3. Водные ресурсы

Азовское море - водоем, расположенный на южной окраине Русской равнины [22, 27, 70]. Почти со всех сторон оно окружено степными пространствами и относится к типу внутренних морей. Его площадь 38840 км², наибольшая длина 380 км, наибольшая ширина 200 км. Объем моря превышает 300 км³, средняя глубина около 8 м, наибольшая - 14 м. Длина береговой линии 2686 км. В него впадают две крупные реки - Дон и Кубань.

Азовское море самое мелководное на Земле, и это одна из его существенных особенностей. Мелководье в большой степени влияет на гидрологические условия водоема, предопределяя его малую термическую и динамическую инерцию.

Вода Азовского моря сообщается с водой Черного моря. Через Керченский пролив в Азовское море поступает более 31 км³/год черноморской воды, которая, как более тяжелая (из-за большей солености), идет глубинным течением. Из Азовского моря в Черное поверхностным потоком вытекает примерно 50 км³/год воды. Кроме того, при небольшой площади и малом объеме море получает сравнительно много речной воды (12% объема воды моря). Отношение речного стока к объему моря - наибольшее по сравнению с таковым всех других морей Земного шара.

Обильный приток речных вод и водообмен с Черным морем отражаются на химическом составе воды. Состав солей, растворенных в Азовском море, близок к океаническому. В солевой массе воды моря, как и океана, преобладают хлориды. Однако в связи с притоком бедных хлоридами материковых вод воды Азовского моря содержат хлоридов меньше, чем океанические. Этим же объясняется и повышенное по сравнению с океаническими водами содержание карбонатов и пониженное содержание калия.

Соленость моря примерно в 3 раза меньше средней солености океана. Величина ее на поверхности изменяется от 1‰ в устье Дона до 12‰ в центральной части. Изменение солености от поверхности до дна, как правило, не превышает 0,02 ... 0,03‰ и практически вся толща воды Азовского моря однородна по солености.

Географическое положение, небольшие размеры и малые глубины Азовского моря обусловливают значительный прогрев воды летом и сильное охлаждение зимой. Среднемесячная температура июля в открытой воде 25 °С, в прибрежной полосе она может достичь максимальных значений 30-32 °С; среднемесячная температура января от 0,8 °С до 1 °С, в море образуется лед. Вследствие мелководности моря температура воды от поверхности к глубине изменяется незначительно, и, как правило, всего на 0,3 ... 0,5 °С ниже у дна, чем на поверхности.

Являясь однородной по температуре и солености, азовская вода также однородна и по плотности. Распределение плотности зависит главным образом от распределения солености. Под действием ветров воды хорошо перемешиваются от поверхности до дна, что является гидрологической особенностью этого моря.

Прозрачность воды мала, так как реки приносят в море много взвеси; при волнении из-за мелководности вода взмучивается.

Воды Азовского моря обильно насыщены кислородом и богаты биогенными веществами (соединениями азота, фосфора, кремния), что объясняется большим притоком речных вод. Это море - богатейшее по биологической продуктивности на Земле.

В Азовском море насчитывается более 300 видов и подвидов рыб, много эндемичных и реликтовых форм, пресноводных и полупроходных рыб, что обусловлено гидрологическими особенностями водоема и особенно тем, что в него впадают крупные многоводные реки. К специфическим видам в Азовском море относятся сарган и азовский калкан. Азовское море занимает второе место в мире по запасам осетровых. Однако наблюдается некоторое снижение его рыбопродуктивности прежде всего вследствие уменьшения поступления речного стока и увеличения солености морской воды. Снижение рыбопродуктивности связано также с ухудшением условий размножения и кормовой базы проходных и полупроходных рыб, с загрязненностью природных вод бассейна моря.

Мероприятия по восстановлению рыбопродуктивности Азовского моря включают в себя гарантированные рыбохозяйственные попуски речной воды в период нереста, мелиорацию естественных и создание искусственных нерестилищ, искусственное воспроизводство ценных рыб в нерестово-выростных хозяйствах.

В перспективе возможна переброска стока из бассейна Волги в Дон в объеме 5 ... 6 км³ с постепенным его увеличением. Изучается возможность строительства плотины в Керченском проливе для регулирования водообмена между Азовским и Черным морями с целью ограничения поступления в Азовское море соленых черноморских вод, а также разрабатываются варианты реконструкции ихтиофауны Азовского моря путем вселения туда ценных пород рыб, приспособленных к жизни в воде повышенной солености. Однако эти мероприятия нуждаются в строгом научном обосновании, и их проведению должен предшествовать научный прогноз о возможных изменениях в природе моря и прибрежной зоне.

Аральское море - замкнутый внутренний водоем, окруженный со всех сторон сушей, полностью изолированный от Мирового океана [17, 22, 27]. Площадь Аральского моря 66458 км², объем 1022,6 км³, наибольшая длина 428 км, наибольшая ширина 235 км, средняя глубина 16 м, наибольшая - 68 м.

Изолированность Аральской котловины и речной сток в нее обусловливают своеобразие состава воды, заполняющей эту котловину, и величины солености. Как и в океане, в аральской воде преобладают хлориды, но содержание их в ней меньше, чем в океанской. Количество растворенных в этом море солей значительно больше, чем в пресных водоемах, но в то же время втрое меньше, чем в океане.

Средняя соленость моря 10,3‰. Величину солености и ее распределение в море в различные сезоны определяют речной сток и испарение, некоторую роль играют льдообразование и таяние льдов. С глубиной соленость увеличивается.

Географическое положение моря и связанные с ним климатические условия формируют особенности теплового состояния и динамических процессов. Сезонные изменения температуры влияют и на распределение температуры воды по глубине. Зимой устанавливается почти одинаковая температура воды от поверхности до дна; летом пониженная температура у дна сохраняется; от поверхности до глубины 10 м она почти одинакова, но затем резко понижается до глубины 15 ... 18 м, глубже температура понижается более плавно. Это наиболее характерная особенность летнего распределения температуры воды Аральского моря по вертикали.

Температура и соленость определяют плотность воды в море. Летом плотность несколько меньше, так как усиливается приток пресной воды и море сильно прогревается. С глубиной она возрастает. Зимой из-за осолонения вод при льдообразовании плотность их увеличивается.

Сезонные изменения солености, температуры и плотности воды показывают, что в течение весны и лета Аральское море бывает сильно переслоенным по плотности. Это затрудняет перемешивание воды тем более, что сильные ветры, способствующие ее перемешиванию, в это время редки. Это одна из гидрологических особенностей Аральского моря.

Вода Аральского моря отличается большой прозрачностью и красивым ярко-синим цветом. В течение года в ней содержится большое количество растворенного кислорода. Эта особенность объясняется фотосинтетической деятельностью водорослей на дне моря, так как высокая прозрачность воды позволяет солнечным лучам проникать на большую глубину.

Аральская вода очень бедна фосфатами и нитратами. Лишь в устьевых участках она богата питательными солями, приносимыми реками. Именно на этих мелководных, хорошо прогретых участках сосредоточены основные нерестилища рыб, места нагула и подрастания молоди.

В Аральском море обитает более 200 видов и подвидов рыб, много эндемичных и реликтовых форм, полупроходных и пресноводных рыб. Объектами промысла служат осетровые, лососевые, крупночастиковые рыбы. К специфическим видам относится шип.

Рыбопродуктивность Аральского моря снижается. Это объясняется снижением уровня моря и повышением солености воды.

Своим существованием среди пустынь Аральское море обязано стоку Амударьи и Сырдарьи. Рост безвозвратного водопотребления в бассейне моря и повторяющиеся мелководные годы значительно снизили водность этих рек, что в свою очередь привело к снижению уровня моря более чем на 3 м. В ближайшие годы потребление речных вод на нужды народного хозяйства возрастет и, следовательно, возможно еще большее понижение уровня моря и увеличение солености его вод.

Аральское море дает стране высокосортную рыбу, является транспортной магистралью среди пустынь и уникальным памятником природы. В то же время дополнительное количество речной воды, направленное в пустыню, позволяет освоить тысячи гектаров плодородных земель. В этом и заключается сложность комплексной природно-экономической проблемы Аральского моря и его рек. Над ее решением работают различные научные и проектные организации нашей страны.

Рационализация водопользования в бассейне моря, повышение КПД оросительных систем, осуществляемые в целях дальнейшего развития орошаемого земледелия, окажут положительное влияние на режим уровня моря. Организация заказников и заповедников, регламентация лова промысловых животных, водоплавающей дичи, рыб, рубки лесов, несомненно, будут способствовать сохранению биоценозов его прибрежной зоны.

Для сохранения рыбопродуктивности моря необходимо сохранение основных видов аральской ихтиофауны в дельтовых водоемах и в оросительных системах, мелиорация нерестилищ рыб и т. д. Необходим также комплекс мероприятий для снижения загрязненности бассейна моря и в его акватории. В перспективе повышение водообеспеченности бассейна Аральского моря может быть осуществлено в результате переброски части стока сибирских рек.

Байкал - уникальное пресноводное озеро, содержащее около 23,6 тыс. км³ воды, т. е. 20% всего мирового запаса пресных вод [11, 20].

Вода озера исключительно прозрачна. В ней почти нет растворимых веществ, минерализация воды всего около 100 мг/л. Она богата кислородом, и даже на больших глубинах содержание кислорода не падает ниже 9 мг/л. Химический состав байкальских вод отличается большим постоянством, его сезонные годовые изменения незначительны.

Богат и разнообразен животный и растительный мир Байкала: в нем обитает более 1200 видов животных и 600 видов растений. Примерно 75% видов озерной фауны эндемичны, т. е. встречаются только в оз. Байкал. В нем обитает 50 видов рыб, многие из которых имеют промысловое значение. Только в Восточном Прибайкалье за год вылавливают до 40 ... 50 тыс. ц рыбы. В оз. Байкал обитают омуль и живородящая голомянка, а также другие ценные рыбы - хариус, сиг, таймень, осетр. Наиболее крупный представитель байкальской фауны (единственное млекопитающее) - байкальский тюлень, или нерпа.

В последние годы район Байкала начали интенсивно осваивать. При этом приняты серьезные меры для сохранения его природных богатств. Советом Министров СССР 21 января 1969 г. принято постановление "О мерах по сохранению и рациональному использованию природных комплексов озера Байкал"^*. В соответствии с этим постановлением разработан специальный проект организации водоохранной зоны бассейна оз. Байкал, охраны его вод и естественных ресурсов, утверждены "Временные правила охраны вод озера Байкал и естественных ресурсов бассейна этого озера".

^* (Сборник нормативных актов по охране природы / Под ред. министра юстиции РСФСР В. М. Блинова. М., 1978, с. 282.)

Для сохранения и восстановления стад ценных промысловых рыб Байкала запрещено заготавливать лес по берегам рек, являющихся местами нереста лососевых и осетровых рыб, на расстоянии менее 1 км от берега, а в районах расположения заводов и хозяйств, специализированных на разведении этих видов рыб,- на расстоянии менее 3 км от берега.

Установлена санитарная зона вокруг рыбохозяйственных водоемов на расстоянии 500 м от границы затопления при максимальном стоянии паводковых вод. Все водозаборные сооружения оборудованы средствами, предотвращающими попадание рыбы в водозаборы.

Озеро Байкал и устья впадающих в него рек отнесены к категории водоемов, имеющих особую научную ценность. Промышленные предприятия размещают в бассейне в соответствии с проектом организации водоохранной зоны Байкала, причем при определении темпов и масштабов развития отдельных отраслей промышленности в бассейне Байкала предпочтение отдают предприятиям бытового обслуживания, трикотажному и швейному производствам, машиностроению, пищевой промышленности и другим отраслям, развитие которых не оказывает отрицательного влияния на его природные ресурсы.

Сброс всех видов неочищенных сточных вод промышленными, сельскохозяйственными и коммунальными объектами, а также производственных, коммунальных и других видов отходов и отбросов в водоемы водоохранной зоны оз. Байкал запрещен. Все ёмкости для сточных вод на побережье озера должны быть обеспечены надежной противофильтрационной защитой.

Судам и иным плавсредствам, плавающим по Байкалу и впадающим в него рекам, запрещено сбрасывать за борт нефтепродукты, льяльные, балластные и другие виды сточных вод, а также твердые отходы и мусор. Эти сточные воды, твердые отходы и нефтепродукты принимают в установленных пунктах специальные очистные и утилизационные сооружения.

Безвозвратное водопотребление - потери воды при ее использовании в промышленности, коммунальном и сельском хозяйстве. Безвозвратное водопотребление характеризует объем воды, не возвращаемой в водоисточник.

Безвозвратные потери воды можно условно разделить на две категории:

а) необходимые потери: потери воды в составе продукта (например, при изготовлении различных строительных материалов); потери воды для приготовления долгодействующих рабочих растворов (например, растворов гальванических ванн, эмульсий, растворов электролизных ванн в металлургии и т. д.);

б) неоправданные потери воды, связанные с утечкой в трубопроводах, каналах и с естественным испарением (например, с поверхности прудов-охладителей, отстойников, водохранилищ и т. п.).

Биогенные вещества - это вещества, наиболее активно участвующие в жизнедеятельности водных организмов [14, 18, 28]. К ним относят соединения азота, фосфора, а также кремния, кальция, железа и некоторых микроэлементов.

В связи с широким применением препаратов бытовой химии в городских сточных водах значительно возросла концентрация биогенных элементов, попадание которых в водные объекты приводит к эвтрофированию. В связи с этим актуальными становятся вопросы очистки от биогенных веществ сточных вод перед сбросом их в водные объекты. Разработаны методы удаления этих веществ из сточных вод.

Для удаления соединений фосфора в основном сточные воды обрабатывают химическими реагентами для перевода растворимых форм соединений фосфора в нерастворимые. Для этого используют известь, соли алюминия и железа, а также высокомолекулярные полиэлектролиты.

Наиболее рациональная схема очистки от азотистых соединений та, которая обеспечивает полную нитрификацию аммонийного азота с последующей денитрификацией в специальных сооружениях - денитрификаторах. Такие сооружения разработаны во ВНИИ ВОДГЕО.

Большое значение имеет проведение комплекса мероприятий, направленных на предотвращение загрязнения водных объектов биогенными элементами, содержащимися в удобрениях. Для этого в первую очередь необходимо: строго определять нормы внесения удобрений; применять удобрения в виде гранул, а также вносить их только по площади питания растений, что обеспечивает их оптимальную дозировку и снижает вымывание; складировать удобрения на временных полевых площадках с соблюдением технических правил (площадки должны быть горизонтальными во избежание смыва удобрений при дождях); не оставлять на полях удобрения в неиспользованном виде; снижать применение водорастворимых удобрений в зонах с большим количеством осадков; создавать около водных объектов лесные полосы, являющиеся естественным барьером, предотвращающим смыв удобрений с полей; соблюдать установленные требования при подкормке растений с самолета (скорость ветра, дозировку высева, высоту полета и т. д.).

Биохимическое потребление кислорода (БПК) - потребление в воде кислорода органическими веществами. О наличии в воде легкоокисляемых органических веществ судят по величине БПК. Убыль кислорода в этом случае обусловливается протекающими в воде биохимическими процессами, приводящими к распаду (минерализации) в первую очередь нестойкого органического вещества. В практике биологическое потребление кислорода чаще всего определяют в течение 5 суток - БПК₅, но можно определять и БПК₂, БПК₃, БПК₁₀ и т. д.

В водах, загрязненных хозяйственно-бытовыми стоками, минерализация нестойких органических веществ заканчивается примерно за 10 дней, и их стабилизация наступает на 20-е сутки, причем этот процесс вначале идет быстро, затем замедляется. За первые 5 суток (БПК₅) расход кислорода составляет около 60 ... 80% полного его биохимического потребления, за 10 суток - около 90%, за 20 - 99%, поэтому БПК₂₀ считается полным (БПК_полн), хотя минерализация части стойких органических веществ не заканчивается и через 20 суток. Чем больше содержится в воде органических веществ (т. е. чем выше окисляемость), тем выше показатель биохимического потребления кислорода. Наличие в воде веществ, вступающих в реакцию с растворенным кислородом, завышает показатель БПК, а наличие веществ, тормозящих биохимические процессы, занижает его.

Природные воды имеют невысокие показатели БПК. Обычно их БПК₅ не превышает 0,5 ... 2 мг/л. Более высокие показатели БПК указывают на загрязнение природных вод.

Методы определения БПК различаются в основном способом введения в пробу воды отмеренного количества кислорода: к ним относятся манометрический метод - уменьшение давления в сосуде, вызванное убылью кислорода в процессе биологического окисления (замеряется манометром); метод разбавления - разбавление водой, насыщенной кислородом воздуха или чистым кислородом; кулонометрический метод - израсходованный в процессе биологического окисления кислород пополняют электролитическим путем, причем количество кислорода определяют по количеству затраченного электричества. Созданы автоматические аппараты, позволяющие получать кривые биохимического потребления кислорода во времени.

Вода - химическое соединение водорода с кислородом [26, 29, 40, 42]. Состоит она из 11,11% водорода и 88,89% кислорода (по массе). При образовании воды с одним атомом кислорода соединяются два атома водорода.

Все природные воды различны. В каждой реке, каждом озере, болоте, море своя вода. Все эти воды представляют собой газовые или газосолевые растворы различного состава, причем состав этот легко меняется при смешивании воды, при переходе из одного состояния в другое, даже при изменении температуры. Вода может находиться в твердом, жидком и газообразном состояниях.

В молекуле воды атомы кислорода и водорода расположены по углам равнобедренного треугольника (при вершине находится атом кислорода, а в углах при основании - по атому водорода). Вследствие того что оба атома водорода смещены в одну сторону от атома кислорода, молекулы воды характеризуются значительной полярностью, т. е. неуравновешенностью положительных и отрицательных электрических зарядов. Сторона молекулы с атомом кислорода имеет некоторый избыток отрицательного заряда электричества, а сторона, в которой находятся атомы водорода - избыток положительного заряда. Полярность и некоторые другие силы обусловливают способность молекулы воды объединяться в ассоциации (по нескольку вместе). Простейшую формулу Н₂О имеет молекула парообразной воды (гидроль).

Молекула воды в жидком состоянии представляет собой объединение преимущественно двух простых молекул (Н₂О)₂ (дигидроль), в твердом (лед) - объединение трех простых молекул (Н₂О)₃ (тригидроль). Во льду обычно преобладают молекулы тригидроля, имеющие наибольший объем, простых, необъединившихся молекул нет. В парообразном состоянии при температуре свыше 100 °С вода состоит главным образом из молекул гидроля, так как значительная скорость движения молекул при этой температуре нарушает ассоциацию (объединение) молекул. В жидком состоянии вода представляет собой обычно смесь гидроля, дигидроля и тригидроля, соотношение между которыми меняется с изменением температуры.

Особенности структуры воды обусловливают возникновение аномалий, важнейшие из которых следующие: 1) объем воды при увеличении температуры от 0 до 4 °С уменьшается (плотность возрастает), а свыше 4 °С увеличивается; 2) при замерзании объем воды увеличивается, вследствие чего плавание льда сопровождается сжатием; 3) при повышении давления температура замерзания воды понижается; 4) плавление льда сопровождается аномально большим увеличениием удельной теплоемкости (с 2,0 до 4,2 кДж/г×град при 0 °С); 5) очень большая удельная теплоемкость, которую при 15 °С принимают равной 4,2 Дж/г×град. Аномальны также зависимости скрытой теплоты плавления, удельной теплоемкости от температуры и некоторые другие свойства.

Указанные свойства воды играют огромную роль в природе. Например, влажные воздушные массы, поступающие из более теплых, южных, широт в более холодные, северные, выделяют дополнительное количество тепла в результате перехода воды из газообразного в жидкое, а потом твердое состояние. Наоборот, таяние льда, принесенного рекой с расположенных севернее верховий, вызывает значительное понижение температуры, вплоть до заморозков. Замерзшая в трещинах влага разрушает твердые скалы.

Вода обладает высоким поверхностным натяжением, а также смачиванием, т. е. способностью прилипать к поверхности многих твердых тел, высоко подниматься по капиллярам. С этим связаны многие особенности циркуляции воды в почве, образование различных пленочных вод, движения соков в растениях, кровообращение.

Важное свойство воды - ее способность растворять тысячи различных веществ, поэтому в океанах и морях, в озерах и реках, в подземных водах в том или ином количестве обнаружены почти все или даже все известные науке химические элементы.

Вода взаимодействует со многими веществами, иногда достаточно бурно, например с выделением тепла. При этом происходит химическое или физическое связывание воды. Связи получаются различной прочности; подчас для их разрушения достаточно небольшое изменение температуры или каких-либо других внешних условий, поэтому вода в одном месте может растворять вещества горных пород, а в другом их отлагать.

Природная вода содержит так называемую тяжелую воду D₂О, молекулы которой состоят из двух атомов дейтерия, или "тяжелого" водорода D, являющегося изотопом обыкновенного водорода. Тяжелая вода как примесь в природной воде содержится в очень малом количестве (1 часть на 500 частей). По биологическому действию она существенно отличается от обыкновенной: в небольших концентрациях стимулирует жизнедеятельность организмов, а в больших - замедляет. Получить тяжелую воду можно путем электролиза обычной воды.

Тяжелая вода с каждым годом находит все более широкое применение. В химических, биологических и других научных исследованиях ее применяют как "меченую" воду и исходное вещество для получения соединений с "меченым" водородом. Применяют ее в качестве эффективного замедлителя нейтронов в ядерных реакторах, предназначенных для получения различных видов энергии.

Водные ресурсы - запасы поверхностных и подземных вод какой-либо территории [21, 22, 46]. Имея в виду относительно небольшой объем используемой подземной и заключенной в озерах воды, под водными ресурсами крупных территорий и государств обычно понимают лишь величину годового стока рек. Водные ресурсы отдельных регионов и экономических районов оценивают с учетом запасов вод подземных и аккумулированных в озерах.

В гидрологии различают понятия запасы и ресурсы.

Термин ресурсы применяют для характеристики количества подземных вод и подземного стока, которые обеспечиваются питанием в процессе круговорота воды на Земном шаре (естественных ресурсов подземных вод), а термин запасы - для характеристики общего объема подземных вод в земной коре в пределах рассматриваемого района.

Эксплуатационными ресурсами подземных вод называют расход подземных вод, который можно обеспечить для водопотребления в течение неограниченно долгого времени при соблюдении норм качества воды. Вследствие того, что при откачках понижается уровень подземных вод, усиливается фильтрация их из рек, происходит перетекание из других водоносных горизонтов, уменьшается испарение с поверхности грунтовых вод и пр.

На территории СССР ежегодно выпадает около 11 тыс. км³ осадков (в виде пара в атмосфере всего 220 км³ влаги); 40% из них формируют речной сток, основная часть которого стекает в океан и примерно 4% - в крупные замкнутые водоемы.

Возобновляемый речной сток составляет около 4700 км³ в год. Около 330 км³ (6,7%) притекает из зарубежных стран; за пределы страны уходит около 20 км³. Наиболее устойчивая, гарантированная величина стока, которая может быть использована для практических целей без регулирования рек водохранилищами, составляет около 1,6 тыс. км³ в год, или 34% суммарных водных ресурсов.

На территории СССР протекает примерно 2,9 млн. рек различной величины. Большая часть речных вод (77%) сосредоточена в 32 крупных реках со средним расходом воды более 500 м³/с.

Для равнинных рек в районах избыточного увлажнения, где осадки превышают испарение, максимальная величина водных ресурсов в бассейне совпадает с их величиной в устье. Сток рек, формирующихся в зоне избыточного увлажнения и переходящих затем в аридные районы, в устье меньше его величины в бассейне вследствие естественных потерь на испарение и фильтрацию. Потери стока в южных районах европейской части СССР составляют примерно 35 км³ в год. Наиболее значительны потери стока в бассейнах Амударьи и Сырдарьи; общая величина их составляет 60 км³ в год. Общая величина учтенных естественных потерь стока в руслах рек составляет более 100 км³ в год, т. е. примерно 2% суммарных водных ресурсов страны.

В бассейнах отдельных рек ежегодные колебания стока могут достигать значительных величин. Степень колебания стока рек зависит от общей увлажненности района. В равнинных избыточно или достаточно увлажненных районах сток рек в многоводные годы достигает 130 ... 150% его среднего значения, а в маловодные снижается до 50 ... 70%. В сухих и засушливых районах в многоводные годы сток увеличивается в 2 ... 4 раза, а в маловодные снижается до 3 ... 4% среднего многолетнего значения.

На территории страны находится 2850000 озер. Суммарная площадь озер составляет около 500 тыс. км², или 2% территории страны. Более 95% озер - пресные. Основная масса озерных вод находится в трех крупнейших водоемах озерах - Байкале, Ладожском и Иссык-Куле, где сосредоточено 97% озерных вод.

Естественные ресурсы подземных вод составляют 1100 км³/год, или около 24% суммарного речного стока. Эксплуатационные ресурсы пресных и слабосолоноватых подземных вод, за исключением вод в слабо изученных районах Сибири и Дальнего Востока, составляют примерно 340 км³/год. Прогнозные эксплуатационные ресурсы подземных вод распределены по территории страны неравномерно. Эксплуатационные запасы, характеризующие водообеспеченность отдельных крупных водопотребителей, на 1 января 1975 г. утверждены Государственной комиссией по запасам полезных ископаемых в объеме около-48 км³/год.

Для водоснабжения используют лишь около 5% запасов подземных вод, т. е. в целом по стране есть значительные резервы увеличения водоотбора этих вод.

Водный баланс - соотношение за какое-либо время (год, месяц, декаду и т. д.) прихода, расхода и аккумуляции (изменения запаса) воды речного бассейна или участка территории, озера, болота или любого другого исследуемого объекта. В общем случае учету подлежат атмосферные осадки, конденсация влаги, горизонтальный перенос и отложение снега, поверхностный и подземный притоки, испарение, поверхностный и подземный стоки, изменение запасов влаги в почвогрунтах и др.

В отдельных случаях нет необходимости в детальном счете всех составляющих баланса. Например, если водобалансовые расчеты ведут применительно к достаточно большим объемам воды, можно не учитывать конденсацию из-за ее относительно небольшой величины.

Со всей территории суши Земного шара (в пределах среднего многолетнего годового водного баланса) испаряется количество воды, равное количеству выпадающих осадков минус речной сток. Для отдельных водных объектов и для более коротких периодов при составлении водных балансов возникает необходимость учета составляющих прихода-расхода влаги более детально, применительно к конкретным условиям поступления и расходования влаги. Например, в водном балансе водохранилищ, помимо притока, осадков и испарения, существенное значение могут иметь: сбросы воды через сооружения гидротехнического узла (ГЭС, шлюзы, плотины), водозабор из водохранилища, фильтрация в нижний бьеф в створе гидротехнического сооружения, объем воды, заключенной во льду и снеге, которые оседают в мелководных частях водохранилища зимой и всплывают весной при наполнении водохранилища; временные потери на фильтрацию воды в берега водохранилища и возврат этих вод при изменяющихся уровнях воды в водохранилище. В годовом периоде такие составляющие баланса, как потери на льдообразование и фильтрацию в берега водохранилища, компенсируются противоположно направленными процессами, потому в годовом балансе они не отражаются.

Водный кадастр - систематизированный свод сведений о водных ресурсах страны, включающий: 1) районные справочники по водным ресурсам СССР; 2) материалы о режиме рек; 3) сведения об уровне воды.

Организации Госкомгидромета СССР ежегодно издают гидрологические ежегодники и материалы наблюдений специализированных станций за водными ресурсами. Впервые водный кадастр был подготовлен в 1933-1940 гг. Государственным гидрологическим институтом. Он явился крупной работой, обобщающей все имевшиеся к тому времени материалы гидрологических наблюдений и исследований, способствовал улучшению планирования и проектирования водохозяйственных мероприятий в стране и обеспечил необходимыми данными разработку схем эксплуатации водохозяйственных комплексов и гидротехнических сооружений. Впоследствии были накоплены новые материалы наблюдений и исследований водных объектов СССР, существенно повысился уровень научных разработок, увеличились требования народного хозяйства к гидрологическим данным. Это обусловило необходимость создания нового водного кадастра, разработка которого была начата в 1960 г.

Новый водный кадастр, охватывающий всю территорию СССР, состоит из трех серий, каждая из которых делится на несколько десятков выпусков.

I серия - "Гидрологическая изученность". Каждый выпуск содержит перечень водных объектов определенной территории и их морфологические характеристики, сведения о стационарных наблюдениях за отдельными элементами водного режима рек и озер и о проводившихся экспедиционных исследованиях.

II серия - "Основные гидрологические характеристики", содержащие тщательно проанализированные табличные материалы с пояснениями, относящимися к режиму рек, озер и водохранилищ. Таблицы составлены по данным наблюдений на сети Госкомгидромета СССР и других ведомств.

III серия - "Водные ресурсы". Это многотомное издание, содержащее рекомендации для проектных и водохозяйственных организаций по расчету гидрологических характеристик. Эти рекомендации основаны на научном анализе и обобщениях данных наблюдений сети станций и постов Госкомгидромета, а также специальных экспериментальных и экспедиционных исследованиях.

Водопользование - использование водных ресурсов без изъятия их из водных объектов. К водопользователям, например, относятся гидроэнергетика, водный транспорт, рыбное хозяйство. Водопользование не связано непосредственно с отбором воды из используемых водных объектов, но его нельзя рассматривать в отрыве от нужд водопотребления, так как в интересах водопользователя изъятие воды на водопотребление может быть ограничено.

Водопользователи предъявляют определенные требования к режиму стока и качеству водных ресурсов в зависимости от тех функций, которые вода выполняет при ее использовании, и в свою очередь часто влияют на оба эти показателя. Так, создание водохранилищ для нужд гидроэнергетики изменяет режим стока, температурный, гидробиологический и гидрохимический режимы водной массы водотока. Использование водных ресурсов водным транспортом, рекреационным маломерным флотом, лесосплавом может повлечь за собой загрязнение воды.

Водопотребление - использование водных ресурсов вне водных источников. Водопотребление сопровождается уменьшением количества воды в водных объектах. К водопотребителям относятся такие отрасли, как промышленность, сельское и коммунальное хозяйство, прудовое рыбоводство и т. д. Водопотребители, как правило, должны обеспечиваться водой в первую очередь. При этом в каждом конкретном случае распределять водные ресурсы между различными отраслями народного хозяйства следует с учетом результатов технико-экономических расчетов.

Водохозяйственные балансы - количественное сопоставление водных ресурсов с потребностями воды в пределах какого-либо экономического района или физико-географического региона. Водохозяйственные балансы обычно составляют для условий среднего по водности и маловодного (обеспеченностью до 95%) года. Приходную часть водохозяйственного баланса устанавливают по материалам гидрометрических измерений и их обобщений в форме карт стока и др., а расходную - на основании оценки водопотребления промышленностью во всех ее формах, тепловой энергетикой, городским и сельским водоснабжением, орошением и обводнением земель с учетом потерь воды на испарение с поверхности прудов и водохранилищ и фильтрацию.

Водохозяйственный кадастр - систематизированный свод сведений о водных ресурсах, увязанных с задачами, размерами и формами использования вод в различных областях водного хозяйства. Один из возможных вариантов составления водохозяйственного кадастра в трех частях:

часть I - отраслевые кадастры: водно-энергетический, ирригационный, водно-транспортный, лесосплавной, водоснабжения;

часть II - сведения о фактическом использовании водных ресурсов для различных отраслей водного хозяйства и о ближайших перспективах использования вод;

часть III - сводка в форме водохозяйственных балансов с оценкой водообеспеченности и потребности в воде.

Гидросфера - прерывистая водная оболочка Земного шара, расположенная на поверхности и в толще земной коры и представляющая собой совокупность океанов, морей и водных объектов суши (рек, озер, болот, подземных вод), включая скопления воды в твердой фазе (ледника) [47].

Приближенно можно считать, что запасы воды, пригодной для использования без проведения специальных мероприятий, составляют около 5 ... 6 млн. км³, что равно 0,3 ... 0,4% объема всей гидросферы, т. е. объема всей свободной воды на Земле.

Двойное регулирование водного режима - сочетание осушения с регулярной подачей воды в оросительную систему в нужные моменты в соответствии с потребностями растений для регулирования их водного режима на осушаемых площадях [1, 39, 60]. При таком регулировании подача воды в период засух обеспечивает необходимый водный режим растений, в избыточно влажные периоды исключает высокий подъем уровня грунтовых вод и не нарушает правильные микробиологические процессы и аэрацию в почве.

Орошение на осушаемых землях служит средством: 1) поддержания нужной влажности при наступлении засушливых периодов; 2) усиления газообмена в дренированной почве; 3) снабжения почвы и растений веществами, содержащимися в оросительной воде (взвешенными и растворенными).

Способы орошения на осушаемых землях:

1. Повышение влажности почвы подачей в нее свежей оросительной воды из какого-либо водоисточника (поверхностным или подземным способом).

2. Прекращение дренажа и использование накапливающихся дренажных вод (вместо отвода их в водоприемник) на заболоченных землях грунтового питания для повышения влажности дренированной почвы, причем и в этом случае дренирования почва может увлажняться поверхностным или подпочвенным орошением.

Преимущество введения в почву воды извне состоит в том, что почве дается свежая, богатая кислородом и илом вода. При подаче дренажной воды используют питательные вещества, вымываемые дренажными водами, вследствие чего можно применять комбинированную подачу свежей и дренажной воды.

При подпочвенном орошении воду из распределительного канала подают не на поверхность почвы, а в заложенные на определенной глубине от поверхности дрены. При поверхностном орошении дренированных земель вода на участок подается главным распределителем, который через распределители второго порядка питает временные оросители или дождевальные машины.

Детергенты (моющие средства) - технические препараты, применяемые в водных растворах для отмывания загрязнений с поверхности различных материалов [45, 50]. В состав синтетических моющих средств в качестве активной основы входят поверхностно-активные вещества и различные добавки: щелочные и нейтральные электролиты, перекисные соединения, вещества, препятствующие ресорбции загрязнений. Применяемые поверхностно-активные вещества делят на четыре основных класса: анионоактивные, катионоактивные, нейоногенные, амфотерные.

Детергенты, попадая со сточными водами в водные объекты, вызывают вспенивание, ухудшают органолептические свойства воды, нарушают процессы кислородного обмена, токсически действуют на фауну. Они затрудняют процессы биологического окисления органических веществ и таким образом препятствуют биологической очистке сточных вод.

В ряде европейских стран приняты законодательные меры, запрещающие производство и применение биологически "жестких" веществ, т. е. продуктов, разлагающихся в сооружениях биохимической очистки сточных вод менее чем на 80%. Как показывает отечественный и зарубежный опыт, замена производства биологически "жестких" детергентов выработкой "мягких" в значительной степени снижает их содержание в водоемах. Однако только замена одних веществ другими - недостаточная мера в борьбе с загрязнением водоемов. Она может быть эффективной только в том случае, если сточные воды будут подвергаться должной биологической очистке.

При недостаточной эффективности работы сооружений биохимической очистки сточных вод, содержащих детергенты, рекомендуется дополнительная их очистка, введение двухступенчатой биохимической очистки, дополнительная очистка в биологических прудах, аэрация с последующим удалением образующейся пены и другие методы.

Загрязнение поверхностных вод - изменение состава или свойств вод под прямым или косвенным влиянием производственной деятельности и бытовых условий населения, в результате чего становятся непригодными для одного или нескольких видов водопользования [24, 25, 43].

Большое количество природных растворимых и нерастворимых загрязняющих веществ поступает в водные объекты весной с паводковыми водами. Это растительные остатки, продукты размыва берегов, мусор, некоторые вещества, вымываемые из почв и т. д.

Много взвесей и других загрязняющих веществ может поступать в водоемы со стоками во время дождей, оттепелей.

В результате деятельности человека в водные объекты поступает большое количество различных веществ в жидком, твердом, коллоидном и эмульгированном состоянии. Кроме того, некоторые вещества в газообразном виде выбрасываются в атмосферу, а затем с осадками поступают в водные объекты. Все загрязняющие воду вещества можно разделить на следующие основные группы: бытовые, промышленные, от водного транспорта, от лесосплава, ядохимикаты, удобрения, поверхностно-активные и радиоактивные.

Под влиянием загрязняющих веществ в водных объектах происходят первичные, вторичные и третичные изменения.

Первичные изменения возникают при прямом воздействии загрязняющих веществ на водные объекты. Выражаются они в изменении физико-химических и биологических свойств воды, ее состава, температуры, газового режима и других условий обитания гидробионтов.

Первичные изменения в дальнейшем усиливаются сложной цепью вторичных изменений, возникающих при взаимодействии загрязняющих веществ друг с другом или с составными частями воды, в результате чего образуются новые вещества, отрицательно влияющие на водные организмы. Могут гнить и бродить донные отложения с образованием токсических веществ, усиливаться или ослабляться ход биохимических процессов в воде и грунтах и процессы самоочищения воды и минерализации и т. д. Все это приводит к дальнейшему ухудшению гидрохимического режима и невозможности использования воды для питьевых, культурно-бытовых целей, технического водоснабжения, а также к резкому ухудшению условий обитания водных организмов.

Следствие этого - третичные изменения. Нарушается сложный комплекс взаимосвязей гидробионтов с внешней средой и взаимоотношения между обитающими в водоеме организмами, может нарушаться весь жизненный цикл их развития, начиная с оплодотворения и кончая половозрелыми формами. Начинают распадаться биоценозы вследствие изменения чувствительных к загрязнению организмов и замены их малочувствительными. Все это приводит обычно к понижению биологической продуктивности водоемов, а порой и к полному уничтожению рыбных запасов.

Замкнутый цикл водоиспользования (ЗЦВ) - многократное использование воды в одном и том же производственном процессе без сброса сточных вод в водные объекты [15, 49, 56].

На многих предприятиях страны ЗЦВ уже внедрены или находятся в стадии внедрения. Основные научно-исследовательские и технические разработки по этой проблеме сделаны для наиболее водоемких отраслей народного хозяйства: химической, целлюлозно-бумажной и нефтеперерабатывающей промышленности. На отдельных объектах этих отраслей разработаны проекты ЗЦВ. Так, практически бессточные схемы водопользования внедрены на Львовской и Суоярвской картонных фабриках Минбумпрома, I очереди Первомайского химкомбината Минхимпрома, в цехе холодного проката Верх-Исетского металлургического завода Минчермета СССР, на Кременчугском и Лисичанском нефтеперерабатывающих заводах Миннефтехимпрома СССР, Акмянском цементно-шиферном комбинате Минпромстроя СССР, Верхнеднепровском горнометаллургическом комбинате Минцветмета СССР. Внедрение на этих предприятиях бессточных схем с использованием отработанных вод в системах оборотно-повторного технического водообеспечения позволило резко сократить расход свежей воды, полностью исключить сброс производственных стоков.

Земледельческие поля орошения (ЗПО) - специальные мелиоративные системы для приема предварительно очищенных сточных вод в целях использования их для орошения и удобрения сельскохозяйственных угодий, а также для дополнительной очистки в естественных условиях [13, 23, 54].

ЗПО вместе с накопительными емкостями и биологическими прудами - комплексные водохозяйственные объекты, предназначенные для круглогодового приема всего запроектированного количества сточных вод. ЗПО создают для повышения урожайности сельскохозяйственных культур, повышения плодородия почвы, вовлечения в сельскохозяйственный оборот малопродуктивных земель, а также для дополнительной очистки сточных вод, в результате чего достигается защита водных ресурсов от загрязнения. На ЗПО возделывают технические, зерновые и кормовые культуры, а также древесно-кустарниковые насаждения.

ЗПО могут быть трех видов: 1) с круглогодовым приемом сточных вод и круглогодовым орошением (на легких, хорошо фильтрующих почвах); 2) с круглогодовым приемом сточных вод в регулирующие емкости и орошением сельскохозяйственных культур только в вегетационный период; 3) с приемом сточных вод и орошением только в вегетационный период.

При выборе способа и техники полива сточными водами учитывают их вид и химический состав, почвенно-мелиоративные и климатические условия, состав и режим орошения сельскохозяйственных культур, размеры орошаемой площади и ее рельеф, условия поливов (вегетационные, круглогодовые), возможность механизации и автоматизации полива и санитарные и водоохранные требования.

Для орошения сельскохозяйственных культур на ЗПО допускаются хозяйственно-бытовые, производственные (от промышленных и сельскохозяйственных предприятий) и смешанные сточные воды. Перед подачей на ЗПО сточные воды городов, районных центров, рабочих поселков подвергают механической И биологической очистке. Для сточных вод малых населенных пунктов с расходом до 1 тыс. м³ воды в сутки временно допускается очистка в двухъярусных отстойниках и биологических прудах. Производственные сточные воды перед подачей на ЗПО в случае необходимости, предварительно учитывая характер производства и состав образующихся сточных вод, очищают в специальных сооружениях путем локального извлечения вредных для человека веществ, почвы, растений, путем нейтрализации кислых и щелочных вод или путем изменения технологии производства и замены применяемых токсичных веществ безвредными.

Проект сооружений предварительной очистки сточных вод составляют в комплексе с проектом ЗПО, учитывая их задачи. При построенных или строящихся очистных сооружениях проект ЗПО составляют отдельно.

Ирригация (орошение) - агротехнический прием, направленный на получение высоких и устойчивых сельскохозяйственных культур путем искусственного увлажнения почвы в нужные сроки [5, 53].

В зонах неустойчивого и недостаточного увлажнения страны расположено около 65% всех земледельческих площадей, в том числе свыше 64% пашни, около половины всех сенокосов и свыше 90% пастбищ. Эти зоны характеризуются частыми засухами, вероятность которых колеблется от 30% у северной границы до 100% У южной. Общий недостаток водопотребления для зерновых культур в среднесухой год составляет 48 ... 80%. Нормальное развитие сельского хозяйства здесь невозможно без орошения. Орошение необходимо для выращивания хлопчатника, риса, овощей, трав, зерновых культур, фруктов и винограда.

По биоклиматическому потенциалу, т. е. совокупности всех благоприятных природных факторов, положительно влияющих на урожайность сельскохозяйственных культур, СССР находится в худших условиях по сравнению с европейскими странами и США. Это свидетельствует о необходимости осуществления мелиоративных мероприятий и в первую очередь расширения орошаемых площадей.

Для орошения устраивают оросительные системы. Орошение улучшает тепловой режим почвы и стимулирует микробиологические процессы в ней. Орошение, особенно дождеванием, значительно улучшает микроклимат приземного слоя воздуха. При орошении хорошо развивается корневая и надземная части растений, резко улучшается процесс ассимиляции и питания растений, что значительно повышает урожай.

Источниками орошения могут быть воды рек, естественных озер, воды, собираемые в водохранилища, а также подземные. Основные требования орошения к водоисточнику: а) обеспеченность необходимым количеством воды для поливов сельскохозяйственных культур в оросительный период; б) необходимое качество оросительной воды (не допускается содержание в ней более 0,5% солей хлора, сернокислых соединений и соды); в) возможность устройства экономичного и прочного водозаборного сооружения.

При расположении оросительной системы на уровне ниже горизонта воды в источнике орошения вода поступает в магистральный канал самотеком по уклону местности. Такие системы называются самотечными; они наиболее экономичны. Самотечными оросительными системами являются и такие, в которых горизонт воды в источнике искусственно поднят плотиной для того, чтобы оросительная вода самотеком поступала в систему орошения. Если орошаемый массив находится выше горизонта воды в источнике, водозабор осуществляется насосной станцией. Такие оросительные системы называются системами с механическим водоподъемом.

Закрытые оросительные системы - это системы с механической подачей воды в закрытую сеть [5, 53]. В систему такого типа оросительную воду подают насосные агрегаты под напором; вода поступает в сеть трубопроводов, из которых ее забирают дождевальные машины или другие поливные устройства (гибкие или жесткие поливные трубопроводы, поливные машины и т. п.). Вода от источника орошения к насосным станциям чаще всего подводится по открытому каналу.

Закрытые оросительные системы в зависимости от конструкции сети делятся на стационарные, полустационарные, передвижные.

Существуют закрытые оросительные системы с сосредоточенным напором. Это системы, у которых напор создается в одной точке - в голове системы при помощи насосных агрегатов ("Фрегат", "Волжанка") и с рассредоточенным напором, когда напор создается в нескольких точках (дождевальные агрегаты ДДН и ДДА).

Орошение характеризуется наибольшим безвозвратным водопотреблением, величина которого достигает 70% общего количества воды, забираемого для орошения из различных источников. При поливе по бороздам непродуктивно теряется до 40% подаваемой на поле воды, при поливе с помощью управляемых поливных трубопроводов и дождевальных машин - до 20%, а при внутрипочвенном - до 10%. Важную водоохранную роль играет комплекс мер для уменьшения расходов воды на орошение. К их числу относятся: разработка и внедрение, наиболее рациональных режимов орошения в сочетании с агротехническими мероприятиями для различных культур в зависимости от природных условий; максимальная экономия оросительной воды и всемерное сокращение ее непроизводительных потерь путем противофильтрационных покрытий, применения; стационарных и передвижных дождевальных установок с малой интенсивностью "дождя", систем капельного орошения; автоматизированное управление и т. д.

Искусственно восполняемые запасы подземных вод - перевод части поверхностного стока в подземный для пополнения запасов подземных вод. Их широко применяют и для защиты подземных вод, так как они позволяют значительно сократить размеры депрессионных воронок и предотвратить попадание загрязненных подземных вод в водозаборы. Уже загрязненные водозаборы можно реставрировать путем создания обратных гидравлических уклонов в подземном потоке и отвода загрязненных вод за пределы депрессионной воронки.

Искусственно подземные воды восполняют, создавая инфильтрационные сооружения (бассейны) в районах, где есть источник пресных вод и подходящие геолого-гидрологические условия для проведения этого мероприятия. Искусственное восполнение запасов подземных вод целесообразно прежде всего на участках действующих крупных водозаборов, а также в пределах геологических структур, благоприятных для подземного магазинирования. Магазинирование поверхностных вод в природных емкостях заключается в пополнении запасов подземных вод весной и расходовании их в течение остальных сезонов. Пополнение подземных вод фильтрацией из рек имеет еще один положительный аспект: при фильтрации к водозабору загрязненные речные воды самоочищаются.

В ряде случаев целесообразно подпитывание подземных вод на прямотоке путем строительства подпитывающих каналов и бассейнов. Перераспределения стока во времени, как при магазинировании, в данном случае не происходит.

Доля искусственных запасов подземных вод в общем использовании подземных вод составляет в ФРГ 30%. в Швейцарии 25, в США и Голландии 24, в Швеции 19, в Англии 12%. Искусственное восполнение осуществляют и в нашей стране. Первые шаги в этом направлении сделаны в гумидных районах.

Наиболее характерные установки искусственного восполнения: водозабор "Балтазерс" (г. Рига), "Эйгуляй" (г. Каунас), "Магала" (г. Черновцы), "Абашевский" (г. Новокузнецк), "Инкерман" (г. Севастополь), Килабрайский (г. Алмалык), в гг. Асбесте, Курске, Вильнюсе, Туапсе, Речице, Сочи, Ивано-Франковске и др.).

Искусственное вызывание дождя - вызывание осадков в виде дождя из облаков при помощи реагентов. Для решения этой проблемы в нашей стране и за рубежом проводятся многочисленные исследования.

Каждое облако не просто тратит накопленный запас воды, а служит своего рода генератором влаги, преобразующим водяной пар в капли воды или кристаллы льда. Облако, из которого выпадает слабый дождь, обычно состоит только из мелких водяных капель. При сильном дожде туча в своей нижней части несет дождевые капли, в средней - капли переохлажденной воды, в верхней - ледяные кристаллы. В туче происходит непрерывный процесс слияния и укрупнения капель. От смерзания и намораживания новых прослоек льда градины укрупняются, тяжелеют, падают вниз облака, где тают и в виде крупного дождя падают на землю. В природе это происходит при сильных восходящих потоках, которые поднимают облачные массы в высокие слои атмосферы, где круглый год низкие температуры.

Но можно охладить облако и создать массу ледяных ядер искусственно. Для этого облака "засеивают" с самолета или специальными устройствами сухим льдом (его температура около минус 80 °С). Сухой лед дробится особым способом на мельчайшие кристаллики. В 1 кг сухого льда содержится 10¹² частичек твердой углекислоты. Облако "засеивают" сверху. Частички вызывают образование мириадов снежинок, градинок, которые выпадают в виде осадков. Чем больше посеять охлаждающих веществ, тем интенсивнее будут осадки.

Каспийское море (проблемы) - внутренний водоем, не связанный с Мировым океаном [22, 27]. Площадь его 394 тыс. км², объем 77 тыс. км³, средняя глубина - 180 м, наибольшая глубина - 980 м.

Разнообразие геологических процессов, формировавших впадину Каспийского моря, обусловило богатые месторождения нефти по берегам и под дном Каспийского моря.

В Каспийское море впадает свыше 130 рек, в том числе Волга. Оно ежегодно получает свыше 3000 км³ пресной воды, которая изменяет солевой состав морской воды, влияет на распределение солености и уровень моря. Вода Каспийского моря имеет своеобразный химический состав и отличается от океанской пониженным содержанием хлоридов и повышенным содержанием сульфатов и карбонатов, но все же хлориды в ней преобладают, и количество их значительно больше, чем в речной воде, сульфатов и карбонатов меньше.

Каспийское море - это солоноватоводный водоем, соленость которого в 3 раза меньше солености океана и составляет в среднем 13‰. Распределение солености в толще Каспийского моря чаще всего однообразно от поверхности до дна. Наиболее заметно соленость изменяется по вертикали в зонах сильного влияния речного стока.

Море получает много солнечного тепла, но огромное его протяжение по меридиану и разные глубины обусловливают различную степень нагревания и, следовательно, особенности распределения температуры воды.

В связи с тем что соленость Каспийского моря однообразна, а температура изменчива, плотность воды зависит в основном от температуры: осенне-зимнее охлаждение увеличивает плотность воды на поверхности и тем самым вызывает вертикальную циркуляцию, весенне-летний прогрев, напротив, уменьшает плотность поверхностных вод и препятствует перемешиванию верхних слоев моря. В эти сезоны конвекция продолжается только в глубоких слоях.

С вертикальной циркуляцией воды непосредственно связано распределение в ней кислорода и биогенных веществ. Самое высокое содержание кислорода в поверхностных слоях наблюдается зимой, самое низкое - летом. С распределением кислорода хорошо согласуется распределение биогенных веществ. Вертикальная циркуляция воды обеспечивает поступление питательных веществ из глубинных слоев к поверхностным. Вследствие этого здесь развиваются мельчайшие животные и растительные организмы, которые служат пищей для рыбы. С местами скапливания таких организмов совпадают основные промысловые районы Каспийского моря.

Общность происхождения южных морей (Аральского, Азовского, Черного и Каспийского) определила большое сходство их ихтиофауны. В Каспийском море насчитывается около 300 видов и подвидов рыб, много эндемичных и реликтовых форм, пресноводных и полупроходных рыб, что обусловлено историей развития моря и тем, что в него впадает одна из крупнейших и многоводных рек - Волга. Основные объекты промысла - осетровые, лососевые, крупночастиковые, сельдевые. К специфическим видам относится каспийский лосось. Характер климатических процессов над Евразией определяет в бассейне Каспийского моря количество осадков, от которых зависит величина речного стока, главным образом стока Волги. В результате интенсивного сокращения речного стока произошло резкое понижение уровня Каспийского моря. Понижение естественной увлажненности в 1933-1940 гг. и значительное увеличение безвозвратного потребления воды народным хозяйством в бассейне Каспия - основные причины проявившейся в последние 40 ... 60 лет тенденции к снижению его уровня. Рыбопродуктивность моря находится в непосредственной зависимости от этого процесса.

Снижение уровня моря привело к высыханию нерестилищ полупроходных рыб в дельтах рек; существенно ухудшилась кормовая база. Кроме того, отрицательно повлияла на рыбопродуктивность моря его загрязненность промышленными отходами. В результате этого в составе уловов Каспийского моря произошли некоторые изменения: резко увеличился улов кильки, снизились уловы ценных рыб.

В настоящее время многое делается для восстановления рыбопродуктивности моря: созданы вододелитель в дельте Волги, рыбоводные заводы, акклиматизируется азово-черноморская фауна и т. д. Кроме рыбохозяйственных мероприятий, в перспективе планируется пополнение водных ресурсов Каспийского моря.

В планируемых мероприятиях, направленных на предотвращение падения уровня Каспийского моря, предусмотрена компенсация безвозвратного изъятия стока из рек Каспийского бассейна и уменьшение испаряющей поверхности моря. В результате сокращения испарения с акватории моря дефицит воды может быть уменьшен на 10 ... 20 км³ в год (отсечение оттока моря в залив Кара-Богаз-Гол и в северо-восточные мелководные части моря).

Каспийское море с его запасами ценных рыб - уникальный объект природы, имеющий большое значение для народного хозяйства. Для сохранения и увеличения его рыбных богатств осуществляется целый комплекс водохозяйственных и рыбохозяйственных мероприятий. Широкие мероприятия осуществляются для охраны Каспийского моря и его бассейна от загрязнения.

Кислород - важный экологический фактор, обусловливающий условия обитания организмов в природе. Снижение содержания кислорода в воде под влиянием загрязняющих веществ отрицательно сказывается на жизнедеятельности водных организмов. Рыбы, например, могут переносить кислородное голодание только в течение нескольких минут, редко - часов.

Разные организмы неодинаково реагируют на дефицит кислорода. Это зависит в основном от их видовой принадлежности, состояния и условий внешней среды.

Многие виды рыб могут существовать при концентрации кислорода в воде 1 ... 2 мг/л и ниже. Однако это не значит, что такое количество его безвредно для них. При низком содержании кислорода у рыб понижается сопротивляемость к заболеваниям, и воздействию ряда веществ, находящихся в воде в растворенном и взвешенном состоянии.

Согласно "Правилам охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами"^* в летний (открытый) период во всех водных объектах растворенного кислорода должно быть не ниже 6 мг/л в пробе, отобранной до 12 ч дня.

^* (Сборник нормативных актов по охране природы / Под ред. министра юстиции РСФСР В. М. Блинова. М., 1978, с. 304.)

Сохранение ионизированного слоя кислорода в верхних слоях атмосферной оболочки планеты (стратосфере) - также крупная экологическая проблема. В стратосфере кислород под действием ультрафиолетовой части спектра солнечных лучей постепенно преобразуется в озон. Общая масса озона сравнительно небольшая, и толщина озонной оболочки невелика, но ее значение для жизни на планете исключительно огромно. Она является экраном, защищающим биосферу от космической радиации, ультрафиолетовой части спектра лучей Солнца, способных разрушать органическое вещество.

Ученые предполагают, что в результате полетов самолетов, особенно сверхзвуковых, активно могут происходить реакции соединения кислорода с продуктами выбросов двигателей - окисью азота, свинцом, окисью углерода, другими веществами и разрушать защитный слой озона. Однако точных данных и расчетов пока нет, поэтому и на вопрос, как скоро будет израсходованный газ восполняться новыми порциями озона, наука еще не может дать ответ.

Большое значение в производстве кислорода имеют лесные насаждения. В солнечные дни 1 га леса поглощает из воздуха 220 ... 280 кг углекислого газа и выделяет 180 ... 220 кг кислорода.

Комплексное использование мелководий водохранилищ - хозяйственное освоение мелководных участков для выращивания водных кормовых растений, разведения водоплавающей птицы, организации рыботоварных ферм и звероводческих хозяйств. Мелководья с глубинами до 1 м занимают на ряде водохранилищ от 5 до 15%, а с глубинами до 2 м - до 30% (иногда и более) площади. Наиболее полно используют водохранилища при комплексном хозяйственном освоении мелководий.

Очень эффективно использование мелководий для выращивания водоплавающей птицы, в первую очередь уток, отличающихся быстрым ростом, неприхотливостью и некоторыми другими хозяйственно-полезными качествами. Наилучшие условия для выращивания уток создаются на участках с глубиной до 1 м. На 1 га водной поверхности можно одновременно выращивать 150 ... 200 птиц. При выращивании уток на участках водохранилищ, богатых естественными кормами животного и растительного происхождения, экономия кормов достигает 30 ... 40%. Затраты на организацию утиных хозяйств окупаются обычно в течение 1 года. Утиные фермы могут быть созданы почти в каждом колхозе и совхозе, расположенном на берегу водохранилища вблизи мелководных участков.

На водохранилащах, где нет резких колебаний уровня, есть условия организации звероводческих хозяйств для разведения ондатры и нутрии - ценных пушных зверей.

Основной корм ондатры и нутрии - тростник, камыш, рогоз, рдест, осока и другие водные растения, а также разнотравье прибрежных лугов. На 1 га водной площади можно содержать 15 ... 20 зверьков ондатры или нутрии. Для разведения ондатры и нутрии пригодны защищенные мелководные участки водохранилищ с богатой водной и прибрежной растительностью.

Мелководья водохранилищ могут быть использованы и для выращивания различных полезных водных растений: камыша, тростника, дикого риса.

Опыт выращивания кормовых растений на мелководьях и использования дикорастущей водной растительности есть и в СССР и за рубежом. Водную растительность в виде зеленой массы, сена, силоса, муки, пасты используют на корм животным, водоплавающей птице, а также как удобрение.

Перспективы использования мелководий в нашей стране велики как в связи с тем, что они занимают большую площадь, которая постоянно возрастает, так и в связи с тем, что затопление больших площадей сенокосов и пастбищ настоятельно требует коренного решения проблемы сохранения и увеличения кормовой базы животноводства в районах создания водохранилищ.

Среди кормовых растений, пригодных для выращивания на мелководьях водохранилищ, наибольший интерес представляет дикий рис, принадлежащий к семейству злаковых и дающий высокие урожаи зеленой массы. Растения его имеют много стеблей и листьев, достигают высоты 3 м. Зерно дикого риса и молодые побеги - питательный корм для водоплавающей птицы, зеленая масса и сухие стебли поедаются нутрией и ондатрой и могут идти на корм крупному рогатому скоту. Дикий рис можно культивировать на илистых грунтах, слабопроточных и хорошо прогреваемых водоемах, на участках, где нет волнобоя.

На мелководьях можно выращивать также другие ценные кормовые культуры (бекманию, канареечник). Можно использовать дикорастущие растения, дающие до 7000 кормовых единиц с 1 га. В ряде районов водные растения уже используют на корм скоту. Например, в совхозах и колхозах Каневского района Краснодарского края только за 1 год было скормлено птице и свиньям более 5 тыс. т ряски, рдестов, уруты, элодеи; аналогичные примеры есть в Омской, Московской и других областях.

Большой народнохозяйственный эффект может дать также рыбохозяйственное использование мелководий. Рыботоварные хозяйства создают путем отчленения мелководных заливов дамбами. На обвалованных участках с регулируемым уровнем воды можно вести высокоинтенсивное рыбное хозяйство прудового типа.

Мелководья, используемые для выращивания товарной рыбы, имеют большие преимущества по сравнению с обычными рыбоводными прудами: у них готовая акватория, не требуется подкормка рыбы, можно одновременно разводить рыб разных видов и т. д.

В некоторых случаях целесообразно обваловывать мелководья для обеспечения благоприятных условий нереста рыбы на водохранилищах, уровень которых в весенне-летний период сильно изменяется. Преимущество таких нерестилищ по сравнению с естественными - создание оптимальных условий для размножения рыб и нагула молоди. Каждый гектар нерестово-выростных хозяйств, создаваемых на водохранилищах, обеспечивает ежегодно получение дополнительно 16 ц товарной рыбы.

Круговорот воды в природе - взаимосвязанные, никогда не прекращающиеся в природе процессы испарения, конденсации, образования облаков, выпадения из них осадков и стока (поверхностного и подземного) [40, 47]. Круговорот воды происходит под влиянием солнечной радиации и силы тяжести. За счет притока солнечной энергии с поверхности Мирового океана за год испаряется примерно 448 тыс. км³, а с суши - 71 тыс. км³ воды.

Круговорот воды иначе называется влагооборотом в природе. Режим круговорота воды в современную эпоху установившийся: общая сумма осадков, выпадающих на поверхность Земного шара, равна испарению. Различают большой и малый круговороты воды в природе. При большом круговороте вода, испарившись с поверхности океана, частично возвращается в него в виде осадков, а частично переносится на сушу, где выпадает также в виде осадков и распределяется по трем основным направлениям: часть идет на поверхностный сток, часть - на просачивание в грунт (подземный сток) и часть - на испарение в атмосферу. При малом круговороте вода, испарившаяся с поверхности океана, возвращается в него в виде осадков. На суше большой круговорот воды соответствует внешнему влагообороту, т. е. обмену влагой между сушей и Мировым океаном. Суша имеет также свой внутренний влагооборот, создающийся вследствие испарения части воды, выпавшей в виде осадков за счет влаги, принесенной с океана, и повторного образования из нее осадков над сушей, а также вследствие выпадения осадков из вод местного испарения (с рек, озер, болот, влажных почв, растительного покрова и т. д.).

Некоторые элементы круговорота воды поддаются управлению человеком. Например, искусственное воздействие на процессы влагообмена в приземном слое воздуха применяют довольно широко: накопление воды в водохранилищах; уменьшение (увеличение) испарения; искусственное вызывание дождя; меры, способствующие задержанию вод (создание лесонасаждений, воздействие на почву); искусственное магазинирование подземных вод и т. д. Цель таких преобразований круговорота воды - сделать водные ресурсы доступными для хозяйственного использования, направить воду туда, где она наиболее необходима. Кроме того, необходимо стремиться ослабить или устранить неблагоприятные факторы гидрологического режима: заболачивание, высокие паводки, маловодье на реках, эрозию и др.

Лед - источник пополнения ресурсов пресной воды [12, 19]. Лед - твердая форма воды. Он имеет обычно кристаллическое, а иногда рыхлое, губчатое строение. По месту происхождения различают: лед атмосферный (снег, иней, град), лед водный, образующийся на поверхности воды (сало, ледяной покров) и в массе воды на различной глубине (внутриводный лед); грунтовой лед, образующийся в промерзших влажных грунтах; ледниковый (глетчерный) лед, образующийся в районах залегания ледников из масс сильно уплотненного перекристаллизовавшегося снега.

Температура плавления льда из дистиллированной воды при давлении в 760 мм принята за 0 °С. С увеличением давления лед плавится при температуре ниже 0 °С. Этим объясняется явление скользкости льда (частичное плавление при надавливании на лед образует своего рода смазку, уменьшающую трение). Лед обладает пластичностью, находящей яркое выражение в движении ледников. Плотность льда при 0 °С равна 0,9167 кг/м³, поэтому он плавает в воде.

Ледниковый лед - кристаллический прозрачный лед плотностью 0,88 ... 0,91, залегающий в ледниках под слоем менее плотного фирнового льда и выступающий наружу на нижней оконечности ледника.

Роль ледников в круговороте воды в природе многообразна. Их охлажденная поверхность способствует конденсации и выпадению из атмосферы влаги: накапливают они ее в очень больших количествах. В ледниках заключено около 24 тыс. км³ пресной воды, в то время как во всех реках Земли одновременно ее содержится лишь 1,2 тыс. км³, т. е. примерно в 20 раз меньше. Правда, все эти речные воды стекают и вновь возобновляются в среднем за 12 дней, тогда как в ледниках влага хранится столетиями. Часть влаги, заключенной а ледниковых покровах Антарктики, Гренландии и полярных островов, пока практически не используется. Но вековые запасы влаги в горных ледниках - важнейший ресурс, обеспечивающий питание рек.

У горных ледников, как источников питания рек, множество ценных особенностей. Они расположены высоко в горах, и питаемые ими реки обладают большим запасом гидравлической энергии. В отличие от снега на равнинах и на склонах гор ледники тают не скоротечно, давая весенний паводок, а долго. Они тают интенсивно, а следовательно, и обильнее питают реки летом, когда ощущается особенно большая потребность в воде.

В ледниках аккумулировано 37% вековых запасов пресных вод СССР. Общая площадь оледенения в СССР составляет 91,6 тыс. км². Из них 55,6 тыс. км² приходится на острова Северного Ледовитого океана и 36 тыс. км² - на горные районы континента. Соответственно запасы аккумулированных вод равны 16,4 и 2,8 тыс. м³.

Ежегодная аккумуляция и абляция (расходование) редко уравновешиваются, поэтому обычно объем ледника увеличивается или уменьшается медленно. Воды, аккумулированные в ледниках, являются потенциальными водными ресурсами. Использование их в народном хозяйстве возможно на основе разработки специальных технических мероприятий для ускорения их таяния. В первую очередь эти мероприятия разрабатывают для горных районов, где берут начало многие крупные реки СССР, являющиеся источником орошения сельскохозяйственных полей. Однако интенсивное вовлечение в хозяйственный оборот запасов ледниковых вод из-за возможности отрицательного последствия в развитии природных процессов требует тщательного изучения.

Появляются проекты использования и эксплуатации полярных ледников. Возможно, в отдаленном будущем в Гренландии и в Антарктиде будут созданы атомные станции для таяния льда, а пресная вода по мощным трубопроводам будет подаваться в необходимые места, вплоть до Европы.

В США уже обсуждаются технические и экономические возможности транспортирования айсбергов, образуемых горными ледниками Южной Аляски и ледниками Гренландии, для водоснабжения некоторых засушливых районов Северной Америки. Американский океанограф д'Айзекс предложил использовать айсберги для орошения пустынных участков Африки, Австралии и других материков. По его расчетам, шесть-семь буксиров могут успешно транспортировать ледяную гору весом в миллиарды тонн.

Малые реки - это реки, бассейн которых располагается в одной географической зоне, но гидрологический режим которых под влиянием местных факторов может быть несвойствен для рек этой зоны. К категории малых рек относятся реки, имеющие бассейн площадью не более 2000 км².

Являясь верхним звеном формирования поверхностного стока, малые реки имеют изменчивую водность: высокую во время снеготаяния, ливневых и затяжных дождей и низкую в остальное время года.

Вопросы рационального использования и охраны вод малых рек в последнее время приобретают все большее значение, так как водность и качественное состояние больших рек зависит от всех впадающих в них малых рек и ручьев. Кроме того, малые реки служат источниками водоснабжения многих населенных пунктов, широко используют их при мелиоративных работах. На малых реках зачастую расположены важные нерестилища пресноводных рыб. Многие малые реки имеют большое охотохозяйственное и эстетическое значение [12,19].

За последние годы многие малые реки сильно обмелели. Возрождение обмелевших малых рек решает не только ряд важных экономических вопросов, таких, например, как пополнение запасов водных ресурсов и увеличение количества рыбы, но и вопросы культурно-эстетического значения.

Проблемы охраны вод малых рек необходимо решать путем проведении комплексных мероприятий, которые должны быть увязаны между собой. Должны быть правильно и четко определены назначение и использование каждой реки, выделены участки, требующие наиболее строгой охраны. Недопустимы бессистемная вырубка прибрежных лесов, а также распашка земли до прибрежной кромки. Необходима планомерная посадка по берегам рек защитных насаждений. На склонах рек следует применять правильную агротехнику. Необходимо ремонтировать и восстанавливать пришедшие в ветхость и разрушение плотины и запруды, регулирующие сток, что также способствует увеличению водности малых рек.

В малые реки недопустим сброс неочищенных сточных вод. Склоны берегов и затапливаемые участки пойм не должны подвергаться обработке удобрениями и пестицидами.

Охрана и восстановление малых рек - одна из важных задач в деле охраны природы нашей страны.

Нефтяное загрязнение водоемов - актуальная проблема современности [6, 51, 52]. Нефть и нефтепродукты, поступающие в водоемы, образуют: свободно плавающие капельки нефти и ее продуктов в толще воды и нефтяную пленку на поверхности, растворенные и эмульгированные части нефти и нефтепродуктов; тяжелые фракции, осевшие на дно, а также адсорбированные грунтами. Когда в водоем поступает только сырая нефть, обычно образуется нефтяная пленка и загрязняется дно. При сбросе неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий возникают практически все отмеченные формы нефтяного загрязнения водоемов.

Растворяются в воде в основном легкие бензиновые фракции нефти. Содержание в воде 0,5 мг/л и выше нефти и нефтепродуктов придает ей характерный нефтяной запах и привкус. Одна часть нефтепродуктов всплывает, образуя поверхностную пленку, другая оседает на дно и поглощается грунтами. При разложении поверхностей пленки образуются летучие продукты, выделяющиеся в атмосферу, и тяжелые, оседающие на дно, где они под влиянием бактерий тоже распадаются.

Нефть и нефтепродукты оказывают прямое токсическое действие на рыб и другие водные организмы. Исследованиями установлено, что концентрация нефтепродуктов 0,05 мг/л не придает привкуса мясу рыб. Это величина - предельно допустимая концентрация нефтепродуктов в воде.

За последние 20 лет добыча нефти возросла более чем в 4 раза, возрос объем ее перевозок и в еще большей степени ее переработка, что сопровождается большими потерями и образованием сточных вод.

Основные источники загрязнения водных объектов нефтью и нефтепродуктами - нефтепромыслы, нефтеперерабатывающие заводы, установки десульфации газа, предприятия нефтехимии, водный и железнодорожный транспорт, нефтебазы, перекачивающие станции, а также стоки гаражей, мастерских и других производственных помещений. Сточные воды этих объектов необходимо подвергать глубокой очистке.

Обеззараживание сточных вод (дезинфекция) - уничтожение содержащихся в сточных водах патогенных микробов и устранение опасности заражения ими водных объектов. Патогенные микробы не могут быть полностью удалены ни при отстаивании, ни при биологической очистке сточных вод. При биологической очистке сточных вод удаляется от 91 до 98% болезнетворных бактерий, поэтому очищенные сточные воды до сброса в водоем необходимо обеззараживать.

Обеззараживание сточных вод осуществляют различными способами: хлорированием, ультрафиолетовыми лучами, электролизом, озонированием и ультразвуком. Самый распространенный способ - хлорирование водным раствором газообразного хлора или хлорной известью.

Взаимодействие газообразного хлора с водой протекает по формуле

Cl₂ + H₂О HCl + HOCl.

Хлорноватистая кислота НОСl неустойчива и в свою очередь распадается:

HOCl HCl + O.

Освобождающийся атом кислорода окисляет вещества, входящие в состав протоплазмы клеток бактерий, вследствие чего бактерии погибают. Таким же образом непосредственно на бактерии действует и хлор. Наиболее чувствительны к хлору бациллы брюшного тифа, дизентерии и холеры.

При дезинфекции сточных вод хлорной известью идет реакция

т. е. этот процесс происходит так же, как и при дезинфекции газообразным хлором.

Оборотное водоснабжение - система подачи воды на производственные нужды, при которой отработавшая вода подвергается очистке, охлаждению, обработке и снова подается в производство при очень ограниченном (1 ... 3%) сбросе (для освежения) в водные объекты [69].

В зависимости от степени загрязнения и нагревания воды в производстве можно выделить три основные схемы оборотного водоснабжения:

1. Вода только нагревается, не загрязняясь. В этом случае отработавшую воду только охлаждают (в пруду, брызгальном бассейне или на градирне) и вновь подают на то же производство.

2. Вода только загрязняется, не нагреваясь. В этом случае отработавшую воду подвергают очистке (в пруду-осветлителе и шламонакопителе, отстойнике, фильтрах и т. д.) и вновь подают в то же производство.

3. Вода и нагревается и загрязняется. В этом случае отработавшую воду последовательно очищают и охлаждают, после чего вновь подают в то же производство.

Расход оборотной воды показывает сокращение расхода свежей воды на производственные нужды предприятия, которое достигается при создании оборотных систем водоснабжения. Коэффициент оборота показывает часть (долю) общей потребности предприятий в воде, которая компенсируется оборотной водой. Например, общая потребность в воде на предприятии составляет 10000 м³/сут, из них 8000 м³/сут компенсируется оборотными системами водоснабжения. Из этого следует, что расход свежей воды сокращен на 8000 м³/сут, доля сокращения расхода свежей воды от общей потребности в воде (коэффициент оборота) составляет 0,8, или 80%.

Ограниченность водных ресурсов - дефицит воды вследствие бурного развития промышленности и неравномерного распределения водных ресурсов по территории. По общему объему речного стока Советский Союз значительно превосходит крупнейшие страны мира. Однако удельная водообеспеченность (на единицу площади) территории нашей страны в 1,5 раза ниже, чем в среднем водообеспеченность суши Земного шара, и уступает, например, водообеспеченности Норвегии в 6 раз, Франции в 3 раза и США в 2 раза. В среднем территория СССР может оцениваться как удовлетворительно обеспеченная водой (около 6 л/с с 1 км²), но территориальное распределение ресурсов поверхностных вод в нашей стране характеризуется резко выраженной неравномерностью. Свыше 64% их принадлежит бассейну Северного Ледовитого океана, 22% - бассейну Тихого океана и только немногим более 13% - бассейнам Атлантического океана, Каспийского и Аральского морей. На европейскую часть СССР приходится только 1059 км³ речного стока, т. е. менее ¹/₄ объема водных ресурсов страны. Наиболее обеспечены водными ресурсами северо-западные, северные и восточные районы страны, на долю которых приходится около ¹/₂ его территории и до 80% водных ресурсов. Однако это менее экономически развитые и менее населенные районы. В районах концентрации основного населения и хозяйственного потенциала сосредоточено 20% водных ресурсов, а в аридных районах, имеющих большое хозяйственное значение - всего 2%.

Более 70% населения проживает в европейской части, в том числе свыше 55% - в недостаточно обеспеченных водой центральных и южных районах, играющих ведущую роль в хозяйстве страны. Кроме большей части крупных городов, в этих районах сосредоточены важнейшие центры топливно-энергетической, горнорудной, металлургической, нефтехимической, металлообрабатывающей, легкой и пищевой промышленности, а также основное сельскохозяйственное производство.

Наименьшей водообеспеченностыо в европейской части СССР характеризуются Молдавская и Украинская ССР, Центрально-Черноземный, Центральный, Поволжский и Северо-Кавказский районы.

Величина водных ресурсов зависит от общих климатических и метеорологических условий и изменяется по сезонам и годам. Для основной части страны характерно весеннее половодье, когда сильно возросшее количество воды бывает трудно использовать. Резкие внутригодовые колебания стока, характерные для рек нашей страны, также ограничивают возможности использования водных ресурсов.

Неравномерность распределения водных ресурсов по территории страны и во времени, а также неуклонный рост водопотребления в связи с бурным развитием промышленности, сельского хозяйства и т. д. обусловливают возникновение в ряде районов дефицита воды. Решение этой сложной водохозяйственной проблемы достигается различными путями, среди которых можно назвать комплексное использование водных ресурсов, включающее экономное использование воды, межбассейновое перераспределение стока, создание маловодных производств, оборотных и бессточных систем производства и т. д.

Опреснение соленых вод - комплекс технических мероприятий, цель которых - снижение минерализации соленых вод до уровня, позволяющего использовать их для питьевых, технических и сельскохозяйственных нужд. Различают термодистилляционное опреснение, обратный осмос, ионный обмен, электродиализ, вымораживание и гелиоопреснение [3, 55].

При термодистилляции исходная соленая вода подается первоначально через подогреватель в испаритель, где она нагревается теплом пара или горячей воды, циркулирующих по трубам змеевика, и испаряется. Образовавшийся пар поступает в конденсатор, где охлаждается исходной водой и превращается в дистиллят, направляемый потребителю.

Опреснение соленой воды методом обратного осмоса основывается на процессе перетекания воды при создании дополнительного избыточного давления, превышающего осмотическое, в направлении от раствора к пресной воде через разделяющие полупроницаемые мембраны.

Принцип действия ионнообменных установок заключается в последовательном пропускании соленой воды через два рода фильтров, загруженных соответственно катионо- и анионообменными смолами, с периодической их регенерацией кислотой и щелочью.

Процесс опреснения соленых вод методом электродиализа основан на удалении ионов солей из раствора под воздействием электрического тока с помощью селективнопроницаемых ионитивных мембран.

Опреснение воды вымораживанием достигается в два этапа: на первом этапе при замерзании воды происходит частичное опреснение льда, на втором при медленном растапливании льда рассол стекает с первыми порциями воды, лед опресняется и при последующем таянии получается пресная вода.

Сущность гелиоопреснения состоит в том, что под воздействием солнечной радиации в бассейне, заполненном соленой водой, вода испаряется, а дистиллят, образующийся при конденсации пара на наклонных, охлаждаемых воздухом поверхностях крыши из стекла или пластмассы, собирается в желобах, расположенных в нижней ее части; оставшийся рассол удаляется в дренаж.

Помимо указанных методов опреснения воды, учеными предложены и другие, которые пока не дали положительных результатов (воздействие магнитного и гравитационного полей для отделения солей, давление для снижения их растворимости в воде, ультразвуковые колебания). Ряд методов находится еще в стадии теоретических расчетов или лабораторных экспериментов (использование разности температур на поверхности и в глубине океанов, на уровне поверхности земли и на высоте, использование давления в глубине океанов для гиперфильтрации воды через полупроницаемые мембраны и др.). Решающее значение при выборе метода опреснения имеет стоимость получаемой опресненной воды. Расчетами установлено, что при расстоянии до ближайшего источника пресной воды свыше 300 км опреснение соленой воды любым методом и при любой производительности можно считать более выгодным, чем подачу воды по каналам и водоводам. Для небольших водопотребителей (крупных совхозов, колхозов, небольших предприятий, водопойных пунктов) опреснение воды дешевле подвода воды даже с расстояния 50 ... 100 км. Если расстояние до источника пресной воды составляет 200 км, сооружение опреснителей целесообразно только при потребности в ней менее 50 тыс. м³ в сутки, а при расстоянии 100 км - не более 10 тыс. м³ в сутки.

Производительность опреснительных установок всего мира превышает 50 млн. м³ в год. Крупнейшие опреснительные установки (единичной мощностью в несколько десятков тысяч кубических метров в сутки) работают в Кувейте, АРЕ, Алжире, ЮАР, Венесуэле, США, СССР и Японии. В нашей стране производительность крупнейшего опреснителя 120 тыс. м³ в сутки. Расположен он в г. Шевченко на берегу Каспийского моря. Принцип его действия основан на одной из модификаций термодистилляционного метода опреснения. Для улучшения вкусовых качеств опресненную воду смешивают со слабоминерализованной водой, а затем подают в сеть хозяйственно-питьевого водопровода города и промышленных предприятий. В США наиболее крупный опреснитель предполагают ввести в эксплуатацию в 1981 г. в г. Юма. Производительность его будет около 400 тыс. м³ в сутки. Он предназначен для снижения общего солесодержания возвратных вод мелиоративных систем перед сбросом их в р. Колорадо. Основу технологической схемы опреснения составляют установки, действующие по принципу обратного осмоса, и электродиализные аппараты.

Осушительная мелиорация (осушение) - система инженерных мероприятий, главная задача которых - обеспечение высокого плодородия почв, а в ряде случаев улучшение условий произрастания леса, добычи торфа, строительства, прокладки дорог и т. д. [38].

В нашей стране площадь болот равна 190 млн. га, около 27 млн. га земель находятся в состоянии длительного избыточного увлажнения. На осушенных землях получают значительные урожаи зерновых, овощей, картофеля, трав. Средства, затрачиваемые на строительство осушительных систем, окупаются в течение 3 ... 5 лет.

В результате осушения на заболоченных и избыточно увлажненных землях создаются необходимые водный и связанный с ним тепловой режимы. Составные элементы инженерного комплекса, обеспечивающего осушение, следующие: 1) устройства, регулирующие сброс воды непосредственно с осушаемой территории и поддержание на ней нужного водного режима (осушительные канавы, борозды, дрены, колодцы); 2) отводящие (транспортирующие) каналы, предназначенные для отвода воды из осушительной сети в водоприемники; 3) водоприемники, в которые сбрасываются все удаляемые с осушаемой территории воды; в качестве водоприемников используют элементы существующей гидрографической сети.

При создании осушительных систем стремятся к наиболее эффективному использованию водных ресурсов путем создания небольших водохранилищ и прудов, в которых должен задерживаться местный сток. Это позволяет использовать воду не только для дополнительного увлажнения сельскохозяйственных земель, но и для удовлетворения потребностей водоснабжения, рыбоводства, водного туризма и т. д. Регулируют водоприемники крайне осторожно, чтобы не допустить переосушки территории и уменьшения общей водности речного бассейна. Особое внимание обращают на необходимость сохранения первоначальных природных условий, в частности флоры и фауны реки.

Охрана водных ресурсов - система юридических, организационных, экономических, технических и мелиоративных мер, направленных на предотвращение и устранение последствий загрязнения и Истощения вод [9, 24, 48, 58, 63].

В соответствии с водным законодательством в СССР все водные объекты подлежат охране от загрязнения, засорения и истощения, причиняющих вред здоровью населения, а также уменьшающих рыбные запасы, ухудшающих условия водоснабжения и вызывающих другие неблагоприятные явления из-за изменения физических, химических, биологических свойств воды, снижения их способности к естественному самоочищению, нарушения гидрологического и гидрогеологического режима вод.

Предприятия, организации и учреждения, деятельность которых влияет на состояние вод, обязаны осуществлять мероприятия, обеспечивающие охрану вод от загрязнения, а также улучшение их состояния и режима.

Мероприятия, направленные на охрану вод, предусматриваются в государственных планах развития народного хозяйства.

Сброс в водные объекты производственных, бытовых и других видов отходов и отбросов (за исключением сточных вод) запрещается.

Владельцы средств водного транспорта, трубопроводов, плавучих и других сооружений на водных объектах, лесосплавляющие и другие организации обязаны не допускать загрязнения и засорения вод вследствие потерь масел, древесины, химических, нефтяных и других продуктов.

Не допускается загрязнение и засорение поверхности водосборов, ледяного покрова водоемов различными отходами и отбросами, а также нефтяными и химическими продуктами, смыв которых ухудшает качество вод.

Научно обоснованные условия и требования водопользования, нашедшие свое юридическое выражение в советском водном законодательстве, способствует рациональному использованию и охране вод.

Государственное управление в области использования и охраны вод осуществляется Советом Министров СССР, советами министров союзных республик, советами министров автономных республик, исполнительными комитетами местных Советов народных депутатов, а также специально уполномоченными государственными органами по регулированию использования и охране вод непосредственно или через бассейновые (территориальные) управления и иными государственными органами в соответствии с законодательством Союза ССР и союзных республик. Координацию и общее руководство деятельностью республиканскими органами по регулированию использования и охране вод осуществляет Министерство мелиорации и водного хозяйства СССР. Для контроля на местах организованы бассейновые (территориальные) инспекции (управления) с гидрохимическими лабораториями. Как правило, в зону деятельности инспекции (управления) входит бассейн из нескольких крупных рек с тяготеющими к нему экономическими районами.

К экономическим мерам относится стимулирование водоохранной деятельности и оптимизация принимаемых решений. Предприятиям и учреждениям государственным банком предоставляются долгосрочные и краткосрочные займы на строительство, реконструкцию и ремонт городских и промышленных канализационных систем, оборотных систем водоснабжения и других объектов водоохранного значения.

Для экономии воды, забираемой из источников, разрабатывают нормы водопотребления и водоотведения для всех отраслей промышленного и сельскохозяйственного производства.

Органы, регулирующие использование и охрану вод, имеют право налагать штрафы в размере до 50 р. на руководителей предприятий и отдельных лиц за нарушение правил охраны поверхностных вод, закрывать отдельные цехи или целые предприятия, сточные воды которых загрязняют водные источники.

В пределах отдельных административных районов и речных бассейнов ежегодно проводят соревнования между предприятиями по рациональному использованию вод. Победителей соревнования премируют.

Эффективный стимул, способствующий охране вод,- взимание платы за забор воды и сброс сточных вод. Это не противоречит водному законодательству, которое допускает взимание платы за специальные виды водопользования. Эта мера нашла практическое применение при использовании воды на орошение земель в Киргизии, при заборе воды из канала Иртыш - Караганда и в ряде других районов страны.

К техническим мероприятиям, предупреждающим загрязнение водных источников сточными водами, относятся: очистка сточных вод; повторное их использование; устройство оборотных систем водоснабжения; сокращение или прекращение поступления примесей в сточные воды путем упорядочения и изменения технологических процессов производств; переход на безводные технологические процессы; ликвидация отвалов производственных и бытовых отходов, из которых продукты отходов вымываются поверхностным или дренажным стоком, и т. д.

Мелиоративные мероприятия, способствующие охране водных ресурсов от загрязнения, подразделяют на лесные, агротехнические и гидротехнические.

Лесная мелиорация состоит в основном в выращивании древесной и кустарниковой растительности в пределах верхней и средней частей речных бассейнов, в результате чего уменьшается поверхностный сток и ослабляются процессы водной эрозии.

К агротехнической мелиорации относится правильное ведение сельскохозяйственных работ. Так, на участках, подверженных эрозии, вспашку следует вести поперек склонов и выращивать растения, обладающие достаточно развитой корневой системой. На крутых склонах со слабым почвенным покровом следует избегать выпаса скота.

Органические и минеральные удобрения нужно вносить в дозах, способствующих получению высоких урожаев и исключающих возможность загрязнения водных ресурсов. Это достигается путем своевременного, равномерного распределения удобрений по всей поверхности поля на достаточную глубину. Необходимо и дальнейшее ограничение использования пестицидов в сельском хозяйстве.

Гидротехническая мелиорация, заключающаяся в основном в регулировании водно-воздушного режима почвогрунтов для возделывания различных сельскохозяйственных культур, не должна приводить к вымыванию питательных веществ из почвы. При орошении следует соблюдать поливные нормы, в противном случае, если нет дренажей, возможны подъем грунтовых вод и засоление земель. В ряде случаев из-за этого возможны эрозия почвы и смыв удобрений. При угрозе загрязнения водных объектов минерализованными после полива водами их задерживают специальными коллекторами для отвода и последующей очистки.

К мелиоративным мероприятиям относятся также работы в целях предотвращения образования оврагов, оползней и обрушений берегов. Для этого террасируют крутые склоны, крепят откосы и прокладывают специальные дренажи и каналы. Очень важна борьба с селевыми потоками, которую осуществляют, сочетая указанные выше лесомелиоративные и агротехнические меры с возведением селеуловителей и устройством селехранилищ.

Организованное проведение комплексных мелиоративных мероприятий позволяет существенно уменьшить загрязнение природных вод.

Охрана морей от загрязнения - актуальная проблема современности [44, 61]. Развитие промышленности, транспорта, морских перевозок поставили человечество перед фактом, что сброс в моря большого количества отравляющих и антропогенных отходов превышает самоочищающую способность морских вод и приводит к накоплению в них вредных веществ, снижающих продуктивность морей.

Загрязнение морей нефтью и другими вредными веществами - в значительной мере следствие непрекращающегося роста численности, мощности и тоннажа морских судов, работающих на нефтепродуктах, быстрого роста объема грузооборота морских перевозок, интенсивно развивающегося освоения биологических и минеральных богатств морей.

Охрана морей в СССР - составная часть обширной и многоплановой программы охраны водных ресурсов страны от загрязнения. Установленные в нашей стране нормы содержания загрязняющих веществ в морской воде соответствуют не только общим требованиям к составу и органолептическим свойствам морской воды (окраске, запаху, привкусу, содержанию возбудителей заболеваний, плавающих и ядовитых веществ и биохимической потребности кислорода), но и требованиям к предельно допустимому содержанию большого числа вредных веществ, обеспечивающим нормальные условия самоочищения воды, жизнедеятельности морских организмов, а также безвредность морской воды для здоровья человека. Эти требования выражаются в виде предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ в водоемах рыбохозяйственного и санитарно-бытового водопользования. Установление ПДК позволило выявить и устранить значительное число источников загрязнения морских вод вредными для морской флоры и фауны и здоровья человека веществами. Перечни ПДК вредных веществ в воде прибрежных районов морей санитарно-бытового водопользования и рыбохозяйственных водоемов в значительной мере охватывают загрязняющие вещества, которые попадают в морскую воду.

Суда, судоремонтные базы и порты оборудуют устройствами, предотвращающими загрязнение моря балластными, промывными, льяльными и другими водами и отходами с судов. Для предотвращения загрязнения моря балластными водами используют береговые и плавучие станции очистки балластных вод. Широко внедряют мойку танкеров по замкнутому циклу, используя двухкаскадную схему с сохранением отработанных моечных растворов и отмытых нефтеостатков на борту судна для последующей сдачи на берег. Загрязнение моря льяльными водами предотвращают: сокращением эксплуатационных утечек топлива и масел в льяла машинно-котельных и машинных отделений судов; оборудованием судов емкостями для сбора чистых и загрязненных нефтепродуктами льяльных вод, устройствами для сдачи собранных вод на плавучие сборщики или на берег и автономной системой машинно-котельного отделении для слива этих вод в море через сепараторные установки с контролируемым содержанием нефтепродуктов в сливаемых водах; совершенствованием конструкций судовых нефтеводяных сепараторов и контрольно-измерительных приборов для исключения сброса в море вод с содержанием нефти выше установленного предела; совершенствованием береговых и плавучих станций для приема и очистки льяльных вод судов.

Техническое решение проблемы предотвращения загрязнения моря хозяйственно-бытовыми сточными водами судов осуществляется по двум основным направлениям: 1) строительством и совершенствованием специальных портовых судов для приема загрязненных судовых хозяйственно-бытовых сточных вод и сдачи их на береговые очистные сооружения и оборудованием судов специальными емкостями для сбора этих загрязнений; 2) строительством автономных судовых установок для полной биологической очистки таких стоков.

Решение проблемы предотвращения загрязнения моря сухим мусором и пищевыми отходами ведется по следующим направлениям: 1) совершенствованием конструкций бачков и контейнеров для сбора и надежного сохранения отходов на судах; 2) совершенствованием специальных портовых средств для приема с судов этих отходов; 3) созданием специальных судов для сбора плавающего в воде мусора, а также судовых устройств и судов для сжигания сухого мусора и отходов.

Разрабатываются и внедряются в практику аварийно-спасательных работ в портах и на море средства локализации, сбора и обезвреживания аварийно пролитой нефти. Эта задача развивается по следующим основным направлениям активного воздействия на очаги нефтяного загрязнения: 1) сжиганием плавающей нефти; 2) механическим задержанием нефти; 3) механическим сбором и удалением нефти с поверхности воды; 4) абсорбционным поглощением с последующим механическим сбором или сжиганием плавающей нефти; 5) обработкой плавающей нефти дисперсантами; 6) поглощением нефти тонущими абсорбентами.

Осуществляется широкий комплекс технических и организационных мероприятий на судах, судоремонтных заводах и в портах. Беспрестанно ведется поиск оптимальных научных, экономических и правовых решений проблемы охраны морей от загрязнения и засорения. Эта проблема рассматривается и решается как комплексная задача предотвращения загрязнения с судов и береговых предприятий, в том числе предприятий, расположенных в бассейнах рек, несущих свои стоки в море.

На судах и во многих портах нашей страны проведены работы, обеспечивающие выполнение положений Международной конвенции по предотвращению загрязнения моря нефтью, ведутся работы, направленные на подготовку к ратификации других международных конвенций, направленных на защиту вод от загрязнения.

Очистка сточных вод - очистка промышленных и городских сточных вод от загрязняющих веществ [34, 35, 41]. Для очистки сточных вод применяют три вида методов: механический, физико-химический и биологический.

Задача механической очистки сточных вод - выделение из них нерастворимых загрязнений механическим путем. Ее можно применять как самостоятельный или как предварительный метод, предшествующий химической или биологической очистке. Для задержания крупных нерастворимых примесей сточную жидкость процеживают через решетки и сита. Более мелкие нерастворенные примеси могут быть выделены из сточных вод отстаиванием, фильтрованием и флотацией.

Для извлечения различных волокнистых материалов из сточных вод текстильной, целлюлозно-бумажной и других отраслей промышленности применяют различного рода сита. Особенно высокий эффект очистки от волокон достигается на ситах с фильтрующим слоем. Такие сита нашли широкое применение в целлюлозно-бумажной промышленности. Принцип действия этих сит основан на фильтрации сточной жидкости через слой из волокнистой массы, предварительно нанесенной на сетку. Задержанные на фильтрующем слое волокнистые вещества удаляются с сетки в виде скопа. Эффект задержания бумажного волокна такими ситами составляет 90%.

При отстаивании вещества с удельным весом больше удельного веса воды (песок, окалина, бумажное и целлюлозное волокно и т. п.) осаждаются на дно отстойника, а вещества с удельным весом меньше удельного веса воды (нефть, нефтепродукты, жиры, масла и т. п.) всплывают.

Для задержания выпадающих веществ применяют отстойники различных конструкций (горизонтальные, радиальные, вертикальные) отстойники с вращающимся распределительно-сборным устройством, с периферическим впуском воды. Всплывающие вещества задерживаются в нефтеловушках, жироловках, смолоуловителях и т. п.

Если в сточных водах содержатся нерастворенные вещества, частицы которых имеют удельный вес как больше, так и меньше удельного веса воды, например в сточных водах нефтепромыслов (песок и нефть) или в стоках прокатных цехов (окалина, масла), примеси могут выделяться в одном сооружении (нефтеловушке, отстойнике).

Для небольших объемов сточных вод применяют вертикальные отстойники. Преимущество их - простота удаления из них осадка без применения специальных механизмов. Однако по сравнению с горизонтальными круглыми отстойниками они дают более низкий эффект очистки.

Наибольшее распространение для отстаивания промышленных сточных вод получили горизонтальные и радиальные отстойники с механизированным удалением осадка. Горизонтальные отстойники позволяют получить максимальный эффект осветления воды и способны задерживать мелкодисперсные частицы, осаждающиеся со скоростью 0,2 мм/с и более. Для отстаивания больших количеств сточных вод обычно применяют радиальные отстойники.

Самостоятельный вид осветления сточной воды - фильтрация ее в осветлителях через взвешенный слой осадка. Фильтрующий взвешенный слой осадка состоит из механических примесей, загрязняющих сточную воду, и хлопьев коагулянта (при коагуляции воды). Осветлители целесообразно устанавливать на предприятиях для сточных вод, расход и температура которых не имеют значительных колебаний, например для нефтесодержащих сточных вод, обработанных известью, для нейтрализованных сточных вод от производства вискозного волокна, для волокносодержащих сточных вод целлюлозно-бумажной промышленности и ряда других. Для очистки воды от взвешенных веществ используют также контактные осветлители, в которых взвешенный слой осадка заменен слоем неподвижного крупнозернистого песка.

Значительное преимущество контактных осветлителей - резкое сокращение расхода коагулянта (в 5 ... 10 раз) по сравнению с его расходом при коагулировании и осветлении сточной жидкости в осветлителях со взвешенным осадком. Эти осветлители дают высокую степень очистки, поскольку они практически совмещают работу двух сооружений - осветлителя и фильтра.

Большое распространение для очистки сточных вод от нефти, масел и смол получает фильтрация их через песчаные фильтры. На некоторых предприятиях песчаные фильтры применяют для очистки сточной жидкости от частиц активного ила, вынесенных из вторичных отстойников после биологической очистки.

Для очистки сточных вод, содержащих нефтепродукты, масла и смолы, а также для сточных вод, содержащих волокна целлюлозы, вискозы и т. п., широко применяют флотацию. В некоторых случаях флотация может заменить отстаивание, особенно при обработке флотируемой жидкости коагулянтами. Эффект очистки получается не ниже, чем при отстаивании, в то же время всплывший слой в 2 ... 3 раза меньше по объему в связи со значительно меньшей влажностью, чем влажность осадков.

Наиболее распространенные приемы физико-химической очистки сточных вод заключаются в реагентной коагуляции, нейтрализации кислот и щелочей, экстракции, перегонке с водяным паром, сорбции и обработке воды хлором.

В качестве коагулянтов чаще всего применяют сернокислый алюминий, сернокислые или солянокислые соли железа и гашеную известь. При очистке производственных сточных вод дозы коагулянтов нередко достигают 300 ... 500 мг/л. В результате обработки воды столь большими дозами реагентов образуется значительное количество осадков, затрудняющих эксплуатацию очистных сооружений, поэтому уменьшение дозы коагулянтов желательно не только из-за экономических соображений, но и из-за облегчения условий эксплуатации и складирования осадка. В этом отношении наряду с основными коагулянтами эффективна обработка сточной жидкости и вспомогательными, такими, например, как активированная кремневая кислота, полиакриламид и др. Небольшие количества этих флокулянтов позволяют примерно в 2 раза сократить дозы основных коагулянтов.

Нейтрализацию содержащихся в сточных водах кислот в большинстве случаев осуществляют известковым молоком. Практикуют сухое дозирование (известь и известняк и др.), имеющее ряд эксплуатационных преимуществ по сравнению с мокрым дозированием. Такой способ нейтрализации целесообразен для небольшого количества сточных вод. Однако для большего расхода воды, содержащей значительное количество кислоты, наиболее рациональные утилизационные методы, например получение из сточных вод травильных отделений металлургических заводов железного купороса на вакуум-кристаллизационных установках, или сульфата аммония из кислотусодержащих сточных вод химических предприятий.

При содержании в сточных водах 1 г/л фенолов извлечение их из воды целесообразно и рентабельно. Для извлечения нелетучих фенолов, содержащихся в основном в сточных водах коксохимических заводов, применяют отгонку их с водяным паром.

Для сточных вод, в которых преобладают нелетучие фенолы, применяют экстракционную обработку различными растворителями, такими, например, как бензол, бутилацетат, изоамиловый спирт и др. При этих способах извлечения фенолов концентрация их в сточных водах снижается до 200 ... 300 мг/л. Более глубокая очистка воды от фенолов может быть достигнута путем биохимического их разрушения, окисления хлором, а также методом анодного окисления.

Методом электрохимического окисления можно успешно очищать сточную воду от многих органических веществ, в частности от фенолов. В последнем случае процесс электрохимического окисления протекает особенно энергично в присутствии поваренной соли. Выделяющийся на аноде хлор ускоряет процесс окисления и повышает степень очистки сточных вод от фенолов. Расход поваренной соли незначителен, так как образующиеся при окислении фенолов ионы хлора вновь участвуют в процессе.

Электрохимический метод анодного окисления при использовании поваренной соли может быть успешно применен для разрушения цианидов. По сравнению с методом окисления цианидов хлорной известью он имеет ряд преимуществ: отпадает необходимость в строительстве складов реагентов, реагентного хозяйства и отстойников. При электрохимическом окислении сточных вод не требуется транспортировка большого количества хлорной извести, что особенно важно для предприятий, далеко расположенных от заводов, вырабатывающих хлорную известь.

Реагентная очистка сточных вод имеет ряд недостатков, которые можно устранить при электрохимической коагуляции воды, заключающейся в том, что под воздействием постоянного электрического тока растворяется металл (алюминий или железо) на аноде. В результате в воде образуются гидроокиси соответствующих металлов, осуществляющие процесс коагуляции. Преимущество электрохимической коагуляции состоит в большей компактности и простоте установки, чем установка при реагентной коагуляции, в облегчении условий эксплуатации и возможности полной автоматизации.

Для глубокой очистки сточных вод от токсичных компонентов, таких, как ртуть, цинк, никель, медь и т. п., применяют фильтрацию через ионообменные материалы. Высокая степень очистки сточной жидкости от различных органических веществ достигается фильтрацией ее через различные сорбционные материалы, главным образом активированные угли различных марок.

При небольшом количестве сильно концентрированных сточных вод их выпаривают. Многокорпусные вакуум-выпарные установки в экономическом отношении вполне способны конкурировать с другими методами очистки, а в некоторых случаях единственно возможны.

Сильно концентрированные органическими веществами сточные воды могут быть подвергнуты так называемому мокрому сжиганию. Этот процесс протекает в специальных установках при температуре 150... 200 °С и при давлении в несколько паскалей. Он приводит к полной минерализации органического вещества.

В сооружениях биологической очистки происходит естественный процесс разрушения органического вещества. Биологическую очистку сточных вод можно осуществлять как в естественных условиях (на полях орошения, полях фильтрации, биологических прудах), так и в искусственных очистных сооружениях (в биофильтрах, аэротенках), в которых органическое вещество разрушается значительно быстрее, чем в естественных условиях.

В зависимости от вида микроорганизмов, участвующих в разрушении органического вещества, различают аэробный и анаэробный процессы очистки сточных вод.

Аэробный процесс - окислительный и может нормально протекать, если концентрация органического вещества в очищаемой воде (выраженная в биохимической потребности в кислороде, так называемой ВПК) не будет превосходить некоторые предельные величины. В связи с этим при биологической очистке концентрированные сточные воды приходится разбавлять слабоконцентрированными, бытовой сточной жидкостью или в отдельных случаях даже чистой водой.

Для очистки производственных сточных вод применяют аэротенки-смесители. Эти сооружения позволяют очищать, значительно более концентрированные по органическому веществу сточные воды без их предварительного разбавления. В аэротенке-отстойнике активный ил из очищенной воды выделяется в отстойном отделении, работающем по принципу фильтрации через взвешенный слой осадка. В связи с этим в аэротенке-отстойнике концентрация активного ила повышается до 4 ... 5 г/л, что позволяет значительно увеличить производительность этого сооружения по сравнению с производительностью обычных аэротенков, концентрация активного ила в которых не превышает обычно 2 ... 3 г/л.

Эксплуатация аэротенков при очистке промышленных сточных вод сопряжена с трудностями, связанными с непостоянством их состава. Нередко в канализацию поступают сточные воды с повышенной концентрацией загрязняющих веществ, нарушающих работу аэротенков вследствие отравления активного ила. Пуск в работу вышедшего из строя аэротенка требует нескольких недель. Время, необходимое для пуска аэротенка, может быть сокращено при возможности завоза свежего активного ила с какой-либо действующей станции аэрации.

Пуск аэротенков может быть облегчен при использовании высушенного активного ила по методу, предложенному институтом ВОДГЕО. Такой ил можно заготовить в период нормальной работы аэротенка и хранить на складе. Достаточно нескольких десятков часов продувания сточной жидкости с таким активным илом, чтобы полностью восстановить работу аэротенка.

Анаэробный процесс - восстановительный и может протекать практически при любых концентрациях органического вещества. Этот процесс осуществляется в септических отделениях двухъярусных отстойников и в метантенках.

До недавнего времени анаэробное сбраживание применяли только для осадков бытовых сточных вод. Сейчас его начинают применять для разрушения органических веществ в сильноконцентрированных жидкостях, например в сточных водах фабрик первичной обработки шерсти.

Сочетание предварительного анаэробного сбраживания с последующей очисткой, например в аэротенке-смесителе, позволяет очищать сточную жидкость без предварительного разбавления или, в крайнем случае, с минимальным разбавлением.

Перераспределение водных ресурсов в СССР - переброска стоков больших рек в маловодные районы [32, 33]. По мере развития народного хозяйства все заметнее ощущается дефицит воды, в первую очередь в крупных промышленных районах: в Донбассе, на Урале, в Центральном Казахстане и др. Удовлетворение потребностей за счет местных очень ограниченных водных ресурсов не дает желаемых результатов, вследствие чего приходится перебрасывать сток на различные расстояния. Переброска может проводиться из одного речного бассейна в другой или из реки в безводные районы. Примером первого вида переброски стока могут служить каналы и водоводы, каналы им. Москвы, Арпа - оз. Севан, Ока - Москва, Каракумский канал и т. д. Каракумский канал, протяженность которого превышает 1000 км, подает воду из Амударьи не только в бассейны маловодных рек Тургаб и Теджен, но и в безводные районы г. Ашхабада и в расположенные к западу от него пункты.

К переброскам стока второго вида относятся каналы Северский Донец - Донбасс, Днепр - Донбасс, Иртыш - Караганда и др.

Ежегодно между речными бассейнами по каналам общей протяженностью 4,5 тыс. км перераспределяется около 50 км³ воды. Основная часть мероприятий, связанных с перераспределением речного стока, осуществлена в южных районах страны, испытывающих наибольший дефицит воды.

Дальнейшее удовлетворение интересов водопользователей в средних и южных районах европейской части СССР, республиках Средней Азии и Казахстане будет в основном происходить за счет переброски стока на большие расстояния.

ЦК КПСС и Совет Министров СССР 21 декабря 1978 г. приняли постановление "О проведении научно-исследовательских и проектных работ по проблемам переброски части стока северных и сибирских рек в южные районы страны"^*. В нем сказано о необходимости обеспечить завершение разработки:

^* (СПП, 1979, № 4, ст. 16, с. 90-94.)

в 1979 году технико-экономического обоснования строительства первой очереди комплекса сооружений и объектов для переброски части стока северных рек в бассейн реки Волги;

в 1980 году технико-экономического обоснования строительства первой очереди комплекса сооружений и объектов для переброски части стока сибирских рек в Среднюю Азию и Казахстан.

В соответствии с этим можно выделить четыре крупные водохозяйственные проблемы:

1) переброска части стока северных рек - Печоры, Вычегды, Северной Двины в Волжско-Камский и Донской бассейны;

2) переброска части стока северо-западных и западных рек - Онеги, Ловати, Западной Двины и др. в бассейны Днепра, Днестра и некоторых других рек Украины и Молдавии;

3) переброска части стока сибирских рек Иртыша, Оби, а впоследствии Енисея в Казахстан и республики Средней Азии;

4) частичное использование стока р. Дуная для водообеспечения южных районов Украины и Молдавии.

Последняя проблема носит международный характер, так как затрагивает интересы государств, по территории которых протекает Дунай. Поэтому решение этих вопросов требует согласия заинтересованных сторон, в частности, в рамках Совета Экономической Взаимопомощи.

Перераспределение стока на территории Советского Союза связано с решением большого комплекса сложных задач. В числе их изменение качества воды и климата по трассам перебросок, а также в устьях рек, из которых будет осуществляться забор воды, наиболее рациональное использование перераспределяемых водных ресурсов, всемерное уменьшение потерь воды в пути, сельскохозяйственное освоение новых земель, проблемы народонаселения. Решению этих задач должны предшествовать длительные комплексные полевые и лабораторные исследования, многочисленные научные и проектные проработки.

Особое место в связи с этим занимает прогнозирование изменения природных условий и жизни населения под влиянием водохозяйственных мероприятий.

Переход от охлаждения проточной водой к испарительному охлаждению - замена холодной охлаждающей воды кипящей, коэффициент теплопередачи которой значительно выше [2]. Охлаждение происходит в результате изменения агрегатного состояния воды, т. е. перевода воды в пар, и отвода образовавшегося пара.

Метод испарительного охлаждения по сравнению с проточным методом позволяет в десятки раз сократить расход охлаждающей воды. Таким образом, этот метод позволяет рационализировать ведение процессов охлаждения и тем самым рационализировать систему водоиспользования предприятия. Метод испарительного охлаждения нашел широкое применение на предприятиях черной металлургии.

Поверхностные воды - это воды, постоянно или временно находящиеся на земной поверхности в форме различных водных объектов. К поверхностным относятся воды рек и временных водотоков, озер (водохранилищ), болот, ледников и снежного покрова.

Повторно-последовательная система водоснабжения - система водоснабжения, обеспечивающая использование сточных вод одного (группы) потребителя для нужд другого (группы) потребителя, с обработкой (очисткой) или без нее. При повторно-последовательном водоснабжении воду следует использовать последовательно от потребителей с более высокими требованиями к качеств) воды, к потребителям с более низкими требованиями к качеству воды; при этом вода должна однократно проходить через каждый потребитель с последующим сбросом ее в водоприемники.

В повторно-последовательной системе водоснабжения могут быть использованы как сточные воды водопотребителей самого предприятия, так и сточные воды других предприятий. Так, на Коломенском заводе тяжелого станкостроения в литейном цехе вода после охлаждения вагранок (90 м³/сут) поступает для повторного использования в гидрокамеру для очистки литья от формовочной земли. В термическом цехе для закалки деталей в водяной закалочной ванне (расход воды 100 м³/сут) повторно используют воду после охлаждения масла в закалочной масляной ванне.

Подземная закачка сточных вод - удаление вод с поверхности в глубокие водоносные горизонты, полости и емкости соляных, угольных и других вырабатываемых залежей, а также в слабопроницаемые отложения путем создания в них полостей. Коллекторы-приемники сточных вод должны отвечать следующим требованиям: 1) перекрываться надежными водоупорными толщами, изолирующими поглощающие горизонты от горизонтов, заключающих воды хозяйственно-технического, промышленного или лечебного значения; 2) находиться ниже дренирующего влияния поверхостных водотоков; 3) содержать воды, непригодные для питья или других народнохозяйственных целей; 4) иметь достаточную водопроводимость и вместимость.

Удалению в подземные горизонты, как правило, подлежат лишь те сточные воды, для которых нет приемлемых и эффективных методов очистки.

Подземной закачке подвергаются также так называемые попутные воды при добыче нефти или других полезных ископаемых. Такие воды после надлежащей подготовки, как правило, подлежат возврату в те же горизонты или использованию для поддержания пластового давления (например, при нефтедобыче). При этом соблюдаются вышеприведенные требования к их закачке.

Подземных водоисточников загрязнение - такое изменение их качества (химического состава, физических свойств, санитарно-гигиенического состояния), которое делает воду частично или полностью непригодной для использования. Кроме того, под загрязнением этих вод принимается также появление в подземных водах несвойственных им компонентов, хотя бы и в количествах, не превышающих допустимые нормы качества воды для хозяйственно-бытовых целей.

В зависимости от степени защищенности водоносных горизонтов от загрязнения с поверхности и гидрологических условий в нашей стране устанавливают границы первого пояса зоны санитарной охраны подземного источника водоснабжения: для надежно защищенных горизонтов - не менее 30 м, для незащищенных, недостаточно защищенных горизонтов и инфильтрационных водозаборов - не менее 50 м. Границы второго пояса зоны санитарной охраны устанавливают, исходя из санитарных и гидрогеологических условий, и определяют расчетами. При этом учитывают условия питания водоносного горизонта, а также возможность и условия загрязнения водоносного горизонта вследствие связи его с поверхностными водами или другими водоносными горизонтами.

В соответствии с существующими требованиями во втором поясе зоны санитарной охраны ликвидируют или восстанавливают недействующие, дефектные и неправильно эксплуатируемые скважины, ликвидируют поглощающие скважины и шахтные колодцы. Тампонаж ликвидируемых скважин осуществляют одновременно с восстановлением первоначальной защищенности горизонта по утвержденному проекту под надзором санитарного врача и гидрогеолога.

Бурение новых скважин и разработка полезных ископаемых с нарушением защитного слоя над водоносным горизонтом допускается только после согласования с органами санитарно-эпидемиологической службы.

Предельно допустимые выбросы в водные объекты масс вещества в сточных водах - максимальное количество веществ в сточных водах, допускаемое для сброса в данном пункте водного объекта в единицу времени и не нарушающее норму качества воды в заданном створе. Нормы устанавливают с учетом предельно допустимых концентраций (ПДК) веществ в местах водопользования, ассимилирующей способности водного объекта и оптимального распределения массы сбрасываемых веществ между водопользователями.

Предельно допустимые концентрации (ПДК) веществ в водных объектах - концентрация веществ в воде, выше которых вода становится непригодной для одного или нескольких видов водопользования [67].

В основе критерия вредности лежит представление о том, что химические и биологические особенности водного объекта, возникшие из-за промышленного или другого загрязнения воды, могут непосредственно или косвенно отрицательно влиять на здоровье населения или рыбное хозяйство вследствие ухудшения санитарных или рыбохозяйственных условий водопользования.

ПДК вредных веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого, культурно-бытового водопользования, а также в водах контрольных створов, используемых для рыбохозяйственных целей,- неотъемлемая часть "Правил охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами" (1974 г.)^*.

^* (Сборник нормативных актов по охране природы / Под ред. министра юстиции РСФСР В. М. Блинова. М., 1978, с. 304. )

Требования к качеству воды водных объектов, используемых для рыбохозяйственных целей, специфичны и в большинстве случаев более жестки, чем для водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования. Так, рыбохозяйственные ПДК ряда моющих веществ в 2,5 раза ниже гигиенических норм; нефти - в 6 раз, а тяжелых металлов (цинка, меди) - даже в 100 раз.

При поступлении в водные объекты нескольких веществ с одинаковым лимитирующим признаком вредности и с учетом примесей, поступивших в водные объекты от вышерасположенных предприятий, сумма отношений этих концентраций каждого из веществ в водном объекте к соответствующим ПДК не должна превышать единицы.

Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами запрещено сбрасывать в водные объекты сточные воды, содержащие вещества, для которых не установлены ПДК. Если нормативы не установлены к началу проектирования, водопользователи должны обеспечить необходимые исследования для изучения степени вредности содержащихся в сточных водах веществ и обоснования для них ПДК.

Пруды для очистки сточных вод - биологические пруды, занимающие промежуточное положение между естественными водными объектами и искусственными сооружениями для очистки сточных вод [16, 59]. Они отличаются простотой устройства, несложностью эксплуатации, дешевы и обеспечивают хороший эффект очистки в бактериологическом и гидрохимическом отношениях. Пруды обеспечивают самоочищение воды на сравнительно малых площадях. В них используется солнечная энергия, аккумуляторами которой служат естественные или искусственно вводимые водоросли, усваивающие в процессе фотосинтеза углерод углекислоты и выделяющие в воду кислород.

Санитарный эффект прудов в летнее время довольно высок. Кишечная палочка отмирает на 95,9 ... 99,9%, патогенные бактерии кишечной группы погибают полностью, величина ВПК снижается до 98%. Окислительные пруды могут быть эффективны даже и тогда, когда их поверхность покрыта слоем льда. Объясняется это тем, что через лед солнечные лучи проходят в количестве достаточном для фотосинтеза, осуществляемого водной флорой.

Существуют следующие типы биологических очистных прудов: проточные пруды с разбавлением сточной жидкости речной водой; проточные пруды без разбавления сточной жидкости; пруды для доочистки сточной жидкости; контактные пруды; анаэробные пруды.

Наиболее широкое применение находят пруды для дополнительной очистки сточной жидкости. Их устраивают после искусственных сооружений биологической очистки для обеспечения высокой степени очистки или для дополнительной очистки недостаточно окисленной жидкой фазы сточных вод. Устраивают 2 ... 3 серии таких прудов. Они могут быть использованы для разведения рыбы.

Рациональное водоиспользование - широкий диапазон мероприятий, направленных как на снижение забора свежей воды промышленными, коммунальными, сельскохозяйственными и другими объектами, так и на технологически оправданное уменьшение общего расхода воды в процессах производства. Например, создание оборотных систем водоснабжения - элемент рационализации водоиспользования на промышленных предприятиях.

Наиболее рациональны для сокращения расхода свежей воды бессточные системы водообеспечения. Однако бессточные системы водообеспечения без оправданного сокращения расхода воды внутри этих систем нельзя назвать полностью рациональными, так как неоправданно большой расход воды в них увеличивает объем безвозвратных потерь, т. е. повышает расход свежей воды на компенсацию этих потерь.

Рациональным системам использования воды можно дать следующее определение: рациональные системы водоиспользования - это системы, расход свежей воды в которых сведен к минимуму, а общий расход воды максимально сокращен на основе последних достижений науки и техники.

Таким образом, термин рациональное водоиспользование можно применять лишь при соответствии водоиспользования на объекте вышеуказанному определению. В противном случае следует применять термин рационализация водоиспользования. Например, рационализация водоиспользования может быть достигнута путем применения градирен серии МГ для охлаждения отработанной воды и последующего возврата ее в процесс производства.

Рациональное использование водных ресурсов в системах водообеспечения объектов может быть охарактеризовано коэффициентом Кр рациональности систем водообеспечения:

где Q_св - расход свежей воды на производственные нужды, в том числе на подпитку систем оборотного водоснабжения; Q_пр - общий расход воды на производственные нужды;

где Q_oб - расход оборотной воды на предприятии; Q_пп^общ - общее количество повторно-последовательно использованной воды.

Если на предприятии нет повторно-последовательной системы водоснабжения, коэффициент K_р равен коэффициенту оборота K_об. Чем ближе значение K_р к 1, тем рациональнее используются водные ресурсы в системах объектов.

Самоочищение природных вод - совокупность всех природных процессов в загрязненных водах, направленных на восстановление первоначальных свойств и состава воды.

Процессы самоочищения обусловлены совокупностью многих факторов, к числу которых относятся солнечная радиация, деятельность микроорганизмов и водной растительности. Наблюдениями установлено, что эти процессы интенсифицируются летом и замедляются зимой.

Загрязненные воды самоочищаются быстрее при многократном их разбавлении чистой водой. При смешении происходят турбулентная диффузия, окисление, сорбция, адсорбция и другие явления, также улучшающие качество воды.

Разбавление сточных жидкостей свежей водой, обусловливающие самоочищение природных вод, подлежит строгому учету. Это необходимо для обоснованного размещения новых водопользователей в пределах отдельных районов с учетом существующих и проектируемых канализационных выпусков. Такой учет дает также возможность установить предельно допустимую нагрузку загрязняющих веществ на отдельных участках водотоков.

Выявление закономерностей процессов загрязнения и самоочищения вод, а также основных факторов видоизменения загрязняющих веществ позволяет прогнозировать изменение качества воды под влиянием хозяйственной деятельности человека. Для изучения закономерностей процессов самоочищения, определяемых индивидуальными особенностями водных объектов, необходимо знать характеристики каждой из них (гидрографическую, гидрологическую, гидрохимическую, гидробиологическую), а также характеристики источников загрязнения (расход, состав и свойства сточных вод, продолжительность и объемы сброса). Эти данные позволяют выполнять комплексные полевые и лабораторные исследования для установления роли различных факторов, определяющих интенсивность самоочищения воды на отдельных участках водоема и водотока. К этим факторам относятся: температура воды, аэрация, кислотность, биохимическое окисление, анаэробное разложение в донных образованиях, солнечная радиация и т. д. Эти исследования выявляют значение каждого из факторов, что дает возможность количественно оценить влияние наиболее важных из них.

Селевые потоки (сели) - бурный грязевой поток со значительным (до 30%) содержанием наносов, возникающий в горных районах при интенсивном стоке [62]. Селевые потоки непродолжительны, но разрушительны. Иногда селевые потоки даже изменяют рельеф местности. Сели могут перемещать крупные продукты выветривания, камни весом до 20 т. В СССР сели наиболее распространены в горных районах Кавказа и Средней Азии.

В бассейнах, подверженных селевой деятельности, в необходимых случаях проводят мероприятия, направленные на перестройку стоковой поверхности для усиления водопоглощающей способности почвы и снижения скоростей течения выпавших ливневых вод. Для достижения этого наиболее просты и в то же время эффективны организационно-хозяйственные мероприятия. В первую очередь необходимо регулировать выпас скота на горных пастбищах. На территориях, подверженных оползневой опасности, необходимо устраивать скотопрогонные дороги, водопои и места стоянок скота. На особо опасных участках отдельные пастбищные массивы изымают из хозяйственного пользования.

Система организационно-хозяйственных мероприятий дополняется агромеханическими. На крутых склонах (более 10 ... 15°) с сильно смытыми и размытыми площадями высаживают многолетние культуры, осуществляют залужение. Агротехнические мероприятия органически сочетаются с фитолесомелиоративными мерами защиты. Горные леса имеют большое водоохранное и противоэрозионное значение.

В комплексе с агролесомелиоративными зачастую применяют инженерно-технические мероприятия, позволяющие с помощью селезадерживающих сооружений задерживать наносы на подступах к защищаемому объекту и тем самым ослабить или полностью исключить разрушительное действие селевых потоков.

Меры борьбы с селевыми потоками выбирают индивидуально в каждом конкретном случае. Каждый бассейн или пересечение трассы дороги с селеносной рекой требует конкретного решения. Наибольший эффект может быть достигнут только при комплексной системе мер, примером чего может служить система защиты г. Алма-Аты.

Сине-зеленые водоросли - примитивнейший отдел фотосинтезирующих низших растений [71]. Это одноклеточные, многоклеточные и колониальные организмы, имеющие характерный, чаще всего сине-зеленый цвет, обусловленный специфическим комплексом пигментов. Известно около 1400 видов сине-зеленых водорослей, распространенных по всему Земному шару. Они входят в состав планктона и бентоса пресных и соленых вод, живут в горячих источниках с температурой воды до 80 °С, на поверхности почвы, на снегу в полярных областях и горах. В наибольшем количестве (массово) развиваются они в пресных водах, вызывая так называемое "цветение" вод, приводящее к гибели рыб.

Сточные воды - это воды, использованные на бытовые или производственные нужды и получившие при этом дополнительные примеси (загрязнения), которые изменили их первоначальный химический состав или физические свойства, а также воды, стекающие с территорий населенных мест, промышленных предприятий и сельскохозяйственных полей в результате выпадения атмосферных осадков [8, 34, 35].

В зависимости от происхождения, вида и качественной характеристики примесей сточные воды можно разделить на три основные категории: бытовые (хозяйственно-фекальные), производственные (промышленные) и дождевые (атмосферные). К категории дождевых вод можно отнести поливомоечные воды.

К бытовым относятся воды от кухонь, туалетных комнат, душевых, бань, прачечных, столовых, больниц, а также хозяйственные воды, используемые при мытье помещений. Они поступают как от жилых и общественных зданий, так и от бытовых помещений промышленных предприятий. По природе загрязнений они могут быть фекальные, загрязненные в основном физиологическими отбросами, и хозяйственные, загрязненные всякого рода хозяйственными отходами.

К производственным сточным водам относятся воды, использованные в технологическом процессе и уже не отвечающие требованиям, которые предъявляются этим процессом к их качеству, а поэтому подлежащие удалению с территорий предприятий. К ним относятся также воды, откачиваемые на поверхность земли при добыче полезных ископаемых (угля, нефти, руды и др.).

Дождевые воды образуются в результате выпадения атмосферных осадков. Их подразделяют на дождевые и талые, получающиеся от таяния льда и снега. Отличительная особенность дождевого стока - его эпизодичность и резкая неравномерность.

Термальные воды - это подземные воды, имеющие повышенную температуру [64]. За нижний предел температуры таких вод принимается температура человеческого тела. К собственно термальным относятся подземные воды с температурой 37 ... 42 °С; воды с температурой 42 ... 100 °С называются гипотермальными, а свыше 100 °С - перегретыми. В связи с повышенной химической и биологической активностью циркулирующие в горных породах подземные термальные воды в большинстве минеральные. В глубинных частях крупных артезианских бассейнов распространены термальные, гипотермальные и даже перегретые минерализованные воды и рассолы, часто содержащие повышенные концентрации ценных в промышленном отношении элементов. Во многих случаях целесообразно комплексное использование подземных вод одновременно для энергетики, теплофикации, бальнеологии, а иногда даже для извлечения химических элементов и их соединений.

К перспективным районам, где термальные воды могут иметь большое практическое значение, относятся районы современного вулканизма Камчатки и Курильских островов, Предзакавказье, Рионская, Сырдарьинская, Джаркентская впадины, южные районы Западной Сибири, Байкальская складчатая система, а также отдельные участки степного Крыма, Мангышлака, Сахалина, Тянь-Шаня, Памира, Кавказа.

Институтом ВСЕГИНГЕО на площади перспективных районов эксплуатационные ресурсы термальных вод определены в количестве 7,9 км³/год (250 м³/с) с минерализацией от 1 до 35 г/л и 5 т/с пароводяной смеси [64].

Термическое загрязнение воды - чрезмерное повышение температуры воды водных объектов. Основная причина термического загрязнения воды в современных условиях - сброс в них нагретых сточных вод промышленными предприятиями и в первую очередь теплоэлектростанциями. Охлаждаемые турбоагрегаты нагревают воду в среднем на 8 ... 10 °С. Многочисленные исследования показали, что температура воды, близкая к 30 °С, оказывает отрицательное действие на большинство водных организмов, прекращая их рост, питание и размножение, а дальнейшее повышение температуры вызывает их гибель. При температуре 27 ... 30 °С происходит обеднение видового состава флоры и фауны водоема и уменьшение его продуктивности. Некоторые виды замедляют темп роста и размножение. Исключение составляют лишь отдельные теплолюбивые виды, дающие в этих условиях большую плотность и биомассу (например, американский канальный сом, тиляпия, некоторые карповые). Повышение температуры воды до 25 ... 26 °С обычно стимулирует рост и размножение всех видов организмов, за исключением некоторых видов холодолюбивых рыб (например, налима, форели и др.). Массовое развитие водной растительности в свою очередь сопровождается поглощением всей свободной углекислоты, а при ее недостатке - расщеплением бикарбонатов, что обусловливает смещение карбонатно-кальциевого равновесия в воде и пересыщение ее карбонатом кальция. Кроме того, в летний период происходит массовое цветение подогретой воды, зарастание мелководий и обрастание подводных частей гидротехнических сооружений, каналов и труб теплообменных установок. Накопление в подогретой зоне органических веществ и их последующее разложение, помимо усиления минерализации воды, приводят к уменьшению количества растворенного кислорода, растворимость которого и так снижается с повышением температуры воды. При повышении температуры воды в летний период возможно недостаточное насыщение кислородом глубинных слоев и образование анаэробных зон, что может привести к массовой гибели придонных организмов и в первую очередь рыб. Побочный фактор термического загрязнения - усиление токсичного действия большинства вредных примесей воды при повышении ее температуры.

Типы болот - классификация болот по их месторасположению. Различают низинные, переходные и верховые болота.

Низинные болота расположены в пониженной части рельефа: в долинах рек, впадинах, в конце склонов. Водный режим их обусловливается атмосферными осадками, водами поверхностного стока (делювиальными), водами речных разливов (аллювиальными) и почвенно-грунтовыми водами. Наибольшее значение в водно-питательном режиме низинных болот имеют почвенно-грунтовые воды, создающие устойчивое избыточное увлажнение и приносящее большое количество растворенных элементов питания растений.

Торф низинных болот имеет большую зольность (6 ... 50% и более), умеренно кислую или нейтральную реакцию (pH 4,5 ... 7,0); в лесостепи и степи торф многих болот имеет щелочную реакцию (pH 7,1 ... 8,3).

В растительном покрове преобладают: 1) в кустарниково-древесном ярусе - ольха черная, ольха серая, береза бородавчатая, береза пушистая, ель, ива; 2) в травяном покрове - хвощ, тростник, осоки, вахта, сабельник и др.; 3) в моховом покрове - зеленые мхи.

Переходные и верховые болота расположены главным образом на водоразделах и на песчаных речных террасах. В основном они увлажняются атмосферными осадками, реже в их водно-питательном режиме принимают участие мягкие грунтовые воды или воды поверхностного стока. Основные торфообразователи - сфагновые мхи, определяющие свойства торфа (показатель pH 3,3 ... 4,5). Растительный покров их состоит из небольшого числа видов: сосны, кедра сибирского, багульника, кассандры, голубики, клюквы, морошки, мелких осок и сплошного покрова из малотребовательных к минеральному питанию сфагновых мхов.

Среди верховых болот выделяют несколько типов в зависимости от преобладания того или иного вида сфагнума или от характера рельефа.

Различные условия образования и развития, а также различный возраст отдельных болот определяют мощность и разнообразие строения их торфяных залежей. На верховых болотах под верховыми торфами обычно залегают переходные, затем низинные торфы. Сложность строения торфяных залежей указывает на необходимость комплексного использования болот. Сфагновые болотные торфы (переходные и верховые) более пригодны для промышленного использования (на топливо и др.), а низинные - как для промышленного использования, так и для сельского хозяйства. Для сельскохозяйственного использования наиболее ценны луговые, тростниковые, ольховые, осоко-кочкарные и лесные типы низинных болот.

На северо-западе европейской части СССР болота составляют около 40% территории, а в северных районах Западной Сибири - 50 ... 70%. Запасы болотных вод составляют 3 тыс. км³. Практическое использование болот возможно после проведения мелиоративных работ.

Требования к качеству поверхностных вод - это требования к тем свойствам воды, которые определяют пригодность ее для нужд того или иного вида водопользования [14, 65]. Если свойства воды отвечают этим требованиям, вода считается чистой. Например, вода, используемая в пищевой промышленности, считается чистой и пригодной, если она не имеет запаха, привкуса, не содержит большого количества солей, особенно солей железа. В то же время запах и привкус не имеют серьезного значения в оценке качества воды, используемой для питания котла. Но эта вода не должна содержать большого количества бикарбонатов и сульфатов кальция, магния, стронция, хлоридов и нитратов кальция, сульфатов алюминия, железа и вообще большого количества солей, так как в этом случае возможна коррозия арматуры и котлов и образование накипи. Вода, содержащая много солей и болезнетворных бактерий, непригодна для скота, но может быть использована для других целей.

Вода, используемая в промышленности для охлаждения аппаратуры, не должна иметь большого количества взвешенных веществ, а также веществ, способствующих слизеобразованию, низкого показателя pH и большого количества коррозийных газов (кислорода, двуокиси углерода). В то же время содержание кислорода и двуокиси углерода не является отрицательным показателем для воды, используемой при производстве хороших сортов бумаги. Но вода для этих целей не должна содержать железа, марганца, большого количества растворимых и взвешенных веществ. Недопустимы высокая цветность и жесткость воды, содержание в ней большого количества планктона.

В нашей стране четко определились санитарно-гигиенические и рыбохозяйственные требования к качеству воды, которые получили отражение в действующих Правилах охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами. Требования к качеству воды с позиций обеспечения интересов промышленности, сельского хозяйства и других отраслей народного хозяйства еще не разработаны. В последние годы ставится вопрос об оценке качества воды с общебиологических позиций, но он еще не получил достаточного обоснования.

Утилизация сточных вод - использование в народном хозяйстве веществ, загрязняющих сточные воды и являющихся опасными в санитарном отношении, но представляющих собой ценные продукты.

Сточные воды промышленных предприятий могут содержать нефть, жиры, хром, древесное волокно, химические и другие продукты, которые необходимо выделять и использовать на этих же или других предприятиях. Концентрация веществ в сточных водах различных цехов различна, поэтому их регенерация целесообразна на цеховых установках.

По существу такие установки - технологические, а не санитарные, хотя извлечение примесей на них ведет к снижению загрязненности сточных вод и тем самым облегчает последующую их очистку. Во многих случаях, особенно если ценные примеси в больших концентрациях токсичны для микроорганизмов, осуществляющих биохимическое окисление (фенолы, смолы, масла и др.), очистка сточных вод может быть невозможна без предварительного их извлечения.

Способы извлечения из сточных вод вредных примесей выбирают в соответствии с их физико-химическими свойствами и ценностью. Так, один из способов регенерации отработавших хромсодержащих электролитов и растворов заключается в следующем. Отработавший электролит хромирования, пассивирующий раствор или конденсат обрабатывают едким натром до pH 5,5 ... 6,5. Образовавшиеся в результате гидрат окиси хрома, железа, кадмия, цинка и т. д. отфильтровывают. Фильтрат подкисляют серной кислотой до pH 2 и таким путем переводят хромат натрия в бихромат, который используют для приготовления растворов пассивирования. При пропуске фильтрата через Н-катионит получают двухромовую кислоту, которую используют при производстве хромовых электродов.

В городских сточных водах содержатся азот, фосфор, калий и другие ингредиенты, которые можно использовать в качестве удобрения сельскохозяйственных земель. Во многих случаях на очистных станциях городских канализаций осадки сточных вод после сбраживания и обезвоживания используют как органическое удобрение. При термической сушке осадков они становятся транспортабельными на большие расстояния. Образующийся при брожении метан может быть утилизирован как высококалорийное топливо. Из активного ила станций аэрации можно получить витамин В12, весьма полезный для скота и т. п.

Утилизация и использование содержащихся в сточных водах ценных веществ имеет большое значение для самоокупаемости очистных сооружений, а также для улучшения санитарного состояния водных объектов.

Шахтные воды - это воды, образующиеся в результате притока подземных вод при добыче полезных ископаемых. После откачки шахтные воды направляют в отстойники. После осветления в отстойниках они могут быть использованы для технического водоснабжения обогатительных фабрик или для других технологических процессов. Для сброса в водные объекты осветленные воды следует подвергать обеззараживанию и в необходимых случаях нейтрализации и обессоливанию.

Из гидрошахт воды шахтного водоотлива, как правило, используют в замкнутом цикле на гидродобычу и транспортирование полезных ископаемых. В водные объекты их не сбрасывают.

По степени минерализации шахтные воды делят на три вида: а) мало минерализованные (до 0,5 г/л), загрязненные взвешенными веществами; б) умеренно минерализованные (до 1 г/л), загрязненные взвешенными веществами и имеющие pH 2,8 ... 4; в) сильно минерализованные (свыше 1 г/л), загрязненные взвешенными веществами.

Эвтрофикация вод - повышение биологической продуктивности водных объектов в результате накопления в воде биогенных веществ под воздействием антропогенных или естественных факторов [7, 10].

При эвтрофикации ухудшаются физико-химические свойства воды. Она делается мутной, зеленой (или другого цвета, если преобладает развитие не микроцистиса, а других водорослей), в ней появляются неприятный привкус и запах, повышается рН, вследствие чего выпадают в осадок карбонаты кальция и гидроокиси магния.

Во время массового отмирания водорослей на дне водоемов могут отлагаться сотни тонн разлагающихся остатков. Продукты распада водорослей поглощают кислород воды, а некоторые из них токсичны. Токсические вещества могут выделяться и при жизнедеятельности некоторых водорослей. Распад водорослей происходит в результате не только гниения, но и брожения. Образующиеся органические вещества используются как пища некоторыми бактериями, грибами, выделяющими различные ароматические соединения, которые способствуют появлению в воде запахов и привкусов и благоприятствуют образованию на подводных предметах и растительности обрастаний (грибов, некоторых видов бактерий, водорослей, простейших).

Между некоторыми бактериями и сине-зелеными водорослями существуют симбиотические отношения, оказывающие взаимное благоприятное влияние их на развитие.

Ухудшение водной среды под влиянием эвтрофикации способствует возникновению в водоемах заморных явлений, что вызывает массовую гибель рыб и других гидробионтов. Использование цветущей воды населением для своих нужд часто приводит к вспышке желудочно-кишечных заболеваний, к отравлению скота и птиц.

Вследствие недостаточности наших знаний о закономерностях эвтрофикации и ее природе применяемые методы борьбы с этим явлением пока несовершенны. Используемые для этих целей медный купорос, некоторые пестициды, полиакриламид токсичны для рыб и водных организмов, поэтому не могут быть рекомендованы для борьбы с цветением на рыбохозяйственных водных объектах.

Наиболее целесообразен сбор сине-зеленых водорослей засасыванием из поверхностных слоев воды плавучими насосными установками и транспортировка массы водорослей на поля фильтрации или в бассейны для отстоя. После освобождения от избытка воды водоросли могут быть использованы в качестве удобрений в сельском хозяйстве.