Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Костанайский социально-технический университет

имени академика Зулхарнай Алдамжар

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

на тему: Экологическая характеристика поверхностных вод Узункольского района

Костанай 2009

Содержание

Введение

1. Литературный обзор

1.1 Общая характеристика пресных вод

1.2 Охрана вод от загрязнения

1.3 Проблемы рационального использования водных ресурсов и пути их решения

1.4 Гидроэкологические проблемы Республики Казахстан

1.5 Экологическая проблема питьевой воды Узункольского района

2. Методика работы

3. Результаты исследований

3.1 Характеристика рельефа

3.2 Характеристика климата

3.3 Характеристика водоёмов Узункольского района

3.4 Состояние водоснабжения Узункольского района

Выводы

Список использованных источников

Введение

Вода - самое распространенное вещество на нашей планете. Это океаны, моря, реки и озера. Это и голубые громады горных ледников, и необозримые снежные покровы Земли. Свинцовые тучи и причудливые облака, дождь и туман - тоже вода. Она и в нас самих: мы на две трети состоим из воды.

Забота о получении достаточного количества воды, пригодной для питья и удовлетворения культурно-бытовых потребностей населения, волнует человечество на протяжении всего его существования.

Вода является универсальным растворителем значительного количества веществ, в связи, с чем в природе химически чистой воды нет. По содержанию растворенных в воде веществ вода делится на 3 класса: пресная, соленая и рассолы. Наибольшее значение в быту имеет пресная вода.

Хотя вода покрывает три четверти поверхности Земли и запасы ее огромны, и постоянно поддерживаются кругооборотом воды в природе, проблема обеспечения водой во многих районах земного шара не решена и с развитием научно-технического прогресса обостряется. Около 60% поверхности Земли составляют зоны, где отсутствует пресная вода или ощущается ее острый недостаток. Почти 500 млн. человек страдают от болезней, вызванных недостатком или качественной неполноценностью питьевой воды.

Водные ресурсы - это запасы поверхностных и подземных вод суши, которые используются в процессе материального производства или могут быть вовлечены в него. К концу ХХ в. они стали фактором, лимитирующим развитие производительных сил во многих странах и даже на континентах. Это связано с тем, что ряд регионов мира начали испытывать дефицит воды. Такое положение обусловило необходимость качественного и количественного сохранения водных ресурсов.

Пресная вода составляет около 2% всех водных ресурсов планеты. В настоящей работе в основном рассматриваются природные условия образования, распространения и использования преимущественно пресных вод, ресурсы которых постоянно возобновляются и представляют собой наиболее ценный источник для многих отраслей народного хозяйства.

Быстрый рост промышленности и массовый сброс в водоемы плохо очищенных или вовсе неочищенных отходов и стоков, интенсивное использование орошаемых земель с применением агрохимикатов не может не воздействовать на окружающую среду.

Следовательно, изучение экологического состояния водных объектов, установление причин их загрязнения и заиления продуктами эрозии почв и разработки мероприятий по изучению и улучшению санитарного состояния малых рек и водоемов являются весьма актуальными.

Практическая значимость работы обусловлена возможностью использования полученных данных при прогнозировании дальнейшего состояния водных объектов и водообеспечения исследуемого района, а также при проектировании и обслуживании систем водоснабжения.

Цель данной работы - дать анализ современного состояния водных объектов как на территории Республики Казахстан, так и в разрезе Узункольского района.

Задачи:

1 Изучение и характеристика водоемов Узункольского района.

2 Исследование условий формирования качества воды по микробиологическим и гидрохимическим показателям и выделение внешних и внутренних факторов, влияющих на качество пресных вод.

3 Оценка состояния обеспечения питьевой водой населения Узункольского района.

1. Литературный обзор

1.1 Общая характеристика пресных вод

В естественном состоянии вода никогда не свободна от примесей. В ней растворены различные газы и соли, взвешены твердые частички. Пресной называют воду, 1 л которой содержит не более 1 г растворенных веществ (солей), т.е. воду с соленостью не более 0,1%. Соленость океанической воды равна 3,5% или 1 л ее содержит 35 г солей.

Пресные водные ресурсы существуют благодаря вечному круговороту воды. В замкнутой системе круговорота воды участвуют атмосферное, океаническое, почвенное, речное, озерное, ледниковое, биологическое, хозяйственное звенья. Каждое из них имеет свои особенности.

С поверхности океана вода, испаряющаяся в виде водяного пара, попадает в атмосферу. Ветер переносит обогащенный влагой воздух на материк, где водяные пары, конденсируясь, образуют облака. Под влиянием изменяющихся атмосферных условий излишек накопившейся в облаках влаги выпадает на поверхность земли в виде атмосферных осадков: дождя, снега, града. Часть стекает с гор, возвышенностей в реки и озера и, наконец, некоторая часть фильтруется в почву и расходуется на постоянное питание подземных вод.

После длительного пути речные и подземные воды вновь возвращаются в моря и океаны, замыкая, таким образом, непрерывно действующий на Земле цикл влагооборота.

Круговорот воды - это исключительно важное свойство гидросферы. Благодаря ему общее количество воды на Земле не уменьшается и вода делается практически неисчерпаемой. В этом заключается существенное отличие водных ресурсов от других полезных ископаемых.

Из общего количества воды на земле, только 2% приходится на долю пресных, но они постоянно возобновляются. Скорость возобновления и определяет доступные человечеству ресурсы. Подсчитано, что пары атмосферы обновляются в среднем каждые 10 суток, речные воды в руслах рек - в среднем 10-12 суток, почвенная влага возобновляется ежегодно. Более медленно происходит водообновление поземных вод, а также вод в озерах, болотах и ледниках. Воды Мирового Океана обновляются за 2 млн. лет [1].

В процессе возобновления запасов пресных вод основную роль играют атмосферные осадки.

Осадки на поверхности суши создают ресурсы поверхностных вод и являются основным источником формирования пресной воды. Известно, что на поверхность нашей планеты в среднем в год выпадают осадки, равные метровому слою. Казалось бы, ресурсы пресной воды на земном шаре достаточны для снабжения населения водой, но распределены они крайне неравномерно.

На Земле много районов избыточного увлажнения, где количество выпадающих ежегодно осадков превышает количество воды, испаряющей с поверхности. Однако в полтора раза больше на Земле обширных областей, где осад-ков выпадает мало. Это районы, охватывающие многочисленные пустыни, полупустыни и засушливые территории.

Пресные воды на земном шаре распределяются по водным объектам: ледники, подземные льды, постоянный снежный покров; подземные воды, влага в почве, пресные озера, болота, вода в руслах рек, вода в атмосфере, биологические воды (в живых организмах).

Наибольшее практическое значение для человека представляют речные воды, озерные используются в народном хозяйстве в несравненно меньших размерах. Полярные ледники и ледниковые покровы пока практически интереса не представляют.

Источников получения пресной воды всего четыре. Разнообразные осадки, реки и озера, артезианские скважины и ледяной покров.

Полноценно используют лишь два источника - подземные и наземные водоемы. Рассмотрим основные источники пресных вод.

Ледники

Ледники - мощные аккумуляторы чистейшей пресной воды.

Ледники - подвижные скопления льда на поверхности суши - образуются там, где в течение года выпадает больше снега, чем успевает растаять. В Антарктиде и Арктике такие условия создаются на небольшой высоте (на уровне моря или чуть выше); в тропическом поясе только в горах на большой высоте.

Имеет значение и количество выпадающих твердых осадков: чем их больше, тем ниже в горах накапливается снег при одних и тех же температурах. Выпавший снег постепенно уплотняется и превращается в фирн (зернистый лед), а затем в глетчерный лед. Лед обладает способностью под влиянием силы тяжести перемещаться (течь) со скоростью от нескольких метров до 200 м в год.

Покровные ледники имеют значительную мощность, скрывают неровности рельефов и занимают большую площадь (напр. покровный ледник Антарктиды мощностью около 2 км, и ледник Гренландии). От края этих ледниковых покровов постоянно откалываются огромные глыбы льда - айсберги, сидящие на мели или свободно плавающие.

Горные ледники занимают вершины гор, различные углубления на их склонах (кары, цирки) и долины. Горные ледники значительно меньших размеров, чем покровные, и более разнообразны.

В Казахстане современное оледенение известно на Алтае, хребет Саур, в Джунгарском Алатау, Терскей Алатау, Кунгей Алатау, Заилийском Алатау, Киргизском Алатау и Таласском Алатау. Здесь насчитывается более 2700 ледников, в которых "законсервировано" огромное количество пресной воды (95км³). Талые воды ледников - важнейшая часть водных ресурсов. Они являются основным источником питания многих рек и озер (от интенсивного таяния ледников зависит водоносность горных рек). Усиленное таяние ледников и снегов на их поверхности происходит в летнее время. В этот период поступление ледниковых и снеговых вод в питаемые ими реки увеличивается в среднем на 25-30 % [2].

Для засушливых районов ледниковое питание рек имеет важное хозяйственное значение. Ледники добавляют воду рекам как раз в то время, когда орошаемые земли больше всего нуждаются в воде.

Ресурсы пресных вод в Казахстане составляют 524 км³, из которых на речной сток приходится 100,5 км³.

Реки

Реки являются значительной частью ресурсов пресной воды. На территории Казахстана протекает 39 тыс. рек и временных водотоков. Из них только четыре реки длиной более тысячи километров - Иртыш, Сырдарья, Ишим и Урал. Десять рек - Чу, Тургай, Нура, Или, Сарысу, Тобол, Эмба, Илек, Иргиз - длиной более ста километров, 155 рек имеют длину менее ста километров. Густота речной сети неравномерна. Наиболее богатыми высокогорные области, равнинные территории отличаются редкой речной сетью. Крупные реки (Иртыш, Урал, Или, Сырдарья) протекают только по окраинам республики.

На территории Костанайской области речная сеть хорошо развита только в северной и южной ее части. В пределах области насчитывается около 310 водотоков длиною не менее 10 км, причем более половины из них (174) являются временно действующими. Рек длиною более 100 км - 21, а свыше 500 км только две - Тобол и Тургай [3].

Большая часть рек Казахстана относится к внутренним замкнутым бассейнам Каспийского и Аральского морей, озер Балхаш и Тенгиз, и только реки бассейнов Оби, Ишима и Тобола доносят свои воды до Карского моря. В республике есть реки почти всех типов водного режима.

Каждая река имеет исток и устье. Исток - место, где река берет начало, от которого наблюдается постоянное течение воды в русле. Истоком реки могут служить озеро, болото, ледник, родник. Устье - место впадения реки в другую реку, озеро, море или океан. Река с притоками образует речную систему.

Однако не все реки обязательно впадают в какой-то водоем. В пустынных районах из-за сильного испарения и большого забора воды на орошение и другие хозяйственные нужды, реки иногда не достигают другого водоема и образуют сухое устье (напр., Сырдарья и Амударья).

Реки Центрального и Западного Казахстана, а также притоки Иртыша, Ишима и Тобола маловодны, весной на отдельных участках разливаются. Подавляющая часть их летом либо совершенно пересыхает, либо разбивается на цепь осолоняющихся плёсов. Часть рек кончается слепо, донося лишь при таянии снегов свои воды до временных озер, превращающихся летом в солончаки. Некоторые реки, выходят на пустынные равнины, теряют свои воды из-за испарения, остаются сухие русла. Например, не "добираются" до Аральского мо- ря реки, Чу, Сарысу. Река Эмба впадает в Каспийское море лишь в редкие, особенно многоводные годы. Резкие колебания стока в таких реках ограничивают возможности хозяйственного использования вод для орошения, удовлетворения нужд промышленности и транспорта.

Уровень воды в реках подвержен изменению в течение года. Во время половодий и паводков реки выходят из берегов и затапливают всю или большую часть долины.

Питание реки - поступление в нее воды от различных источников; может быть дождевое, снеговое, ледниковое и подземное, большинство рек имеет смешанное питание. Соотношение между источниками питания может изменяться по сезонам года.

Многие реки Казахстана питаются в основном за счет весеннего таяния снега, отчасти грунтовыми водами. Равнинные реки в основном имеют снеговое питание. Дождевые осадки и подземные воды составляют от 5 до 15% годового стока. После окончания весеннего половодья большая часть рек пересыхает на период от нескольких дней до одиннадцати месяцев. У горных рек подземное питание достигает 40-60%. Наименьшие расходы воды в реках и пересыхание их наблюдаются чаще в конце зимы и реже - в летнюю межень.

Режим стока рек очень неравномерен. Например, основная река Центрального Казахстана - Нура весной проносит 88% объема годового стока. В остальное время года питание реки резко сокращается и происходит преимущественно за счет грунтовых вод. Летний сток реки Нуры составляет всего 3% от объема годового стока, осенний - 2%, зимний - 7% [4].

Сток рек также изменяется в зависимости от колебаний климата и от вмешательства человека в естественные процессы. В сельском хозяйстве большая часть воды не возвращается в реки, а расходуется на испарение и образование растительной массы, так как при фотосинтезе водород из молекул воды переходит в органические соединения. Для регулирования стока рек, не равномерного в течение года, строятся водохранилища.

Речные воды - это самый удобный для использования вид природных вод. Прежде всего, реки служат источником пресной воды для промышленности, сельского хозяйства, водоснабжения населенных пунктов. Реки используются также для получения электроэнергии, как транспортные пути, места ловли и разведения рыбы, отдыха и спорта.

На многих реках построены плотины и созданы водохранилища - крупные искусственные водоемы (в отличие от прудов, сочетающие в себе особенности рек и озер). Строительство водохранилищ позволяет решать ряд важных задач: создавать значительные запасы воды, регулировать уровень воды в реках, предотвращать наводнения, улучшать транспортные условия, а также условия для отдыха людей и занятий спортом.

Однако строительство водохранилищ на равнинных реках имеет ряд негативных следствий: затапливаются большие площади плодородных пойменных земель, реки ниже плотин водохранилищ лишаются необходимого пойменного режима, вокруг водохранилищ на больших площадях происходит подъем уровня грунтовых вод, что приводит к заболачиванию, нарушаются условия обитания ценных промысловых рыб. В настоящее время водохранилища стараются создавать на горных реках, где они причиняют меньший ущерб.

На территории Костанайской области, на реке Тобол и в его верховых притоках создан каскад водохранилищ для многолетнего регулирования стока и его использования. Аккумулированный сток используется для водоснабжения городами Костанай, Житикара, Лисаковск, Рудный, а также множество других населенных пунктов и орошения земель [3].

Озера

Озера таят в себе огромные богатства. Они располагают такими важными ресурсами, как пресная вода, различные соли, строительные материалы (галечники, гравий, пески и илы), заросли тростника и другой водной растительности, сапропели, отложения торфа, лечебные грязи и рапа. В некоторых озерах можно разводить водоплавающую птицу и ондатру, создавать охотничьи хозяйства и заповедники. Кроме того, они могут служить местами отдыха.

Пресные озера являются важным источником водоснабжения. Не случайно на брегах больших озер располагаются населенные пункты, промышленные предприятия, сельскохозяйственные угодья.

В Казахстане насчитывается 48262 озера (размером от 1 га и выше) с общей площадью водной поверхности 45002 км². Из них крупных озер (более 1 км²) - 3014 с площадью 40769 км [5].

На территории республики Казахстан озера размещаются неравномерно. Они удалены одно от другого на сотни километров или расположены настолько густо, что образуют озерные области. Так, в Северном Казахстане насчитывается 21580 озер (45%) общей площадью 15623 км² (35%), тогда как в Центральном и Южном Казахстане - 17554 озера (36%) общей площадью 4658 км² (10%) [4].

Самые крупные озера расположены на юго-западе и юго-востоке республики. Это Каспийское море, озера Балхаш и Тенгиз в Центральном Казахстане, Алаколь и Сасыкколь у Джунгарских ворот, Маракколь на Алтае. Больше всего озер в лесостепи и северной части степной зоны, их много также в поймах крупных и в дельтовых участках бессточных рек, теряющихся в песках.

Малые озера располагаются главным образом в поймах рек, средние и крупные в основном приурочены к древним долинам рек и тектоническим впадинам. В степной полосе, в горах и по долинам рек преобладают пресные озера, в полупустынях и пустынях - соленые. Самое пресное озеро, в литре которого содержится всего 80 миллиграммов солей, - Маркаколь [6].

По условиям водообмена на территории Казахстана различают бессточные, периодически сточные, сточные и проточные озера. Основную массу из них составляют бессточные.

Компоненты водного баланса бессточных озер (поверхностный сток, осадки, выпадающие на поверхность озера, грунтовые воды, фильтрация и испарение) подвержены большим внутригодовым и многолетним изменениям, которые в условиях мелководности приводят к характерному для Казахстана непостоянству уровня, пересыханию значительной части водоемов летом и осенью, а также в многолетние маловодные периоды.

На территории Костанайской области находится около 3740 озер с площадью водяного зеркала более 1 кв. км, в т.ч. пресных - 3085. Преобладают озера плакарного типа, образовавшиеся на поверхности Костанайской равнины в результате просадочно-суффозионных процессов и работы ветра. Они находятся в округлых беловцеобразных мелких котловинах, содержат пресную воду атмосферного происхождения, в различной мере заросшие камышом и осокой, отчасти заторфованные, являются местами обитания водоплавающих птиц, рыб, ондатр.

Более глубокие котловины преимущественно низменные это остатки другой речной сети, модифицированные геологическими процессами. В водно-солевом питании талых озер участвуют подземные минерализированные воды, поэтому многие из них соленые, нередко рассольные с соленакоплением. В некоторых озерах сформировались залежи лечебно-сульфидных грязей (Мыльное, Соленое в Узункольском районе) [7].

Водность и соленость озер зависят от цикличных колебаний увлажненности территории, продолжительность которых длится 25-45 лет.

Подземные воды

В верхней части земной коры, на разной глубине под почвой, находятся обширные запасы подземных вод.

Подземные воды возникли наряду с образованием твердой, воздушной и водной оболочек Земли. Атмосферные воды, выпадающие на поверхность Земли, постепенно просачиваются через толщу почв и пород, добираясь до водоупорного слоя глин, структуру которых можно сравнить с пластинками слюды или чешуйками рыб. Насыщенные водой подземные пласты получили название водоносных. Как правило, они находятся в зажатом состоянии между водоупорными глинами. Вследствие этого подземные воды приобретают напор и могут выливаться на поверхность в виде фонтана. Водоносных горизонтов и водоупоров может быть множество. Нередко они образуют целые бассейны подземных вод [6].

По химическому составу подземные воды делятся на пресные и минерализованные. По их значению в народном хозяйстве условно можно подразделить на четыре группы.

Первая группа объединяет различные по своему химическому составу, так называемые пресные воды. Пресные воды, как правило, залегают до глубины 150-200 м, ниже они переходят в солоноватые воды и рассолы.

Во вторую группу входят термальные подземные воды, обладающие повышенной (до 40-60 градусов) и высокой (от 60 до 100 градусов) температурами, а также так называемые парагидротермы (с температурой более 100 градусов). В земной коре термальные подземные воды распространены на глубине более 1000 м ниже пояса пресных подземных вод.

В третью группу входят так называемые подземные воды, содержащие в растворе повышенное количество некоторых полезных химических элементов или их соединений. Например, некоторые разновидности промышленных подземных вод содержат повышенные количества йода и брома, бора, вольфрама и др. [8].

Четвертая группа подземных вод объединяет такие их разновидности по химическому и газовому составу, которые обладают бальнеологическими свойствами (лечебные и столовые воды). Глубина их залегания различна (от 200-300 до 1500-2000 м).

Для деятельности человека (особенно для хозяйственно-питьевого использования) наибольший интерес представляют самые верхние водоносные горизонты. Преимущество подземных вод по сравнению с поверхностными водами рек, озер и других источников огромны: они достаточно защищены от поступления загрязнений с поверхности, имеют постоянный состав и температуру, распространены более равномерно.

Общее количество пресных подземных вод, заключенных в земной коре и невидимых глазу, подсчитать трудно; разные исследователи получили сильно различающиеся между собой цифры. Нет, однако, сомнения, что пресных подземных вод на земном шаре гораздо больше, чем поверхностных.

В условиях Казахстана важное значение для народного хозяйства приобретают подземные воды, большие запасы которых обнаружены в его недрах.

Велики запасы артезианских вод в южных областях Казахстана. Под песками Кызылкум, Моюн-Кум и в других засушливых районах расположены наиболее крупные подземные моря.

Западный Казахстан, является одним из наиболее засушливых районов республики. Однако гидрогеологами здесь установлены огромные ресурсы пресных и слабосолоноватых подземных вод.

В горных районах Юго-Восточного и Восточного Казахстана находятся большие запасы трещинных подземных вод.

В большинстве артезианских бассейнов Казахстана распространены термальные воды - теплые и горячие (бассейны Прикаспия и Мангышлака, пустыня Кызыл-Кум, Северное Приаралье, Тургай Прииртышье, Илийская долина и др.).

Центральный и Северный Казахстан имеет запасы грунтовых и артезианских вод. Однако распределены они по областям неравномерно. Наиболее богаты пресными пластовыми водами районы, примыкающие к восточному склону Южного Урала, и Предалтайские равнины Прииртышья.

Хотя подземные воды технически труднее эксплуатировать для водоснабжения, чем поверхностные, у них существенные преимущества: они меньше подвергаются загрязнению, сохраняют постоянную температуру и, главное, распространены повсеместно. Можно смело сказать, что где ни начать копать колодец или бурить буровую скважину - рано или поздно, на меньшей или большей глубине, обязательно встретишь воду, наткнешься на водоносный пласт [7].

Костанайская область по условиям водоснабжения относится к территории, недостаточно обеспеченным водными ресурсами. Основная масса населения области и промышленных предприятий расположена в бассейне реки Тобол и питается водами этого бассейна.

Помимо поверхностных вод здесь открыты сравнительно крупные запасы грунтовых вод в четвертичных аллювиальных отложениях (реки Тобол, Аят) значительными ресурсами пресных и слабосоленых грунтовых вод обладает олигоценовый водоносный горизонт, имеющий площадное распространение. В эоценовом и меловом водоносных горизонтах крупные скопления пресных подземных вод образуются обычно в долинах рек Тобол, Убаган, Аят, отсутствуют водоупорные чеганские глины и происходит свободная фильтрация поверхностного стока. В породах скального фундамента, особенно в зонах региональных разломов, обнаружены небольшие запасы подземных вод [3].

1.2 Охрана вод от загрязнения

Тысячелетиями люди использовали реки, озера, моря для сброса в них загрязненных сточных вод, и практически повсеместно до начала XX в. это не вызывало особого беспокойства. Солнце, воздух и растворенный в воде кислород обеспечивали самоочищение водных объектов.

Всего несколько десятилетий назад загрязненные воды ниже какого-либо города через 20-30 км совершенно чистыми и забирались водозаборами другого, расположенного ниже по течению населенного пункта. Однако рост городов, бурное развитие промышленности, энергетики, водного транспорта, увеличение добычи полезных ископаемых, площадей орошаемых земель вели с каждым годом ко все большему загрязнению вод. Загрязненными оказались не только ручьи, небольшие реки и озера, но и моря и даже океаны

Современное состояние качества воды в водных объектах

При жизни нынешнего поколения людей исчезла иллюзия о неисчерпаемости водных ресурсов на Земле. Количество стоков, спускаемых в реки и озера, во многих районах мира выросло настолько, что, обладая самоочищающей способностью, водоемы и водотоки уже не смогли восстанавливать нарушенное равновесие условий в них. За 30-40 лет в сточные канавы превратились р. Рейн, Сена, Темза, Северн, Тибр, Миссисипи, Огайо, Потомак, оз. Эри. В угрожающем положении оказались Волга, Амур, Днепр, ряд рек и озер нашей страны - Республики Казахстан. Когда пленки нефтяного загрязнения, распространявшиеся от берегов Западной Европы и Северной Америки, сомкнулись в северной части Атлантического океана, стало ясно, что дальнейшее непринятие мер по сохранению чистоты воды грозит человечеству гибелью [11].

Во многих странах этой проблемой начали заниматься на уровне правительств, на ее решение были выделены большие средства. Однако ряд капиталистических индустриальных стран весьма своеобразно подошли к наведению порядка в своих внутренних водоемах. С одной стороны, они разработали мероприятия по предотвращению или ликвидации загрязнения, вложив в это крупные средства, с другой - стали переводить предприятия, наиболее сильно загрязняющие водные объекты, в развивающиеся страны. Это помогло улучшить ситуацию в индустриальных странах, но не сняло проблему на планете в целом, поскольку началось катастрофическое загрязнение рек и водоемов в развивающихся странах, загрязнение Мирового океана [12].

Источники и возможные пути загрязнения поверхностных и подземных вод

Источники загрязнения водных объектов чрезвычайно многообразны. Прежде всего это стоки городов и промышленных предприятий. В последние годы в ряде районов с ними "конкурируют" стоки животноводческих комплексов и воды, поступающие с ирригационных массивов и богарных земель. В целом по стране в водные объекты сбрасывается 163 км³ сточных вод, в том числе 7 км³ неочищенных и 9 км³ недостаточно очищенных. Сказываясь на состоянии водных объектов, загрязнение наносит ущерб и экономике, так как, например, со стоками промышленных предприятий теряются ценные продукты.

Во многих регионах мира загрязнение вод все больше связывается с атмосферными осадками. Определенную роль в ухудшении качества воды играет изменение режима рек и озер. Загрязнение водосборной площади, закачка промышленных стоков в подземные горизонты, фильтрация и утечка вод из различных отстойников и накопителей приводят к загрязнению и подземных вод.

Все это вызывает нарушение функционирования экосистем, снижает их биопродуктивность, в ряде случаев вырождаются ценные виды флоры и фауны, причиняется прямой ущерб здоровью человека. По данным санитарно-эпидемиологической службы, часть водопроводов коммунального хозяйства и 1/3 ведомственных подают воду без достаточной очистки, в результате чего водопроводная вода не отвечает гигиеническим требованиям ни по химическим, ни по бактериологическим показателям, что обусловливает высокий уровень как инфекционной, так и неинфекционной заболеваемости [13].

Доля промышленности в загрязнении поверхностных вод в целом по некоторым расчетам, составляет около 70-80%.

Наиболее распространенным, опасным и повсеместным источником загрязнения воды являются нефтепродукты. Этому способствуют широкое использование нефти и нефтепродуктов в различных отраслях народного хозяйства, добыча нефти в прибрежных районах и на шельфах внутренних морей, транспортировке ее водным, железнодорожным и автомобильным транспортом, а также по трубопроводам. Попав в водоем, 1 т нефти растекается по поверхности площадью 12 км³. Особо сильные бедствия народное хозяйство терпит во время тех или иных аварий при добыче и транспортировке нефти. Даже незначительное содержание ее (0,2-0,4 мг/л) придает воде специфический запах, который в течение долгого времени не устраняется никакими способами.

В сточных водах химических предприятий находится много фенолов, которые придают воде резкий, неприятный запах, нарушают биологические процессы. Стоки многих предприятий, а также шахтные и рудничные воды содержат значительное количество цинка и меди [14].

В последние десятилетия появившиеся в сточных водах синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ) резко ухудшают биохимическую очистительную способность воды. Даже относительно небольшие концентрации СПАВ ведут к прекращению роста водной растительности, усилению неприятного запаха, нередко образуют стойкие скопления пены.

Тепловые и атомные электростанции, потребляющие огромные количества воды и сбрасывающие в водоемы подогретые воды, ведут к тепловому загрязнению водоемов, что нарушает термический, гидрохимический и гидробиологический режимы водных объектов.

Существенный источник загрязнения воды - коммунальное хозяйство населенных пунктов. В составе коммунальных стоков наряду с фекальными водами, которые содержат особо опасные для здоровья человека яйца гельминтов, а также болезнетворные микробы и вирусы, имеется много вредных соединений, сбрасываемых предприятиями пищевой промышленности, автомобильного транспорта, общественного питания, торговли.

Причем, если в настоящее время по количеству отводимых в водные объекты стоков на первом месте стоит промышленность, то в перспективе, при повышении культуры производства и по мере роста благоустройства населенных пунктов и их числа, это соотношение будет изменяться и количество бытовых сточных вод возрастет [11].

Ливневые стоки с городских территорий, общая площадь которых составляет многие десятки тысяч квадратных километров, включают значительное количество нефти, органических продуктов. В отличие от бытовых и промышленных они большей частью не подвергаются очистке. Эти стоки поступают в водоемы в период весеннего снеготаяния и интенсивных и продолжительных дождей.

Одним из источников загрязнения вод является сельское хозяйство. Основными загрязняющими ингредиентами в поверхностном стоке с сельскохозяйственных угодий выступают частицы почвы, органическое вещество (гумус), удобрения и пестициды, вредные микроорганизмы. Из внесенных на склоновые земли удобрений вымывается до 20% азота, 2-5% фосфора и 10-70% калия.

Вынос пестицидов с богарных земель достигает 1%, с орошаемых - до 4% от внесенного количества. Поскольку стоки с полей невозможно пропустить через очистные сооружения, опасность загрязнения вод удобрениями и пестицидами трудно переоценить. Биогенные вещества способствуют интенсивному "цветению" воды, вызывают прогрессирующую эвтрофикацию водных объектов и приводят к нарушению процессов самоочищения.

Животноводческие комплексы и фермы, как правило, располагаются на берегах водоемов и рек. При отсутствии жижесборников и навозохранилищ их отходы смываются ливневыми стоками или спускаются в водные объекты. Эти отходы содержат яйца гельминтов и патогенные микроорганизмы. Например, в такой большой стране как Россия, в год животноводческими комплексами и фермами спускается в водоемы более 1 млрд м³ отходов, что соответствует по степени загрязнения биогенными элементами количеству бытовых вод от городов с суммарной численностью населения около 300 млн. человек. Общий годовой сток крупных птицефабрик в 1,5 раза превышает объем сточных вод животноводства [15].

Водный транспорт представляет угрозу для чистоты водоемов и водотоков в случае прямого сброса в них отходов, особенно подсланцевых вод, сильно загрязненных нефтепродуктами. Значительное количество нефти попадает в водные объекты при перевозке ее танкерами, сливании балластной воды, которой заполняются танкеры для придания им устойчивости во время холостых ходов и которую нередко сбрасывают в водоемы, чтобы не терять время на станциях промывки. Аварии же танкеров приводят к неисчислимым бедствиям, губят флору и фауну, нарушая условия водоснабжения населенных пунктов и выводя из строя пляжи.

Многие реки развитых стран, преимущественно на севере и в горных районах, загрязняются при сплаве леса, прежде всего на тех участках, где имеется молевой сплав. До 10% бревен тонут и остаются лежать на дне; на дно же оседает и кора. Затонувшая древесина, медленно разлагаясь, поглощает кислород и отравляет воду фенолами и другими вредными веществами. Особенно большой ущерб молевой лесосплав наносит рыбному хозяйству, разрушая нерестилища, травмируя рыбу и кормовые организмы.

Такой источник загрязнения водных объектов, как атмосферные осадки, содержит промышленные выбросы. Ежегодно в атмосферу Земли поступает более 53 млн. т оксидов азота, 200 млн. т оксида углерода, около 150 млн. т диоксида серы, 200-250 млн. т пыли и 120 млн. т золы. Твердые частицы перемещаются воздушными потоками на большие или меньшие расстояния и нередко выпадают непосредственно на водную поверхность [12].

Газообразные выбросы, растворяясь в атмосферной влаге, выпадают на поверхность Земли в виде "кислотных" дождей иногда на расстоянии многих сотен километров от мест их зарождения. От "кислотных" дождей особенно сильно страдают озера и леса.

В ряде районов водные объекты загрязняются при добыче полезных ископаемых, торфоразработках. За последние десятилетия существенным источником загрязнения рек и водоемов стала рекреация, особенно такие ее виды, как массовое купание и маломерный флот.

Все большую роль в загрязнении водоемов и водотоков играет гидротехническое строительство. Зарегулирование стока рек и создание водохранилищ привело к значительному замедлению водообмена, в частности в Волге примерно в 10 раз. Уменьшение скорости водообмена явилось одной из причин массового развития синезеленых водорослей, "цветения" воды [14].

Среди подземных вод в наибольшей степени от загрязнения страдают грунтовые, поскольку артезианские водные горизонты, перекрытые водоупорными породами, находятся в более благоприятных условиях.

Отмечается как бактериальное, так и химическое загрязнение подземных вод. Основными источниками бактериального загрязнения подземных вод служат поля ассенизации и фильтрации, скотные дворы, разного рода выгребные ямы, неисправные канализационные сети. В случае перекрытия источника загрязнения самоочищение бактериально загрязненных вод происходит очень быстро.

Химическому загрязнению подземные воды подвергаются вследствие воздействие воздействия сточных вод промышленных предприятий, которые фильтруются в подземные горизонты из разного рода прудов-отстойников, прудов-накопителей, прудов-испарителей, шламовых прудов, а также из хвостохранилищ, золоотвалов и т. п.

Немало загрязняющих веществ поступает в подземные воды с атмосферными осадками, выпадающими на территории, на которых находятся хранилища отходов химических предприятий, склады сырья и готовой химической продукции, на загрязненные территории различных промышленных предприятий или сельскохозяйственные поля, где широко применяются удобрения и ядохимикаты. Нередко поставщиком загрязняющих веществ могут явиться минерализованные подземные воды. Загрязнение подземных вод также происходит в районах добычи полезных ископаемых [16].

Проникновение и распространение химического загрязнения в меньшей степени, чем бактериального, определяется свойствами горных пород, через которые фильтруются загрязненные растворы. Самоочищение подземных вод от химических загрязнений происходит очень медленно, особенно от нефтепродуктов и детергентов, и загрязняющие вещества перемещаются по водоносным пластам на большие расстояния.

Итак, деятельность человека существенно изменила объем и скорость массоэнергетических потоков, в результате чего водные объекты теряют возможность самоочищения и в некоторых случаях превращаются в мертвые.

Требования к качеству воды

Обеспечение безопасного водопользования, охрана водных объектов от загрязнения немыслимы без регламентирования качества водной среды. В конце 30-х гг. нынешнего столетия завершился переход к регламентации спуска сточных вод в водоемы и водотоки исходя из видов водопользования и предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ (ПДК). Разработка ПДК шла весьма энергично.

В наше время число гигиенических ПДК для водных объектов приближается к 1000, а рыбохозяйственных - к 300. Ежегодно разрабатываются десятки новых нормативов.

Понятие о ПДК базируется на концепции пороговости действия химических веществ. Установлено, что для каждого вещества, вызывающие те или иные неблагоприятные последствия в организме, существуют и могут быть определены дозы, при которых изменения функций организма минимальны (пороговые). При более низких концентрациях вещество не оказывает вредного действия и его наличие рассматривается как безопасное для жизни настоящего и последующего поколений людей [18].

В водном законодательстве нашей страны в основе гигиенических критериев качества воды лежат следующие требования. Вода, используемая населением для питьевых и других целей, должна соответствовать физиологическим потребностям человека по органолептическим свойствам (запах, привкус. Окраска) и солевому составу, быть безвредной и безопасной.

Действующие гигиенические нормативы играют большую организующую роль при проектировании новых и реконструкции старых промышленных предприятий. Они выступают научно обоснованным критерием оценки качества воды в водоемах и водотоках, позволяют контролирующим организациям объективно оценить их состояние, в ряде случаев способствуют совершенствованию методов очистки сточных вод многих промышленных и коммунально-бытовых предприятий.

Требования к качеству вод, используемых для хозяйственно-питьевых и культурно-бытовых нужд, изложены в специальном документе "Правила охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами".

Основные требования, предъявляемые к качеству воды, заключаются в следующем:

на поверхности воды не должно быть плавающих примесей;

вода не должна приобретать запахи и привкусы интенсивностью более 2 баллов, обнаруживаемые непосредственно или при последующем хлорировании;

полная биохимическая потребность 1 л воды в кислороде при температуре 20°С не должна превышать 30 мг;

с целью устранения нежелательных вкусовых качеств воды и возможных последствий для состояния человека общая минерализация не должна превышать 1000 мг/л (по сухому остатку), в том числе содержание хлоридов - 350, сульфатов - 500 мг/л;

для безопасности воды в эпидемиологическом отношении в ней должны отсутствовать возбудители кишечных заболеваний, а число кишечных палочек в 1 л воды (коли-индекс) не должно превышать 10 000;

содержание взвешенных веществ в воде после спуска стоков не должно увеличиваться более чем на 0,25 мг/л для водных объектов, используемых для пищевого водоснабжения, и 0,75 мг/л для водоемов, предназначенных для купания, спорта и отдыха населения;

повышение температуры в водных объектах при спуске в них различных стоков допускается не более чем на 3°С по сравнению с максимальной температурой воды в летний период;

окраска не должна обнаруживаться в столбике высотой 20 см;

показатель рН должен составлять 6,5 - 8,5;

не допускается содержание ядовитых веществ в концентрациях, могущих оказать вредное воздействие на людей и животных [13].

Самоочищение природных вод

Одним из наиболее ценных свойств природных вод является их способность к самоочищению. Самоочищение вод - это восстановление их природных свойств в реках, озерах и других водных объектах, происходящее естественным путем в результате протекания взаимосвязанных физико-химических, биохимических и других процессов (турбулентная диффузия, окисление, сорбция, адсорбция и т. д.) способность рек и озер к самоочищению находится в тесной зависимости от многих других природных факторов, в частности физико-географических условий, солнечной радиации, деятельности микроорганизмов в воде, влияния водной растительности и особенно гидрометеорологического режима.

Наиболее интенсивно самоочищение воды в водоемах и водотоках осуществляется в теплый период года, когда биологическая активность в водных экосистемах наибольшая. Быстрее оно протекает на реках с быстрым течением и густыми зарослями тростника, камыша и рогоза вдоль их берегов, особенно в лесостепной и степной зонах страны. Полная смена воды в реках занимает в среднем 16 сут, болотах - 5, озерах - 17 лет. Такая разница во времени связана с разными сроками полного водообмена в разных водотоках и водоемах.

Уменьшение концентрации загрязняющих водные объекты неорганических веществ происходит путем нейтрализации кислот и щелочей за счет естественной буферности природных вод, образования труднорастворимых соединений, гидролиза, сорбции и осаждения. Концентрация органических веществ и их токсичность снижаются вследствие химического и биохимического окисления. Эти природные способы самоочищения нашли отражение в принятых методах очистки загрязненных вод в промышленности и сельском хозяйстве.

Для поддержания в водоемах и водотоках необходимого природного качества вод большое значение имеет распространение водной растительности, которая выполняет в них роль своеобразного биофильтра. Высокую очищающую способность водных растений широко используют на многих промышленных предприятиях как в нашей стране, так и за рубежом. Для этого создают разнообразные искусственные отстойники, в которых сажают озерную и болотную растительность, хорошо очищающую загрязненные воды.

В последние годы получила распространение искусственная аэрация - один из эффективных способов очищения загрязненных вод, когда процесс самоочищения резко сокращается при дефиците растворенного в воде кислорода. Для этого специальные аэраторы устанавливают в водоемах и водотоках или ан станциях аэрации перед сбросом загрязненных вод [11].

Охрана водных ресурсов от загрязнения

Охрана водных ресурсов заключается в запрещении сброса в водоемы и водотоки неочищенных вод, создании водоохранных зон, содействии процессам самоочищения в водных объектах, сохранении и улучшении условий формирования поверхностного и подземного стока на водосборах.

Несколько десятилетий назад реки благодаря самоочищающей функции справлялись с очищением вод. Теперь же в наиболее обжитых районах страны в результате строительства новых городов и промышленных предприятий створы водопользования расположены столь плотно, что нередко места сброса сточных вод и водозаборы находятся практически рядом, поэтому разработке и внедрению эффективных методов очистки и доочистки сточных вод, очистки и обезвреживания водопроводной воды уделяется все больше внимания [12].

На некоторых предприятиях операции, связанные с водным хозяйством, играют все большую роль. Особенно высоки затраты на водоснабжение, очистку и отведение стоков в целлюлозно-бумажной, горнодобывающей и нефтехимической промышленности.

Последовательная очистка сточных вод на современных предприятиях предполагает проведение первичной, механической очистки (удаляются легко осаждающиеся и всплывающие вещества) и вторичной, биологической (удаляются биологически разрушающиеся органические вещества). При этом осуществляются коагуляция - для осаждения взвешенных и коллоидных веществ, а также фосфора, адсорбция - с целью удаления растворенных органических веществ и электролиз - для снижения содержания растворенных веществ органического и минерального происхождения.

Обеззараживание сточных вод проводится посредством их хлорирования и озонирования. Важный элемент технологического процесса очистки - удаление и обеззараживание образующегося осадка. В некоторых случаях заключительной операцией является дистилляция воды.

Наиболее совершенные современные очистные сооружения обеспечивают освобождение сточных вод от органических загрязнений только на 85-90% и лишь в отдельных случаях - на 95%. Поэтому и после очистки необходимо 6 -12-кратное, а часто и большее разбавление их чистой водой для сохранения нормальной жизнедеятельности водных экосистем. Дело в том, что естественная самоочищающая способность водоемов и водотоков очень незначительна.

Самоочищение наступает только в том случае, если сбрасываемые воды прошли полную очистку, а в водном объекте они были разбавлены водой в соотношении 1 : 12-15. Если же в водоемы и водотоки сточные воды поступают в большом объеме, а тем более и неочищенными, постепенно теряется устойчивое природное равновесие водных экосистем, нарушается их нормальное функционирование [14].

В последнее время разрабатываются и внедряются все более эффективные методы очистки и доочистки сточных вод после их биологической очистки с применением новейших способов обработки стоков: радиационных, электрохимических, сорбционных, магнитных и др. совершенствование технологии очистки сточных вод, дальнейшее повышение степени очистки - важнейшие задачи в области охраны вод от загрязнения. Значительно шире следует применять доочистку очищенных сточных вод на земледельческих полях орошения (ЗПО). При доочистке сточных вод на ЗПО не затрачиваются средства на их индустриальную доочистку, создается возможность получать дополнительную сельскохозяйственную продукцию, значительно экономится вода, так как уменьшается забор свежей воды для орошения и отпадает необходимость в расходовании воды для разбавления сточных вод. При использовании на ЗПО городских сточных вод содержащиеся в них питательные вещества и микроэлементы усваиваются растениями быстрее и полнее, чем искусственные минеральные удобрения.

К числу важных задач относится также предотвращение загрязнения водоемов пестицидами и ядохимикатами. Для этого требуется ускорить проведение противоэрозионных мероприятий, создать пестициды, которые разлагались бы в течение 1-3 недель без сохранения ядовитых остатков в культуре. До решения же этих вопросов необходимо ограничить сельскохозяйственное использование прибрежных зон вдоль водотоков или не применять в них пестициды. Большего внимание требует и создание водоохранных зон.

В защите водных источников от загрязнения важное значение имеет введение платы за сброс сточных вод, создание комплексных районных схем водопотребления, водоотведения и очистки сточных вод, автоматизация контроля за качеством воды в водоисточниках и разработка методов управления качеством.

Следует отметить, что комплексные районные схемы позволяют перейти к повторному и многократному использованию воды, эксплуатации общих для района очистных сооружений, а также автоматизировать процессы управления работой водопровода и канализации.

В предотвращении загрязнения природных вод велика роль охраны гидросферы, поскольку приобретенные гидросферой отрицательные свойства не только видоизменяют водную экосистему и угнетающе действуют на ее гидробиологические ресурсы, но и разрушают экосистемы суши, ее биологические системы, а также литосферу [13].

Необходимо подчеркнуть, что одной из радикальных мер борьбы с загрязнением служит преодоление укоренившейся традиции рассматривать водные объекты в качестве приемников сточных вод. Там, где это возможно, следует исключить в одних и тех же водотоках и водоемах либо забор воды, либо сброс сточных вод.

1.3 Проблемы рационального использования водных ресурсов и пути их решения

Регулирование стока рек водохранилищами

Одно из наиболее существенных водохозяйственных мероприятий по преобразованию гидрологического режима рек с целью выравнивания естественной неравномерности стока во времени - создание искусственных водоемов. Влияние этих водоемов на сток рек проявляется во внутригодовом и многолетнем перераспределении водности, смене русловых процессов, изменении особенностей затопления русл и пойм рек, режима наносов, теплового стока рек и ледовых условий, а также характера и интенсивности испарения с водной поверхности, водного режима рек ниже плотины, жидкого и твердого стока.

Наиболее распространено сезонное регулирование, основанное на задержании в водохранилище и использовании в первую очередь весенних расходов. Оно необходимо в случаях несоответствия между режимом водопотребления и годовым распределением стока. Когда приходится распределять и межгодовой сток, регулирование носит многолетний характер. Для этого требуются довольно крупные водохранилища, что ведет к дополнительным затоплениям земель при их создании [11].

Суточное и недельное регулирование стока реки заключается в его перераспределении в течение суток (обычно между дневными и ночными часами) и недели (с уменьшением стока воды в нижний бьеф в выходные и праздничные дни). Кроме того, регулирование стока может быть раздельным и совместным.

При раздельном регулировании режим эксплуатации водохранилищ в бассейне автономен, при совместном - режимы на всех ГЭС бассейна взаимоувязываются. Причем во втором случае крупные ГЭС с энергетически более емкими водохранилищами компенсируют колебания отдачи энергии менее емкими.

Чтобы учесть все особенности регулирования речного стока для каждой конкретной ГЭС и ее водохранилища, составляются основные правила использования водных ресурсов этих объектов. Правила определяют режим эксплуатации прежде всего крупных водохранилищ.

В результате регулирования речного стока меженный сток увеличивается на 25%, что существенно улучшает обеспечение народного хозяйства водой.

С развитием работ по регулированию стока рек появляется необходимость в специализированных попусках из водохранилищ в нижний бьеф для дополнительного обводнения, а часто и для создания искусственных паводков на нижележащих участках. Они выполняются по разным причинам: в интересах рыбного хозяйства в низовьях реки, для ликвидации иссушения и остепнения поймы, поддержания хорошего санитарно-экологического состояния воды в нижнем бьефе.

Если раньше эта мера считалась временной, связанной с крайним маловодьем года или другими подобными обстоятельствами, то теперь такие попуски стали регулярными, хорошо улучшающими природно-экологические условия в нижнем бьефе. Например, управляемый весенний паводок, который осуществляется ежегодно из Волгоградского водохранилища, имеет место на нижней Волге [15].