§ 9. ВОЗДЕЙСТВИЕ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА НА ВОДЫ СУШИ

П1

Воздействие различных видов хозяйственной деятельности человека на количество и качество водных ресурсов приводит к ухудшению геоэкологического состояния водных объектов и прилегающих к ним территорий. Оно проявляется в изменении водных запасов, гидрологического режима водотоков и водоёмов, а также качества вод. Производственная деятельность человека воздействует на все основные элементы глобального круговорота воды: осадки, испарение, сток.

На водные объекты влияют одновременно многие антропогенные факторы. По характеру воздействия на водные объекты суши они подразделяются на три группы (рис. 41). Наиболее существенное влияние оказывают факторы первой группы.

Любое хозяйственное использование вод сопровождается появлением отработанных вод или стоков, изменением физических и химических свойств воды (рис. 42).

П2

Клуб знатоков-географов. Сельское хозяйство является основным загрязнителем водных объектов биогенными элементами. Из удобрений, внесённых в почву при выращивании сельскохозяйственных культур, в воду попадает около 20 % азота, 25 % фосфора и 30 % калия.

Клуб знатоков-географов. Загрязнение Рейна, в бассейне которого живёт более 20 млн чел., начинается в верхнем течении, ещё в Швейцарии, из-за того, что значительная часть промышленных и бытовых стоков расположенных на нём городов сбрасывается без достаточной очистки. Его воды постепенно собирают 24 млн т отходов промышленного производства. Если в Швейцарии он несёт 3,4 кг хлоридов в секунду, то близ устья — до 200 кг. Ещё 80 лет назад Рейн славился рыболовным промыслом и из него вылавливалось 150 тыс. лососей в год. Ныне если отдельный лосось и проникает в эту реку, его мясо пропитывается фенолом настолько, что его невозможно употреблять в пищу.

Накопление биогенных элементов увеличивает биологическую продуктивность водоёмов. Это приводит к ряду неблагоприятных геоэкологических последствий: ухудшению качества воды, снижению рекреационной ценности водоёма, уменьшению рыбной популяции и т. д.

П3

Клуб знатоков-географов. Своеобразным биоиндикатором чистоты водоёма является тростник. В чистой воде он достигает высоты 4 м, а в сильно загрязнённой не бывает выше 0,5 м. В чистых водоёмах обитают кувшинка белоснежная, раки, разнообразные виды рыбы. В загрязнённых водоёмах получают массовое развитие: роголистник погружённый, рдест плавающий и ряска. Содержание кислорода в такой воде ничтожно. Вода дурно пахнет. Пить такую воду и купаться в ней нельзя.

В мире всё взаимосвязано. Как влияет загрязнение гидросферы на здоровье человека?

Для очистки отработанных вод используют механические, химические и биологические методы. Для разбавления 1 м³ очищенных стоков необходимо потратить не менее 8–10 м³ чистых природных вод (рис. 43). Если сбрасываются неочищенные стоки, то расход воды возрастает в несколько раз.

Наряду с обычным загрязнением воды, увеличивается число катастрофических ситуаций, при которых в реку, озеро или подземные воды попадает значительный объём высокотоксичных веществ, наносящих серьёзный и долговременный ущерб окружающей среде.

Наибольшее антропогенное воздействие испытывают речные системы.

Мир и Беларусь. В чём заключается проблема малых рек Беларуси? Почему осушение болот Полесья имеет негативные последствия?

Влияние различных видов хозяйственной деятельности человека на количество и качество водных ресурсов. По особенностям поверхностного стока выделяют три группы регионов мира (рис. 40-7).

Площадь двух последних категорий около 35 млн км², что составляет около 1/4 площади суши мира. К ним относятся бассейн Каспийского моря, Аральского моря, озеро Лобнор, озеро Чад и река Окаванго в Африке, озеро Иссык-Куль (рис. 40-8) и многие другие.

Поработаем с атласом. Найдите на карте основные бессточные области мира.

Источники и виды антропогенного загрязнения вод суши. Под загрязнением водных ресурсов понимают любые изменения физических, химических и биологических свойств воды в водных объектах в связи со сбрасыванием в них жидких, твёрдых и газообразных веществ, которые причиняют или могут создать неудобства, делая воду опасной для использования, нанося ущерб народному хозяйству, здоровью и безопасности населения.

Загрязнение поверхностных и подземных вод подразделяется на несколько видов (рис. 41-1) и источников (рис. 41-2).

Наиболее загрязнены промышленные стоки нефтеперерабатывающей, химической, мыловаренной, целлюлозно-бумажной, текстильной, металлургической, газодобывающей отраслей промышленности.

Мир и Беларусь. Объём сточных вод в Беларуси в результате хозяйственной деятельности составляет примерно 870 млн м³ в год. Из них около 70 % сточных вод приходится на жилищно-коммунальное хозяйство.

Влияние загрязнения воды на человека и биоту. Проблема чистой воды является актуальной для всех стран. Многие водные источники настолько загрязнены, что стали губительными для растительного и животного мира и опасными для здоровья и жизни людей.

Клуб знатоков-географов. Эксперты ООН подсчитали, что из-за отсутствия чистой питьевой воды и условий для элементарной гигиены в странах Азии, Африки и Южной Америки от желудочных заболеваний страдает 1 млрд человек и каждый год умирает 25 млн человек.

Почти все промышленные сточные воды загрязнены нефтепродуктами. Большую опасность представляют фенольные соединения, находящиеся в сточных водах химических предприятий. Сточные воды предприятий по производству пестицидов, электрохимической промышленности, обогащающих руду фабрик содержат значительные количества цинка и меди. Коммунальные стоки, кроме фекальных вод, содержат значительное количество вредных соединений от использования химических веществ в быту. Городские поверхностные стоки содержат загрязнения от выхлопов городского транспорта и едкие соли, используемые в городах для таяния снега и льда. «Тепловое загрязнение» воды вызывается тепловыми и атомными электростанциями, которые используют для охлаждения огромные объёмы воды, возвращая её затем в водоёмы. Радиоактивные отходы, образующиеся при работе с радиоактивными веществами, хранят в специальных хранилищах. В случае их попадания в поверхностные и подземные воды они концентрируются в растительных и животных организмах. Загрязнения из атмосферы в виде кислотных дождей выпадают на поверхность Земли и наносят большой ущерб флоре и фауне. Среди отходов водного транспорта наибольшую опасность представляет загрязнение нефтепродуктами. Химизация сельского хозяйства в результате использования минеральных удобрений и пестицидов для борьбы с сорняками, вредителями и болезнями приводит к сильному загрязнению водных объектов. Стоки животноводческих комплексов также являются существенным источником загрязнения.

Клуб знатоков-географов. Из внесённых удобрений в водные источники попадает около 20 % азота, 25 % фосфора и 30 % калия. В связи с этим сельское хозяйство является основным загрязнителем водных объектов биогенными элементами. Особенно опасны отходы свиноводческих комплексов. Одна свиноферма на 100 тыс. голов по результатам загрязнения равнозначна городу с населением 250 тыс. человек.

Эвтрофирование (эвтрофикация) вод — обогащение рек и озёр биогенными элементами, сопровождающееся повышением их биологической продуктивности. В последующем она является причиной ухудшения качества воды и обеднения видового состава зообентоса и рыб, приводит к массовому развитию сине-зелёных водорослей, менее требовательных к условиям обитания.

В мире всё взаимосвязано. Как взаимодействуют природные и антропогенные процессы эвтрофирования водоёмов?

Дефицит и деградация вод суши. С каждым годом на Земле увеличивается потребление воды. В настоящее время более половины суши земного шара испытывает острую нехватку пресной воды (рис. 44, 45). Это объясняется как природными условиями, так и антропогенными факторами.

П4

Поразмышляем. Какие факторы в большей степени влияют на дефицит и деградацию вод суши?

Увеличение дефицита водных ресурсов и ухудшение их качества объединены под общим понятием «деградация природных вод».

Главными потребителями воды являются промышленность, сельское хозяйство и коммунально-бытовые службы. Они изымают из естественных и искусственных водоёмов для своих нужд определённые объёмы воды, которые составляют водозабор. Около 65 % всей забираемой воды используется на орошение. Доля промышленности в водопотреблении мира составляет около 25 %. Городское население потребляет не более 10 % всего объёма забираемой воды. Но это очень дорогая вода, что обусловлено высокой стоимостью строительства и эксплуатации сложных систем водоснабжения.

Потребители воды предъявляют разные требования к качеству воды. Вода для хозяйственно-питьевых целей должна отвечать санитарным нормам, быть безопасной по бактериальному составу, безвредной по содержанию химических веществ. Она должна быть прозрачной, бесцветной, освежающего вкуса и без запаха.

Клуб знатоков-географов. В ряде регионов мира проблема чистой питьевой воды тесно связана с проблемой сточных вод, поскольку многие близлежащие к крупным городам и промышленным центрам источники пресной воды (реки, озёра, подземные воды) сильно загрязнены сточными водами. Часто дефицит чистой пресной воды приходится покрывать созданием длинных трубопроводов. Так, Вена получает воду с гор, находящихся в 150 км от города; Париж — из Луары; Штутгарт — из Боденского озера, расположенного в 200 км от города. Два 500-километровых трубопровода снабжают водой Сан-Франциско. Это не только дорого, но и опасно, так как в длинных трубопроводах в воде могут протекать реакции, которые сделают воду химически агрессивной.

Высокими санитарными и вкусовыми качествами должны обладать воды, используемые и в некоторых отраслях промышленности (пищевой, химической и др.). Металлургическое или, например, горнорудное производство может обходиться водами низкого качества, использовать оборотные системы водоснабжения.

Стандарты качества воды — важный инструмент управления состоянием окружающей среды. Предприятия платят штрафы, если сбросы воды не соответствуют стандартам, или налоги, пропорциональные уровню загрязнения воды. Эти меры помогают в решении проблем качества воды в развитых странах. Однако по ряду причин они плохо действуют в большинстве развивающихся стран и стран с переходной экономикой. В настоящее время вода в большинстве стран мира имеет низкую цену, что приводит к неэффективному её использованию.

Дефицит и деградация вод суши. В зоне дефицита водных ресурсов находится большая часть суши: 20 % территории Европы, 50 % Азии, почти вся Австралия, юго-западные районы Северной Америки (30 %), около 20 % Южной Америки. К избыточно увлажнённым относятся территории, расположенные в экваториальном, субэкваториальном и субполярном поясах, а также многие районы умеренного пояса. Здесь сосредоточены почти все крупнейшие пресные озёра и наиболее полноводные реки мира.

Клуб знатоков-географов. Для того чтобы ликвидировать дефицит влаги в Сахаре, занимающей площадь 7 млн км², необходимо 14 тыс. км³/год, т. е. около 1/3 всего речного стока мира.

Мир и Беларусь. Беларусь обладает значительными ресурсами пресных подземных вод. Разведано более 250 месторождений, на базе которых осуществляется централизованное водоснабжение более 60 городов, водообеспечение многих других населённых пунктов и объектов сельскохозяйственного производства. Суммарные эксплуатационные ресурсы пресных подземных вод страны составляют около 50 млн м³/сут. Ведутся активные работы по борьбе с техногенным загрязнением подземных вод.

Геоэкологические аспекты водного хозяйства. Эффективное ведение водного хозяйства заключается в умении соблюдать баланс между водными ресурсами территории и спросом на них, не допуская при этом ухудшения качества окружающей среды.

Водное хозяйство — производственная и природоохранная система, обеспечивающая население и хозяйство водой и защищающая окружающую среду от вредного воздействия вод.

Как правило, при традиционном водном хозяйстве потребность в воде постоянно возрастает. Баланс между спросом и предложением достигается системой мер, обеспечивающих увеличение подачи воды. Но он может быть достигнут также путём регулирования спроса на воду. В некоторых отраслях промышленности разработаны и продолжают интенсивно совершенствоваться схемы замкнутого или многократного водопользования. Их применение позволяет существенно снизить объёмы водозабора и безвозвратных потерь воды, но заставляет ввести в водохозяйственный баланс ещё одну категорию — водопотребление. Водопотребление — это общий объём воды, используемой данной отраслью хозяйства за определённый отрезок времени.

В сфере коммунального хозяйства водопотребление и водозабор равны. Повторное использование воды в этой отрасли в настоящее время не осуществляется. В промышленности водозабор оказывается намного ниже водопотребления за счёт применения замкнутых циклов водоснабжения.

Поразмышляем. Как можно уменьшить водопотребление в сфере коммунального хозяйства? Как вы расходуете воду для бытовых нужд?

В сельском хозяйстве водопотребление может количественно превышать водозабор из источников. В этом случае для орошения часто используются органические стоки городских коммунальных систем или частично очищенные отработанные воды промышленных предприятий. Региональная структура водозабора и водопотребления может существенно меняться. Она зависит от общего уровня экономического развития хозяйства, его специализации и особенностей природных условий.

Если на какой-либо территории потребность в воде начинает превосходить величину устойчивого речного стока, возникает необходимость в его регулировании посредством строительства плотин и создания водохранилищ (рис. 46).

В настоящее время в мире существует около миллиона искусственных водохранилищ разного размера. Без их создания невозможно развитие орошения во многих районах мира. Водохранилища на крупных реках улучшают условия навигации. Плотины задерживают загрязняющие вещества, переносимые рекой, переводя их в донные отложения.

Клуб знатоков-географов. Первые водохранилища появились на Земле более 4 тыс. лет назад. Их строили с целью орошения земель и борьбы с наводнениями. Самым древним на Земле является водохранилище с плотиной Садд эль-Кафара, созданное в Древнем Египте в 2950–2750 гг. до н. э. Сейчас в мире эксплуатируется более 60 тыс. водохранилищ и ежегодно появляется от 300 до 500 новых. Площадь их водного зеркала приблизительно равна площади десяти Азовских морей.

Строительство плотин, водохранилищ, гидроэлектростанций составляет важную часть водной стратегии развивающихся стран. Гидроэлектрические станции не загрязняют окружающую среду и играют важную роль в энергетических системах (рис. 47).

Вместе с тем существует ряд отрицательных последствий строительства плотин и водохранилищ (рис. 48).

Мир и Беларусь. Почему наибольшее количество водохранилищ находится на территории Предполесской провинции? С какой целью они были созданы?

Поработаем с атласом. Найдите на карте наиболее крупные водохранилища в мире. Используя физическую карту Беларуси, назовите крупнейшие водохранилища нашей страны.

Если наступает большой дефицит водных ресурсов, возникает необходимость передачи (переброски) части речного стока из водообеспеченного в вододефицитный регион.

Объём крупнейших перебросок речного стока в мире вырос с 0,5–1 км³ (15–30 м³/с) в начале ХХ в. до примерно 10 км³ (300 м³/с) в настоящее время.

Реализация проектов переброски речного стока имеет ряд проблем, связанных с их высокой стоимостью, неопределённостью геоэкологических последствий, сложностью решения юридических и политических вопросов.

П5

Регулирование и переброска речного стока. Примеры перебросок воды есть во многих странах. В Калифорнии (США) перераспределяется между речными бассейнами около 30 км³ воды в год. Во многих странах существуют проекты крупномасштабных перебросок воды, но их осуществление в ближайшем будущем вряд ли возможно.

Поразмышляем. Для чего нужна переброска речного стока? Можно ли её осуществить, не нанося вред природной среде?

Поработаем с атласом. Найдите на карте районы, где, по вашему мнению, можно осуществить проекты по переброске речного стока.

Особым типом перебросок воды являются системы управления водными ресурсами значительной территории. Например, в Калифорнии действует система управления водными ресурсами на уровне штата, главным образом для водоснабжения крупных городов и орошения. Но сложные природно-хозяйственные системы всегда имеют как положительные, так и отрицательные последствия. В Калифорнии инженерные решения привели к серьёзным экологическим проблемам, таким как засоление почв, деградация объединённой дельты рек Сакраменто и Сан-Хоакин со снижением её биологической продуктивности и др.

П6

Проблемы управления водопотреблением. Управление водными ресурсами удобнее всего осуществлять для всего бассейна реки, озера или подземных вод. Однако политические и административные границы, как правило, не совпадают с водоразделами. На международном уровне это может приводить к конфликтам, связанным с использованием водных ресурсов. Около половины населения мира живёт в 220 международных речных и озёрных бассейнах, причём 25 из них принадлежат четырём и более странам.

Клуб знатоков-географов. За последние 50 лет отмечены 507 «водных» конфликтов, 21 раз дело доходило до военных действий. В 1967 г. Израиль захватил принадлежащие Сирии Голанские высоты. Большинство водотоков, обеспечивающих Израиль пресной водой, подпитывающих реку Иордан и Тивериадское озеро (Галилейское море), берут здесь начало. Население Израиля не может обойтись без пресной воды, образующейся на Голанских высотах. Пока все попытки решить проблему раздела водотоков в этом регионе заканчивались неудачей. Ожесточённая борьба за пресную воду продолжается в этом регионе много сотен лет. Она отражена даже в ряде библейских сказаний.

Рациональное использование минеральных и термальных вод. Минеральные воды — это подземные и поверхностные природные воды с общей минерализацией свыше 1 г/л, которые используются в лечебных и промышленных целях. К ценным для промышленности относятся воды, из которых можно извлечь компоненты, полезные в народном хозяйстве (поваренная соль, бром, йод, бор и др.).

Минеральные воды используются для бальнеологических и хозяйственных целей. На базе разведанных месторождений минеральных вод построены санатории, заводы по разливу минеральной воды, извлечению из неё полезных компонентов, добыче солей и т. д.

Термальные воды — это подземные воды с температурой 20 °С и более. Температура 20 °С условно принята за границу между холодными (менее подвижными) и термальными (более подвижными) водами.

Клуб знатоков-географов. Глубина залегания изотермы 20 °С в земной коре зависит от климатической зональности: в районах развития многолетних мёрзлых пород — 1500–2000 м, в субтропиках — около 100 м, в зоне тропиков изотерма 20 °С выходит на поверхность. В пределах каждой зоны наблюдается рост температуры термальных вод с глубиной, который определяется геолого-структурными особенностями района и связанными с ними гидрогеотермическими условиями.

Термальные воды составляют бóльшую часть вод подземной гидросферы.

В областях неотектонических нарушений (Альпы, Кавказ, Тянь-Шань, Памир, Гималаи и др.) термальные воды выходят на поверхность в виде горячих источников с температурой до 90–100 °С, а в районах современного вулканизма — в виде гейзеров и паровых струй. Скважины глубиной 1000–1500 м, которые проходят в зону разгрузки паровых струй, вскрывают пароводяные смеси и пары с температурой до 200–300 °С (Паужетское месторождение на Камчатке, Большие гейзеры в США, Уайракей в Новой Зеландии, Лардерелло в Италии и др.).

Поработаем с атласом. Найдите на карте основные районы, где термальные воды выходят на поверхность в виде горячих источников.

Мир и Беларусь. В недрах Беларуси имеются ресурсы термальных вод. В Припятском прогибе температура подземных вод на глубине 2000 м изменяется от 30,8 до 61,3 °С, а на глубине 3000 м — от 44,0 до 86,3 °С. Наиболее высокая температура (116,5 °С) была отмечена в разрезе скважины Барсуковская-3 на глубине 3860 м. Главной причиной, сдерживающей использование геотермальной энергии Припятского прогиба, является отсутствие эффективной технологии подъёма с больших глубин термальных вод очень высокой минерализации. В Подлясско-Брестской впадине на глубине порядка 1 км залегают слабоминерализованные подземные воды с температурой около 30 °С. В будущем их можно будет использовать в теплоэнергетике с помощью тепловых насосов.

Термальные воды служат объектом добычи и переработки с целью использования в народном хозяйстве. На базе месторождений термальных вод функционируют многие крупные курорты, имеющие мировое значение.

Поработаем с атласом. Найдите на карте основные крупные курорты, расположенные в местах месторождений термальных вод.

Мир и Беларусь. Беларусь обладает значительными ресурсами минеральных подземных вод. К отложениям осадочного чехла и кристаллического фундамента приурочены минеральные воды (и лечебные рассолы). Разведано свыше 60 источников минеральных вод с общими запасами около 15 тыс. м³/сут. Наиболее распространены хлоридные, сульфатно-хлоридные и хлоридно-сульфатные воды, реже встречаются сульфатные и радоновые. Катионный состав минеральных вод достаточно разнообразен. На базе разведанных источников минеральных вод работают санатории и профилактории, функционируют заводы по розливу минеральных вод «Дарида», «Бобруйская», «Боровая», «Брестская», «Могилёвская», «Нарочанская» и др.

Подведём итоги. Производственная деятельность человека влияет на все основные элементы … круговорота воды: …, …, … . При очистке отработанных вод применяют …, химические и … методы. Наибольшее антропогенное воздействие испытывают на себе … системы. В современном хозяйстве главными потребителями воды являются …, … … и … службы. Водное хозяйство обеспечивает … и … водой и защищает … среду от вредного воздействия вод.

Проверим свои знания. 1. Какая группа антропогенных факторов в наибольшей степени влияет на водные объекты суши? 2. Почему так остро стоит проблема чистой пресной воды? 3. Как строительство плотин и водохранилищ влияет на геоэкологическое состояние окружающей среды?

От простого к сложному. 1. Нехватка воды превратилась в проблему для Узбекистана, Казахстана и Туркменистана — стран, лежащих в низовьях рек Амударьи и Сырдарьи. В чём заключается эта проблема? Какие масштабы она приобрела в настоящее время? 2. Почему родники называют бесценным даром природы?

От теории к практике. Используя дополнительные источники информации, подготовьте сообщение об основных антропогенных источниках загрязнения гидросферы вашей местности.

Web-ресурсы.
Портал знаний о водных ресурсах и экологии Центральной Азии CAWater. Водный мир.

Европейское агентство окружающей среды. Европейская пресная вода.

Сайт Белгидромета. Мониторинг поверхностных вод в Беларуси.

Международный союз охраны природы. Вода.

Региональный экологический центр Центральной и Восточной Европы. Управление водными ресурсами.

Территория чистой воды. Популярные и познавательные статьи о воде.

Институт мировых ресурсов. Вода.

Государственное предприятие «НПЦГ». Питьевая вода — безопасна и полезна.