Водные ресурсы- вóды в жидком, твердом и газообразном состоянии и их распределение на Земле. Они находятся в естественных водоемах на поверхности (в океанах, реках, озерах и болотах); в недрах (подземные воды); во всех растениях и животных; а также в искусственных водоемах (водохранилищах, каналах и пр.).
Вода – единственное вещество, которое в природе присутствует в жидком, твердом и газообразном состояниях. Значение жидкой воды существенно меняется в зависимости от местонахождения и возможностей применения. Пресная вода шире используется, чем соленая. Свыше 97% всей воды сосредоточено в океанах и внутренних морях. Еще ок. 2% приходится на долю пресных вод, заключенных в покровных и горных ледниках, и лишь менее 1% – на долю пресных вод озер и рек, подземных и грунтовых.
Вода, самое распространенное соединение на Земле, обладает уникальными химическими и физическими свойствами. Поскольку она легко растворяет минеральные соли, живые организмы вместе с ней поглощают питательные вещества без каких-либо существенных изменений собственного химического состава. Таким образом, вода необходима для нормальной жизнедеятельности всех живых организмов. Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Ее молекулярный вес всего 18, а точка кипения достигает 100° C при атмосферном давлении 760 мм рт. ст. На бóльших высотах, где давление ниже, чем на уровне моря, вода закипает при более низких температурах. Когда вода замерзает, ее объем увеличивается более чем на 11%, и расширяющийся лед может разрывать водопроводные трубы и мостовые и разрушать скальные породы, превращая их в рыхлый грунт. По плотности лед уступает жидкой воде, что и объясняет его плавучесть.
Вода также обладает уникальными термическими свойствами. Когда ее температура понижается до 0° C и она замерзает, то из каждого грамма воды высвобождается 79 кал. При ночных заморозках фермеры иногда опрыскивают сады водой для защиты бутонов от повреждения морозом. При конденсации водяного пара каждый его грамм отдает 540 кал. Эта теплота может быть использована в отопительных системах. Благодаря высокой теплоемкости вода поглощает большое количество теплоты без изменения температуры.
Молекулы воды сцепляются посредством «водородных (или межмолекулярных) связей», когда кислород одной молекулы воды соединяется с водородом другой молекулы. Вода также притягивается к другим водород- и кислородсодержащим соединениям (т.н. молекулярное притяжение). Уникальные свойства воды определяются прочностью водородных связей. Силы сцепления и молекулярного притяжения позволяют ей преодолевать силу тяжести и вследствие капиллярности подниматься вверх по мелким порам (например, в сухой почве).
Использование водных ресурсов
Оборотные и замкнутые водохозяйственные системы
Интенсивное развитие промышленности и сельскохозяйственного производства, повышение уровня благоустройства городов и населенных пунктов, значительный прирост населения обусловили в последние десятилетия дефицит и резкое ухудшение качества водных ресурсов практически во всех регионах России.
Одним от основных путей удовлетворения потребностей общества в воде является инженерное воспроизводство водных ресурсов, т.е. их восстановление и приумножение не только в количественном, но и в качественном отношении.
Перспективы рационального воспроизводства технологического расхода воды связаны с созданием на предприятиях систем повторно-последовательного, оборотного и замкнутого водоснабжения. В их основу положено удивительное свойство воды, позволяющее ей не изменять своей физической сущности после участия в производственных процессах.
Промышленность России характеризуется высоким уровнем развития систем оборотного водоснабжения, за счет которых экономия свежей воды, расходуемой на производственные нужды, составляет в среднем 78%. Лучшие показатели использования оборотных систем имеют предприятия газовой (97%), нефтеперерабатывающей (95%) отраслей, черной металлургии (94%), химической и нефтехимической (91%) промышленности, машиностроения (85%).
Максимальные расходы воды в системах оборотного и повторно-последовательного водоснабжения характерны для Уральского, Центрального, Поволжского и Западно-Сибирского экономических районов. В целом по России соотношение объемов использования свежей и оборотной воды составляет соответственно 35,5 и 64,5%.
Широкое внедрение совершенных водооборотных систем (вплоть до замкнутых) способно не только решить проблему водообеспечения потребителей, но и сохранить природные водоисточники в экологически чистом состоянии.
В последние годы из-за экономической дестабилизации, приведшей к падению выпуска промышленной продукции, снижению продуктивности сельского хозяйства и сокращению орошаемых площадей, в России наметилось уменьшение объемов водопотребления (за 1991 -1995 гг. пресной воды - на 20,6%, морской - на 13,4%). Изменилась и структура использования пресной воды: водопотребление на производственные нужды сократилось на 4% (с 53% в 1991 г до 49% в 1995 г), на орошение и обводнение - на 3% (с 19 до 16%),в то же время доля хозяйственно-питьевого водоснабжения возросла на 4% (с 16 до 20%).
К 1997 г. объем использования пресной воды составил в России 75780,4 млн. м3/год, морской - 4975,9 млн. м3/год.
Коммунальное водоснабжение
Коммунальное хозяйство России обеспечивает потребность в воде городского населения, коммунальных, транспортных и прочих непромышленных предприятий, а также расходы воды на благоустройство населенных пунктов, полив улиц и тушение пожаров.
Отличительная особенность коммунального хозяйства - постоянство водопотребления и жесткие требования, предъявляемые к качеству воды.
Основной объем (84-86%) потребляемой воды используется для хозяйственно-питьевых нужд населения, в среднем по России удельное водопотребление на одного городского жителя составляет 367-369 л/сут.
Около 99% городов, 82% поселков городского типа, 19,5% населенных пунктов в сельской местности обеспечены централизованным водоснабжением. Благоустройство городского жилого фонда в среднем по стране характеризуется следующими показателями обеспеченность центральным водопроводом - 83,8%, канализацией - 81,4% центральным отоплением - 84,7%, ванными и душем - 76,7%, горячим водоснабжением - 70,8% (данные за 1996 год).
В поверхностные водные объекты предприятиями отрасли отводится около 13 км 3/год сточных вод, по разным причинам в структуре сбрасываемых вод преобладают недостаточно очищенные. В целом по стране через системы очистных сооружении предварительно пропускается около 70% всей подаваемой воды.
Из-за неблагополучного состояния источников питьевого водоснабжения и несовершенства системы водоподготовки не теряет своей остроты проблема качества воды. Стандартные сооружения очистки, включающие двухступенчатую схему осветления, обесцвечивания и обеззараживания не справляются с возрастающими нагрузками новых загрязнителей (тяжелых металлов; пестицидов, галогенсодержащих соединений, фенолов, формальдегидов). Хлорирование воды, содержащей органические вещества, накапливающиеся в водных источниках, приводит к ее вторичному загрязнению и образованию канцерогенных хлорорганических соединений.
Около 70% промышленных предприятий сбрасывают в коммунальную канализацию сточные воды, в которых, в частности, содержатся соли тяжелых металлов и ядовитые вещества. Осадок, образующийся при очистке таких сточных вод, не может быть использован в сельском хозяйстве, что создает проблемы с его утилизацией.
Промышленное водоснабжение
Промышленное водоснабжение, обеспечивающее функционирование технологических процессов, является ведущим направлением водопользования. Системы промышленного водоснабжения включают в себя гидротехнические сооружения по забору технической воды и доставке се предприятиям, а также системы водоподготовки.
Промышленный потенциал каждого экономического района Российской Федерации представлен практически всеми основными отраслями. Есть и такие районы, где преимущественно сконцентрированы совершенно определенные отрасли промышленности. Например, 46% объема производства легкой промышленности сосредоточено в Центральном экономическом районе, на долю Уральского экономического района приходится около 70% продукции черной и цветной металлургии, на долю Западно-Сибирского - 46% топливной промышленности.
Объемы водопотребления зависят от структуры промышленных предприятий, уровня технологии, выполняемых мероприятий по экономии воды. Наиболее водоемкими отраслями являются теплоэнергетика, черная и цветная металлургия, машиностроение, нефтехимическая и деревообрабатывающая промышленность. На долю самой водоемкой отрасли - электроэнергетики - приходится около 68% суммарного потребления свежей и 51% - оборотной воды.
Так как большинство промышленных объектов сосредоточено в крупных городах, в России преимущественное развитие получили объединенные промышленно-коммунальные системы водоснабжения, что, в свою очередь, приводит к неоправданно высоким расходам на промышленные нужды воды питьевого качества (до 30-40% суточной подачи городских водопроводов).
Предприятия промышленности являются основным источником загрязнения поверхностных вод, ежегодно сбрасывая большое количество отработанных сточных вод (в 1996 г. - 35,5 км'). Особенно разнообразны по своим свойствам и химическому составу сточные воды химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной и угольной промышленности. Несмотря на достаточную мощность очистных сооружений, только 83-85% отводимых сточных вод соответствуют нормативным требованиям. В структуре отводимых вод, содержащих загрязняющие вещества выше нормативного уровня, сброс без очистки составляет в настоящее время 23% (в 1991 г- 28%), остальные воды сбрасываются недостаточно очищенными.
Сельскохозяйственное водоснабжение