Морская вода в промышленности
Значение воды.
Наши далекие предки очень хорошо понимали значение этой драгоценной жидкости — недаром вода была во многих уголках планеты объектом поклонения. В свое время великий Юлий Цезарь даже обещал прекратить войну, если египтяне согласятся указать ему источник Нила. Все ранние цивилизации зависели от наличия воды: древние люди набирали и хранили воду во время паводков и уже в те времена умели преобразовывать потоки и реки в ирригационные каналы.
Современные же обитатели большинства городов, используя воду как нечто самой собой разумеющееся, зачастую просто не задумываются о ее значении. А ведь эта жидкость — самая рядовая по нашим понятиям, — создавая очертания гор и береговых линий, регулирует абсолютно всю живую окружающую среду и управляет практически всем нашим существованием. Ни для кого не секрет, что без воды ни один из нас не может прожить больше 6 дней.
Известно, что человеческий организм почти на 65% состоит из воды. Вода входит в состав тканей, без нее невозможно нормальное функционирование организма, осуществление процесса обмена, поддержание теплового баланса, удаление продуктов метаболизма и т.д.
Потеря организмом большого количества воды опасна для жизни человека. В жарких районах без воды человек может погибнуть через 5-7 суток, а без пищи при наличии воды человек может жить длительное время даже в холодных поясах для сохранения нормальной работоспособности человеку нужно около 1,5-2,5 литров воды в сутки.
Если количество воды, которое теряет человек, достигает 10% массы тела в сутки, наступает значительное снижение работоспособности, а если оно возрастает до 25%, то это обычно приводит к смерти. Однако даже при большой потере воды все нарушенные процессы в организме быстро восстанавливаются, если организм пополнится водой до нормы.
Многие авторы считают одной из причин старения организма понижение способности коллоидных веществ, особенно белков, связывать большое количество воды. Вода является основной средой, в которой протекают многочисленные химические реакции и физико-химические процессы (ассимиляция, диссимиляция, осмос, диффузия, транспорт и другие), лежащие в основе жизни. Организм строго регулирует содержание воды в каждом органе и каждой ткани, постоянство внутренней среды организма, в том числе и определенное содержание воды, - одно из главных условий нормальной жизнедеятельности.
Вода действительно бесценное богатство человечества. Нехватка воды - тяжкое бедствие людей. Без широкого использования воды нельзя преодолеть в глобальном масштабе ни продовольственный, ни энергетический кризисы.
Водное пространство Земного шара, занятое океанами и морями, представляет собой единую поверхность, называемую Мировым океаном. На долю Мирового океана приходится 71% от всей площади Земного шара. Площадь Земного шара, как вы знаете, составляет 510 млн. км2. Площадь суши примерно в 2 раза меньше площади Мирового океана и составляет около 149 млн. км2.
Вода и суша распределены на Земном шаре неравномерно. Суша сосредоточена в основном Сев. полушарии. На долю суши в Сев. полушарии приходится 39%,а в южном всего 19%. Соответственно 61% и 81% в этих полушарии занимает вода.
Севернее 84 градусов северной широты и между 56 и 63 градусами южной широты океан сплошь опоясывает Землю, т.е. водная оболочка Земного шара непрерывна. Суша же расчленена на отдельные массивы: материки или континенты. Поверхность суши Земного шара по условиям стока воды делится на две части: область внешнего стока и область внутреннего стока. Видимо следует сразу же дать понятие о стоке. Сток в широком смысле - это процесс стекания с водосборов вместе с содержащимися в ней веществами и теплом.
На область внешнего стока приходится до 80% суши, а на внутреннюю около 20%. Кроме того, главный водораздел суши делит ее на две покатости: первая в сторону Атлантического и Северного Ледовитого океанов, а вторая в сторону Тихого и Индийского океанов.
Водные запасы на Земном шаре огромны. Общий запас воды на земле составляет около 4 млрд. км3. Обьем воды в океанах в морях около 1338 млн. км3,
что составляет 1/800 объема земного шара
Огромные запасы на нашей планете не исчерпываются Мировым океаном. В него входит вода рек, озер, болот, водохранилищ, почвенные и подземные воды, вода ледников, водяные пары атмосферы, а также биологическая вода живых организмов и минералов.
Эти запасы по данным Воскресенского выглядят следующим образом:
| Виды вод | Объем воды | |
| Тыс. км3. | % от общего запаса | |
| Мировой океан | 96,5 | |
| Подземные воды | 1,7 | |
| Почвенная влага | 16,5 | 0,001 |
| Ледники и постоянно залегающий снежный покров | 1,74 | |
| Подземные воды многолетних мерзлотных пород | 0,924 | |
| Воды озер | 0,013 | |
| Воды болот | 11,5 | 0,0008 |
| Воды в руслах рек | 2,1 | 0,0002 |
| Биологическая вода | 1,1 | 0,0001 |
| Вода в атмосфере | 12,9 | 0,001 |
| Общие запасы | ||
| Из них пресная вода | 2,53 |
Как видно из проведенной таблицы, запасы вод суши невелики, особенно пресной роль этой воды в природе и жизни человека неоценима, без нее была
бы невозможной сама жизнь человека и большинства растений и животных.
Самым крупным пресноводным бассейном является озеро Байкал, в котором содержится около 1/5 Мировых запасов пресных вод Земли. Объем речного стока воды на внешнюю область Земли составляет 46800 км3 за год. В него входит также и подземный сток в океан в сумме 2200 км3/год и ледниковый сток Антарктиды и Арктических островов в сумме 3700 км3/год. В атмосфере ежегодно накапливается около 1300 км3 воды. Сток во внутреннюю область составляет 1010 км3/год. Примерно 98% общего объема стока сбрасывается в океан. На долю же бессточных областей, занимающих около 20% суши, приходится лишь 2% стока. Из 45.8 тыс. км3. стока в океан 1100 км3 вод теряется в пути.
За более длительный период, измеряемый тысячелетиями, количество влаги на Земле претерпело некоторые изменения. За всю историю Земли, по мнению геологов, в результате дегазации мантии выделялось в среднем не более 1 км3 воды в год. Полагают, что и в настоящее время из недр Земли поступает приблизительно столько же воды. С метеоритами и космической пылью на Землю ежегодно выпадает из космоса около 0,5 км3, приблизительно столько же воды рассеивается с Земли в космическое пространство.
Как видно, эти объемы дополнительного поступления и потерь невелики и можно считать, что количество воды на Земном шаре в течение миллионов лет оставалось неизменным. Однако с течением времени происходило периодическое перераспределение воды в самой гидросфере и главными элементами такого перераспределения являются Мировой океан и ледники. В межледниковые периоды ледники тают и увеличивают обьем воды в Мировом океане, в ледниковые периоды происходит обратный процесс - влага в виде льда аккумулируется в ледниках, уменьшая обьем Мирового океана. Общее похолодание на Земле началось с мелового периода и в четвертичном периоде отмечено 4 крупных периода оледенения. За последние 18 тыс. лет на Земле отмечается периоды потепления и уровень Мирового океана повысился приблизительно на 100 м. и объем в Мировом океане увеличился на огромную величину – 37,5 млн. км3, в последние 56 тыс. лет уровень Мирового океана в целом стабилизировался пря небольших тенденциях к повышению. Стабилизировался и объем в водных объектах суши, но между водными объектами разных типов небольшое перераспределение воды.
Так, в таблице 2 представлены изменения объема воды, произошедшие в прошлом столетие, т. е. за 1900-2000гг.
| Водные объекты | Изменения объема вод | |
| Общее, тыс. км3 | км3/год | |
| Озера | -4.79 | -63 |
| Подземные воды | -10.34 | -136 |
| Ледники Антарктиды | -23.94 | -31.5 |
| Ледники Гренландии | -6.23 | -82 |
| Ледники Арктических островов | -0.91 | -12 |
| Горные ледники | -0.23 | -3 |
| Водохранилища | -5.24 | +69 |
| Мировой океан | -41.19 | +542 |
Такое перераспределение запасов вод привело в 20 веке к повышению уровня океана приблизительно на 11,3 см или на 1,2 мм/ год. Максимум повышения уровня приходился на сезоны осадков.
А теперь перейдем к значению воды в жизни на Земле.
Жизнь на нашей планете зародилась в недрах океана и ничто живое на планете Земля не может существовать без воды. Вода - это среда, в которой развивается органическая жизнь и важнейшая составляющая часть всего живого (так тело медузы на 95% состоит из воды, а в мышечных тканях животных содержится до 75-78% воды). Таким образом, вода является непременным условием проявления любой жизни.
Значение воды на нашей планете огромно. С ее деятельностью связано большинство процессов, изменяющих земную поверхность. Воды ручьев и рек, пронизывая всю поверхность суши, размывают и переносят огромные объемы горных пород, изменяя облик Земли.
Вода не только элемент природной среды и активный геологический и географический фактор: она служит носителем механической и тепловой энергии, транспортирует различные вещества, совершает работу. Вода благодаря своей подвижности играет важнейшую роль в обмене веществом и энергией между геосферами и различными географическими районами. Вода аккумулирует и перераспределяет тепло на Земле, формируя своеобразие климатов и природных условий.
Так на климат Земного шара оказывает сильнейшее влияние сам Мировой океан. Летом он аккумулирует тепло благодаря большой теплоемкости воды, а в холодное время океан это тепло отдает. Поэтому океан является фактором, смягчающим климат в прибрежных районах, поэтому климат ближе к морскому: отмечается значительная облачность, больше туманов, больше осадков, большая влажность, меньше размах колебаний температуры воздуха. И наоборот, чем дальше от океана, тем суше становится климат, меньше выпадает осадков, резче перепады температур между зимой и летом. Основными климатообразующими процессами на Земле являются теплооборот, влагооборот и широтные условия воздушных масс.
Исключительно важная роль воды связана с ее способностью растворять вещества и образовывать растворы солей, газов и органических веществ с различными свойствами. Все многообразие почв их плодородие связано с взаимодействием почв с водными растворами. Наличие в природных водах растворимых солей и газов дает возможность существования жизни в реках, озерах и океанах. Без них не было бы ни водной растительности, ни водных организмов.
Как видите, вода участвует во всех геологических и биологических процессах, она является составной частью этих процессов. Вода участвует в круговороте в природе, находясь в атмосфере, гидросфере, литосфере и живых организмах. Поэтому принято рассматривать биосферу, гидросферу, литосферу и атмосферу как единую систему, в которой происходят взаимные превращения при сохранении единства как система в целом.
Велико значение волы и в повседневной практической деятельности человека. Об этом значении можно говорить много и долго. Моря, реки, озера и др. водоемы используются как для добычи, так и для разведения ценных растений и животных. Для орошения, водоснабжения, получения энергии используются водные запасы внутренних рек, озер и морей. Реки и моря, океаны - это наиболее дешевый транспорт. Практически нет рода деятельности человека, в котором так или иначе не участвовала бы вода. Один из основоположников геохимии Вернадский В. И. так сказал о воде: « Вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет ни одного природного тела, которое могло бы ее не заключать. Все земное вещество ею проникнуто и охвачено». По характеру использования вод все современные отрасли хозяйства страны подразделяют на водопотребителей.
Водопотребители - это те отрасли, которые изымают воду из естественных источников, водотоков, водоемов водоносных пластов, потребляют ее для выработки промышленной или сельскохозяйственной продукции и для бытовых нужд населения и возвращают ее в источник в другом месте, в меньшем количестве и часто худшего качества. К отраслям водопотребителям относятся: промышленность, тепловая и атомная энергетика, сельское хозяйство, коммунальное хозяйство.
Водопользователи - это те отрасли, которые не изымают воду из источников и используют не саму воду, а ее энергию или используют воду как среду или элемент ландшафта. К отраслям водопользователям относятся: гидроэнергетика, водный транспорт, рыбное хозяйство, а также такие виды человеческой деятельности, как отдых их воде, водный туризм. водные виды спорта и др.
Водные ресурсы во всех странах мира стараются использовать рационально, т. е. с наибольшим эффектом и наименьшими потерями. Одновременно принимаются меры по охране вод. Но до сих пор проблема чистой воды стоит в мире очень остро. До 80% заболеваний в развитых и развивающихся странах связано с отсутствием питьевой воды. Свыше двух миллиардов людей не обеспечены ею из-за отсутствия необходимых очистных дезинфицирующих устройств. Об отравлении Америки ядовитыми стоками химических заводов 40 лет назад неоднократно писали многие американские газеты и журналы. Много писали отечественные и зарубежные исследователи о проблеме Байкала, о загрязнении его стоками целлюлозного картонного комбината. И таких примеров на Земном шаре более, чем достаточно.
Чтобы как можно лучше удовлетворять растущий спрос на пресную воду во всем мире, предстоит сделать очень многое: наладить везде полный учет и рациональное использование водных ресурсов, строгий санитарный контроль за источниками, методами получения и качеством этого жизненно важного продукта, внедрить современные высокоэффективные технологии очистки и т. п.
В России, также как и в других странах, проблема воды стоит довольно остро, хотя мы располагаем значительными объемами одной лишь поверхностной пресной воды. В России действует «Основы водного законодательства», принятые в начале 90-х годов в СССР. Эти основы приняты с целью обеспечения рационального использования вод, охраны от загрязнения, засорения и истощения, предупреждения вредного воздействия на воды, улучшения состояния водных объектов. В соответствии с Конституцией России воды в нашей стране составляют собственность государства. И Основами водного законодательства предусмотрены права и о законности, как государства, так и различных водопотребителей и водопользователей, а также меры по рациональному использованию и охране вод.
Для учета вод по количественным и качественным показателям, регистрации водопотребителей и водопользователей учреждены Государственный контроль за использованием воды и Государственный водный кадастр.
Наиболее остро стоит проблема резкого сокращения непроизводительного и бесхозяйственного потребления природных вод. В связи с этим в самые ближайшие годы предусмотрено осуществить комплекс несложных мер по экономному и рациональному использованию водных ресурсов и охране бассейнов рек, озер и других водоисточников от загрязнения и истощения. В промышленности предстоит резко сократить объемы оборотного водоснабжения, внедрить безводные и маловодные технологические процессы и тем самым сократить удельный расход воды на единицу продукции. В сельском хозяйстве необходимо значительно сократить непроизводительные расходы воды в орошаемом земледелии, провести комплексную реконструкцию действующих оросительных систем, сократить удельный расход воды на гектар орошаемых земель.
Необходимо отметить, что в некоторых районах Астраханской области, в частности в Ахтубинском и Черноярском, при выращивании овощных культур, особенно томатов и капусты большие сельхозпроизводители перешли на капельное орошение, что позволяет не только увеличить урожаи в 4,5 раза, но сократить расходы воды более чем в 4 раза.
В коммунальном хозяйстве предстоит повысить технический уровень эксплуатации систем водоснабжения и реконструировать их, что особенно касается коммунального хозяйства г. Астрахани.
Контроль за состоянием водопотребления в стране и его соответствием общим задачам охраны поверхностных и подземных вод возложен на созданный в1988г Государственный комитет по охране природы.
Независимо от того, идет ли речь о водопотребителях или водопользователях, эксплуатация водных ресурсов, оценка возможности и эффективности их использования без научных исследований. В рациональном освоении водных ресурсов важная роль принадлежит гидрологии. Гидрологи обеспечивают водопотребителей и водопользователей данными о количестве воды, о пространственно временных изменениях гидрологических характеристик. Промышленность и коммунальное хозяйство заинтересованы в оценке, как количества, так и качества потребляемой воды: орошаемое земледелие в данных о режиме источника, из которого осуществляется водозабор. Водный транспорт нуждается в сведениях о режиме водных объектов: уровень воды глубины, волнения и т. п.
Гидроэнергетика требует знаний о современном и ожидаемом режиме речного стока, рыбное хозяйство и аквакультура в сведениях о физико-химической характеристиках воды: температуре, солености, содержании кислорода и биогенных веществ и т. п.
Гидрологические исследовании необходимы не только для удовлетворения запросов водопотребителей и водопользователей. Велика их роль и в решении таких проблем, как защита населенных пунктов и земель от наводнении, а также прогнозы погоды и проблемы состояния самих водных объектов, проблемы защиты водных объектов от истощения и загрязнения. Гидрологи участвуют в контроле состояния водных объектов, предупреждают о нежелательных изменениях их режима и качества воды принимают участие в разработке природоохранных мероприятий и т.п. Вы, как будущее специалисты также будут понимать такое участие.
2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИРОДНЫХ ВОД И ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ГИДРОЛОГИИ
Природные воды давно и интенсивно используются человеком. Развитие человеческого общества неразрывно связано с использованием воды. Индире Ганди принадлежат такие слова: «Цивилизация — это диалог человека с водой”. Орошаемое земледелие и современная цивилизация в целом зародились в низовьях и дельтах «великих» рек мира — Янцзы, Хуанхэ, Ганга, Инда, Нила, Тигра и Евфрата, Амударьи. Через реки и моря шло распространение человеческой цивилизации по земному шару. Испокон веков человек выбирал себе места для проживания вблизи воды. Почти все крупнейшие города мира (в том числе и многие столицы государств) расположены на реках, в их устьях, на побережьях морей.
В социальном и экономическом развитии многих стран мира водные ресурсы играли и играют в настоящее время весьма важную роль. Велико значение использования природных вод и в развитии экономики нашей страны.
По характеру использования вод все современные отрасли хозяйства обычно подразделяют на водопотребителей и водопользователей.
Водопотребители - это те отрасли, которые изымают воду из ее естественных источников (водотоков, водоемов, водоносных пластов и т. д.), потребляют ее для выработки промышленной
или сельскохозяйственной продукции и для бытовых нужд населения и возвращают в источники в другом месте и, обычно, в меньшем количестве и часто худшего качества. К отраслям-водопотребителям относятся: промышленность, тепловая и атомная энергетика, сельское хозяйство, коммунальное хозяйство, которые используют воду для промышленного, коммунально-бытового и сельскохозяйственного водоснабжения, а также орошения и обводнения земель. Водопользователи - это те отрасли, которые не изымают воду из источников, а используют воду как носителя энергии, среду, компонент ландшафта. К отраслям-водопользователям относятся: гидроэнергетика, водный транспорт, рыбное хозяйство, а также такие виды человеческой деятельности, как отдых на воде, водный туризм, водные виды спорта и др. Наибольшее количество воды в мире потребляется в сельском хозяйстве — в основном на орошение земель, выращивание урожая, водоснабжение животноводческих ферм. Например, для орошения 1 га рисованных чеков нужно 15—20 тыс. м3 воды в год; на производство 1 кг пшеничного зерна требуется 0,75 м3 воды; на 1 корову нужно до 200 л воды в сутки. Огромное количество воды потребляется в промышленности. Без воды нельзя получить металл, ткани, бумагу, многие строительные материалы, известь, продукты пищевой промышленности и многое другое. Так, для производства 1 т стали необходимо 20 м воды, 1 т бумаги — до 200 м3 воды, 1 т никеля — 4000 м3 воды. Чтобы добыть 1 т нефти, нужно не менее 50 м3 воды. Одна из самых
водоемких — текстильная промышленность. Если для производства 1 т хлопчатобумажной ткани нужно в среднем 20 м3 воды, то для получения такого же количества синтетического волокна — уже 2500—5000 м3 воды.
Крупным потребителем воды является тепловая энергетика. При производстве 1 млн. кВт электроэнергии на тепловых электростанциях затрачивают 1,2—1,6 км3 воды в год. При производстве электроэнергии на атомных электростанциях воды требуется в 1,5—2 раза больше.
Большие объемы воды требуются на хозяйственно-питьевое водоснабжение городов и поселков. В крупных городах на одного жителя приходится 300—600 л воды в сутки. Город с населением
1 млн. человек потребляет в сутки до 1 млн. м3 воды, т. е. целую реку. Водные ресурсы во всех странах мира стараются использовать рационально, т. е. с наибольшим эффектом и наименьшими потерями, комплексно. Одновременно принимаются и меры по охране вод от истощения и загрязнения.
Водопотребление в мире.
На хозяйственные нужды во всем мире используются огромные объемы воды, причем эти затраты воды неуклонно возрастают.
По данным И. А. Шикломанова, с 1900 по 1950 г. (50 лет) полное водопотребление в мире возросло с 579 до 1360 км 
/год, т. е. в 2,3 раза, а безвозвратное (потери на испарение в пределах конкретных речных бассейнов в процессе использования воды) — с 417 до 894 км/год, т. е. в 2,1 раза. За последующие 40 лет (1950— 1990) полное в безвозвратное водопотребление в мире возросло соответственно с 1360 до 4130 км /год (в 3,0 раза) и с 894 до 2360 км3/год ( в 2,6 раза).
Распределение полного и безвозвратного водопотребления в мире по отраслям хозяйства равное (табл. В.1). Главные потребители воды - это сельское хозяйство и промышленность. При этом доля безвозвратных потерь воды в полном водопотреблении в промышленности значительно меньше, чем в сельском хозяйстве. Главные безвозвратные потери воды в мире происходят в орошаемом земледелии.
Та б л и ц а В.1 Водопотребление в мире и некоторых странах
| Характеристика водопотребления | Весь мир (1990) | США (1990) | СССР (1990) | РОССИЯ (2001) |
| Общее водопотребления, кг /год Водопотребления по отраслям хозяйства, % промышленность сельское хозяйство коммунальное хозяйство другие отрасли | 4130/2360 24/4 65/87 7/2 4/7 | 670/162 59/12 34/81 7/7 0/0 | 400/226 30/11 54/76 8/3 8/10 | 66,7/- 59/- 20/- 20/- 1/- |
Примечание: 1. Данные для всего мира, США и СССР — по И. А. Шикломанову, для России — из Государственного доклада о состоянии и использовании водных ресурсов Российской Федерации в 2001 г. (Министерство природных ресурсов); прочерк означает отсутствие данных.
2. В числителе приведено полное, в знаменателе — безвозвратное водопотребление.
По последним оценкам (И. А. Шикломанов и др., 2004), современное водопотребление в мире составляет 3790 км3/год. В дальнейшем, согласно тем же данным, водопотребление в мире может изменяться в соответствии с двумя разными сценариями. Согласно первому из них, водопотребление будет расти на 10—12 % в каждое десятилетие с наибольшей интенсивностью в Африке и Южной Америке в наименьшей - в Европе и Северной Америке. Согласно второму сценарию, при осуществлении эффективных мер по улучшению технологии использования вод водопотребление в мире практически стабилизируется. К 2010 г. оно возрастет на 5—б %, а затем начнет снижаться и к 2025 г. станет близким к современному.
Принято считать, что если доля полного водопотребления от возобновляемых водных ресурсов, т. е. речного стока, находится в пределах 10—20 %, то территория испытывает «умеренный водный стресс, если эта доля составит 20—40 %, то следует говорить уже о «средне-высоком водном стрессе». Если же используется больше 40 % имеющихся водных ресурсов, то возникнет «высокий водный стресс и регион будет испытывать заметную нехватку воды. В таких условиях требуются срочные меры по управлению водными ресурсами.
В ряде случаев можно уже говорить и о почти полном исчерпании запасов пресной воды. Дефицит пресной воды создает острые проблемы в разных частях земного шара (например, в ряде районов Азии и Африки). Кое-где речь уже идет о «водном кризисе». Однако, если не хватает воды, возникают и более масштабные явления — продовольственный и энергетический кризисы.
В настоящее время (И. А. Шикломанов и др., 2004) около 40 % населения Земли живет в условиях очень низкого обеспечения пресной водой. Если рост водопотребления будет в будущем происходить по первому упомянутому выше сценарию, то к 2025 г. в критической ситуации окажется уже 60 % населения планеты.
Водопотребление в СССР. Оно росло очень быстро, особенно в послевоенные годы. С 1950 по 1990 г. полное и безвозвратное водопотребление увеличилось соответственно с 95 до 400 км /год (в 4,2 раза) и с 52 до 226 км3/год ( в 4,3 раза).
Интересно сравнить структуру водопотребления в СССР и США. Данные табл. В.! свидетельствуют о том, что в 1990 г. доля безвозвратных потерь воды в СССР (56 %) была заметно больше, чем в США (24 %); доля ПОЛНОГО водопотребления в промышленности в США была больше, чем в СССР.
Водопотребление в России. Распад СССР привел к тому, что России досталась относительно небольшая доля орошаемых земель бывшего СССР (главная их часть приходилась на Среднюю Азию, Казахстан, Украину). Кроме того, в 1990-х г. сказался и спад промышленного и сельскохозяйственного производства, вызванный экономической дестабилизацией
В результате в России объем водопотребления по сравнению с тем, который был и в СССР и в РСФСР, заметно сократился. По данным РосНИИВХа, в 1991-1998 гг. потребление пресной воды уменьшилось в России на 31 %, а морской воды — на 25 %.
В 2001 г. в России полное водопотребление составило 66,7 км3 (см. табл. В.1). На долю пресных вод пришлось 60,1, морских — 6,0 км3. Из поверхностных источников в этом году было использовано 51,8, из подземных— 8,9 км3 пресных вод. Главным потребителем Воды была промышленность.
В. 2001 г. в России 56,3 км3 отработанных вод вновь поступило в водные объекты (из них 54,7 км3, или 97 %,— в поверхностные). Объем сточных вод меду отраслями хозяйства распределился следующим образом, %: на долю промышленности пришлось 63, сельского хозяйства — 11, коммунального хозяйства — 25, других отраслей — 1. Часть с точных вод была недостаточно очищена. Основной объем загрязненных сточных вод, поступающих в водные объекты, дают промышленность и коммунальное хозяйство.
В последние годы, согласно материалам VI Всероссийского гидрологического съезда (2004), величина водопотребления в России стабилизировалась на уровне около 70 км3/год.
В основе системы управления водными ресурсами России лежат следующие принципы: рациональное использование, т. е. единство процессов использования и охраны вод; территориально-бассейновый подход; государственная собственность на все природные ресурсы, включая водные, и гидротехнические сооружения. Используются три уровня управления водным хозяйством: федеральный орган (Федеральное агентство водных ресурсов); бассейновый орган, подчиняемый федеральному и представляющий интересы государства по использованию и охране водных ресурсов бассейна реки; территориальный орган, имеющий двойное подчинение: бассейновому органу и администрации территории — субъекту Российской Федерации. Научно-методическое руководство использованием и охраной вод в стране осуществляет Российский научно-исследовательский институт комплексного использования и охраны водных ресурсов
( РосНИИВХ ) в г. Екатеринбурге.
Водное законодательство в России. В нашей стране действует Водный кодекс Российской Федерации, принятый Государственной думой 18 октября 1995 г. Водный кодекс имеет силу закона и регулирует отношения в области использования и охраны природных вод.
В Водном кодексе отмечается, что «воды являются важнейшим компонентом окружающей природной среды, возобновляемым, ограниченным и уязвимым природным ресурсом, используются и охраняются в Российской Федерации как основа жизни и деятельности народов, проживающих на ее территории, обеспечивают экономическое, социальное, экологическое благополучие населения, существование животного и растительного мира
В Водном кодексе дается такая классификация водных объектов, юридически принадлежащих России: 1) поверхностные водные объекты — водотоки (реки, ручьи, каналы) и водоемы (озера, водохранилища, болота, пруды), ледники и снежники; 2) внутренние морские воды (расположены в сторону берега от границы территориальных вод); З) территориальные моря России (прибрежные воды шириной 12 морских миль). Совокупность водных объектов в пределах территории Российской Федерации, включенных или подлежащих включению в Государственный водный кадастр, представляют собой «водный фонд» России.
Водный кодекс определяет, что «водные объекты могут использоваться для следующих целей: питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения; здравоохранения; промышленности и энергетики; сельского хозяйства; лесного хозяйства; гидроэнергетики; рекреации; транспорта; строительства; пожарной безопасности; рыбного хозяйства; охотничьего хозяйства; лесосплава; добычи полезных ископаемых».
В Российской Федерации устанавливается государственная собственность на водные объекты. Водные объекты принадлежат на правах собственности либо Российской Федерации (федеральная собственность), либо субъектам Российской Федерации (собственность субъектов РФ). Водным кодексом установлено, что «права пользования одними объектами приобретаются на основании лицензии на водопользование и заключенного в соответствии с ней договора пользования водным объектом.
Практическое значение гидрологии. Независимо от того, идет ли речь о водопотребителях или водопользователях, эксплуатация водных ресурсов, оценка возможности и эффективности их использования невозможны без научного обоснования и соответствующих исследований, поэтому в рациональном освоении водных ресурсов важная роль принадлежит гидрологии. Гидрологи обеспечивают водопотребителей и водопользователей данными о количестве и качестве воды, о пространственно- временных изменениях гидрологических характеристик.
Промышленность и коммунальное хозяйство заинтересованы в оценке как количества, так и качества потрёбляемой воды, орошаемое земледелие — в данных о режиме источника, из которого осуществляется водозабор.
Любое строительство на берегах рек (набережных, причалов и др.), а также сооружение мостов, переходов трубопроводов и линий высоковольтных электропередач (ЛЭП) через реки требует знания об уровнях воды, ледовых явлениях, скоростях течения, русловых процессах (размыва или намыва дна и берегов). Строительство на берегах морей или в прибрежной зоне, например сооружение установок по добыче нефти на шельфе, невозможно без учета данных о волнении, ледовых явлениях и других характеристиках морского режима. Предоставить такие данные проектировщикам и строителям могут только гидрологи.
Речной водный транспорт нуждается в сведениях об уровнях воды, скоростях течения, ледовых явлениях, русловых процессах. Заметим, что изучение режима многих рек России началось именно в связи с их использованием для судоходства. Морскому транспорту требуются данные о морских течениях и волнении. Океанологи нередко снабжают моряков сведениями о так называемых рекомендованных курсах», позволяющих пересечь океан наиболее быстро и безопасно.
Гидроэнергетика нуждается в данных о современных и ожидаемых колебаниях стока воды, рыбное хозяйство — в сведениях о физико-химических характеристиках воды (температуре, солености, содержании кислорода и т. д.).
Гидрологические исследования необходимы не только для удовлетворения запросов водопотребителей и водопользователей. Велика их роль и в решении такой проблемы, как защита населенных пунктов и земель от наводнений (причем не только на реках, но и в приморских районах). Особую актуальность приобретают исследования и прогнозы наводнений на реках, вызванных дождевыми паводками или ледяными заторами, а в устьях рек и в прибрежных морских районах - штормовыми нагонами и волнами цунами.
Велика роль гидрологов в разработке кратко-, средне- и долгосрочных прогнозов состояния водных объектов (рек, озер, морей).
Важна роль гидрологии и в решении проблем охраны природы, при разработке мероприятий по защите водных объектов от истощения и загрязнения. Гидрологи ведут контроль за состоянием качества воды, разрабатывают приемы прогноза распространения загрязняющих веществ, например «нефтяных пятен» после аварии танкеров на реках и в морях.
Морская вода в промышленности
Без воды Мирового океана немыслима жизнь на Земле, невозможен круговорот веществ, энергии в природе. В данной главе пойдет речь не о глобальных физических процессах, а об участии воды в морском хозяйстве, в котором вода является сырьем, так как «уже претерпела известное изменение при посредстве труда» (Маркс К., Энгельс Ф. Соч., т.25, ч.I, с.190).
Долгое время соленую воду океана рассматривали только как «агрессивную» среду, которую в процессе производства следует нейтрализовать, ибо ее невозможно использовать. Однако изменение технологии с учетом физических и химических свойств морской воды позволяет применять ее в качестве полезного компонента. В промышленности морская вода используется при производстве ряда продуктов охлаждения агрегатов, обогащения полезных ископаемых, транспортировке сырья и отходов, в качестве питательной воды в парогенераторах, для поддержки пластового давления на нефтегазопромыслах и т. д. Круг ее применения непрерывно расширяется. Уже в 2000 году в США за счет морского водопотребления удовлетворяется одна треть промышленных потребностей. Растут масштабы использования морской воды в других странах, в том числе в Японии, где ожидаемый дефицит водных ресурсов предполагается покрывать за счет морской воды.
В нашей стране доля морской воды в общем, промышленном потреблении воды составляет пока что всего 5%. Несмотря на в основном внутриконтинентальный характер размещения производства имеется возможность и необходимость развития морского водоснабжения, особенно, например, в южном экономическом районе России, где назревает дефицит водных ресурсов, и в других приморских регионах. Промышленные предприятия Одесской и Крымской
областей уже теперь покрывают свои потребности в воде за счет морской на 33-35%, а отдельные предприятия — до 99,4%
Чаще всего вода используется как теплоноситель при охлаждении продукта или конструкций агрегатов. Морской водой охлаждаются ядерные реакторы. Широко применяется оборотная морская вода также на нефтеперерабатывающих заводах. Большая экономия пресной воды достигается от применения морской для охлаждения барометрических конденсаторов на сахарных заводах.
Все чаще морская вода используется в технологических процессах. Разработаны способы приготовления бетона на морской воде, флотации в морской воде серы из вулканогенных руд Камчатки и Курильских островов. Доказана возможность автоклавной плавки с использованием морской воды.
Широкое распространение получает использование морской воды при добыче полезных ископаемых суши и морского дна. Созданы гидроагрегаты, обеспечивающие выдачу угля на гора, повышающие производительность труда в несколько раз. Перспективна разработка рассыпных месторождений шельфа, в том числе песков, содержащих золото, олово, титан и другие элементы, гидроспособом.
Морская вода в сельском хозяйстве.
Все более широкое применение морская вода получает в сельском хозяйстве. Существует много видов растений — галофитов, — устойчивых к большим содержаниям солёй, хорошо приспособленных к поливам морской водой. Известны мангровые деревья, растущие на побережье тропических морей и образующие мощные заросли. Из других галофитов широко распространены ячмень, пырей, ситник, тандриск. Высокая солеустойчивость у сахарной свеклы,
репы, кормовой капусты, ржи, сахарного тростника, спаржи, лука - порея, чеснока, редиса и др. Эти растения могут переносить поливы солоноватой и даже водой соленостью 10—15%. Селекционные работы позволяют вывести новые солеустойчивые сорта растений. Так, американские ученые получили сорт ячменя, который орошается только морской водой с высокой концентрацией солей, и солеустойчивый сорт помидоров.