других областях. К тому же чаще всего люди стремятся поехать не на пресные, а именно на морские водоемы.
На морях и океанах распространен пляжно-купальный отдых. В России популярностью пользуется побережье Черного и Азовского морей. Большинство водоемов дает возможность для развития водного спорта, прогулок на лодках и катера, а также рыбалки.
Регионы с минеральными водами привлекают желающих не только отдохнуть, но и поправить здоровье. Как правило, в таких местах расположены бальнеологические курорты и санатории. Минеральные воды насыщены различными солями и микроэлементами, например, серой, магнием, кальцием и т. д. В зависимости от состава, они могут воздействовать на различные органы в теле человека, улучшая их работу.
fb.ru
Использование воды человеком
Структура запасов пресных вод, скорость их возобновления и значение для потребления.
Из 35 млн. км3 пресных вод около 70% сосредоточено в ледниках и вечных снегах. Эти воды практически не потребляются человеком. Они представляют как бы "мертвый" запас. Не используются также почвенные воды, воды атмосферы и вода, содержащаяся в организмах. Ограниченно используются воды болот, и труднодоступны или пока недоступны для потребления воды глубинных слоев Земли. В целом подсчитано, что человечество в настоящее время может потенциально использовать около 3 млн. км3 воды. Под термином "потенциально" в данном случае понимается техническая возможность
Фактически же возможности намного меньше. В самых общих чертах можно отметить, что экологически обоснованным является такой объем изъятия воды из систем (источников), при котором последние сохраняют свои основные свойства по запасам и качеству (не истощаются и не загрязняются). В этой связи крайне важно учитывать скорость возобновления водных ресурсов. Из таблицы видно, что она максимальна для речных вод, где составляет в среднем 12-16 суток. Озерные воды возобновляются в среднем через 17 лет, а подземные только за 1400 лет. Значительные запасы глубинных подземных вод вообще не возобновимы, так как не включаются в процессы круговорота в системе атмосфера-осадки-суша. Ясно, что и возможности изъятия отдельных категорий вод резко различаются. Подземные воды, которые в настоящее время являются, пожалуй, наиболее чистыми, могут быть относительно быстро истощены, несмотря на большие их запасы (около 10 млн. км3).
Не всегда учитываются возможные пределы потребления озерных вод. В литературе обычно указывается, что в Байкале содержится 1/5 всех мировых запасов пресных вод мира и 4/5 пресных вод России. Здесь допускается крупная ошибка. Названные значения относятся не ко всем пресным, а только к поверхностным пресным водам, что далеко не одно и то же. Основные запасы пресных вод содержатся в ледниках, снегах и под землей. По отношению ко всем запасам пресных вод мира (около 35млн. км3) доля Байкала равна лишь 0,07%, а по отношению к пресным водам России - 1,3%. Кроме этого, методически неправильно сравнивать запасы разных категорий вод, например всех поверхностных (озерных и речных) с озерными Байкала, так как озерные и речные несравнимы по скорости возобновления.
Технически и экологически наиболее приемлемо использование речных вод, характеризующихся быстрой обновляемостью, легкой доступностью, относительно равномерным размещением по территории и высокой самоочищаемостыо. Современное водопотребление и происходит в основной массе из речных источников. Такие тенденции сохранятся и в дальнейшем, несмотря на то, что доля речных вод составляет только 0,006% от общих пресных и 0,0006% - от потенциально доступных пресных.
Следует, однако, учитывать, что приведенные значения относятся к единовременным запасам воды в руслах рек. Они не превышают 2-2,5 тыс.км3. Как отмечалось выше, отличительная особенность речных вод - их быстрая обновляемость. Она в среднем равна 12-16 дням. С учетом возобновляемости возможности использования речных вод существенно увеличиваются.
Именно поэтому при расчетах возможного водопотребления из рек пользуются не единовременными запасами в них воды, а значениями годового стока рек. Он равен единовременным запасам, умноженным на коэффициент возобновления, равный 25-30 единицам (частное от деления числа дней в воду на среднюю скорость обновления вод). Возможности изъятия воды из рек зависят также от соотношения величин общего и безвозвратного водопотребления. Под последним понимается та часть вод, которая после изъятия из источников и использования человеком не возвращается в источники.
Существует следующая классификация пресных вод по целевому назначению:
Вода питьевая - вода, в которой бактериологические, органолептические показатели и показатели токсических химических веществ находятся в пределах норм питьевого водоснабжения.
Вода минеральная - вода, компонентный состав которой отвечает лечебным требованиям.
Вода промышленная - вода, компонентного состава и ресурсов которой достаточно для извлечения этих компонентов в промышленных масштабах.
Вода теплоэнергетическая - термальная вода, теплоэнергетические ресурсы которой могут быть использованы в любой отрасли народного хозяйства.
Вода техническая - любая вода, кроме питьевой, минеральной и промышленной, пригодная для использования в народном хозяйстве. При этом различают:
- хозяйственно-бытовые воды - воды, используемые для бытовых и санитарно-гигиенических целей населением, а также прачечными, банями, столовыми, больницами и т.д.;
- поливную воду, используемую для орошения земель и полива сельскохозяйственных растений.
- энергетическую воду, используемую для получения пара и нагревания помещений, оборудования и сред, а также для охлаждения жидких и газообразных продуктов в теплообменных аппаратах, а твердых тел - непосредственно; может быть оборотной и подпиточной (добавочной). Воду весьма часто используют для охлаждения жидких и газообразных продуктов в теплообменных аппаратах. В этом случае она не соприкасается с материальными потоками и не загрязняется, а лишь нагревается. В промышленности 65-80% расхода воды потребляется для охлаждения.
Технологическую воду подразделяют на средообразующую, промывочную и реакционную. Средообразующую воду используют для растворения и образования пульп, при обогащении и переработке руд, гидротранспорте продуктов и отходов производства; промывочную - для промывки газообразных (абсорбция), жидких (экстракция) и твердых продуктов и изделий, а также реакционную - в составе реагентов, при отгонке и аналогичных процессах. Наиболее перспективный путь уменьшения потребления свежей воды - это создание оборотных и замкнутых систем водоснабжения, что позволяет в 10-50 раз уменьшить потребление природной воды.
Основные пути решения проблемы обеспечения чистой водой:
- очистка сточной воды от загрязнений;
- очистка пресной воды, поступающей к потребителю;
- обеспечение режима и регулирование качества воды в водных объектах.
Воздействие на гидросферу
Вода, как и воздух, является количественно неисчерпаемым природным ресурсом, но человеку и всему живому в биосфере нужна не просто вода как вещество с формулой Н20, а вода определенного качества, т. е. имеющая определенные прозрачность, температуру, сопутствующие примеси и т. п.
Гидросфера — это естественный фильтр-аккумулятор загрязняющих веществ, поступающих в окружающую природную среду, что связано с циклом глобального круговорота воды и с ее универсальной способностью к растворению газов и минеральных веществ.
Статистика показывает, что 80% всех заболеваний в мире вызвано неудовлетворительным качеством питьевой воды.
По мере развития цивилизации человеку требовалось все больше и больше воды. Человек каменного века потреблял менее 10 л/сут, в Римском государстве — до 70 л/сут, современный житель США — около 700 л/сут, тогда как во многих современных развивающихся странах эта цифра не превышает 30 л/сут (рис. 9.10). Считается, что уровень потребления воды характеризует уровень технического и культурного развития общества. На питье и приготовление пищи человек затрачивает не более 10% потребляемой воды, а в среднем бытовое потребление в развитых странах составляет 220—320 л/сут.
Среди отраслей экономики нашей страны первое место по потреблению воды занимает сельское хозяйство. Для получения 1 т пшеницы необходимо 1500 т воды, 1 т риса — более 7000 т, 1 т хлопка — около 10 000 т.
Второе место отводится промышленности. Ни одно промышленное предприятие не может функционировать, не используя воду из природных источников. Потребность предприятий в воде изменяется в широких пределах и зависит от вида получаемой продукции, принятой технологии, системы водоснабжения (прямоточной или водооборотной), климатических условий и т. п. Так, для получения 1 т угля затрачивается 2 т воды, стали — 15—20 т, целлюлозы — 400—500 т, синтетического волокна — 500 м3.
Третье месте по водоемкости занимает коммунальное хозяйство городов. Значительный объем чистой воды затрачивается на разбавление, обеззараживание стоков и отбросов промышленности, сельского хозяйства, строительства, населенных пунктов и транспортных путей, т. е. на борьбу с загрязнением гидросферы.
Таким образом всё перечисленное ведет к дефицитности воды и, как следствие, к планированию ее расхода не по крупности потребителей, а по необходимости удовлетворения первоочередных потребителей/
biofile.ru
