Вода как вещество, ресурс и условие жизни
Все воды Земли едины. Они, наряду с атмосферой и литосферой, объединяются в самостоятельную сферу - гидросферу, которая характеризуется отличительными особенностями. Только она выступает как самостоятельная среда жизни (наряду с наземно-воздушной, почвенной, организменной) и в то же время пронизывает другие сферы (атмосферу, литосферу) и среды жизни. Вода - непременное условие и фактор жизни, и именно на нее воздействует человек в невиданных масштабах. Роль воды для природных процессов и жизни людей настолько масштабна, разнообразна и специфична, что попытки ее определить вызывают нередко определенный эмоциональный настрой, заставляя отступить от простого перечисления свойств и характеристик. Назовем основные уникальные свойства воды. К таким свойствам относятся:
- неисчерпаемость как вещества и природного ресурса; кроме жидкой - твердую и газообразную. Это единственное вещество и ресурс такого типа;
- присущее только ей расширение при затвердевании (замерзании) и уменьшение объема при плавании (переходе в жидкое состояние);
- максимальная плотность при температуре +4°С и связанные с этим весьма важные свойства для природных и биологических процессов, например исключение глубокого промерзания водоемов;
- высокая способность поглощать тепло (теплоемкость) и значительная теплопроводность;
- способность относительно легко переходить в газообразное состояние (испаряться) не только при положительных, но и при отрицательных температурах. В последнем случае испарение происходит минуя жидкую фазу - из твердой (льда, снега) сразу в парообразную. Такое явление носит название- сублимация;
- поглощение тепла при испарении и таянии, выделяя его при конденсации из пара и замерзании;
- способность в дисперсных средах, например в мелкопористых почвах или биологических структурах, переходить в связанное или рассредоточенное состояние. В этих случаях очень сильно меняются свойства воды (ее подвижность, плотность, температура замерзания, поверхностное натяжение и другие параметры);
- универсальный растворитель, она способна к растворению любого сосуда, в который заключена. Есть предположение, что поверхностное натяжение идеально чистой воды было бы таковым, что по ней можно было бы кататься на коньках. Так, большая подвижность, высокая теплоемкость и способность легко переходить из одного состояния в другое, регулирования теплового режима планеты.
Вода - условие миграции химических элементов и соединений, геологического (большого) и биологического (малого) круговоротов веществ. Жизнь, по современным представлениям, зародилась в воде. На первых этапах живые организмы были очень слабо отделены от воды. Они находились как бы в полурастворенном состоянии. В дальнейшем организмы все в большей мере переходили па автономный водный баланс. Появились структуры, обеспечивающие поддержание определенного уровня обводненности и качественного состава воды в теле организмов. Организмы (водоросли и др.), количество воды в теле их имеет значение от степени обводненности среды (пойкилогидрические), но большинство их относится к гомойогидрическим. Хотя к какой бы группе ни относились организмы, тело их более чем на 50% состоит из воды, а во многих пойкилогидрических содержание ее достигает 90% и более. Чем совершеннее организм, тем стабильнее его обводненность. Доля воды в теле человека близка к 60%, но в отдельных органах и тканях она варьирует от 1 до 96%. Потеря гомойогидрическими организмами 10-12% воды равносильна их гибели. В то же время пойкилогидрические организмы способны терять ее до 90%. Приводятся данные, что вода, освобожденная от значительной части кислорода нагреванием, обеспечивала заметную прибавку урожая при замачивании в ней семян перед высевом. Такая вода также обеспечивает жизненную силу растений, способствует повышению урожаев. С использованием для питья талой воды связывают долгожительство горных народов. Переходя в связанное состояние, вода резко меняет свое отношение к низким температурам. Она замерзает только при -15-20°С. Это важнейший путь сохранения обводненности растений зимой при одновременном сохранении их от вымерзания. Высокая теплоемкость и способность поглощать тепло при испарении делают воду незаменимым охлаждающим агентом в биологических и технических системах. Она - важнейший гарант защиты планеты от перегрева, альтернатива глобальному термодинамическому кризису, в то же время основной агент локальных тепловых загрязнений среды. О роли воды в жизни природных экосистем можно судить по водоемкости образующейся в них продукции. Она может быть охарактеризована через транспирационные коэффициенты, под которыми понимается количество единиц воды, расходуемое на получение равновеликой единицы органической массы. В бывшем СССР (1980 г.) расход воды по отраслям хозяйства составлял:
- сельское хозяйство - 53%;
- коммунально-бытовые нужды - 7%;
- промышленность - 34%;
- испарение с водохранилищ - 8%.
В настоящее время структура водопотребления заметно изменилась, и прежде всего за счет уменьшения использования в сельском хозяйстве (основные поливные земли оказались в странах СНГ). Еще в 1974 г. М. Г. Сойфер писал: «Нынешние неистовые поиски воды, этого необходимейшего ресурса, затмили и золотую лихорадку, и нефтяную истерию, и урановый бум. И как это не парадоксально, это дело оказывается неотложным не для пустынных районов, а для густонаселенных высокоиндустриальных и высокоразвитых земледельческих областей, где непрерывно возрастает спрос на воду, а ее становится все меньше. Водная проблема выходит из рамок отдельных стран, приобретая международный характер». Высказывается мнение, что вода становится ресурсом, который ограничивает развитие многих производств. Так, Б. Скиннер в работе «Хватит ли человечеству земных ресурсов?» приводит высказывание видного ученого А. М. Пайпера о том, что «... чистая вода... вскоре положит верхний предел экономическому развитию некоторой части населения... Благоразумие требует, чтобы государства научились управлять запасами воды с должным пониманием проблемы и максимальной эффективностью. Время, которое отпущено на такое обучение, чрезвычайно мало».
Мировые запасы воды на Земле колоссальны. Они равны 1353985 тыс. км3. Если все воды гидросферы равномерно распределить по поверхности Земли, слой ее будет иметь толщину около 2,5 км. В пределах Мирового океана, который занимает примерно 2/3 поверхности Земли, средняя глубина составляет 3,96 км при максимальной 11022 м (Марианская впадина). Чтобы ответить на вопрос о причинах дефицита пресной воды, познакомимся с некоторыми параметрами, которые характеризуют не только среднестатистические значения запасов воды, но и дают представление о реальных возможностях ее потребления. К важнейшим из них относятся доступность отдельных категорий воды, их распределение по территории, скорость возобновления и другие. 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 (или бывшего СССР). Здесь допускается крупная ошибка. Названные значения относятся не ко всем пресным, а только к поверхностным пресным водам, что далеко не одно и то же. Сказанное можно подкрепить и другим примером. Если допустить, что все запасы воды будут изъяты из озера, то заполнение освободившегося объема озера всеми впадающими реками произошло бы только за 250-300 лет при условии, что вода из озера не расходовалась бы на сток и испарение. Технически и экологически наиболее приемлемо использование речных вод, характеризующихся быстрой обновляемостью, легкой доступностью, относительно равномерным размещением по территории и высокой самоочищаемостью. 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 возобновляемое 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.
Водопотребление безвозвратное. Чтобы вода не возвратилась в источник, из которого изымалась, она должна уйти за пределы данного водосборного бассейна. Такие явления наиболее вероятны в тех случаях, когда воды переходят в пар и уносятся на большие расстояния, выпадая в виде осадков в пределах других водосборов. Безвозвратное водопотребление наиболее типично для поливного земледелия. Здесь оно достигает 60-70% и более. В данном случае основная цель водопользования связана с максимальным испарением воды, что равносильно выводу ее из влагооборота данного региона. Дефицит воды существенно усугубляется также в результате неравномерного стока рек. Основной объем его (до 70-80%) приходится на периоды половодий (в равнинных районах умеренной зоны - весной, в горах - в период таяния ледников и, как правило, летом, в приэкваториальных - в периоды дождей). Временную неравномерность стока в какой-то мере удается нейтрализовать запасанием воды в водохранилищах. Однако и при этом неизбежны свои издержки. Они связаны с нарушением влагооборотов, изъятием земель, большим испарением с зеркала воды в водохранилищах и другими явлениями. Эти вопросы рассматриваются в следующих разделах. Таким образом, несмотря на большие запасы пресных вод на Земле, дефицит их для человека и многих экосистем реален. Он обусловливается медленным возобновлением отдельных категорий вод, неравномерным их распределением в пространстве, динамичностью запасов во времени (для речных вод), безвозвратным использованием и другими явлениями. С течением времени дефицит воды увеличивается и неизбежны поиски путей его уменьшения или исключения.
Проблема загрязнения и качественного истощения вод
Качество вод, особенно пресных, стало одним из важнейших факторов здоровья населения. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) отмечает, что на планете от низкого качества воды ежегодно умирает около 5 млн. человек (в основном детей), а получают различной степени отравления или заболевания от 500 миллионов до 1 миллиарда человек. Основные показатели качества вод и их химический состав. Все воды содержат растворенные вещества. Наиболее представленными элементами в воде являются кальций, натрий, хлор, калий. Характерно, что набор химических элементов в воде близок к их составу в крови животных и человека. Это, по-видимому, является одним из подтверждений зарождения жизни в водной среде. Соленость воды оценивается обычно по суммарному содержанию в ней химических веществ, или сухому остатку (г/л). По данному показателю выделяют следующие категории вод:
- пресные-до 1 г/л;
- солоноватые -1 -3 г/л;
- слабосоленые - 3-10 г/л;
- соленые и очень соленые - 10-50 г/л;
- рассолы (рапа) - более 50 г/л.
Морская вода в среднем содержит 35 г/л солей (3,5%, или 35%о-промилле). В водах содержатся также органические вещества и различного рода взвеси, а также организмы, часть из которых относится к группе патогенных. Человек оценивает воду обычно в зависимости от целей ее использования: питьевая, технические нужды, сельскохозяйственное потребление и др. Наиболее жесткие стандарты существуют на питьевую воду.
Критерии оценки качества вод. Понятие о ПДК, БПК и ХПК. Для оценки качества вод, как и воздуха, используются предельно допустимые концентрации (ПДК). В нашей стране они разработаны более чем для 200 веществ. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) рекомендует свои ПДК. К органолептическим показателям относятся запах, цветность, мутность и привкус. Важный показатель качества вод - наличие в них кислорода. В прямой зависимости от его содержания находится жизнь гидробиошов (аэробов) и способность вод к самоочищению. Кислородообеспеченность обычно выражается через показатель биологического потребления кислорода (БПК). Под БПК понимают количество кислорода, которое расходуется для разложения (окисления) содержащихся в воде веществ, способных участвовать в биохимических процессах. Для определения БПК обычно создаются стандартные условия для жизнедеятельности микроорганизмов. Потребление кислорода при этом, как правило, измеряется в одном литре воды за 5 дней (Чем больше потребление кислорода, тем сильнее загрязнена вода органическими и другими биодеградирующими веществами. В водах появляется все больше веществ, которые не поддаются биологическому разложению (например, органические растворители) и поэтому не фиксируются показателем БПК.Их содержание оценивается через химическое потребление кислорода (ХПК). Этот показатель определяется посредством реакций проб воды с сильными окислителями, например бихроматом калия. Обычно разрешается сбрасывать воду в водоемы в тех случаях, если ХПК ее не превышает 100 мг/л. Отношение БПК к ХПК характеризует степень способности воды к самоочищению. Если это отношение равно единице, самоочищаемость оценивается как максимальная (биологическим путем разрушается практически весь спектр загрязняющих веществ).
Основные вещества и другие агенты, загрязняющие воду. К сожалению, люди до настоящего времени не смогли отказаться от принципа - «водные системы - конечное звено канализации». Даже существующими нормами допускается такая степень очистки вод, при которой они становятся соответствующими нормам ПДК после 10-кратного разбавления природными водами. К числу наиболее опасных и распространенных загрязняющих веществ относится нефть и нефтепродукты. Имеются данные, что в настоящее время загрязнено около 1/5 акватории океана, в воды ежегодно попадает от 30 до 50 млн. тонн нефти, а каждая тонна ее способна покрыть пленкой до 12 км2 воды. Содержание нефти даже в количестве 0,05 мг/л делает воду непригодной для питья, а при концентрации 0,5 мг/л погибают многие виды организмов, связанных с водной средой. Из-за запаховых явлений изменяются пути миграции рыб и других организмов. Особенно чувствителен к нефтяным и другим загрязнениям планктон. Гибель его лишает возможности существования многие другие организмы. Нефтяная пленка сильно изменяет отражательную способность водной поверхности (альбедо), является причиной изменения теплового баланса и глобальных тепло- и влагопереносов. Температура изменяется также в результате ускоренного таяния льда, загрязненного нефтью и другими веществами. Значительное количество нефти выбрасывается на берег. Здесь она губит прибрежные экосистемы, играющие важную роль при очистке воды. Разрушенные экосистемы долго не восстанавливаются. Часть нефти, впитываясь в грунты, попадает в грунтовые воды, а затем в результате круговорота вод вновь возвращается в источники. Длительно не разлагающиеся нефтепродукты попадают в океанические течения и переносятся на большие расстояния.
Сельское хозяйство как загрязнитель вод. В земледельческих районах сельское хозяйство является основным загрязнителем воды. Воды загрязняются продуктами разрушения почв, удобрениями и ядохимикатами, смываемыми с полей, животноводческими комплексами. Стоки с сельскохозяйственных полей поступают в водные экосистемы рассредоточенно или неорганизованно и поэтому почти не подвергаются очистке. Животноводческие комплексы в ряде регионов представляют основную проблему для водопользования. Так, в ФРГ объем отходов животноводческих стоков в 5 раз больше бытовых. Комплекс со 100 тысячами голов крупного рогатого скота загрязняет среду так же, как город с миллионным населением. Основное загрязнение от комплексов связано с органическими веществами и различными соединениями азота (нитраты, нитриты, аммиак) и биологическими агентами.
Тепловое загрязнение вод. Этот вид загрязнения является следствием как водопотребления, так и водопользования. Важнейшим поставщиком подогретых вод являются тепловые и атомные электростанции, а также другие объекты, где вода используется как охлаждающий агент. Получение каждого миллиона киловатт энергии на тепловых электростанциях сопряжено с подогревом 1,5-2,. км воды. На атомных электростанциях объем подогретых вод на единицу получаемой электроэнергии в 2-3 раза больше, чем на ТЭС. Такие различия связаны в основном с тем, что на ТЭС значнтельное количество тепла рассеивается через трубы, вентиляционные и другие системы. На АЭС такое рассеивание минимально вследствие замкнутости системы. Основным агентом поглощения и от ведения тепла является вода. Подогретые воды должны охлаждаться в прудах-охладителях, либо в специальных установках (градирнях) и затем повторно использоваться в производственных процессах. Однако значительная часть подогретых вод сбрасывается в источники и обусловливает их тепловое загрязнение. Тепловое загрязнение вод происходит также непосредственно в водоемах. Особенно интенсивен этот процесс на мелководных частях водохранилищ, где создаются условия для интенсивного прогрева воды. Такие явления наиболее типичны для равнинных водохранилищ с пологими берегами.
Водосборные бассейны и качество вод. Существенное, а невредно и основное загрязнение вод связано с нарушениями их круто ворота за пределами водных объектов на водосборных бассейнах. Такие явления часто связаны с разрушением или преобразованием естественных экосистем (особенно лесных и болотных), что ведет к увеличению смыва с них различных загрязнителей. Выражение В. В. Докучаева - «почва - зеркало ландшафта» в перефразированном виде можно представить как « вода в источниках - зеркало состояния водосборных бассейнов». Каково состояние этих бассейнов, таково и качество воды, формирующейся в пределах и в конечном счете оказывающейся в водном источнике. В последнее время этот афоризм в полной мере становится применимым и к атмосферному воздуху, из которого в водные источники поступает немало загрязняющих веществ в результате сухого осаждения или с атмосферными осадками.
Водопользование как загрязнитель вод. К водопользованию относится потребление воды без ее изъятия, например, для избавления от мусора и других отходов, в том числе ядовитых и радиоактивных. Хотя большая часть таких отходов сбрасывается в воды в контейнерах, но и они не вечны, со временем разрушаются, и их содержимое может поступать в воду. Реки, особенно северные, загрязняются продуктами разложения древесины, которая тонет при сплаве. Русла многих сплавных рек устланы несколькими слоями бревен. Это существенный источник фенолов, дубильных и других органических веществ. Водопользование является причиной разрушения берегов, которое происходит под действием волн, создаваемых транспортом, при строительстве портов, спрямлении русел и при осуществлении других мероприятий. Водопользование - важный фактор угрозы для обитателей водной среды. С ним связано разрушение нерестилищ, укрытий, путей миграции рыб и т. п. Существенные отрицательные экологические последствия связаны с водохранилищами. Они являются своего рода отстойниками, а следовательно, и накопителями широкого спектра загрязняющих веществ, особенно тех, которые не подвержены или слабо подвержены биодеградации. Донные осадки многих водохранилищ перенасыщены тяжелыми металлами, а также радиоактивными элементами. Они часто являются источником образования метана и других продуктов гниения. Понижение уровня воды в этих водоемах нередко является причиной загрязнения воздуха и прилежащих территорий в результате захвата вышедших из-под воды донных отложений ветровыми потоками. Еще более масштабные проблемы могут возникнуть при ликвидации водохранилищ. Такие явления в перспективе неизбежны, так как каждое, даже крупное водохранилище рано или поздно заполняется до такой степени, что теряет свое значение как водный резервуар или источник гидроэнергии. Большой ущерб водным экосистемам приносит также вторичное загрязнение как результат нарушения равновесия в их существовании. Рассмотрим этот вид загрязнения на примере процессов эвтрофикации вод.
Эвтрофикация вод
Под эвтрофикацией вод понимают обогащение их биогенными элементами, особенно азотом и фосфором или веществами, их содержащими. Эвтрофикация (греч. эу - хорошо, трофе -питание) - богатое питание вод. На примере эвтрофикации и ее последствий наглядно прослеживаются такие основополагающие для экологии явления, как цепные природные реакции, действие лимитирующих факторов, водные сукцессии и другие системные положения. В этой связи рассмотрим процессы и механизмы эвтрофикации вод подробнее. Результат анаэробных процессов - выделение в среду сероводорода, метана и других ядовитых загрязняющих веществ. Таким образом, обогащение вод необходимыми для жизни химическими элементами вызывает вторичный крайне отрицательный экологический и санитарно-гигиенический эффект. На этом примере четко видна различная реакция двух сред жизни (водной и почвенной) на одни и те же воздействия. Обогащение почвы биогенными веществами почти во всех случаях имеет положительный хозяйственный и экологический эффект в виде повышения продуктивности сообществ, благоприятного воздействия на среду и усиления способности к самоочищению. В данном случае нет оснований говорить о вторичном загрязнении. В водной среде такие же воздействия ведут к ухудшению важнейшего свойства воды - ее чистоты. Отрицательные следствия эвтрофикации вод усиливаются при их тепловом загрязнении. Последнее способствует ускоренному обеднению воды кислородом как в результате его меньшей растворимости по мере повышения температуры, так и вследствие интенсификации биохимических процессов. Роль природных и антропогенных факторов в эвтрофикации вод. Эвтрофикация вызывается как природными, так и антропогенными факторами. Различия в их действии связаны не только с интенсивностью, но и с механизмом отдельных процессов. Природная эвтрофикация протекает, как правило, медленно и зависит отхимизма и минералогического состава пород и фунтов, окружающих водоемы. Водоемы с большими запасами воды и расположенные среди кристаллических пород мало подвержены эвтрофикации. Они в течение тысячелетий могут оставаться в олиготрофном (бедном питательными веществами) состоянии, а следовательно, с чистой водой. Пример такого водоема - озеро Байкал. Медленная эвтрофикация характерна также для озер ледникового происхождения. Это основные резервуары озерной чистой воды. Такие водоемы вместе с тем в силу малой насыщенности жизнью и низких температур имеют слабую способность к самоочищению. Поэтому они весьма чувствительно реагируют на загрязнения. Небольшие водоемы, питающиеся с водосборов, хорошо обеспеченных подвижными формами азотаифосфсра, подвержены эвтрофикации. Они быстро переходят из состояния молодости (олиготрофные) к зрелости (мезатрофные) и старости (эвтрофные) при последующем превращении в болота, а затем и в сушу с торфянистыми субстратами. Процессы, сопутствующие эвтрофикации вод. В бедных питательными веществами (олиготрофных) природных водах группа организмов-продуцентов представлена в основном крупными растениями (макрофитами). Эти растения размещаются в придонной части водоемов и своими корнями извлекают необходимые им биогенные элементы из донных структур. Выделяющийся в процессе фотосинтеза кислород растворяется в глубинных слоях воды. Поверхностные слои воды обогащаются кислородом, поднимающимся из придонных слоев и в результате поглощения из воздуха. Оба процесса сбалансированы, и вода остается чистой. В эвтрофированных водах создаются благоприятные условия для поглощения растениями биогенных элементов непосредственно из окружающей их воды. Это способствует интенсивному накоплению фитопланктона в верхних слоях воды и гибели донных растений из-за недостатка кислорода. Он здесь поглощается организмами-редуцентами, перерабатывающими органические вещества планктона после его отмирания. Таким образом, в процессе эвтрофикации изменяется не только химизм воды, но и видовой состав организмов. За этим следует обеднение глубинных слоев воды кислородом, смена аэробных процессов анаэробными, загрязнение воды ядовитыми веществами.
Некоторые пути решения проблемы дефицита воды
Решение это экономное расходование и территориальное перераспределение вод. В их числе:
- использование водосберегающих технологий (они же энергосберегающие);
- переход на многократное использование воды в производственных условиях (замкнутые или оборотные циклы);
- исключение из использования в производственных процессах той же воды, которая подается для питьевых целей. Это относится прежде всего к подземным водам с их высокими качественными характеристиками;
- уменьшение потерь воды при подаче ее пользователям или при отведении после использования;
- установление экономически обоснованной цены на воду, она должна быть такой, чтобы тем самым побуждать к ее экономии, в том числе и повторному использованию. При установлении реальной, а не символической цены на воду потребление ее обычно сокращается в 1,5-2 раза;
- создание водохранилищ и уменьшение испарения с их поверхности. Только с крупных водохранилищ в бывшем СССР испарялось ежегодно около 18 км3 воды (это составляет примерно шесть годовых потребностей в ней такого города, как Москва). Основной путь сокращения подобных потерь - уменьшение площадей водохранилищ за счет поднятия берегов и отчленения мелководий. Нерационально строительство крупных водохранилищ на равнинных реках;
- уменьшение безвозвратных потерь воды за счет организации хозяйства таким образом, чтобы вода в меньшей мере уходила за пределы тех водосборов, где она изымалась.
Региональные проблемы дефицита воды можно решать за счет ее подачи из других систем по каналам, водоводам и т.п. Такие мероприятия требуют серьезного экологического обоснования. Количественное истощение водных ресурсов существенно, а в ряде случаев коренным образом усугубляется качественным истощением, обусловливаемым различными видами загрязнений (химическое, тепловое, биологическое, радиоактивное и другие).
Мероприятия по уменьшению загрязнения вод связаны прежде всего с совершенствованием технологических процессов и методов использования вод, их очистки. Среди последних наиболее экологичны и результативны биологические методы. Они могут базироваться на создании таких специальных систем, как поля орошения, поля фильтрации, станции аэрации и др. В этом случае вода подается на поля, где выращиваются различные культурные растения. Биогенные элементы в основной своей массе поглощаются ими и включаются в биологические структуры. Часть воды просачивается через почво-грунты, и при этом осуществляется как биологическая (в основном организмами-редуцентами), так и физико-механическая (в результате фильтрации) очистка. На станциях аэрации процессы биологической очистки интенсифицируются за счет постоянного обогащения загрязненных вод кислородом и организмами-редуцентами (активный ил). Для очистки вод могут использоваться также естественные экосистемы.
Все воды Земли едины. Они, наряду с атмосферой и литосферой, объединяются в самостоятельную сферу - гидросферу, которая характеризуется отличительными особенностями. Только она выступает как самостоятельная среда жизни (наряду с наземно-воздушной, почвенной, организменной) и в то же время пронизывает другие сферы (атмосферу, литосферу) и среды жизни. Вода - непременное условие и фактор жизни, и именно на нее воздействует человек в невиданных масштабах. Роль воды для природных процессов и жизни людей настолько масштабна, разнообразна и специфична, что попытки ее определить вызывают нередко определенный эмоциональный настрой, заставляя отступить от простого перечисления свойств и характеристик. Назовем основные уникальные свойства воды. К таким свойствам относятся:
- неисчерпаемость как вещества и природного ресурса; кроме жидкой - твердую и газообразную. Это единственное вещество и ресурс такого типа;
- присущее только ей расширение при затвердевании (замерзании) и уменьшение объема при плавании (переходе в жидкое состояние);
- максимальная плотность при температуре +4°С и связанные с этим весьма важные свойства для природных и биологических процессов, например исключение глубокого промерзания водоемов;
- высокая способность поглощать тепло (теплоемкость) и значительная теплопроводность;
- способность относительно легко переходить в газообразное состояние (испаряться) не только при положительных, но и при отрицательных температурах. В последнем случае испарение происходит минуя жидкую фазу - из твердой (льда, снега) сразу в парообразную. Такое явление носит название- сублимация;
- поглощение тепла при испарении и таянии, выделяя его при конденсации из пара и замерзании;
- способность в дисперсных средах, например в мелкопористых почвах или биологических структурах, переходить в связанное или рассредоточенное состояние. В этих случаях очень сильно меняются свойства воды (ее подвижность, плотность, температура замерзания, поверхностное натяжение и другие параметры);
- универсальный растворитель, она способна к растворению любого сосуда, в который заключена. Есть предположение, что поверхностное натяжение идеально чистой воды было бы таковым, что по ней можно было бы кататься на коньках. Так, большая подвижность, высокая теплоемкость и способность легко переходить из одного состояния в другое, регулирования теплового режима планеты.
Вода - условие миграции химических элементов и соединений, геологического (большого) и биологического (малого) круговоротов веществ. Жизнь, по современным представлениям, зародилась в воде. На первых этапах живые организмы были очень слабо отделены от воды. Они находились как бы в полурастворенном состоянии. В дальнейшем организмы все в большей мере переходили па автономный водный баланс. Появились структуры, обеспечивающие поддержание определенного уровня обводненности и качественного состава воды в теле организмов. Организмы (водоросли и др.), количество воды в теле их имеет значение от степени обводненности среды (пойкилогидрические), но большинство их относится к гомойогидрическим. Хотя к какой бы группе ни относились организмы, тело их более чем на 50% состоит из воды, а во многих пойкилогидрических содержание ее достигает 90% и более. Чем совершеннее организм, тем стабильнее его обводненность. Доля воды в теле человека близка к 60%, но в отдельных органах и тканях она варьирует от 1 до 96%. Потеря гомойогидрическими организмами 10-12% воды равносильна их гибели. В то же время пойкилогидрические организмы способны терять ее до 90%. Приводятся данные, что вода, освобожденная от значительной части кислорода нагреванием, обеспечивала заметную прибавку урожая при замачивании в ней семян перед высевом. Такая вода также обеспечивает жизненную силу растений, способствует повышению урожаев. С использованием для питья талой воды связывают долгожительство горных народов. Переходя в связанное состояние, вода резко меняет свое отношение к низким температурам. Она замерзает только при -15-20°С. Это важнейший путь сохранения обводненности растений зимой при одновременном сохранении их от вымерзания. Высокая теплоемкость и способность поглощать тепло при испарении делают воду незаменимым охлаждающим агентом в биологических и технических системах. Она - важнейший гарант защиты планеты от перегрева, альтернатива глобальному термодинамическому кризису, в то же время основной агент локальных тепловых загрязнений среды. О роли воды в жизни природных экосистем можно судить по водоемкости образующейся в них продукции. Она может быть охарактеризована через транспирационные коэффициенты, под которыми понимается количество единиц воды, расходуемое на получение равновеликой единицы органической массы. В бывшем СССР (1980 г.) расход воды по отраслям хозяйства составлял:
- сельское хозяйство - 53%;
- коммунально-бытовые нужды - 7%;
- промышленность - 34%;
- испарение с водохранилищ - 8%.
В настоящее время структура водопотребления заметно изменилась, и прежде всего за счет уменьшения использования в сельском хозяйстве (основные поливные земли оказались в странах СНГ). Еще в 1974 г. М. Г. Сойфер писал: «Нынешние неистовые поиски воды, этого необходимейшего ресурса, затмили и золотую лихорадку, и нефтяную истерию, и урановый бум. И как это не парадоксально, это дело оказывается неотложным не для пустынных районов, а для густонаселенных высокоиндустриальных и высокоразвитых земледельческих областей, где непрерывно возрастает спрос на воду, а ее становится все меньше. Водная проблема выходит из рамок отдельных стран, приобретая международный характер». Высказывается мнение, что вода становится ресурсом, который ограничивает развитие многих производств. Так, Б. Скиннер в работе «Хватит ли человечеству земных ресурсов?» приводит высказывание видного ученого А. М. Пайпера о том, что «... чистая вода... вскоре положит верхний предел экономическому развитию некоторой части населения... Благоразумие требует, чтобы государства научились управлять запасами воды с должным пониманием проблемы и максимальной эффективностью. Время, которое отпущено на такое обучение, чрезвычайно мало».
Запасы воды на Земле и ее глобальный круговорот
Мировые запасы воды на Земле колоссальны. Они равны 1353985 тыс. км3. Если все воды гидросферы равномерно распределить по поверхности Земли, слой ее будет иметь толщину около 2,5 км. В пределах Мирового океана, который занимает примерно 2/3 поверхности Земли, средняя глубина составляет 3,96 км при максимальной 11022 м (Марианская впадина). Чтобы ответить на вопрос о причинах дефицита пресной воды, познакомимся с некоторыми параметрами, которые характеризуют не только среднестатистические значения запасов воды, но и дают представление о реальных возможностях ее потребления. К важнейшим из них относятся доступность отдельных категорий воды, их распределение по территории, скорость возобновления и другие. 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 (или бывшего СССР). Здесь допускается крупная ошибка. Названные значения относятся не ко всем пресным, а только к поверхностным пресным водам, что далеко не одно и то же. Сказанное можно подкрепить и другим примером. Если допустить, что все запасы воды будут изъяты из озера, то заполнение освободившегося объема озера всеми впадающими реками произошло бы только за 250-300 лет при условии, что вода из озера не расходовалась бы на сток и испарение. Технически и экологически наиболее приемлемо использование речных вод, характеризующихся быстрой обновляемостью, легкой доступностью, относительно равномерным размещением по территории и высокой самоочищаемостью. 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 возобновляемое 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.
Водопотребление общее. В настоящее время мировое общее потребление воды близко к 4000 км3 (4 трлн. м3). Основные объемы воды используются в промышленности, сельском хозяйстве и других отраслях. Чтобы иметь более образное представление об объемах потребляемой человеком воды, сравним их со среднегодовым стоком Волги. Он равен 250 км3 (250 млрд. м3). В таком случае мировое водопотребление (около 4 тыс. км3/год) близко к 16 годовым стокам Волги. США, следовательно, потребляют немногим меньше трех годовых стоков Волги (около 720 км3), а Российская Федерация - около одного годового стока Волги (230 км3). Из них 120 км3 изымается непосредственно из источников, а остальные воды из замкнутых циклов. При годовом стоке рек мира 40 тыс. км3 изъятие 4 тыс. км3 близко к предельно допустимым 10%. Практически оно меньше, так как часть воды потребляется из других источников (озера, подземные воды), часть из замкнутых циклов, а некоторая доля возвращается в эти же источники после использования и очистки. Та доля воды, которая не возвращается в источники, составляет, как уже отмечалось, безвозвратное водопотребление. Этот вид потребления является основной причиной увеличения водного дефицита, уменьшения запасов воды в источниках. Познакомимся с ним подробнее.
Водопотребление безвозвратное. Чтобы вода не возвратилась в источник, из которого изымалась, она должна уйти за пределы данного водосборного бассейна. Такие явления наиболее вероятны в тех случаях, когда воды переходят в пар и уносятся на большие расстояния, выпадая в виде осадков в пределах других водосборов. Безвозвратное водопотребление наиболее типично для поливного земледелия. Здесь оно достигает 60-70% и более. В данном случае основная цель водопользования связана с максимальным испарением воды, что равносильно выводу ее из влагооборота данного региона. Дефицит воды существенно усугубляется также в результате неравномерного стока рек. Основной объем его (до 70-80%) приходится на периоды половодий (в равнинных районах умеренной зоны - весной, в горах - в период таяния ледников и, как правило, летом, в приэкваториальных - в периоды дождей). Временную неравномерность стока в какой-то мере удается нейтрализовать запасанием воды в водохранилищах. Однако и при этом неизбежны свои издержки. Они связаны с нарушением влагооборотов, изъятием земель, большим испарением с зеркала воды в водохранилищах и другими явлениями. Эти вопросы рассматриваются в следующих разделах. Таким образом, несмотря на большие запасы пресных вод на Земле, дефицит их для человека и многих экосистем реален. Он обусловливается медленным возобновлением отдельных категорий вод, неравномерным их распределением в пространстве, динамичностью запасов во времени (для речных вод), безвозвратным использованием и другими явлениями. С течением времени дефицит воды увеличивается и неизбежны поиски путей его уменьшения или исключения.
Проблема загрязнения и качественного истощения вод
Качество вод, особенно пресных, стало одним из важнейших факторов здоровья населения. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) отмечает, что на планете от низкого качества воды ежегодно умирает около 5 млн. человек (в основном детей), а получают различной степени отравления или заболевания от 500 миллионов до 1 миллиарда человек. Основные показатели качества вод и их химический состав. Все воды содержат растворенные вещества. Наиболее представленными элементами в воде являются кальций, натрий, хлор, калий. Характерно, что набор химических элементов в воде близок к их составу в крови животных и человека. Это, по-видимому, является одним из подтверждений зарождения жизни в водной среде. Соленость воды оценивается обычно по суммарному содержанию в ней химических веществ, или сухому остатку (г/л). По данному показателю выделяют следующие категории вод:
- пресные-до 1 г/л;
- солоноватые -1 -3 г/л;
- слабосоленые - 3-10 г/л;
- соленые и очень соленые - 10-50 г/л;
- рассолы (рапа) - более 50 г/л.
Морская вода в среднем содержит 35 г/л солей (3,5%, или 35%о-промилле). В водах содержатся также органические вещества и различного рода взвеси, а также организмы, часть из которых относится к группе патогенных. Человек оценивает воду обычно в зависимости от целей ее использования: питьевая, технические нужды, сельскохозяйственное потребление и др. Наиболее жесткие стандарты существуют на питьевую воду.
Критерии оценки качества вод. Понятие о ПДК, БПК и ХПК. Для оценки качества вод, как и воздуха, используются предельно допустимые концентрации (ПДК). В нашей стране они разработаны более чем для 200 веществ. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) рекомендует свои ПДК. К органолептическим показателям относятся запах, цветность, мутность и привкус. Важный показатель качества вод - наличие в них кислорода. В прямой зависимости от его содержания находится жизнь гидробиошов (аэробов) и способность вод к самоочищению. Кислородообеспеченность обычно выражается через показатель биологического потребления кислорода (БПК). Под БПК понимают количество кислорода, которое расходуется для разложения (окисления) содержащихся в воде веществ, способных участвовать в биохимических процессах. Для определения БПК обычно создаются стандартные условия для жизнедеятельности микроорганизмов. Потребление кислорода при этом, как правило, измеряется в одном литре воды за 5 дней (Чем больше потребление кислорода, тем сильнее загрязнена вода органическими и другими биодеградирующими веществами. В водах появляется все больше веществ, которые не поддаются биологическому разложению (например, органические растворители) и поэтому не фиксируются показателем БПК.Их содержание оценивается через химическое потребление кислорода (ХПК). Этот показатель определяется посредством реакций проб воды с сильными окислителями, например бихроматом калия. Обычно разрешается сбрасывать воду в водоемы в тех случаях, если ХПК ее не превышает 100 мг/л. Отношение БПК к ХПК характеризует степень способности воды к самоочищению. Если это отношение равно единице, самоочищаемость оценивается как максимальная (биологическим путем разрушается практически весь спектр загрязняющих веществ).
Основные вещества и другие агенты, загрязняющие воду. К сожалению, люди до настоящего времени не смогли отказаться от принципа - «водные системы - конечное звено канализации». Даже существующими нормами допускается такая степень очистки вод, при которой они становятся соответствующими нормам ПДК после 10-кратного разбавления природными водами. К числу наиболее опасных и распространенных загрязняющих веществ относится нефть и нефтепродукты. Имеются данные, что в настоящее время загрязнено около 1/5 акватории океана, в воды ежегодно попадает от 30 до 50 млн. тонн нефти, а каждая тонна ее способна покрыть пленкой до 12 км2 воды. Содержание нефти даже в количестве 0,05 мг/л делает воду непригодной для питья, а при концентрации 0,5 мг/л погибают многие виды организмов, связанных с водной средой. Из-за запаховых явлений изменяются пути миграции рыб и других организмов. Особенно чувствителен к нефтяным и другим загрязнениям планктон. Гибель его лишает возможности существования многие другие организмы. Нефтяная пленка сильно изменяет отражательную способность водной поверхности (альбедо), является причиной изменения теплового баланса и глобальных тепло- и влагопереносов. Температура изменяется также в результате ускоренного таяния льда, загрязненного нефтью и другими веществами. Значительное количество нефти выбрасывается на берег. Здесь она губит прибрежные экосистемы, играющие важную роль при очистке воды. Разрушенные экосистемы долго не восстанавливаются. Часть нефти, впитываясь в грунты, попадает в грунтовые воды, а затем в результате круговорота вод вновь возвращается в источники. Длительно не разлагающиеся нефтепродукты попадают в океанические течения и переносятся на большие расстояния.
Сельское хозяйство как загрязнитель вод. В земледельческих районах сельское хозяйство является основным загрязнителем воды. Воды загрязняются продуктами разрушения почв, удобрениями и ядохимикатами, смываемыми с полей, животноводческими комплексами. Стоки с сельскохозяйственных полей поступают в водные экосистемы рассредоточенно или неорганизованно и поэтому почти не подвергаются очистке. Животноводческие комплексы в ряде регионов представляют основную проблему для водопользования. Так, в ФРГ объем отходов животноводческих стоков в 5 раз больше бытовых. Комплекс со 100 тысячами голов крупного рогатого скота загрязняет среду так же, как город с миллионным населением. Основное загрязнение от комплексов связано с органическими веществами и различными соединениями азота (нитраты, нитриты, аммиак) и биологическими агентами.
Тепловое загрязнение вод. Этот вид загрязнения является следствием как водопотребления, так и водопользования. Важнейшим поставщиком подогретых вод являются тепловые и атомные электростанции, а также другие объекты, где вода используется как охлаждающий агент. Получение каждого миллиона киловатт энергии на тепловых электростанциях сопряжено с подогревом 1,5-2,. км воды. На атомных электростанциях объем подогретых вод на единицу получаемой электроэнергии в 2-3 раза больше, чем на ТЭС. Такие различия связаны в основном с тем, что на ТЭС значнтельное количество тепла рассеивается через трубы, вентиляционные и другие системы. На АЭС такое рассеивание минимально вследствие замкнутости системы. Основным агентом поглощения и от ведения тепла является вода. Подогретые воды должны охлаждаться в прудах-охладителях, либо в специальных установках (градирнях) и затем повторно использоваться в производственных процессах. Однако значительная часть подогретых вод сбрасывается в источники и обусловливает их тепловое загрязнение. Тепловое загрязнение вод происходит также непосредственно в водоемах. Особенно интенсивен этот процесс на мелководных частях водохранилищ, где создаются условия для интенсивного прогрева воды. Такие явления наиболее типичны для равнинных водохранилищ с пологими берегами.
Водосборные бассейны и качество вод. Существенное, а невредно и основное загрязнение вод связано с нарушениями их круто ворота за пределами водных объектов на водосборных бассейнах. Такие явления часто связаны с разрушением или преобразованием естественных экосистем (особенно лесных и болотных), что ведет к увеличению смыва с них различных загрязнителей. Выражение В. В. Докучаева - «почва - зеркало ландшафта» в перефразированном виде можно представить как « вода в источниках - зеркало состояния водосборных бассейнов». Каково состояние этих бассейнов, таково и качество воды, формирующейся в пределах и в конечном счете оказывающейся в водном источнике. В последнее время этот афоризм в полной мере становится применимым и к атмосферному воздуху, из которого в водные источники поступает немало загрязняющих веществ в результате сухого осаждения или с атмосферными осадками.
Водопользование как загрязнитель вод. К водопользованию относится потребление воды без ее изъятия, например, для избавления от мусора и других отходов, в том числе ядовитых и радиоактивных. Хотя большая часть таких отходов сбрасывается в воды в контейнерах, но и они не вечны, со временем разрушаются, и их содержимое может поступать в воду. Реки, особенно северные, загрязняются продуктами разложения древесины, которая тонет при сплаве. Русла многих сплавных рек устланы несколькими слоями бревен. Это существенный источник фенолов, дубильных и других органических веществ. Водопользование является причиной разрушения берегов, которое происходит под действием волн, создаваемых транспортом, при строительстве портов, спрямлении русел и при осуществлении других мероприятий. Водопользование - важный фактор угрозы для обитателей водной среды. С ним связано разрушение нерестилищ, укрытий, путей миграции рыб и т. п. Существенные отрицательные экологические последствия связаны с водохранилищами. Они являются своего рода отстойниками, а следовательно, и накопителями широкого спектра загрязняющих веществ, особенно тех, которые не подвержены или слабо подвержены биодеградации. Донные осадки многих водохранилищ перенасыщены тяжелыми металлами, а также радиоактивными элементами. Они часто являются источником образования метана и других продуктов гниения. Понижение уровня воды в этих водоемах нередко является причиной загрязнения воздуха и прилежащих территорий в результате захвата вышедших из-под воды донных отложений ветровыми потоками. Еще более масштабные проблемы могут возникнуть при ликвидации водохранилищ. Такие явления в перспективе неизбежны, так как каждое, даже крупное водохранилище рано или поздно заполняется до такой степени, что теряет свое значение как водный резервуар или источник гидроэнергии. Большой ущерб водным экосистемам приносит также вторичное загрязнение как результат нарушения равновесия в их существовании. Рассмотрим этот вид загрязнения на примере процессов эвтрофикации вод.
Эвтрофикация вод
Под эвтрофикацией вод понимают обогащение их биогенными элементами, особенно азотом и фосфором или веществами, их содержащими. Эвтрофикация (греч. эу - хорошо, трофе -питание) - богатое питание вод. На примере эвтрофикации и ее последствий наглядно прослеживаются такие основополагающие для экологии явления, как цепные природные реакции, действие лимитирующих факторов, водные сукцессии и другие системные положения. В этой связи рассмотрим процессы и механизмы эвтрофикации вод подробнее. Результат анаэробных процессов - выделение в среду сероводорода, метана и других ядовитых загрязняющих веществ. Таким образом, обогащение вод необходимыми для жизни химическими элементами вызывает вторичный крайне отрицательный экологический и санитарно-гигиенический эффект. На этом примере четко видна различная реакция двух сред жизни (водной и почвенной) на одни и те же воздействия. Обогащение почвы биогенными веществами почти во всех случаях имеет положительный хозяйственный и экологический эффект в виде повышения продуктивности сообществ, благоприятного воздействия на среду и усиления способности к самоочищению. В данном случае нет оснований говорить о вторичном загрязнении. В водной среде такие же воздействия ведут к ухудшению важнейшего свойства воды - ее чистоты. Отрицательные следствия эвтрофикации вод усиливаются при их тепловом загрязнении. Последнее способствует ускоренному обеднению воды кислородом как в результате его меньшей растворимости по мере повышения температуры, так и вследствие интенсификации биохимических процессов. Роль природных и антропогенных факторов в эвтрофикации вод. Эвтрофикация вызывается как природными, так и антропогенными факторами. Различия в их действии связаны не только с интенсивностью, но и с механизмом отдельных процессов. Природная эвтрофикация протекает, как правило, медленно и зависит отхимизма и минералогического состава пород и фунтов, окружающих водоемы. Водоемы с большими запасами воды и расположенные среди кристаллических пород мало подвержены эвтрофикации. Они в течение тысячелетий могут оставаться в олиготрофном (бедном питательными веществами) состоянии, а следовательно, с чистой водой. Пример такого водоема - озеро Байкал. Медленная эвтрофикация характерна также для озер ледникового происхождения. Это основные резервуары озерной чистой воды. Такие водоемы вместе с тем в силу малой насыщенности жизнью и низких температур имеют слабую способность к самоочищению. Поэтому они весьма чувствительно реагируют на загрязнения. Небольшие водоемы, питающиеся с водосборов, хорошо обеспеченных подвижными формами азотаифосфсра, подвержены эвтрофикации. Они быстро переходят из состояния молодости (олиготрофные) к зрелости (мезатрофные) и старости (эвтрофные) при последующем превращении в болота, а затем и в сушу с торфянистыми субстратами. Процессы, сопутствующие эвтрофикации вод. В бедных питательными веществами (олиготрофных) природных водах группа организмов-продуцентов представлена в основном крупными растениями (макрофитами). Эти растения размещаются в придонной части водоемов и своими корнями извлекают необходимые им биогенные элементы из донных структур. Выделяющийся в процессе фотосинтеза кислород растворяется в глубинных слоях воды. Поверхностные слои воды обогащаются кислородом, поднимающимся из придонных слоев и в результате поглощения из воздуха. Оба процесса сбалансированы, и вода остается чистой. В эвтрофированных водах создаются благоприятные условия для поглощения растениями биогенных элементов непосредственно из окружающей их воды. Это способствует интенсивному накоплению фитопланктона в верхних слоях воды и гибели донных растений из-за недостатка кислорода. Он здесь поглощается организмами-редуцентами, перерабатывающими органические вещества планктона после его отмирания. Таким образом, в процессе эвтрофикации изменяется не только химизм воды, но и видовой состав организмов. За этим следует обеднение глубинных слоев воды кислородом, смена аэробных процессов анаэробными, загрязнение воды ядовитыми веществами.
Некоторые пути решения проблемы дефицита воды
Решение это экономное расходование и территориальное перераспределение вод. В их числе:
- использование водосберегающих технологий (они же энергосберегающие);
- переход на многократное использование воды в производственных условиях (замкнутые или оборотные циклы);
- исключение из использования в производственных процессах той же воды, которая подается для питьевых целей. Это относится прежде всего к подземным водам с их высокими качественными характеристиками;
- уменьшение потерь воды при подаче ее пользователям или при отведении после использования;
- установление экономически обоснованной цены на воду, она должна быть такой, чтобы тем самым побуждать к ее экономии, в том числе и повторному использованию. При установлении реальной, а не символической цены на воду потребление ее обычно сокращается в 1,5-2 раза;
- создание водохранилищ и уменьшение испарения с их поверхности. Только с крупных водохранилищ в бывшем СССР испарялось ежегодно около 18 км3 воды (это составляет примерно шесть годовых потребностей в ней такого города, как Москва). Основной путь сокращения подобных потерь - уменьшение площадей водохранилищ за счет поднятия берегов и отчленения мелководий. Нерационально строительство крупных водохранилищ на равнинных реках;
- уменьшение безвозвратных потерь воды за счет организации хозяйства таким образом, чтобы вода в меньшей мере уходила за пределы тех водосборов, где она изымалась.
Региональные проблемы дефицита воды можно решать за счет ее подачи из других систем по каналам, водоводам и т.п. Такие мероприятия требуют серьезного экологического обоснования. Количественное истощение водных ресурсов существенно, а в ряде случаев коренным образом усугубляется качественным истощением, обусловливаемым различными видами загрязнений (химическое, тепловое, биологическое, радиоактивное и другие).
Мероприятия по уменьшению загрязнения вод связаны прежде всего с совершенствованием технологических процессов и методов использования вод, их очистки. Среди последних наиболее экологичны и результативны биологические методы. Они могут базироваться на создании таких специальных систем, как поля орошения, поля фильтрации, станции аэрации и др. В этом случае вода подается на поля, где выращиваются различные культурные растения. Биогенные элементы в основной своей массе поглощаются ими и включаются в биологические структуры. Часть воды просачивается через почво-грунты, и при этом осуществляется как биологическая (в основном организмами-редуцентами), так и физико-механическая (в результате фильтрации) очистка. На станциях аэрации процессы биологической очистки интенсифицируются за счет постоянного обогащения загрязненных вод кислородом и организмами-редуцентами (активный ил). Для очистки вод могут использоваться также естественные экосистемы.
