Комплексное использование водных ресурсов. Водные ресурсы РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОУ ВПО МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра водоснабжения Конспект лекций по дисциплине «Комплексное использование водных ресурсов» Москва 2009 г. Лекция № 1 Введение. Водные ресурсы РФ Прогресс человечества, развитие культуры и сама жизнь взаимосвязаны с окружающей средой и прямо зависят от того, как она будет сохраняться и использоваться человеком. Великий русский ученый В.И. Вернадский писал: «Вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных геологических процессов. Не только земная поверхность, но и глубокие – в масштабе биосферы – части планеты определяются в самых существенных своих проявлениях, ее существованием и ее свойствами». Среди факторов, регулирующих и обеспечивающих наше существование, наиболее резкие нарушения испытывает вода, ее качественные показатели. Несмотря на кажущуюся беспредельность качества воды на нашей планете, процесс загрязнения водоемов протекает все более быстрыми темпами, увеличивая угрозу уничтожения всего живого. Вода занимает 70 % поверхности земного шара. Она содержится в воздухе и в земле, образует океаны, моря, реки, озера. Без воды невозможно существование растений, животных, рыб и человека. 1. Распределение воды на земле Из общей площади поверхности Земли 510 млн км2 занимает суша, что составляет 29,2 %. Остальная часть планеты – моря и океаны. Запас воды Мирового океана достигает 1370 млн км3. Пресные воды рек и озер занимают около 230 тыс км3, ледники – 24 млн км3. Плавление ледников могло бы повысить уровень Мирового океана на 0,64 м и привести к затоплению примерно 1 % суши. Подземные воды (в толще до 5 км) составляют 60 млн км3, из них 4 млн км3 находятся в зоне активного водообмена. В поверхностных слоях содержится 85 тыс. км3 почвенной влаги. Вода находится в постоянном движении – ее количество и качество меняются во времени и пространстве. Водные ресурсы характеризуются вековыми запасами и возобновляемыми ресурсами. К вековым естественным запасам (м3, км3) пресных вод суши относят воды, единовременно находящиеся в озерах, реках, ледниках, а также в водоносных слоях горных пород (подземные поды). К возобновляемым водным ресурсам (м3/с, м3/год, км3/год) относятся те воды, которые ежегодно возобновляются в процессе круговорота воды на Земле (рис. 1), водообмена между сушей и океаном. Наша планета является прообразом гигантской паровой машины, двигателем которой служит солнечная энергия. Испаряющиеся под действием солнечной энергии с поверхности Мирового океана воды поступают в атмосферу и возвраща­ются в виде атмосферных осадков. Часть испаряющейся воды воздушными течениями переносится на сушу и, выпадая в виде осадков, является основным источников формирования вод суши – рек, озер, подземных вод, ледников. Часть атмосферных осадков, выпадающих на суше, которая не успевает испариться или просочиться вглубь, вновь возвращается в океан через реки. Океан служит гигантским естественным испарителем и поставщиком пресной воды на сушу. Принимая речной сток, океан возобновляется количественно и восстанавливается качественно. При наличии гидрологических станций и постов для измерения расходов воды подсчитывается речной сток и определяются величины возобновляемых водных ресурсов. Оценка водных ресурсов по среднему годовому стоку получила широкое распространение при прогнозировании использования воды и оценке водообеспеченности. Между тем сток истощается в результате забора воды из реки или озера для хозяйст­венных нужд. При этом значительная доля воды теряется безвозвратно в процессе хозяйственного использования, особенно на нужды орошаемого земледелия. Рис. 1. Распределение запасов воды в гидросфере. При водохозяйственном прогнозировании следует учитывать, что озерные, речные, ледниковые, подземные воды в процессе круговорота воды в природе связаны между собой и переходят один в другой. Основным и единственным для всех видов вод ис­ходным звеном круговорота воды в природе являются атмосферные осадки, питающие озера, реки, ледники и подземные воды. Вместе с этим реки питают озера, а подземные воды – реки. Природные воды непрерывно расходуются и возобновляются. Речные воды, имея сравнительно небольшой объем, возобновляются примерно каждые 16 сут. (более 20 раз в год). Подземные воды возобновляются в течение примерно 1400 лет, а горные ледники – в течение 1600 лет. Процесс круговорота воды в природе характеризуется уравнением водного баланса: Ио + Ис = Оо + Ос, где Ио, Ис – испарение с поверхности океана и суши, Ио + Ис = 452 600 + 72 500 = 525 100 км3; Оо + Ос – осадки на поверхности океана и суши, Оо + Ос = 411 600 + 113 500 = 525 100 км3. Пример распределения осадков показан на рис. 2. Вследствие круговорота в гидросфере происходит постоянный обмен водных масс. Так, за счет океанских течений производится смена всех вод Мирового океана за 63 года. Значительно быстрее эти процессы протекают на суше и в атмосфере. Рис. 2. Гидросфера и гидрологический цикл Сток рек и подземных вод на земном шаре составляет 41 000 км3, или 8 % общего объема, совершающего круговорот на Земле. Сток составляет 36,4 % от размера выпадающих осадков на поверхности суши. Отношение величины (объема или слоя) стока к количеству выпавших на площадь водосбора осадков, обусловивших возникновение стока, называется коэффициентом стока. Обеспеченность речной воды для континентов земного шара следующая, тыс. м3/чел. год: Австралия – 12,9; Азия – 7,94; Ев­ропа – 5,18; Африка –13,67; Северная Америка – 26,17; Южная Америка – 74,68. Водный баланс в пределах речного бассейна составляет: О – Спов + Спод + И + Т, где О – осадки на поверхности; Спов – поверхностный сток, поступающий в реки; Спод – подземный сток, подпитывающий реки; И – испарение с поверхности материка, включая внутренние водоемы и водотоки; Т – транспирация влаги растительностью. Для отдельного бассейна уравнение может быть записано в другой форме: О – Спов + Сп.под + И + Т, где Сп.под – полный подземный сток, складывающийся из подземных вод за счет инфильтрации в пределах водосбора, притока подземных вод извне, подпитывания из нижерасположенных напорных горизонтов подземных вод, подпитывания за счет конденсации водяных паров в почве. Речной сток изменяется во времени, однако потребности в воде редко совпадают с циклом стока. Для того чтобы излишки стока, возникшие в полноводные сезоны, могли служить запасом в засушливые сезоны, необходимо строить плотины, водохранилища и распределительные системы. В результате создаются большие открытые резервуары и озера, из-за чего неизбежно растут потери от испарения. В зависимости от природных условий отдельные составляющие полного подземного стока (например, капиллярная влага, конденсация водяных паров) могут отсутствовать. Схема влагооборота воды в пределах речного бассейна показана на рис. 3. Подземные воды на планете составляют 14 % всех пресных вод. Роль подземных вод возрастает в связи с загрязнением поверхностных вод. Системы питьевого водоснабжения с использованием подземных вод развиваются в странах Европы до 90, США – 50, РФ – до 40%. С каждым годом на Земле растет водопотребление, но, поскольку запасы воды ограничены и неравномерно расположены на земной поверхности, в перспективе пополнить дефицит воды возможно из морей и океанов. Рис. 3. Схема влагооборота в пределах речного бассейна: 1 – зона парообразной и пленочной воды; 2 – граница капиллярной каймы; 3 – депресси-онная поверхность; 4 – водонепроницаемый слой; 5 – область напорных подземных вод. Мировой океан – неисчерпаемый водный резервуар. Однако содержащиеся в морской воде соли мешают ее использованию в сельском хозяйстве, промышленности и быту для питьевых нужд без предварительного опреснения. Морская вода представляет собой смесь раствора солей с незначительным количеством растворенных газов и органических соединений. Соли и другие растворенные в воде вещества находятся преимущественно в виде ионов, а иногда – молекул. В океанической воде встречаются почти все химические элементы и их изотопы, но основную массу составляют девять главных ионов. Соленость океана меняется как по глубине, так и по акватории. В Северном Ледовитом океане она ниже 31 %, в Красном море достигает 42 %. Однако соотношение главных ионов постоянно и независимо от величины солености, места и глубины. Ионы Cl– Na+ SO42– Mg2+ Ca2+ K+ HCO3– CO32– Br– H3BO3– Сумма Количество солей, мг/кг воды То же, % от общей массы 18980 55,04 10560 30,61 2650 7,68 1270 3,69 400 1,16 380 1,10 140 0,41 65 0,19 5 0,07 34450 99,95 Для получения пресной воды используют опреснительные установки. Практически из морской воды можно дать неограниченное количество пресной воды для сельского хозяйства. Однако широкое использование пресной воды для этих целей возможно лишь после технико-экономического обоснования. 2. Водные ресурсы российской федерации Россия – одна из наиболее обеспеченных ресурсами пресных вод страна мира. Суммарные естественные ресурсы пресных вод РФ достигают 7770,6 км3/год, из которых 55 % приходится на долю речного стока. Объем среднего многолетнего речного стока, поступающего на территорию России транзитом из сопредельных государств, составляет 4270,6 км3/год (табл. 1). Статистические (вековые) запасы, большая часть которых сосредоточена в озерах и подземных водных объектах, составляют около 90 тыс. км3 (см. табл. 1). По территории России протекает около 3 млн рек, в абсолютном большинстве своем (94,9 %) малых, длиной до 25 км. Количество средних рек длиной от 101 до 500 км составляет 2833, больших – 214. Суммарный сток бассейнов Северного Ледовитого и Тихого океанов оценивается в 80 % от общего, в Азо-во-Черноморском и Каспийском бассейнах, где проживает свыше 65 % населения России, формируется около 7,5 % стока. Пять крупнейших рек России – Енисей, Обь, Амур, Лена, Волга имеют водосборные площади, превышающие 1000 тыс. км3, и входят в первую двадцатку крупнейших рек мира. Таблица 1 Естественные и статистические запасы водных ресурсов РФ Водоисточник Естественные ресурсы, км3/год Статистические (вековые) запасы, км3 Реки 4270,6 470 Озера 530 26 500 Ледники 110 15 148 Подземные воды – 15 800 Болота 1000 3000 Грунтовые (почвенные) воды 3500 – Подземные воды 787,5 28 000 Всего 7770,6 88 918 Реки обеспечивают водой хозяйственную деятельность человека, его повседневный быт. Играют важную роль в жизни общества и поэтому переходят из природной категории в категорию природно-техническую. Жизнь рек связана с человеческим обществом и с социальными преобразованиями. Современные водохозяйственные системы становятся в известном смысле и категорией социально-экономической. Самая многоводная и протяженная река России – Енисей длиной около 6000 км (с рекой Селенгой); ее среднегодовой расход воды около 20 тыс. м/с и среднемноголетний сток 630 км3. Речные воды обычно пресные, средняя минерализация их равна 90 мг/л. Бывают реки с солоноватой и соленой водой. Подобные аномалии связаны с питанием этих рек солеными подземными водами или солевыми залежами в их руслах. Состав растворенных веществ в реках обычно связан с особенностями геологического строения, типами почв и растительности, климатом территорий, по которым они протекают, иначе говоря, с ландшафтами, и меняются с их изменением, т. е. в целом подчиняются законам геофизической зональности. Минерализация речных вод в среднем почти в 200 раз меньше, чем у морской воды. Изменения величины стока и состава веществ в реках обусловлены физико-географическими особенностями водосборных бассейнов и климата. В районах с устойчивым снежным покровом на реках весной возникают половодья, вызванные снеготаянием. На реках вне этой зоны паводки обусловлены дождями и ливнями. Существует промежуточный тип рек, где бывают тс и другие паводки. Однако на небольших реках в зоне устойчивого снежного покрова часты паводки при выпадении ливневых дождей, которые зачастую бывают не меньше весеннего половодья. На реках, получающих питание от ледников, основная часть стока рек приходится на весенне-летний период: чем жарче лето, тем больше воды в реке. Деление рек на малые, средние и большие условно. Длина реки – легко измеряемая ее характеристика, но представление о ресурсах реки дает площадь бассейна, с которого она собирает свои воды, а также данные о расходах воды в различные промежутки времени года. Расход воды в реке зависит от площади водосбора. В табл. 2 приведены основные характеристики рек РФ. Речной сток обусловлен количеством осадков, выпавших в бассейне реки, и испарениями влаги в этом районе. Среднегодовое количество осадков зависит от географического расположения района, его расстояния от океана, особенностей рельефа местности и отчасти от характера растительности. Среднегодовое количество выпавших осадков в стране колеблется, в засушливые и особенно обильные осадками годы отклонения от средних значений достигают 30...40 %. Таблица 2 Основные характеристики рек РФ Река Средне-многолетний сток, км3 Средне-многолетний расход в устье, м3/с Площадь водосбора, тыс. км3 Куда впадает Енисей 624 19 800 2580 Карское море Лена 536 17 000 2490 Море Лаптевых Обь 400 12 700 2990 Обская губа Амур 343 10 900 1855 Амурский лиман Волга 243 7710 1360 Каспийское море Печора 126 4000 322 Печорская губа Северная Двина 110 3491 367 Двинская губа Нева 79,7 2530 281 Финский залив Дон 29,5 935 422 Азовское море Кубань 13,4 425 58 Азовское море Испарение влаги также зависит от географического положения района, влажности воздуха и количества солнечной энергии, достигающей земной поверхности. На процессы испарения влияют сила и продолжительность ветров, испарение с поверхности суши, влажность почвы и характер растительного покрова. Испарения с суши в южных районах составляют 450...500 мм/год, на севере – 50 мм/год. Особую роль в круговороте природы играет транспирация (испарение влаги растениями): для трав она составляет 400...450 мм, для зерновых культур – около 350 мм и для лесов – 250...325 мм. Совокупность транспирации влаги растениями в атмосферу, ее испарения с поверхности крон и из почвы называют эвапотранспирацией. Средний сток в горных районах Российской Федерации достигает 2500...3000 мм/год, на северо-западе европейской части страны – 300...400, в центральных районах– 10...200, в степной и полупустынной зонах – 5...15. В последние десятилетия на величину речного стока все больше влияет деятельность человека: использование воды, строительство плотин, создание водохранилищ, устройство водозаборных сооружений, строительство мелиоративных систем, использование территорий под городскую и промышленную застройки. С ростом населения и развитием экономики нашей страны возрастает и антропогенное воздействие на гидрологический режим рек. Характеристика водных ресурсов РФ и стран СНГ по распределению внутригодового режима приведены в таблице 3, а водный режим рек РФ – в табл. 4. Таблица 3 Сезонное распределение речного стока в РФ и странах СНГ Район Сезонный сток, % от годового стока Весна Лето – осень Зима Южная часть Заволжья, Южное Приуралье Восточная Сибирь Север европейской части РФ Запад и юго-запад европейской части РФ Западная Сибирь Крайний Север и северо-восток Сибири Дальний Восток, Камчатка, Забайкалье, Яно-Индигирский район 90...95 70...80 50...65 30...50 45...50 40...50 30...40 4...8 15...25 25...35 30...35 35...55 45...55 55...65 1...2 5 10...20 20...35 10 5 5 Таблица 4 Водный режим рек России Тип рек Характеристика водного режима Восточно-европейский Западно-сибирский Восточно-Сибирский Алтайский Гянь-шаньский Дальневосточный Причерноморский Северокавказский Высокое весеннее половодье, низкий зимний и летний сток, повышенный осенний сток Высокое растянутое половодье весной, повышенный летне-осенний сток, низкая зимняя межень Высокое весеннее половодье, летне-весенние паводки, низкий сток вплоть до полного промерзания зимой Невысокое растянутое половодье, повышенный летне-осенний и низкий зимний стоки Летнее половодье, формируемое тающими высокогорными снегами и ледниками Невысокое растянутое половодье, очень низкий сток, вплоть до перемерзания в зимний сезон Паводковый режим в течение всего года Устойчивая межень в холодную часть года, частые паводки в летнее время Малые реки составляют подавляющее большинство водотоков страны. К этой категории можно отнести все несудоходные реки. Малые реки легко заиливаются и загрязняются стоками промышленных, коммунальных и сельскохозяйственных предприятий. Между тем их хозяйственная, климатическая, рекреационная роль очень велика. Малые реки снабжают водой города и села, используются для орошения, в их поймах расположены миллионы гектаров пастбищ и сенокосов. На малых реках создают рыбоводные пруды и водохранилища, их берега используют как зоны отдыха. Малые реки улучшают климат и украшают ландшафт. Ценной составляющей стока является его подземная часть. Реки с устойчивым подземным питанием наилучшим образом обеспечивают потребности различных отраслей народного хозяйства в воде без проведения каких-либо специальных мероприятий. Питание подземными водами происходит зачастую из бассейна, контуры которого не совпадают с границами поверхностного водосбора. Увлажнение территории рассчитывается по следующей формуле: У = Сп.под + И, где Сп.под – полный подземный сток; И – испарение. Коэффициент питания реки подземными водами находится из формулы: kп = Сп.под / У Величина коэффициента kп обусловлена географическими особенностями. Для тундры он равен 0,30...0,38; тайги – 0,11...0,29; зоны смешанных лесов – 0,11...0,13; лесостепной зоны – 0,03...0,04; полупустынных районов – 0,005. Среднее значение коэффициента питания рек подземными водами составляет 0,135. На территории РФ осадки выпадают неравномерно. Наибольшее количество осадков наблюдается в европейской части страны – 700...800 мм/год, наименьшее количество – на крайнем юго-востоке европейской части – 200...250 мм/год. В Западной Сибири годовое количество осадков составляет 300...600 мм, в Восточной Сибири – 300...400 мм, на Дальнем Востоке – 500... 1000 мм. Эксплуатационные запасы подземных вод, по предварительным данным, составляют 175... 180 км3/год. В среднем с 1 км2 территории РФ сток равен 235 мм. На территории нашей страны преобладает континентальный климат со значительной межгодовой и межсезонной изменчивостью годового (и сезонного) количества атмосферных осадков. В европейской части страны или Западно-Сибирской равнине осадки в особо увлажненные годы могут на 20...30 % (реже – на 40...50 %) превышать средние значения, а в маловодные годы осадков может быть на 20...30 % меньше нормы. Из среднего многолетнего стока всех рек РФ – 4262 км3/год – 194 км3 (4,6 %) дает приток из сопредельных территорий. Реки РФ распределяются между бассейнами трех океанов и одним бессточным бассейном. На бассейны Северного Ледовитого и Тихого океанов приходится 89 % объема речного стока; на бассейн Атлантического океана и бессточной Каспийской впадины – 11 %. По степени естественной обеспеченности речным стоком территория РФ делится на три зоны: зона высокой водообеспеченности (северные, северо-восточные и восточные районы страны); зоны средней водообеспеченности (территории вдали от крупных водных артерий) – центральный район европейской части РФ и промышленный Урал; зоны низкой водообеспеченности – часть Зауралья и юга Западной Сибири; юго-восточные и некоторые южные районы европейской части РФ, такие как Южное Поволжье, Заволжье. Сток рек является основным источником систем водоснабжения населенных мест и промышленных предприятий. Подземные воды используются в основном для питьевого водоснабжения населения. Неравномерность распределения водных ресурсов неблагоприятно отражается на развитии сельского хозяйства. В южных районах страны с благоприятным для сельского хозяйства климатом, имеющих развитую промышленность и вы­сокую плотность населения, отмечается дефицит воды. В жизни сообществ все более важную роль играет комплексное использование водных ресурсов, необходимость осуществлять наряду с эксплуатацией природных ресурсов их охрану. Решение этой проблемы зависит от социального строя и уровня экономиче­ского развития страны. Одной из характерных черт этой важной проблемы является необходимость прогнозирования неблагоприятных, нередко необратимых процессов и их последствий. Рассматривая перспективу водоиспользования водоемов и водотоков, исходят из следующих важных предпосылок: • водная среда является местом зарождения жизни на Земле; • водные массы служат средой обитания многих звеньев глобальной трофической цепи; • водные массы – это арена хозяйственной деятельности с первых шагов биологической и социальной жизни человека; • вода определяет условия существования и развития жизни во всех ее формах; • водные массы формируют погоду и климат. Всякое использование воды затрагивает в той или иной мере и другие компоненты природной среды. Невозможно охранять воду, водные источники в отрыве от охраны земли, леса, атмосферы. В противном случае они являются постоянным источником повторного загрязнения вод, и главная цель – сохранение биосферы в интересах современного и будущих поколений – не будет достигнута. Дополнительным источником водных пресных ресурсов служат: • минерализованные подземные воды; • прибрежные морские воды; • термальные подземные воды; • вторичные пресные воды после очистки в водооборотных системах, теплоцентралях и на атомных электростанциях; • некоторые виды сточных вод (в сельском хозяйстве на полях орошения, в промышленном водоснабжении); • атмосферные осадки и лед (преимущественно покровный, а также и в ледниках). В будущем одним из важных источников обеспечения пресной водой ряда регионов суши станут соленые океанские воды, а также запасы льда. Классификация водных ресурсов: по объему, происхождению и местонахождению их принято разделять на местные, региональные и глобальные, а по принадлежности – на национальные, межгосударственные и всеобщие. Местными поверхностными водными ресурсами принято считать воду, формирующуюся непосредственно в данной местности, например малые реки и малые озера какой-либо административной области, группы областей, экономического района. К региональным поверхностным водным ресурсам в первую очередь относят транзитные воды крупных и средних рек, обслуживающих не только данную местность, но и территории, находящиеся выше и ниже по течению реки. Например, воды Волги, Оки, Камы, Дона, Днепра, Западной Двины, Невы, Северной Двины и многих других рек. Водные ресурсы используют в народнохозяйственной деятельности в следующих направлениях: водоснабжение (коммунальное, промышленное); орошение сельскохозяйственных угодий и обводнение земель, тепло- и гидроэнергетика; водный транспорт, рыбоводство; использование водоемов, водотоков и прибрежных территорий для рекреационных целей (для отдыха и занятий спортом населения). Кроме того, водотоки и водоемы используют в качестве приемников избыточной воды с поливных и осушаемых земель, предварительно очищенных промышленных и хозяйственно-бытовых стоков, а также для осуществления процессов самоочистки в водоемах. Территорию для строительства новых и реконструкции существующих городов и других населенных мест выбирают с учетом экологической характеристики водных ресурсов. Экологическая характеристика представляет собой сопротивление антропогенной нагрузке (плотности населения, уровня развития промышленного и сельскохозяйственного производства, степени токсичности промышленных стоков и др.) с мощностью водных ресурсов. Существуют нормативы, позволяющие выявить демографическую емкость района в зависимости от экологической характеристики водных ресурсов. Демографическая емкость территории по экологической характеристике поверхностных вод Е1 рассчитывается следующим образом: E1 = ∑Qk/B, где ∑Q – сумма расходов воды в водотоках на входе в территорию, м3/сут; k – коэффициент, учитывающий степень загрязнения водотока сточными водами, k = 0,1...0,25; В – нормативная водообеспеченность, В = 1...2 м3/(сут∙чел.). Демографическая емкость территории по экологической характеристике подземных вод Е2 равна Е2= ∑ЭА/Во, где ∑Э – эксплуатационный модуль стока, м3/(сут∙га); А – площадь территории, га; Во – нормативная обеспеченность, Во = 0,04 м3/(сут∙чел.). Демографическая емкость территории по условиям рекреации на воде Е3 находим из E3 = 4Lα/χ, где L – длина водотока, пригодного для купания, км; α – коэффициент организации пляжей (α = 0,5 – в районе лесной зоны, α = 0,3 – в степной зоне); χ – коэффициент распределения отдыхающих в лесу и у воды, χ = 0,15 – в районах с умеренным климатом, χ = 0,4 – в районах с жарким климатом. Определенную трудность при комплексном использовании водных ресурсов представляет ведомственный подход к распределению воды между участниками. Особенно резко это проявляется при наличии противоречий в требованиях к режиму расходов и уровней воды. В РФ находится крупнейшее соленое озеро мира – Каспийское море. На территории России насчитывается более 2,7 млн. озер суммарной площадью зеркала свыше 400 тыс. км3, 19 из них имеют площадь зеркала, превышающую 1000 км3. Суммарный среднемноголетний объем воды в пресных озерах Российской Федерации составляет 26,5 тыс. км3. В жемчужине России – озере Байкал – сосредоточено 1/5 мировых запасов пресной воды. Значительные запасы пресной воды содержатся в озерах. В табл. 5 представлена характеристика озер России. Таблица 5 Краткая характеристика озер России Озеро Площадь зеркала, тыс. км2 Высота над уровнем моря, м Наибольшая глубина, м Объем воды, км3 Байкал 31,5 455 1741 23 000 Ладожское 17,7 5 225 908 Онежское 9,7 33 100 285 Таймыр 4,6 6 26 13 Ханка 3,9-5 68 11 16,5 Чудовское и 3,6 30 15 25,2 Псковское Белое 1,3 113 20 5,2 Озера являются естественными регуляторами речного стока, а поэтому представляют большую ценность для водоснабжения и рыболовства. В нашей стране возведены искусственные водоемы (водохранилища) для регулирования речного стока и улучшения условий судоходства и лесосплава. В РФ эксплуатируются порядка 300 водохранилищ объемом более 10 млн м3 и около 1600 водохранилищ объемом от 1 до 10 млн м3. Суммарный полезный объем крупных водохранилищ составляет 364 км (табл. 6). Болота также оказывают серьезное влияние на водообеспеченность отдельных районов страны. Это естественные резервуары, регулирующие речной сток и обладающие уникальным биоценозом. Таблица 6 Характеристика крупнейших водохранилищ РФ Водохранилище Река Объем, км3 Площадь водного зеркала,*км2 Использование** полный полезный Братское Красноярское Куйбышевское Иркутское Вилюйское Волгоградское Рыбинское Цимлянское Ангара Енисей Волга Ангара Вилюй Волга Волга Дон 169,3 73,3 58,0 47,65 35,88 31,45 25,42 23,68 48,2 30,4 34,6 46,45 17,83 8,25 16,6 11,54 5470 2000 6488 32 966 2170 3117 4550 2702 ЭСЛРВО ЭСЛВНРО ЭСИВРНО ЭСЛРНО ЭВС ЭСИВРО ЭСВРЛО ИСЭРВО * С учетом озер, находящихся в подпоре. ** Обозначение видов использования: Э – энергетика; И – ирригация; С – судоходство; Л – лесосплав; В – коммунальное и промышленное водоснабжение; Р – рыбное хозяйство; О – рекреация; Н – борьба с наводнением. 3. Состояние и перспективы использования водных ресурсов В обжитых районах РФ, где проживает большая часть населения и сконцентрированы основная промышленность и сельскохозяйственное производство, речной сток составляет порядка 20 %. Это обстоятельство предопределяет водохозяйственную политику по водообеспечению народного хозяйства. Важная роль при этом отводится внедрению прогрессивных технологий рационального водопользования, регулированию стока рек, интенсификации использования подземных вод с последующим восполнением их запасов. В нашей стране существует единая водохозяйственная система, требующая больших финансовых, материальных и трудовых затрат. До недавнего времени воду воспринимали как бесплатный и неистощимый дар природы. В наши дни во многих регионах страны пресной воды уже не хватает, а потребности в ней растут. Различают два вида использования водных ресурсов: водопользование и водопотребление. Водопользование делится на общее и специальное. При водопользовании вода не изымается из водоема (рек, озер и др.) и не расходуется, а лишь используется для выполнения определенных функций. Водопользователями являются гидроэнергетика, водный транспорт, рыбное хозяйство, лесосплав и т.п. При водопотреблении вода забирается из водных объектов, причем часть ее теряется безвозвратно (например, испаряется), часть расходуется промышленностью и сельским хозяйством на производство продукции и др. Кроме того, при водопотреблении резко ухудшается в результате засорения и загрязнения качество той части воды, которая возвращается в реки и озера. В современных условиях строгую границу между водопользованием и водопотреблением провести трудно. Поэтому при комплексном использовании водных ресурсов эти разновидности объединяют под общим термином – водопользование. Качество используемой воды и потребность в ней зависят от вида водопользования. Наиболее стабильными водопользователями являются населенные пункты, которые используют воду наивысшего качества (из подземных источников или незагрязненных водоемов и водотоков). Постоянного во времени потребления воды требуют тепловые и атомные электростанции, а также промышленные предприятия с непрерывным циклом работы. Для ороше­ния необходимы большие объемы воды лишь в течение вегетационного периода и при промывных поливах; для водного транспорта и лесосплава – в период навигации; для рыбного хозяйства – во время нереста рыб, причем очень чистая вода, в то время как для гидроэнергетики, судоходства и лесосплава качество воды практически не имеет значения. Таким образом, требования различных отраслей народного хозяйства к качеству, количеству и срокам подачи воды весьма разнообразны и нередко противоречивы, что существенно усложняет прогнозирование и распределение воды между различными водопользователями. Для нужд населения и народного хозяйства в РФ ежегодно забирается из природных водных объектов около 90 км3 свежей воды, в том числе около 10 км3 из подземных горизонтов. Около одной пятой этого объема потребляется безвозвратно или теряется при транспортировании в процессе использования. Сточные воды несут в себе отходы производства (сотни разновидностей органических и неорганических веществ в растворенном или взвешенном состоянии). Концентрации этих веществ зачастую превышают предельно допустимые концентрации (ПДК), и такие стоки перед сбросом в водоем разбавляют свежей водой до получения требуемых ПДК. Для решения этой проблемы внедряются: • Водосберегающие технологические процессы, в основу которых положены принципы использования технологических аппаратов, требующих небольшого количества воды; • Новые эффективные методы очистки сточных вод; • Замкнутые системы водного хозяйства с оборудованием для утилизации отходов и ценных компонентов. Крупнейшим потребителем воды является орошаемое земледелие, которое создает гарантированный продовольственный фонд. На орошаемых угодьях возделываются рис, значительная часть овощей и фрукты. Всего на орошение сельскохозяйственных угодий расходуется около 10 % воды в год. При решении задач комплексного использования водных ресурсов в сельском хозяйстве существует проблема, связанная с сокращением непроизводительных потерь воды (40 % объема теряется при фильтрации, испарении и сбросе). Важную роль в решении задач экономии водных ресурсов должно сыграть внедрение новых методов полива. При поверхностном поливе непроизводительные потери воды достигают 45 %, в то время как использование дождевальных машин с закрытой поливной сетью дает возможность уменьшить их до 10 %; повышение агротехнической культуры и совершенствование сельскохозяйственного производства наблюдаются при рациональном внесении удобрений и химикатов. В настоящее время наметилась тенденция к снижению водопотребления. Однако в районах с дефицитом водных ресурсов требуется использовать резерв воды за счет внедрения водосберегающих технологий, создания водопроводов с технической водой, нормирования лимитов водопотребления, охраны вод от загрязнения, использования минерализованных вод, рационального использования запасов подземных вод. Эти пути решения покрытия дефицита воды в ряде случаев являются более экономически и экологически приемлемыми, чем территориальное перераспределение водных ресурсов. Для комплексного использования и охраны водных ресурсов и стране применяют системный подход к управлению процесса­ми использования бассейнов рек. Для этого существует оперативный учет на базе современной технологии автоматического сбора информации, включая использование геостационарных искусственных спутников Земли. Задачи обеспечения крупных территорий местными водными ресурсами рассматриваются комплексно при совместном регулировании поверхностных и подземных вод с учетом их охраны от загрязнения и истощения. К нетрадиционным методам увеличения располагаемых водных ресурсов относятся: • стимулирование атмосферных осадков; • использование минерализованной воды для орошения, соленой воды для различных целей в промышленности вместо пресной воды, опресненного льда, образовавшегося в соленом водоеме; • регулирование таяния ледников; • уменьшение испарения воды, в частности, изменение состава растительного покрова на водосборной площади и другие известные методы, позволяющие значительно сократить дефицит водных ресурсов. Развитие экономического потенциала многих регионов страны связано с интенсивным использованием малых рек, являющихся основным, а порой и единственным источником местного водообеспечения. Интенсивная хозяйственная деятельность на водосборе нарушает условия формирования стока и гидрохимический режим малых рек. Если около половины суммарного объема речного стока страны, а в отдельных экономических регионах – до 90...95 % формируется в бассейнах малых рек, то становится очевидна роль малых рек в водообеспечении народного хозяйства и формировании водных экологических систем больших рек. В связи с этим остро стоит проблема социально-экологического развития водохозяйственных систем на малых речных бассейнах. 4. Единый государственный водный фонд РФ Единый государственный водный фонд олицетворяет собой объект права исключительной государственной собственности на воды в РФ. Понятие водного фонда дает возможность установить круг предметов, состоящих в исключительной собственности государства, и выяснить сферу действия водного законодательства, ибо оно распространяется главным образом на отношения, возникающие по поводу водного фонда в целом или его отдельных элементов. Единый государственный фонд в РФ со­ставляют все воды, а не вся вода. Основы водного законодательства проводят принципиальное различие между понятиями «вода» и «воды». Важнейшая особенность воды по сравнению со многими другими элементами материального мира заключается в динамичности и взаимосвязанности всех запасов воды. Единый государственный водный фонд делится на три части: первая часть – вода в составе атмосферы Земли, почвенная влага, вода в тканях животных и растений; вода, участвующая в круговороте (моря, реки, озера, водохранилища и др.); вода, цирку­лирующая в водопроводах, накопленная в резервуарах и т. п. В состав первой части входит вода, которая по своему физическому состоянию и положению в пространстве не может самостоятельно выступать в качестве специфического материального блага. Эта вода является компонентом горных пород, входит в структуру почвы, участвуя в органических соединениях, образует материальную субстанцию тканей растительных и животных организмов и т. д. Такая вода не является и самостоятельным объектом отношений, в том числе отношений собственности. Поэтому не существует права собственности на атмосферную или поч­венную влагу, воду, находящуюся в тканях животных и растений. Объектами отношений выступают сама атмосфера, почва, живот­ные и растения, но не вода, находящаяся в них. Вторая составная часть общего количества воды образует природные запасы воды, представляющие огромную материальную ценность для общества. Эти запасы служат удовлетворению питьевых и бытовых потребностей людей, используются в промышленности, сельском хозяйстве и для других нужд. Они представляют собой специфическое материальное благо, выступают как объекты отношений и поддаются юридическому обо­соблению, состоят в исключительной собственности государства и образуют вещественное содержание понятия «воды». Третью часть представляют собой неприродные запасы воды, отделенные от природной среды трудом людей и обращенные в товарно-материальную ценность. Критерием разделения природных и неприродных запасок воды является факт добычи, в результате которой некоторая масса воды отделяется от природной среды. С точки зрения юридической характеристики неприродных запасов воды их основная особенность заключается в том, что они не могут быть объектами права исключительной собственности государства, а переходят зачастую в собственность обще­ственных организаций и граждан путем всякого рода правомерных сделок. Это обусловлено тем, что добытая вода использует­ся как потребительский продукт или как сырье, на которое государство не может всегда сохранять свое право собственности. Так, минеральная вода в бутылках обычно покупается гражданами, приобретается в личную собственность перед потреблением или непосредственно в процессе потребления. Неприродные за пасы воды (добытая вода) не охватываются понятием «воды». Таким образом, к «водам» относятся природные запасы воды, выступающие в качестве самостоятельного материального блага, использование которого поддается целенаправленному регулированию. Для того чтобы при регулировании водных отношений в формулах правовых норм и актов каждый раз не перечислять виды вод, законодатель установил единое поня­тие – водный объект, которое символизирует тот или иной конкретный материальный предмет водных отношений. Водный объект – это река, озеро, море, ледник, подземный водоносный горизонт и т. п. Совокупность указанных водных объектов, на­ходящихся на территории РФ, – это и есть «воды». Категории и виды водных объектов, составляющих единый государственный водный фонд, различаются не по основному хозяйственному целевому назначению, как, например, категории земель, а по физико-географическому и государственно-политическим признакам. В состав единого государственного водного фонда входит определенное количество точно поименованных рек (например, Волга, Днепр, Обь, Енисей, Лена, Амур и т. д.), озер (Ладожское, Онежское, Байкал, Севан, Иссык-Куль) и т. д. Изменения в водный фонд могут быть внесены хозяйственной деятельностью людей, искусственно создающих водные объекты. Появляются иногда совершенно новые виды водных объектов, скажем, водоемы, образующиеся на месте бывших карьеров по добыче полезных ископаемых или строительных материалов. В связи с этим Основы водного законодательства не установили исчерпывающего перечня категорий и видов водных объектов, составляющих единый государственный водный фонд, оставив его открытым. В отличие от единого государственного земельного фонда единый государственный водный фонд составляется из физико-географических объектов, которые отнесены к «водам» и официально признаны водными объектами. Точный и систематический учет вод приобретает исключительно важное значение в практике регулирования отношений собственности на воды, водопользования и охраны вод. Высшей формой учета является Государственный водный кадастр, который содержит данные, полностью и всесторонне характеризующие вещественный состав этого государственного фонда. Государственный водный фонд определяется в законодательстве как единый. Иных фондов не существует. Лекция № 2 Экологические, санитарные и социальные аспекты решения водохозяйственных проблем 1. Формирование и оценка качества природных вод. Показатели качества природной воды: физико-химические, гидробиологические и микробиологические свойства природной воды Вода – химическое соединение водорода (11,11 %) и кислорода (88,89 %). Чистая вода бесцветна и не имеет запаха и вкуса. Природная вода по своему составу весьма разнообразна. В ее состав входят соли (преимущественно в виде ионов, молекул и комплексов), органические вещества (в молекулярных соединениях и в коллоидном состоянии), газы (в виде молекул и гидратированных соединений), диспергированные примеси, гидробионты (планктон, бентос, нейстон, пагон), бактерии, вирусы. Физико-химические свойства воды Водород и кислород при соединении обеспечивают создание устойчивой молекулы, в которой электроны «находят себя», так как оба элемента живут как бы при дефиците электронов. Атомы и электроны особым образом располагаются в микропространстве, их внешние (у кислорода) электроны объединяются, В результате молекуле воды свойственна дисимметрия: кислородная часть молекулы имеет отрицательный заряд, а водородная – положительный. Они смещены относительно друг друга, поэтому такая молекула похожа на маленький электромагнит. Пространственная схема строения молекулы воды имеет вид тетраэдра, или четырехлопастного винта, с двумя положительными и двумя отрицательными зарядами на вершинах тетраэдра, или концах лопастей винта. В центре таких фигур находится ядро атома кислорода, а на двух соседних вершинах, или лопастях, – положительно заряженные атомы водорода, а на двух других – отрицательно заряженные электроны. Молекулы воды оказываются чрезвычайно устойчивыми, поскольку атомы кислорода и водорода связаны друг с другом посредством образования электронных пар. Это так называемая ковалентная связь. Такую молекулу очень трудно разрушить, поэтому вода способна существовать в условиях разнообразных и очень сильных воздействий. Качество воды в поверхностных источниках определяется совокупностью физико-географических условий (климат, рельеф местности, почвенный покров, характер прибрежной растительности), биологических процессов, протекающих в водоеме с участием гидробионтов, и деятельности человека (регулирование речного стока, строительство гидротехнических сооружений, ирригация, судоходство, сброс сточных вод и т, д.). Под качеством природной воды понимают совокупность ее свойств, обусловленных характером содержащихся в воде примесей. По своей природе примеси природных вод делятся на ор­ганические и неорганические. Отдельную группу примесей со­ставляют микрофлора и микрофауна природных водоемов, оказывающие существенное влияние на качество воды в самом водоеме, а также на работу очистных сооружений и систем водо­снабжения промышленных предприятий. С этой точки зрения особое значение имеет не только природа примесей, но и их физико-химическое состояние. Согласно классификации академика Л. А. Кульского, примеси природных вод в зависимости от их физико-химического состояния, в значительной степени определяемого дисперсностью, делятся на четыре группы. Первая группа примесей со степенью дисперсности 103...10-5 см представлена взвешенными в воде частицами, образующими суспензии и эмульсии. Это частицы глины и песка, малорастворимые гидроксиды металлов, иловые частицы, эмульсии мине­ральных масел, нефтепродукты, микроорганизмы, обитающие в толще воды, в том числе бактерии. Вторую группу примесей составляют коллоидно-растворенные примеси и высокомолекулярные органические вещества со степенью дисперсности 10-5...10-6 см. В основном это минеральные и органоминералъные частицы почвы и грунта, коллоидные соединения железа, а также гумус – продукт биохимического разложения растительных и животных остатков. Гумусовые вещества, относящиеся ко второй группе примесей, представлены гуминовыми и фульвокислотами, образующими коллоидные растворы и придающими воде цветность. Коллоидные примеси второй группы увеличивают мутность воды. К третьей группе примесей относятся молекулярно-растворенные вещества со степенью дисперсности 10-6…10-7 см. В эту же группу входят вирусы и бактериофаги. К растворенным органическим соединениям естественного происхождения относят также продукты жизнедеятельности и разложения бактерий, актиномицетов, плесеней, водорослей, макрофитов и других обитателей водной среды и растворенные фульвокислоты. Различные источники загрязнения существенно повышают концентрацию органических веществ в водоеме. Продукты жизнедеятельности гидробионтов при массовом их развитии придают воде различные запахи и привкусы, борьба с которыми представляет значительные трудности. К этой же группе примесей относят растворенные в воде газы: кислород, диоксид углерода. Растворенный кислород играет важную роль в биохимических процессах, происходящих в водоеме. Диоксид углерода образуется при окислении органических веществ микроорганизмами и частично переходит в гидросферу из атмосферы. Растворенная углекислота потребляется фотосинтетиками в качестве источника углерода. В воде некоторых загрязненных поверхно­стных водоемов может присутствовать растворенный сероводород – продукт жизнедеятельности аммонифицирующих и сульфатвосстанавливающих бактерий. Четвертую группу примесей составляют вещества, диссоциирующие в воде на ионы. Степень дисперсности их менее 10-7 см. Это в основном различные соли, суммарная концентрация которых определяет степень минерализации воды. Общее содержание солей в воде большинства природных источников достаточно точно определяется катионами Са2+, Mg2+, Na+, K+ и анионами HCO3–, SO42–, Сl–. Однако природные воды содержат и массу других элементов, таких, как железо, марганец, фосфор, азот и т. д., которые наряду с основными катионами и анионами обеспечивают микроорганизмам полноценное минеральное питание. Поверхностные воды характеризуются большим содержанием нерастворимых веществ, в частности органических соединений. Помимо частиц песка и глины в них имеются лёсс, илистые вещества, различные карбонатные соединения, гидроксиды алюминия, марганца и железа, высокомолекулярные органические примеси гумусового происхождения, иногда в виде органо-минеральных комплексов, планктон и др. Содержание взвешенных веществ в поверхностных водоисточниках изменяется от нескольких единиц до десятков тысяч миллиграммов на литр. Как правило, минимальное содержание солей характерно для северных рек с поверхностным питанием (Нева, Северная Двина), а максимальное – для южных, которые питаются подземными водами (Терек), По виду растворенных солей в воде реки подразделяют на гидрокарбонатные (Волга, Кама), сульфатные (Дон), хлоридные (Ишим). Содержание органических веществ в речных водах достигает 180 мг/л и более (северные реки). В воде озер содержание солей изменяется. Количество органических веществ в них достигает 100 мг/л и более. Состав воды водохранилищ зависит от условий формирования и режима источников питания. Как правило, вода хранилищ характеризуется значительным содержанием органических веществ, наличием планктона и повышенной минерализацией в придонных слоях. Подземные воды не содержат большого количества органических веществ, но часто насыщены минеральными солями, а иногда и газами (H2S, CO2, СН4). При гидравлической связи между поверхностными и подземными водами последние отличаются повышенной окисляемостью. Наблюдается прямая зависимость между глубиной залегания подземных вод и степенью их минерализации. Подземные воды часто характеризуются значительной жесткостью и повышенным содержанием железа, марганца, фтора. Таким образом, различные примеси в природной воде образуют с ней сложные гомогенные и гетерогенные системы. Для большей части поверхностных водоемов, используемых в качестве источников водоснабжения, характерны малая минерализация, изменение состава воды под влиянием гидрометеорологических условий и биохимических процессов, сезонные колебания температуры и состава воды. Сезонные колебания в составе воды особенно резко проявляются в увеличении ее мутности и цветности в периоды паводков. В этот же период воз­растает бактериальная загрязненность воды. Сточные воды образуются в результате физиологической, хозяйственной и производственной деятельности человека. В зависимости от происхождения и характера примесей различают бытовые, производственные и дождевые сточные воды. Основная часть органических загрязнений бытовых сточных вод представлена белками, жирами, углеводами и полупродуктами их разложения. Неорганическую часть загрязнений составляют частицы песка, глины, а также соли, присущие питьевой воде и образующиеся в процессе жизнедеятельности человека (фосфаты, гидрокарбонаты и аммонийные соли). Из общей массы загрязнений на долю органических веществ приходится 45-58 %. Примеси сточной воды находятся в растворенном, коллоидном и нерастворенном состояниях. Нерастворенные вещества представлены взвешенными в воде частицами разной степени дисперсности, часть которых способна выпадать в осадок. Органические вещества бытовой сточной воды примерно поровну распределяются между растворенной, коллоидной и оседающей фракциями. Загрязненность сточных вод органическими веществами, которые могут служить источниками питания и энергии для микроорганизмов, оценивают косвенно по величине, называемой биохимической потребностью в кислороде (БПК), В величину БПК входит расход кислорода на окисление биохимически окисляемых растворенных, коллоидных и частично взвешенных примесей, В поверхностных водах величины БПК5 колеблются от 0,5 до 4,0 мг/л и подвержены сезонным и суточным изменениям. Сезонные колебания в основном зависят от изменения температуры, исходной концентрации растворенного кислорода. Влияние температуры сказывается через ее воздействие на скорость процесса потребления, которая увеличивается в 2…3 раза при повышении температуры на 10 °С. Влияние начальной концентрации кислорода на процесс БПК связано с тем, что значительная часть микроорганизмов имеет свой определенный кислородный оптимум для развития и в целом для физиологической и биохимической активности. Суточные колебания БПК5 также зависят от исходной концентрации растворенного кислорода, которая может в течение суток изменяться на 2,5 мг/л, в зависимости от соотношения интенсивности процессов его продуцирования и потребления. Весьма значительны изменения значений БПК5 в зависимости от степени загрязненности водоемов, Ниже представлены значения БПК5 в водоемах с различной степенью загрязненности. Степень загрязнения БПК5, мг/лО2 Очень чистые............................... 0,5…1,0 Чистые......................................... 1,1...1,9 Умеренно загрязненные.............. 2,0…2,9 Загрязненные............................... 3,0…3,9 Грязные........................................ 4,0…10,0 Очень грязные.............................. 10,0 Диффузное загрязнение поступает в водную среду через атмосферу, снеговые и ливневые стоки с полей и прочих сельскохозяйственных угодий. Роль атмосферных осадков как источники загрязнения устанавливается измерениями. Так, концентрация многих солей металлов в них (Hg, Ni, Си, Zn, Se, Со и пр.) значительно выше, чем в поверхностных водах, что указывает на влияние индустриальных источников. Отмечено также отрицательное влияние сернокислых выделений, а также выхлопных газов двигателей на окружающую среду. Однако наибольшую опасность представляет радиоактивное загрязнение, которое переносится на значительные расстояния. Наряду с перечисленными источниками загрязнения серьезную опасность представляют снеговые и ливневые стоки. Комплекс загрязнений бытовой сточной воды служит полноценным субстратом для гетеротрофных организмов, так как включает источники углеродного питания (белки, жиры, углеводы), необходимые биогенные элементы (азот и фосфор) и микроэлементы, всегда присутствующие в питьевой воде. Состав очищенных сточных вод достаточно постоянен и характеризуется эффективностью очистки сточных вод на очистных сооружениях систем водоотведения, В водные объекты поступают очищенные сточные воды, имеющие следующее содержание загрязнений (мг/л): взвешенные вещества – 15; БПК – 15; солевой состав – 200; ХПК – 40. Доочистка очищенных городских сточных вод на сооружениях дает возможность в 2 раза сократить содержание загрязнений. Солевой состав в сточных водах при этом сохраняется. Сточные воды, образующиеся в результате использования поды в технологических процессах различных производств, называются производственными. Характер загрязнений и концентрация их в производственных сточных водах чрезвычайно разнообразны и зависят как от вида производства, так и от принятого технологического режима. Для очистки многих видов производственных сточных вод применяют биологические методы. Такие сточные воды условно можно разделить на четыре категории. К первой категории относят сточные воды, которые нагреваются, но не загрязняются. Ко второй – сточные воды, загрязненные органическими веществами без токсических примесей; в основном это сточные воды предприятий пищевой промышленности. К третьей – сточные воды, содержащие биохимически окисляемые примеси и токсичные соединения. В некоторых случаях предварительное удаление токсичных соединений создает возможность дальнейшей биологической очистки, которую чаше осуществляют совместно с бытовыми сточными водами. Например, токсичные примеси кожевенных стоков – сульфиды и хром. Из сточных вод кожевенных заводов их выделяют на ло­кальных очистных сооружениях, после чего биологическая очистка идет беспрепятственно. Сточные воды многих отраслей легкой промышленности содержат ПАВ и красители – токсичные для микроорганизмов соединения, которые также удаляют из стоков перед подачей их на биологическую очистку. Сточные воды многих видов производств (нефтеперерабатывающей промышленности, коксохимической, гидролизной и др.) содержат органические примеси, которые в обычных условиях являются ядами для микроорганизмов. К их числу относятся фенолы, спирты, нефтепродукты, сернистые соединения и т. д. Однако при соответствующей адаптации микроорганизмов и выращивании специфического активного ила биологическая очистка таких сточных вод возможна. Например, на коксохимических заводах и газогенераторных станциях сточные воды, содержащие до 1 г/л фенолов, очищаются с помощью комплекса адаптированных бактерий, способных окислять фенолы. Четвертую категорию сточных вод представляют некоторые виды стоков, не имеющих органических примесей и загрязненных в основном кислородсодержащими солями. К ним относятся стоки гальванических цехов, обогащенные оксидами шести­валентного хрома; сточные воды некоторых производств азотной промышленности, содержащие нитраты и нитриты; сточные воды, загрязненные окисленными соединениями хлора. Биологическая очистка таких сточных вод основана на способности микроорганизмов использовать окисленные соединения азота, хрома, хлора в качестве конечных акцепторов водорода мри сопряженном окислении органических веществ бытовых сточных вод или отходов производства. Для характеристики степени загрязненности производственных сточных вод органическими веществами одной величины БПК недостаточно, так как далеко не все примеси производственных стоков могут окисляться биохимическим путем. Прибегают к определению химической потребности в кислороде (ХПК), Под ХПК понимают количество кислорода, необходимое для окисления органических веществ до диоксида углерода, воды и аммиака. Важная характеристика производственных сточных вод – отношение БПК к ХПК. Она показывает, какая часть общего содержания органических примесей может быть окислена биохимическим путем. Считается, что биологическая очистка целесообразна, если это отношение больше 0,5, т, е. чем оно выше, тем эффективней очистка. Для бытовых сточных вод отношение БПК/ХПК достаточно постоянно и составляет 0,86; для производственных стоков оно изменяется в широких пределах. В отличие от бытовых сточных вод многие виды производственных стоков не содержат азота и фосфора или одного из этих, биогенов, поэтому для их биологической очистки требуется добавка биогенных элементов. На городские очистные станции поступает обычно смесь бытовых и производственных сточных вод, прошедших в случае необходимости локальную очистку на предприятиях. Такие сточные воды называют городскими. Коллекторно-дренажные воды систем ирригации образуются и результате осуществления мелиоративных и осушительных мероприятий, проводимых для осуществления интенсификации сельского хозяйства. Коллекторно-дренажные воды различны по своему составу. Они содержат в основном примеси органического или минерального происхождения, поступающие вместе с поливочными водами и вымывающиеся из почв и грунтов, сквозь которые они просачиваются. Их характеристика зависит в основном от гидрогеологических условий местности, интенсивности и культуры применения минеральных удобрений и ядохимикатов. Состав коллекторно-дренажных вод характеризуется повышенной минерализацией и сезонными колебаниями, обусловленными графиками полива и внесения удобрений. Показатели качества природной воды Состав воды оценивают физическими, химическими и санитарно-биологическими показателями. К физическим показателям относят температуру, содержание взвешенных веществ, цветность, запахи и привкусы. Температура воды подземных источников характеризуется постоянством (8 – 12 °С). Температура воды поверхностных источников меняется по сезонам года (0,1 – 30 °С) и зависит от поступления в них подземных вод, а также сбросов использованной воды. Прозрачность и мутность – показатели наличия в воде взвешенных веществ (частиц песка, глины, ила, планктона, водорослей и др.). Цветность воды обусловлена присутствием в воде гумусовых и дубильных веществ, белково- и углеводоподобных соединений, жиров, органических кислот и других органических соединений, входящих в состав живых и растительных организмов, населяющих воду и являющихся продуктами их жизнедеятельности или распада. Окраска воды вызывается также присутствием соединений железа, сточных вод или «цветением» водоемов. При массовом развитии водорослей вода приобретает светло-зеленую, зеленовато-бурую, темно-бурую и изумрудно-зеленую окраску. Цветность природных вод обусловлена также гумусовыми веществами. При этом нерастворимые гумусовые вещества почвы в природных водах присутствуют лишь во взвешенном состоянии, а в коллоидно- и истинно растворенном состоянии присутствуют фульво- и гуминовые кислоты преимущественно в виде солей щелочных и щелочноземельных металлов. Цветность воды измеряется в градусах платиново-кобальтовой шкалы. Для питьевой воды она не должна превышать 20°. Привкусы и запахи природных вод могут быть естественного (присутствие железа, марганца, сероводорода) или искусственного (сброс промышленных стоков) происхождения. Различают четыре основных вкуса воды: соленый, горький, сладкий и кислый. Оттенки вкусовых ощущений, складываемые из основных, называют привкусами. Соленый вкус воды обычно обусловлен присутствием хлорида натрия, горький – сульфата магния; кислый вкус в большинстве случаев объясняется избытком растворенной углекислоты (минеральные воды); железистый привкус придают воде растворенные соли железа; щелочной – поташ, сода, едкие щелочи; вяжущий – сульфат кальция, соли марганца. К запахам естественного происхождения относят землистый, рыбный, гнилостный, сероводородный, ароматический, болотный, глинистый, тинистый и др. К запахам искусственного происхождения – хлорный, камфорный, аптечный, фенольный, хлорфенольный, запах нефтепродуктов. Возникновение в поверхностных водоемах запахов естественного происхождения обычно связано с массовым развитием водорослей – диатомовых, синезеленых, хризомонады и т. д. В процессе жизнедеятельности водоросли продуцируют в воду специфические органические вещества. После отмирания они гниют на дне водоема, вызывая различные привкусы и запахи. Многие плесени и лучистые грибки (например, актиномицеты) га к же вызывают привкусы и запахи естественного происхождения, которые являются сложными смесями ароматических углеводородов и кислородсодержащих соединений – кетонов, спиртов, альдегидов, эфиров и др. Эти вещества летучи, хорошо адсорбируются активным углем и разрушаются сильными окислителями. Интенсивность и характер запахов и привкусов воды в настоящее время определяют органолептически, т. е. с помощью органов чувств по пятибалльной шкале. Общий сухой прокаленный остаток (мг/л или мг-экв/л) – понятие, позволяющее судить о количестве солей и концентрации примесей, содержащихся в природных водах. Общий, или плотный, остаток характеризует содержание в ноле в основном примесей неорганического происхождения. Он представляет собой остаток от выпаривания известного объема не фильтрованной воды, который затем высушивают при 110 оC до постоянной массы. Сухой, или растворенный, остаток характеризует содержание минеральных солей и нелетучих органических соединений. Он получается при выпаривании известного объема определяемой воды, предварительно профильтрованной через бумажный фильтр. Прокаленный остаток характеризует содержание в испытуемой воде неорганических примесей. Он определяется путем выпаривания известного объема воды, прокаливания полученного остатка при 800 оС и его взвешивании. Различают прокаленный растворенный остаток и прокаленный общий остаток. В первом случае пробу воды перед выпариванием фильтруют через бумажный фильтр, а во втором – нет. Из сказанного очевидно, что прокаленный растворенный остаток характеризует солесодержание воды. При употреблении человеком воды с повышенным содержанием солей наблюдается гиперминерализация организма, что вызывает различные функциональные заболевания. Величина растворенного остатка лимитируется для воды, используемой при производстве кино- и фотопленки, капрона, капролактана, каучука, а также для питательной воды паровых котлов. Так, для котлов высокого давления необходима вода, значение растворенного остатка которой близко нулю. Химический состав воды характеризуется ионным составом, жесткостью, щелочностью, окисляемостью, активной концентрацией водородных ионов (рН), сухим остатком, общим солесодержанием, содержанием растворенного кислорода, свободной углекислоты, сероводорода, активного хлора. Солесодержание воды оценивают по сухому остатку, мг/л: ультрапресные – до 100; пресные – 100…1000; слабосоленые – 1000…3000; соленые – 3000... 10 000; сильносоленые – 10 000...50 000; рассолы – 50 000...300 000; ультрарассолы – более 300000. О качестве природной воды судят на основе ее полного анализа. Проверка правильности определения солевого состава может быть произведена по равенству суммы главных катионов сумме доминирующих анионов, выраженных в мг/л и пересчитанных в мг-экв/л согласно уравнению: Расхождение между левой и правой частями выражения не должно превышать 5 %. Хлориды и сульфаты (мг/л или мг-экв/л) благодаря своей высокой растворимости присутствуют во всех природных водах обычно в виде натриевых, кальциевых и магниевых солей. Растворимость поваренной соли составляет 360 г/л, а хлористого магния – 545 г/л. В природных водах может быть от 60 до 100 мг/л сульфат-ионов. При отсутствии в воде кислорода сульфат-ионы под действием сульфатредуцирующих бактерий восстанавливаются до сероводорода. Щелочность воды (мг-экв/л) определяется суммой содержащихся в воде гидроксильных ионов и анионов слабых кислот – угольной, органических. Различают бикарбонатную, карбонатную и гидратную щелочность, а их сумма определяет общую щелочность воды. Щелочные металлы (мг/л) в природных водах обычно представлены ионами калия и натрия с преобладанием последнего. Жесткость воды обусловлена наличием в ней солей кальция и магния. Жесткость воды выражают в мг-экв/л (1 мг экв/л жесткости, или 12,16 мг/л ионов магния). За рубежом жесткость поды измеряют различными градусами жесткости: один немецкий градус составляет 10 мг/л СаО; английский – 10 мг СаСО3 в 0,7 л воды; французский – 10 мг/л СаСО3; американский – 1 мг/л СаСОз . Различают карбонатную, некарбонатную и общую жесткость воды. Карбонатная жесткость обусловлена содержанием в воде карбонатных и бикарбонатных солей кальция и магния. При кипячении воды она легко устраняется, так как бикарбонаты распадаются с образованием углекислоты и декантацией карбоната кальция и гидроксида магния. Некарбонатная жесткость обусловлена кальциевыми и магниевыми солями серной, соляной, кремниевой и азотной кислот. Сумма карбонатной и некарбонатной жесткости определяет общую жесткость воды. Железо и марганец присутствуют в природных водах в формах, зависящих от величины рН и окислительно-восстановительного потенциала. Так, железо может находиться в формах двух- и трехвалентных ионов, органических и неорганических коллоидов, комплексных соединений, тонкодисперсной взвеси, сульфида железа, гидроксидов железа. В подземных водах при отсутствии кислорода железо и марганец встречаются обычно в форме двухвалентных солей. В поверхностных водах железо и марганец встречаются в форме органических комплексных соединений, коллоидов или тонкодисперсных взвесей. Обычно содержание железа и марганца в природных водах не превышает нескольких десятков мг/л, а в шахтных водах достигает нескольких сот мг/л и более. Длительное употребление человеком воды с повышенным содержанием железа может привести к заболеванию печени (гемосидерит), такая вода неприятна на вкус, причиняет неудобства и быту. Поэтому содержание железа в питьевой воде не должно превышать 0,3 мг/л, а марганца – 0,1 мг/л. Активная реакция воды является показателем ее щелочности или кислотности, количественно характеризуется концентрацией водородных ионов. Молекулы воды диссоциируют на ионы водорода и гидроксила: Н2О → Н+ + ОН- Константа равновесия К для этой реакции определяется уравнением [Н+][ОН-]/[Н2О] = К Произведение концентраций ионов водорода и гидроксида в водном растворе К – величина постоянная для любого водного раствора при данной температуре. При комнатной температуре можно принять К = 10-14. Тогда в нейтральном растворе концентрации водородных и гидроксильных ионов равны, т.е. |Н+] = [ОН] = 10-7 г ионов/л. По концентрации водородных ионов можно заключить о кислотности или щелочности воды, т. е. при (Н+) > I0-7 растворы имеют кислую реакцию, а при [Н+] < 10-7 – щелочную. На практике активную реакцию воды выражают водородным показателем рН, являющимся отрицательным десятичным логарифмом концентрации водородных ионов, т. е. рН = – lg[H+], Для нейтральной воды рН = 7, для кислой – меньше 7 и для щелочей – больше 7. Природные воды по величине рН можно классифицировать на кислые рН = 1...3, слабокислые рН = 4...6, нейтральные рН = 7; слабощелочные рН = 8...10, щелочные рН = 11...14. Активная реакция природных вод обычно варьирует в пределах 6,5...8,5, что соответствует лимитам питьевой воды. Окисляемость воды (т. е. количество кислорода в мг/л, эквивалентное расходу окислителя, необходимого для окисления примесей в данном объеме) обусловливается присутствием органических и некоторых легкоокисляющихся неорганических примесей, В зависимости от применяемого окислителя различают перманганатную и бихроматную окисляемость. При этом окисляемость в 1 мгО/л соответствует окисляемости 0,253 мг/л КМnО4. Резкое повышение окисляемости воды свидетельствует о ее загрязнении органическими примесями. По величине окисляемости природной воды можно судить о ее гигиенической характеристике. Для питьевой воды окисляемость не лимитируется. Она ограничивается для питательной воды котлов, вызывая ее вспенивание; охлаждающей воды, из-за возможного биообрастания труб и аппаратуры; воды, используемой при изготовлении синтетических волокон и пластмасс и т. п. Азотсодержащие вещества (ионы аммония, нитритные и нитратные) образуются в воде в результате восстановления нитритов и нитратов железа сероводородом, гумусовыми веществами и т, д. либо в результате разложения белковых соединений, вносимых в водоем со сточными водами. В последнем случае вода ненадежна в санитарном отношении. В артезианских водах содержание нитритов достигает десятых долей мг/л, а в поверхностных – до тысячных долей мг/л. Формы азотсодержащих соединений, присутствующих в воде, позволяют судить о времени внесения в водоем сточных вод. Например, присутствие ионов аммония и отсутствие нитритов свидетельствуют о недавнем за­грязнении воды. Кремний присутствует в природных водах в форме органических и минеральных соединений. В воде поверхностных источников содержится от десятых долей до нескольких мг/л кремния, а в подземных водах оно достигает десятков мг/л. Соединения фосфора встречаются в природных водах в виде суспендированных частиц минерального и органического происхождения, ионов ортофосфорной кислоты для сложного органического комплекса. В природных водах соединения фосфора присутствуют в малых количествах, но существенно влияют на водную растительность. Содержание соединений фосфора в питьевой воде не регламентировано. Фтор в природных водах содержится до 18 мг/л и более. Однако подавляющее большинство источников централизованного водоснабжения в нашей стране характеризуется содержанием фтор-иона до 0,5 мг/л. Фтор является активным в биологическом отношении микроэлементом, количество которого в питьевой воде во избежание кариеса или флюороза должно быть в пределах 0,7…1,5 мг/л. Йод в природных водах присутствует в ничтожных количествах и является очень важным биологическим микроэлементом, содержание которого в питьевой воде во избежание эндемического зоба не должно быть менее 10-8 мг/л. Токсические вещества – мышьяк, стронций, бериллий и др., а также радиоактивные вещества – уран, радий обычно попадают в водоемы со сбросом сточных вод. Растворенные в воде газы – кислород, углекислоты, сероводород, метан и азот оказывают существенное влияние на качество воды. Так, углекислота, сероводород, кислород придают воде при определенных условиях коррозионные свойства по отношению к металлам и бетонам. Сероводород в природных водах встречается органического (продукт распада органических соединений) и неорганического (растворение минеральных солей – серного колчедана, гипса и др.) происхождения. Сероводород в природных слоях поверхностных вод бывает в незначительных количествах. В подземных водах его количество достигает нескольких десятков мг/л. Присутствие сероводорода в воде придает ей неприятный запах, способствует коррозии металла и может вызвать зарастание трубопроводов в результате интенсивного развития серобактерий. Кислород попадает в воду при контакте с воздухом. Его содержание зависит от температуры и давления. В артезианских водах кислород не встречается, а в поверхностных концентрации его довольно велики. В поверхностных водах содержание кислорода уменьшается при наличии организмов брожения, гниения органических остатков и т. п. Резкое снижение содержания кислорода в воде указывает на ее загрязнение. Азот в природные воды проникает из воздуха при разложении органических остатков, а также при восстановлении соединений азота динитрофицирующими бактериями. Образующийся в воде в процессе гниения растений аммиак существенно влияет на технологию хлорирования воды. Метан присутствует в природных водах, используемых для водоснабжения, как правило, в незначительных количествах. Однако в болотных водах, где протекают процессы разложения клетчатки растительных остатков, а также в подземных водах газонефтеносных районов содержание метана доходит до 30 мг/л и более. Гидробионты, населяющие природные воды, в процессе жизнедеятельности влияют не только на состав окружающей водной среды, но и на качество воды. На процессы формирования и самоочищения воды гидротация оказывает значительное влияние, так как многие ее представители используют растворенные органические вещества, некоторые животные-фильтраторы питаются бактериями, водорослями и т. п. Санитарно-бактериологическим показателем качества воды являются коли-титр или коли-индекс, а также общее число содержащихся в воде бактерий. Бактерии и вирусы из числа патогенных, т. е. паразитов, живущих на живом субстрате, развивающихся в воде, могут вызвать заболевания брюшным гифом, дизентерией, бруцеллезом, инфекционным гепатитом, острым гастроэнтеритом, сибирской язвой, холерой, полиомиелитом, туляремией, конъюнктивитом и т. д. Бациллы в неблагоприятных жизненных условиях образуют споры, которые могут сохраняться в жизнеспособном состоянии в течение сотен лет. При попадании в благоприятные условия споры прорастают и бактерии начинают вновь размножаться. Вирусы – мельчайшие живые существа размером 16…30 мкм, видимые только под электронным микроскопом. В отличие от бактерий они не имеют клетчатой структуры и состоят из нуклеиновой кислоты, покрытой белковой оболочкой, имеют шаро- и кубообразную форму или форму прямых и изогнутых палочек. Вирусы являются внутриклеточными паразитами. Среди них встречаются бактериофаги, паразитирующие в клетках бактерий и вызывающие их разрушение и гибель. Вирусы не размножаются на искусственных питательных средах. На холоде фильтрующиеся вирусы сохраняют свою активность на протяжении многих лет. При высушивании они приобретают стойкость к повышенным температурам. Между микробами водоемов существуют взаимоотношения симбиотического, нейтрального и антагонистического характера. Антагонисты бактерий – различные грибки, выделяющие антибиотики (пенициллин, стрептомицин и др.), летально действуют на микробы, что способствует самоочищению водоемов. Для каждого вида микробов существует оптимальное значение рН среды, отклонение от которой вызывает коагуляцию коллоидов протоплазмы и нарушает каталитическую функцию ферментов клетки. Для многих бактерий оптимальным является рН воды 7,0, для нитритных бактерий – 4,7...8,8, нитратных – 6,5...9,3, серобактерий – 1,0...4,0, кишечной палочки – 4,4...7,8. Солнечный свет и ультрафиолетовые лучи оказывают летальное действие на микробы. В связи с тем что при биологическом анализе воды определение патогенных бактерий затруднено, бактериологические определения сводятся к нахождению общего числа бактерий в 1 мл воды, растущих при 37 °С, и кишечной палочки – бактерии коли. Наличие последней имеет индикаторные функции, т. е. свидетельствует о загрязнении воды выделениями людей и животных и т. п. Минимальный объем испытуемой воды (мл), приходящийся на одну кишечную палочку, называют коли-титром, а количество кишечных палочек в 1 л воды – коли-индексом. 2 Требования водопользователей к качеству воды По целевому назначению природные воды подразделяют на пять групп: • питьевая и используемая в пищевой промышленности; • для рекреационных целей; • технологическая, необходимая в ряде производств или их отдельных этапов (для разбавления, процессов мойки, отбеливания, например, бумажная, текстильная, кожевенная и другие отрасли промышленности; в паросиловом хозяйстве; для охлаждения различных элементов конструкций, в холодильных установках и конденсаторах, для охлаждения жидких и газообразных продуктов в ряде производств); • для рыбохозяйственных целей; • для нужд сельского хозяйства. К воде потребители предъявляют самые разнообразные требования, согласно которым ее можно классифицировать: • для хозяйственно-питьевых целей, коммунальных предприятий, а также для нужд пищевой и некоторых других отраслей промышленности; • охлаждения (технологического оборудования, охлаждения пара, жидких и газообразных продуктов, доменных и мартеновских печей, конденсаторов турбин и паровых машин; вагранок, кузнечных молотов и др.); • нужд паросилового хозяйства (питание паровых котлов АЭС, ГРЭС и ТЭЦ); • технологических нужд промышленности, где вода может входить в состав продукции или контактировать с ней; • заводнения нефтяных пластов; • нужд сельского хозяйства. Хозяйственно-питьевая вода должна отвечать требованиям качества, которые регламентированы СанПиН 2.1.4.1074-01 «Вода питьевая» и СанПиН 4630-88. Воду для охлаждения используют для непрерывно работающих агрегатов или для отведения теплоты от производственных продуктов. Воду при охлаждении обычно используют многократно, подвергая охлаждению. Качество охлаждающей воды нормируется условиями применения, Охлаждающая вода не должна давать отложений в трубах и аппаратах, по которым она подается, так как отложения затрудняют теплопередачу и сокращают их живое сечение. Вода, используемая для охлаждения, не должна содержать крупных минеральных взвесей, большого количества железа и органических веществ во избежание засорения или биообрастания трубок холодильных аппаратов и конденсаторов. В оборотных системах при нагреве воды теряется углекислота и возрастает вероятность накипеобразоваиия. Этот процесс усиливается с повышением содержания в исходной воде бикарбоната кальция, с интенсивностью упаривания воды в системе, с увеличением потери углекислоты, с уменьшением содержания в охлаждающей воде органических веществ, которые препятствуют выпадению в осадок карбоната кальция, с повышением температуры нагрева охлаждающей воды и пр. Следовательно, качество воды, используемой для охлаждения, при котором не происходит в холодильных аппаратах зарастания живого сечения и не возникает коррозии, должно рассчитываться для конкретных условий с учетом всех вышеприведенных факторов. Вода для нужд паросилового хозяйства не должна образовывать накипи, вызывать коррозию металла и вспениваться, не должна способствовать уносу солей с паром. Использование жесткой воды приводит к накипеобразованию на поверхности нагрева, что ухудшает теплопередачу, вызывает перерасход топлива и перегрев металла, а в конечном счете в результате образования свищей и при карбонатном обрастании происходит разрыв труб. Термический распад бикарбонатов, сопровождаемый возрастанием концентраций других растворенных в воде солей, что связано с непрерывным выпариванием, приводит к их выпадению из раствора и образованию накипи на стенках котла. При этом наибольшую опасность представляют соли с отрицательным термическим коэффициентом растворимости (соли, растворимость которых уменьшается с повышением температуры воды) –карбонат кальция, силикаты магния и кальция, сульфат кальция, образующие твердую накипь. Соли с положительным термическим коэффициентом растворимости – карбонат, сульфат, фосфат и хлорид натрия осаждаются только из высоко концентрированных растворов, формируя накипь в виде рыхлого шлама. Присутствие этих солей снижает растворимость солей магния и кальция и поэтому способствует образованию накипи. Вспенивание котловой воды вызывается присутствием фосфатов, щелочей, нефти, смазочных масел и синтетических поверхностно-активных веществ. Оно приводит к загрязнению пара и отложению примесей на лопатках турбин. Хлориды и сульфаты способствуют уменьшению вспенивания, коагулируя коллоидные соединения фосфатов. При оценке качества питьевой воды особое внимание следует уделять щелочам, которое являются активными, пептизаторами и переводят в коллоидное состояние грубодисперсные вещества, создавая опасность загрязнения пара. Вместе с тем присутствие в воде щелочи значительно уменьшает растворимость соединений железа, предотвращая коррозию металла. В этих условиях образующийся при коррозии гидроксид железа осаждается из раствора на поверхность металла, формируя плотную защитную пленку. Поэтому рекомендуется подпитывать системы свежей водой с минимальным содержанием щелочи в пределах 25...50 мг/л едкого натра. Наличие в воде кремниевой кислоты недопустимо, так как это приводит к образованию в котлах высокого давления плотной с низкой теплопроводностью накипи. Вода для технологических нужд промышленности в зависимости от ее целевого использования должна отвечать самым разнообразным требованиям. Так, в воде, используемой в горнодобывающей промышленности при добыче, отмывке, сортировке, гидротранспорте и обогащении полезных ископаемых, должны отсутствовать грубые взвеси. Специфические требования предъявляются к воде, используемой для обработки готовой продукции, а также к воде, входящей в состав продукта. Ряд предприятий предъявляют к воде требования, значительно превышающие лимиты требований СанПиН 2.1.4.1074-01. Например, в.воде, используемой для изготовления кинофотопленкн, фотобумаги, не должны присутствовать марганец, железо, кремнекислота и должны быть ограничены окисляемость воды и содержание хлоридов. В воде, используемой для приготовления растворов кислот и щелочей, красителей, мыла, жесткость должна быть до 0,35 мг-экв/л. На промышленных предприятиях вода используется в основном для вспомогательных технологических операций и в состав продукции входит в небольших количествах и лишь в некоторых технологических процессах. В бессточных системах водного хозяйства технологические линии размещают из условия последовательного и многократного использования в них вод. Это дает возможность сократить потребление свежей воды и уменьшить загрязнения сточных вод. При этом необходимо учитывать требования к качеству вод. Вода для нужд сельского хозяйства (птице- и зоофермы, животноводство, орошение, мелиорация и др.) по своему качеству должна соответствовать целевому использованию. Для водопоя птиц, зверей и животных на фермах следует подавать воду питьевого качества. При невозможности соблюдения этого правила допускается производить водопой животных водой с повышенным минеральным составом, а именно: сухой остаток –до 1000…5000 мг/л, хлориды – до 400…2000 мг/л, сульфаты – до 500…2400 мг/л, общая жесткость – до 14...45 мг-экв/л. Кроме того, допускается водопой водой с повышенной цветностью, с привкусами и запахами, при ее температуре 8...15 °С. При этом качество воды принимается в зависимости от вида и возраста животных. Водопой зверей и птиц водой непитьевого качества в каждом конкретном случае должен быть разрешен органами ветеринарного надзора. Для аридных и полуаридных регионов нашей страны утверждены специальные нормы качества воды для водопоя и хозяйственных нужд. Основным требованием к качеству орошаемой воды является предотвращение засоления почв в результате испарения воды и аккумуляции содержания в ней солей. Четко сформулированных регламентации качества воды для орошения нет. Практика показывает, что сульфаты магния и натрия, углекислый и хлористый натрий засолоняют почвы и делают их непригодными для агротехнических целей. Поливные воды, содержащие небольшое количество сульфата кальция и углекислого магния, могут быть использованы для поливного земледелия. Минерализация поливных вод в зависимости от метеорологических и агротехнических факторов, от условий полива и дренажа может меняться в широких пределах, не превышая 1,5 г/л. Поливная вода с солесодержанием до 1 г/л пригодна для орошения независимо от местных условий. 3. Факторы, воздействующие на качество воды В современных условиях хозяйственной деятельности антропогенное воздействие на гидросферу стало нарушать естественные природные процессы. Приобретенная в процессе эволюции способность природы к саморегулированию в условиях естественных изменений среды стала ослабляться. Человек, внося искусственные изменения в природную среду без учета законов природы, нарушает их устойчивость, что часто приводит к непоправимым и пагубным изменениям в экосистемах, прогрессирующему разрушению биосферы. В тяжелых условиях оказались воздушная и водная среды. Проблема получения чистого воздуха и свежей воды стоит перед более чем третью частью населения планеты. Проблема охраны природных вод наиболее остро встала перед промышленно развитыми странами. В особенно трудном положении находятся малые реки в густонаселенных промышленных районах, водные ресурсы которых не обеспечивают нужды народного хозяйства. Часто эти реки доводят до полного истощения. Качество воды оценивается концентрацией в ней вредных примесей. В настоящее время еще не удалось создать достаточно эффективных очистных сооружений для канализационных стоков отдельных отраслей промышленности. В связи с этим нормальная работа таких предприятий зависит от степени разбавления концентрированных сточных вод чистой водой. Поэтому в условиях интенсивного отбора воды для нужд быстро развивающегося народного хозяйства, даже при современных методах очистки сточных вод, загрязнение водоисточников будет продолжаться. Санитарное состояние водоемов различных районов страны в значительной мере зависит от степени концентрации на них промышленности, ее характера, а также обжитости водоема. Для севера и северо-западных районов европейской части страны характерно загрязнение водоемов, свойственное предприятиям целлюлозно-бумажной, гидролизной, и деревообрабатывающей промышленности, а также лесосплаву. На Урале, в Кузнецком и Донецком бассейнах загрязнения вод определяются отходами черной и цветной металлургии, заводами коксохимии, а также шахтными водами. В Западной Сибири, Поволжье, Башкирии и Азербайджане водоемы загрязняются прежде всего нефтепродуктами. В районах интенсивного. сельского хозяйства (Украина, Молдова, юго-восток РФ, страны Средней Азии) воды в значительной степени загрязнены удобрениями и пестицидами. Тенденция в изменении качества воды различных водных объектов неодинакова. Наблюдается как улучшение, так и ухудшение качества воды или его стабилизация. Подвергаются загрязнению и наиболее ценные источники водоснабжения населения – подземные воды. Основными источниками загрязнения подземных вод являются накопители промышленных отходов, закачка загрязненных вод в глубокие слои, инфильтрация загрязнений с промышленных и городских территорий, фильтрация из загрязненных рек. Наиболее распространены химическое и бактериальное загрязнения. Проникновению загрязнений в подземные горизонты способствует интенсивное использование подземных вод. 4. Влияние гидрологических и метеорологических факторов на качество воды Качество воды в водотоках и водоемах зависит от интенсивности загрязнения и расхода воды в реке, а также от ее температуры. В водохранилищах качество воды зависит также от интенсивности водообмена. Качество воды в реке (при Т = const и G = const, G – нагрузка сточными водами) характеризуют концентрация и интенсивность загрязнения сточными водами: C = α + G / Q + sQ, где α – коэффициент интенсивности загрязнений, пропорциональный расходу Q воды в реке; s – коэффициент паводковых, вод, характеризующий очищающую способность пойменной территории. Коэффициенты α и s определяют экспериментально и фактически. Для сильно загрязненных сточными водами рек: С = α + G / Q Зависимость концентрации веществ загрязнения от расхода может быть представлена следующим образом: C = βQ--b, где β и b – коэффициенты, определяемые натуральными исследованиями. Показатели качества воды существенно зависят от расхода воды в реке. При оценке необходимо иметь данные, характеризующие качество воды в расчетные маловодные периоды: Cp = γn(Cn + Cф.п) + Cф.р, где γ – коэффициент, учитывающий различные интенсивности процессов превращения (при разной продолжительности движения воды в реке от источника загрязнения до расчетного створа), в первом приближении γ = 1; n – кратность разбавления n < 30 (n = Q/Qр); Cn, Ср – концентрация ингредиента при произвольном Qn и расчетном Qр расходах воды; Сф.п Сф.р – фоновые концентрации воды при произвольном и расчетном расходах реки. В морских условиях (при отсутствии ледяного покрова) вода поверхностных слоев почти всегда насыщена кислородом и необходимость расчетов кислородного баланса имеет место лишь в глубинных слоях, например во впадинах, в случае глубоководных канализационных выпусков и пр. Почти все приведенные выше формулы соответствуют температуре воды 20°С. Качество воды в водотоке существенно зависит от температуры воды и интенсивности турбулизации потока. В процессе превращения часть веществ загрязнения осаждается на дно водного объекта и образуется потенциальный источник вторичного загрязнения. При определенных условиях химически связанные вещества могут перейти вновь в растворимые и влиять на качество воды водоема. Верхний слой донных отложений окисляется при наличии в воде кислорода и аэробных бактерий. В противном случае, а также в глубинных слоях ила протекают анаэробные процессы превращения с выделением газов брожения. Анаэробные процессы протекают на два-три порядка медленнее, чем в аэробных условиях. Надежных расчетных зависимостей для определения вторичных процессов превращения пока еще нет. 5. Фоновые воды и их качественные показатели Человеческая деятельность изменяет состояние ландшафтов, которое формировалось исключительно под действием природных факторов. При решении практических задач охраны водных объектов условно принимают фоновыми участки рек (или озер), расположенные вне непосредственного влияния источников загрязнения. Этим требованиям отвечают верховья рек или их притоков. Химический состав вод местного стока (стока одинаковых по происхождению вод, формирующихся в пределах определенной местности в приблизительно одинаковых условиях склонов и почвогрунтов) зависит от категории воды и характера питания рек и водоемов в годичном цикле. В озерах одним из основных факторов, определяющих качество, является характер водного питания. Полевые исследования позволяют построить изолинии качества речных вод, соответствующих определенному генетическому классу и интенсивности водообмена. Генетический подход позволяет определять качество воды водоемов. Для рек генетический принцип не подходит, так как при этом не учитываются колебания стока в годичном и многолетнем периоде, а также неравномерность одновременных стоковых характеристик по территории. Определение гидрохимических показателей фоновых участков рек с учетом характеристик стока позволяет определять показатели воды при расчетных расходах. Предполагается, что между гидрохимическими ингредиентами и речным стоком существует коррелятивная зависимость. Существование связи между параметром стока и рассматриваемым ингредиентом дает возможность определить их значения, соответствующие расходу произвольной обеспеченности. Расчетные, показатели воды определяют обычно при обеспеченностях речного стока Р = 75...97% (в зависимости от решаемой задачи). Метод дает хорошие результаты при изучении гидрохимических ингредиентов, характеризующих минеральный состав стока. Установлена коррелятивная зависимость (коэффициент корреляции γ = 0,9): ∑i = klgM + d, где ∑i – сумма ионов, мг/л; k – коэффициент; М – модуль стока, л/(с∙км2); d – постоянная. Отсутствует связь между стоком и ингредиентами, характеризующими содержание в реках органических веществ (БПК, окисляемость и пр.). Прямой связи нет также между окисляемостью и БПК. Поэтому значения БПК и окисляемости должны рассматриваться по кривым обеспеченности типа БПК5 = f(Р%). БПК имеет обычно два максимума: в паводок, когда частично смывается поверхность грунта, и осенью во время увядания растительности. Для пересчета пятидневных значений БПК на полные для фоновых значений загрязненности вод можно пользоваться коэффициентом пересчета 1,5...2 (для рек с болотным питанием принимается коэффициент пересчета 2). Таким образом, фоновые значения БПК для рек и водоемов со значительным питанием болотных вод превышает часто значения ПДК, что указывает на необходимость корректировки ПДК с учетом местных условий. Погрешность при оценке фоновых значений БПК достигает ±0,2 мг/л (при не менее двукратной повторности) и более. В морской воде фоновые БПК могут быть приняты 2 мг/л. При определении допустимой нагрузки водоемов загрязнениями существенное значение имеет кислородный режим. Содержание растворенного в воде кислорода не падает в фоновых участках рек ниже 6...8 мг/л, а зимой – ниже 8...10 мг/л, т. е. дефицит в кислороде составляет 20...40%. Обедненные кислородом воды наблюдаются в зонах грунтового питания и под сплошным ледяным покровом (в озерах требуется часто дополнительная аэрация). Токсических и прочих вредных веществ и микробов в воде фоновых участков рек, озер и морей, как правило, не содержится. Исключением являются фенольные соединения растительного происхождения (продукты разложения древесины и др.), которые в малых концентрациях обнаружены даже в верховьях ряда горных рек. При качественной оценке и прогнозах последствий сброса в водоемы и реки сточных вод существенное значение имеют, условия разбавления и смешения сточных вод, что зависит в значительной степени от гидрологического режима и морфометрии русла реки. Процессам, разбавления способствуют поперечные течения, зависящие от коэффициента извилистости русла: ε = lф / lпр, где lф – длина участка водотока, измеренная по фарватеру; lпр – длина этого же участка, измеренная по прямой. При ε < 1,2 река прямолинейная, при ε = 1,2...1,4 умеренно извилистая и при ε > 1,4 – сильно извилистая. Реки типизируют также по скорости течения, расходу и коэффициенту Шези и делят на горные, предгорные и равнинные. Для разделения рек на группы по их величине можно воспользоваться классификацией, согласно которой ручьями называют водотоки с площадью водосбора А < 10 км2; малыми реками с А < 5000 км2; l = 50...250 км, Q = 2,5...50 м3/с; средними реками водотоки с A = 5000...50 000 км2, l = 250 ...600 км, Q = 50...500 м3/с, большими реками водотоки с A > 50 000 км2, l > 600 км и Q > 500 м3/с. Фоновые значения интенсивности загрязнений рек и водоемов являются важной предпосылкой при определении предельно допустимой нагрузки сточными водами. 6. Загрязнение рек и водоемов вредными веществами Вещества загрязнения поступают в водную среду в виде концентрированных выбросов или в результате диффузии. Значительный объем загрязнений сбрасывается со сточными водами городов и поселков и промышленных предприятий. Сток в течение времени (суток, недели, года) происходит неравномерно, имея, как правило, два суточных максимума (утренний и вечерний) и глубокий ночной минимум. Неравномерность стока оценивается обычно коэффициентами суточной (kсут) и часовой (kч) неравномерности. Коэффициенты неравномерности притока сточных вод доходят до 2 и более, что значительно осложняет работу канализации города. Более стабильны расходы сточных вод от различных промышленных предприятий. Состав сточных вод зависит от источника загрязнения и изменяется во времени, причем суточные колебания содержания различных ингредиентов составляют 3...4 раза и более. Загрязнения, содержащиеся в сточных водах, можно делить на нерастворенные, коллоидные (частицы от 0,1 до 0,001 мм) и растворенные вещества. По происхождению загрязнения бывают минеральные, органические и бактериальные. Минеральные загрязнения состоят из песка, растворов минеральных солей, кислот и пр. Органические загрязнения являются хорошей средой для развития бактерий, вирусов, грибков, составляющих бактериальное загрязнение. Нерастворенные вещества перемещаются по дну (песок) либо находятся во взвешенном состоянии. Остаток сухого вещества (взвесь) в миллиграммах на литр – один из основных показателей сточных вод. По содержанию взвеси определяют требуемую степень механической очистки сточных вод. Органические вещества содержат кроме углерода, азот, фосфор, калий, серу, хлорные соединения и пр. Количество биохимически окисляемых органических веществ определяется, как говорилось выше, величиной БПК и ХПК. Бактериальное состояние рек и водоемов зависит от содержания в них болезнетворных (патогенных) и индикаторных бактерий, указывающих на возможность наличия в сточных водах патогенных микробов. В качестве основного показателя индикаторных бактерий используют коли-титр или коли-индекс. 7. Эвтрофикация и токсификация водоемов Из-за значительного объема загрязненных стоков качество воды в регионах не отвечает нормативным требованиям. Общий объем сточных вод, сброшенных в поверхностные водные объекты по России в целом, составляет более 60 км3, в том числе 22,4 км3 неочищенных и сильно загрязненных. Качество поверхностных вод большинства водных объектов Российской Федерации, несмотря на постоянный спад производства и уменьшение объема сброса загрязняющих веществ, по-прежнему не отвечает нормативным требованиям. Крупнейшие реки России, играющие ведущую роль в водоснабжении населения, промышленности и сельского хозяйства – Волга, Дон, Кубань, Обь, Енисей, Лена, Печора – оцениваются как «загрязненные», а их притоки – как «сильно загрязненные». Нерациональное ведение сельского хозяйства и увеличение объема бытовых и промышленных стоков приводит к значительному росту количеств биогенных и органических веществ, поступающих в водоемы. Это ведет к увеличению трофического статуса водоемов, сокращению их биологического разнообразия, и ухудшению качества воды. Дополнительной причиной эвтрофирования является поступление биогенов на территорию водосборов с атмосферным переносом. Процесс эвтрофирования, начавшись в Западной Европе в 1950-1960 гг., пришел к нам с опозданием на 10-15 лет, и в 1970-1980-е годы охватил практически все водоемы Европейской части России. В процессе эвтрофирования происходят принципиальные изменения в трофической структуре экосистемы, начиная от бактерио-, фито- и зоопланктона и кончая рыбами. На обогащение биогенными и органическими веществами водные экосистемы отвечают, прежде всего интенсивным развитием водорослей и цианобактерий, переводящих избыток питательных элементов в биомассу. Их бурное размножение вызывает «цветение» воды. Основными агентами «цветения» в большинстве случаев оказываются цианобактерии (aphanizomenon, microcystis, anobaena, oscillatoria). Избыточное развитие цианобактерий и водорослей имеет глубокие отрицательные последствия для пресноводных экосистем. Цианобактерии выделяют в воду метаболиты, токсичные для беспозвоночных, рыб, теплокровных животных и человека. Цветение воды приводит к дефициту кислорода и заилению грунтов водоемов. Создаются благоприятные условия для развития патогенной микрофлоры и возбудителей заболеваний, в том числе и холерного вибриона. В структуре зоопланктона и рыбного населения происходит замещение крупных и долгоживущих форм на мелкие и раносозревающие. Ценные промысловые рыбы с длинным жизненным циклом заменяются «сорными» рыбами с высоким уровнем воспроизводства и высоким приростом продукции. Смена рыбной части сообщества происходит, как правило, к следующей последовательности: лососевые → сиговые → корюшковые → окуневые → карповые. Глубокие перестройки происходят и в растительных компонентах экосистем. Суммарная продукция и биомасса увеличиваются, трофическая структура упрощается, видовое разнообразие падает. Особая опасность этих процессов заключается в том, что они, видимо, носят необратимый характер. Сегодня наметился процесс, обратный эвтрофированию водоемов – их ре-олиготрофизация. В водоемах России он связан со спадом промышленного производства в 1990-е годы и со снижением употребления удобрений в сельском хозяйстве. Прежде всего этот процесс замечен на малых реках в Европейской части России. Однако в процессе ре-олиготрофизации структура рыбного населения не возвращается в первоначальное состояние. Токсификация водоемов. Особую опасность таит в себе поступление в водные экосистемы токсических веществ. В последние годы наблюдается усиленное загрязнение водоемов тяжелыми металлами, фенолами, нефтепродуктами и другими токсикантами. Химические показатели не могут дать полного представления о токсичности среды, они не учитывают синергетические, кумулятивные или антагонистические эффекты от одновременного присутствия многих загрязнителей и поэтому не могут служить надежной основой для прогнозирования экологических последствий загрязнения. Химический анализ дает представление о содержании веществ в воде или в организмах только в момент отбора проб, однако мало что говорит о воздействии загрязнителей на гидробионтов. В то же время хорошо известно, что состояние гидробионтов и интегральная биологическая оценка «здоровья» экосистемы может служить обобщенным показателем экологического состояния водоема. Проблема токсификации становится актуальной еще тогда, когда концентрация токсикантов в воде не превышает установленных ПДК, поскольку подавляющее большинство гидробионтов обладает ярко выраженными аккумулятивными способностями. В силу этого они сами становятся токсически опасными. Коэффициенты накопления у многих гидробионтов крайне высоки. Пагубные последствия токсификации водоемов проявляются на организменном, популяционном и биоценотическом уровнях. На организменном уровне нарушаются многие физиологические функции, изменяется поведение особей, снижается темп их роста, снижается резистентность различным стрессовым состояниям внешней среды, возникают повреждения в генетическом аппарате, происходит трансформация исходного генофонда. На популяционном уровне под воздействием загрязнения происходят изменения численности и биомассы, смертности и рождаемости, размерной, возрастной и половой структуры. На биоценотическом уровне происходит изменение видового разнообразия, смена доминантных видов, изменение видового состава, изменение интенсивности метаболизма биоценоза. Каждый из токсикантов обладает специфическим механизмом действия. Например, тяжелые металлы и их соединения наряду с непосредственным токсическим действием на организм могут вызывать мутагенные, гонадотоксические, эмбриотоксические и другие эффекты. Тяжелые металлы имеют ярко выраженную способность повреждать ферментативные системы организмов. Так, ртуть, серебро и медь, блокируют многие ферментативные реакции. Цинк уже в концентрации 0,065 мг/л ингибирует фосфорилирущее дыхание. Соли тяжелых металлов способны накапливаться в воде и донных отложениях, сохраняя при этом в течение длительного времени активную форму. Тяжелые металлы крайне медленно выводятся из организма, что служит предпосылкой так называемого эффекта пищевой цели - нарастания концентрации в организмах последующих трофических уровней. Например, самые высокие концентрации ртути в пресноводных экосистемах найдены в рыбах. Токсифицирование пресноводных экосистем связано также с поступлением в них пестицидов. Персистентные пестициды, интенсивно применявшиеся в СССР в 50-60-е годы, прочно вошли в круговорот веществ. По мере их вымывания из почв и накопления в водоемах они оказывают все более пагубное воздействие на водные экосистемы. Это воздействие часто носит скрытый характер и проявляется неожиданно в виде массовой гибели рыб и водных беспозвоночных. В трофических цепях концентрации пестицидов возрастают в среднем в 10 раз при каждом переходе с более низкого уровня на более высокий. Чем длиннее трофическая цепь, тем выше оказывается концентрация в последнем звене. Происходит биологическая концентрация пестицидов в воде и илах до миллиграммов и десятков миллиграммов на 1 кг веса рабы. Поэтому даже самые минимальные концентрации персистентных пестицидов в воде и донных отложениях представляют угрозу высшим трофическим звеньям. Существенные негативные последствия для пресноводных экосистем имеет загрязнение водоемов и водотоков и другими токсикантами, например антисептиками, такими, как соединения мышьяка, соли фтористоводородной кислоты и т.п. Смешанное загрязнение токсическими и органическими веществами. В зависимости от того какие компоненты – органические или токсические преобладают, в экосистеме на фоне эвтрофирования, даже при высоких концентрациях кислорода могут происходить процессы угнетения или полной гибели животных. В таких условиях – увеличение биомассы, или рост численности животных наблюдается лишь до класса «грязных» вод. В классе «грязных» вод наблюдается значительное снижение численности и биомассы животных, а следовательно и самоочистительной способности водоема. Закисление водоемов. В последние годы проблема токсифицирования водоемов в большой степени осложняется подкислением озерной воды в результате выпадения кислых атмосферных осадков, механизм образования которых связан с вымыванием из атмосферы окислов азота и серы, образующихся при сжигании ископаемого топлива и других видах хозяйственной деятельности человека. Подкислению озерной воды сопутствует повышение концентрации токсических металлов, таких, как алюминий, марганец, кадмий, свинец, ртуть, за счет их высвобождения из почв и донных осадков. В озерных водах с повышенной бикарбонатной щелочностью образуются дополнительные количества свободной угольной кислоты, оказывающей токсическое действие на гидробионтов. В России проблема подкисления озерных вод в результате трансграничного переноса с воздушными потоками и выпадения кислых атмосферных осадков, прежде всего окислов серы, наиболее четко обозначилась в Карелии и на Кольском полуострове. В Карельских и Кольских озерах, расположенных на кристаллических породах, вода наименее минерализована, содержит минимальные количества оснований, поэтому здесь процесс антропогенного подкисления вод происходит очень быстро. Из рыб, населяющих воды Карелии и Кольского полуострова, наиболее чувствительными к подкислению вод оказались благородные лососи, гольцы, сиги, хариусы. При подкислении озерной воды резко снижается общая биомасса гидробионтов и величина первичной продукции водоема, происходит уменьшение видового разнообразия биоценозов. Прежде всего исчезают многие вида, являющиеся важными элементами кормовой базы ценных промысловых рыб. Уровень рН 5,0 и ниже бывает губительным для всех гидробионтов. Кислотные дожди сказываются также на воспроизводстве рыб. Особенно тяжелая ситуация складывается весной, когда масса сульфатов попадает в талые воды. Наблюдается так называемый, «рН-шок». Именно в этот период происходит выход личинок сиговых и лососевых рыб, проходит нерест хариуса, щуки и окуня. Подкисление особенно отрицательно воздействует на молодь рыб. Резкое снижение рН воды в сочетании с высокими концентрациями металлов имеет губительное влияние на рыб и все сообщество в целом. В некоторых озерах в результате закисления прекращается воспроизводство популяций рыб, и они вымирают. Многие озера России уже практически лишились населения рыб. Одной из основных причин гибели рыбы в кислых водах является нарушение активного транспорта ионов Na и Сa через жаберный эпителий. Однако в ряде случаев гибель рыб начинается еще задолго до снижения рH до летальных величин и вызывается косвенными причинами, например отравлением алюминием, которое провоцируется увеличением кислотности воды. Алюминий в первую очередь поражает жабры и рыба начинает испытывать острое кислородное голодание. Один «кислотный толчок» может повлечь за собой в течение нескольких дней резкое повышение концентрации алюминия до летальных величин. Поэтому массовая гибель рыбы может произойти в водоеме, в котором средние величины рH не вызывают серьезных опасений. Термофикация водоемов. В некоторых водоемах дополнительной предпосылкой эвтрофирования является изменение их естественного температурного режима, вызываемое поступлением подогретых вод с предприятий и прежде всего с тепловых и атомных электростанций. Повышение температуры воды способствует увеличению интенсивности метаболизма биоценозов, в частности первичного продуцирования, что является значительным фактором эвтрофирования пресноводных экосистем. Термофикация водоемов и водотоков влечет за собой изменение их флоры и фауны, часто провоцируя глубокие сдвиги в структуре и функциях исходных экосистем в нежелательных направлениях. Повышение температуры до 35°С благоприятствует развитию токсичных цианобактерий, наиболее устойчивых к подогреву, при одновременном угнетении другого фитопланктона. Расселение чужеродных организмов. В последние десятилетия резко возросли темпы вселения чужеродных организмов (биологическая инвазия) в водные экосистемы. Основными причинами этого являются интенсификация судоходства и нерегулируемый сброс балластных вод судами. Вселение чужеродных видов негативно влияет на биологическое разнообразие, структуру и функционирование водных экосистем, а патогенные организмы и токсические виды водорослей представляют собой прямую угрозу здоровью человека. Актуальность этой проблемы в России обусловлена существованием многочисленных гидросооружений, широкой сетью водных коммуникаций, обширными внутренними водоемами. Все это способствует более свободному обмену фауной и флорой между различными, прежде изолированными водными системами. Преднамеренная интродукция чужеродных видов в экосистемы также таит в себе большой экологический и экономический риск, поскольку вселение нового вида всегда ведет к коренной перестройке пищевых цепей. Проникновение некоторых организмов в новые для них водные системы часто приносит большой вред рыбному хозяйству, водоснабжению городов, гидротехническим сооружениям, водному транспорту и т.д. Так, например, благодаря каналам, широко расселился моллюск дрейссена. Этот моллюск во вновь заселяемых им пресноводных водотоках и водоемах быстро достигает высокой численности, что нарушает нормальную работу различных гидротехнических сооружений, в несметных количествах проникает в водопроводные трубы, закупоривает их, а погибая, становится причиной порчи питьевой воды. Вытеснение эти моллюском местных видов водной фауны может вызвать серьезные изменения на экосистемном уровне. Ярким примером отрицательного влияния на пресноводные экосистемы является широкое расселения головешки-ротана (percottus glenii) во многих мелких водоемах Европейской части России, который практически вытеснил из них все другие виды рыб. Другим примером такого вселения является появление корюшки (osmerus eperlanus) в Сямозере и вспышка её численности в 1970-1980-е года вместе с началом процессов эвтрофирования, которые привели к перестройке структуры рыбного населения и пищевых цепей озера. Корюшка является активным планктофагом в первые годы своей жизни и столь же активным хищником во взрослом состоянии. Поэтому, с одной стороны, корюшка стала мощным конкурентом в питании другим планктофагам (ряпушке, сигу и уклее), а, с другой, является конкурентом и для хищников, в частности судаку и крупному окуню. Раньше в 1950-е годы Сямозеро считалось ряпушково-окуневым водоемом, а в 1990-е годы трансформировалось в корюшково-окуневое озеро. Корюшка быстро распространилась по всему озеру, освоив все возможные биотопы, и заняла пищевую нишу основного планктофага – ряпушки. 8. Самоочищение водоемов Каждый водоем – это сложная система, где обитают бактерии, высшие водные растения, различные беспозвоночные животные. Совокупная их деятельность обеспечивает самоочищение водоемов. Одна из природоохранных задач поддержать способность самоочищения водоемов от примесей. Факторы самоочищения водоемов можно условно разделить на три группы: физические, химические и биологические. Среди физических факторов первостепенное значение имеет разбавление, растворение и перемешивание поступающих загрязнений. Хорошее перемешивание и снижение концентраций взвешенных частиц обеспечивается быстрым течением рек. Способствует самоочищению водоемов оседание на дно нерастворимых осадков, а также отстаивание загрязненных вод. В зонах с умеренным климатом река самоочищается через 200 – 300 км от места загрязнения, а на Крайнем Севере – через 2 тыс. км. Обеззараживание воды происходит под влиянием ультрафиолетового излучения Солнца. Эффект обеззараживания достигается прямым губительным воздействием ультрафиолетовых лучей на белковые коллоиды и ферменты протоплазмы микробных клеток, а также споровые организмы и вирусы. Из химических факторов самоочищения водоемов следует отметить окисление органических и неорганических веществ. Часто дают оценку самоочищения водоема по отношению к легко окисляемому органическому веществу или по общему содержанию органических веществ. Санитарный режим водоема характеризуется прежде всего количеством растворенного в нем кислорода. Его должно быть не менее 4 мг на 1 л воды в любой период года для водоемов для водоемов первого и второго видов. К первому виду относят водоемы, используемые для питьевого водоснабжения предприятий, ко второму – используемые для купания, спортивных мероприятий, а также находящихся в черте населенных пунктов. К биологическим факторам самоочищения водоема относятся водоросли, плесневые и дрожжевые грибки. Однако фитопланктон не всегда положительно воздействует на процессы самоочищения: в отдельных случаях массовое развитие сине-зеленых водорослей в искусственных водоемах можно рассматривать как процесс самозагрязнения. Самоочищению водоемов от бактерий и вирусов могут способствовать и представители животного мира. Так, устрица и некоторые другие амебы адсорбируют кишечные и другие вирусы. Каждый моллюск отфильтровывает в сутки более 30 л воды. Чистота водоемов немыслима без охраны их растительности. Только на основе глубокого знания экологии каждого водоема, эффективного контроля за развитием населяющих его различных живых организмов можно достичь положительных результатов, обеспечить прозрачность и высокую биологическую продуктивность рек, озер и водохранилищ. Неблагоприятно на процессы самоочищения водоемов влияют и другие факторы. Химическое загрязнение водоемов промышленными стоками, биогенными элементами (азотом, фосфором и др.) тормозит естественные окислительные процессы, убивает микроорганизмы. То же относится и к спуску термальных сточных вод тепловыми электростанциями. Многостадийный процесс, иногда растягивающийся на длительное время –самоочищение от нефти. В природных условиях комплекс физических процессов самоочищения воды от нефти состоит из ряда составляющих: испарения; оседания комочков, особенно перегруженных наносами и пылью; слипание комочков, взвешенных в толще воды; всплывания комочков, образующих пленку с включениями воды и воздуха; снижения концентраций взвешенной и растворенной нефти вследствие оседания, всплывания и смешивания с чистой водой. Интенсивность этих процессов зависит от свойств конкретного вида нефти (плотность, вязкость, коэффициент теплового расширения), наличия в воде коллоидов, взвешенных и влекомых частиц планктона и т.д., температура воздуха и от солнечного освещения. 9. Восстановление экосистемы водоёма Традиционные методы борьбы с биогенным загрязнением очень дороги и не всегда возможно их применение. Для восстановления прудов и небольших озер обычно применяется механическая очистка: сперва откачивают воду, затем механически удаляют донные осадки, после чего, выстилают дно специальной водоупорной глиной – если это необходимо, покрывают дно песком и гравием и вновь наполняют водоем водой. Этот очень дорогой, но радикальный метод имеет ряд недостатков. Многие водоемы не могут быть очищены таким способом, поскольку иногда бывает невозможно откачать воду из большого озера или из озера питающегося подземными водами, а в иных случаях нежелательно применение тяжелой техники на водоемах старинных исторических парков и др. В таких случаях возможен комплексный подход к «лечению» водоема, или иными словами – восстановлению его экосистемы. Например, возможно создание циркуляции воды, удаление донных осадков, насыщение воды кислородом, искусственное изменение видового состава микроорганизмов и т. д. Таким образом, для деградированных водоемов: заросших, заиленных и покрытых ряской, – необходимы мероприятия, связанные с восстановлением их экосистем и, как итог, улучшением качества воды. Восстановленные экосистемы водоемов, водно-болотных участков и береговой зоны обладают очень важными природоохранными функциями, включая функции сохранения биологического разнообразия и поддержания качества воды. Кроме того, высшие водные растения можно рассматривать в качестве надежного способа берегоукрепления, защищающего берег от эрозии и формирующего экосистему прибрежной зоны вокруг водоема. Таким образом, комплексная технология восстановления экосистемы водоемов, разработанная специалистами нашей фирмы, выполняется с использованием биоинженерных мероприятий по следующей схеме: • Выполняются инженерно-экологические изыскания. Проводится изучение гидрогеологических характеристик водоема, его морфологических параметров (глубины, рельефа дна), отбор проб воды и иловых отложений для лабораторного анализа на предмет химического загрязнения. • Проводится биотестирование водоема на предмет определения качества воды (ее токсичности) и подбора сценария его реабилитации. В результате биотестирования производится отбор живых организмов водоема: беспозвоночных, фитопланктона, моллюсков и пр. На основании специально проведенного анализа устанавливается степень загрязнения водоема (сапробная валентность): воды и иловых отложений, – и назначается комплекс мероприятий для «лечения», т.е. для восстановления экосистемы. • Производится механическое очищение водоемов от мусора. В зависимости от размеров водоема, наличия гидротехнических сооружений, гидрогеологических характеристик местности и ряда других обстоятельств, определяется необходимость в механической очистке ложа водоема от иловых отложений. Если есть возможность оставить спущенный пруд на зиму, то в результате вымораживания уровень загрязнения в иловых отложениях значительно снижается. По весне ил желательно засеять специальными травосмесями (процесс «фитомелиорации»), и после того как трава взойдет, получают очень ценный компост. • Проводится улучшение качества воды посредством «биоремедиации», в результате которой происходит биодеструкция загрязняющих веществ с помощью заселения водоема специальными микроорганизмами. Природный водоем представляет собой сбалансированную экосистему, в которой действуют механизмы самоочищения. Такая экосистема регулярно избавляется от антропогенных загрязнений, т.е.происходит так называемое «самоочищение» воды в экосистеме водоема, что означает очищение воды в результате ряда экологических процессов с участием многих организмов, обитающих в водоеме. При загрязнении водоема в гидроэкосистеме подавляется полезная микрофлора и развиваются вредные и патогенные микроорганизмы: например, сине-зеленые и бурые водоросли, вызывающие отравление воды и заморы. Водоемы с нарушенным самоочищением постепенно деградируют, происходит их эвтрофикация. «Биоремедиация» – процесс, при котором в воду добавляются специально выращенные микроорганизмы. Благодаря действию препарата, содержащего микроорганизмы, нейтрализуются последствия загрязнения водоема, восстанавливается естественная биологическая самоочистка: вода и иловые отложения очищаются от органики и других загрязнителей, восстанавливается водная экосистема. • Осуществляется посадка специальных растений и заселение водоема живыми организмами для создания гидробиосистемы с целью биологической деструкции загрязняющих веществ и улучшение качества воды. Известно, что самоочищение воды в водных экосистемах происходит в результате протекающих физико-химических и биологических процессов с участием гидробионтов: растений и живых организмов. Одним из достаточно эффективных методов улучшения качества воды в водоемах служит технология, основанная на восстановлении гидробионтов-фильтраторов, к которым относятся: – прибрежные и водные растения-макрофиты; – беспозвоночные; – бентос (сообщество донных организмов); – микроорганизмы на взвешенных частицах. Специалисты Компании разработали комплексную технологию улучшения качества воды, основанную на использовании гидробионтов. Качество воды при этом улучшается с помощью специально засаживаемых растений и заселяемых живых организмов: в водоеме происходит восстановление гидробиосистемы, способной улучшать качество воды. Очень важно, чтобы в результате восстановительных работ были воссозданы именно такие компоненты экосистемы для данного типа водоема и климатических условий, которые активно участвуют в процессах очищения воды. Создание искусственных водно-болотных участков (constructed wetlands): гидроботанических площадок и биоплато. Биоплато – участки приурезовой зоны водоемов, заселенные растениями-макрофитами. Гидроботанические площадки (ГБП) – искусственно созданные мелководья с посадками макрофитов и влаголюбивых ивовых кустарников. Для устойчивого функционирования экосистемы на ГБП высаживается разновидовое сообщество высших водных растений: рогоз широколистный (Typha latifolia), частуха подорожная (Alisma plantago-aquatica), горец земноводный (Polygonum amphibium), ежеголовик прямой (Sparganium erectum), тростник обыкновенный (Phragmites communis), манник водяной (Glyceria aquatica). Эти растения активно участвуют в биологической очистке воды и способны жить в условиях колебания уровня воды. Заселение водоема живыми организмами. Заселение воды живыми организмами-гидробионтами выполняется по результатам биотестирования водоема. Подбирается для заселения видовое сообщество таких микроорганизмов, беспозвоночных, моллюсков, которое позволяет восстановить гидроэкосистему водоема путем создания условий для окисления органики и фильтрации воды гидробионтами. • Создание (восстановление) наземной экосистемы. С учетом того, что в очищении воды активно задействованы многие виды наземных экосистем, примыкающих к водоемам, необходимы мероприятия по сохранению не только генофонда и популяций видов прибрежных экосистем, но и их функциональной активности. Это достигается восстановлением в береговой зоне определенного вида зеленых насаждений и различных живых организмов, присущих этой экосистеме. В результате использования комплексных биоинженерных мероприятий восстанавливаются компоненты экологического механизма самоочищения водоема, что позволяет значительно улучшить качество воды. Лекция № 3 Водохозяйственный комплекс и перспективы его развития 1. Водохозяйственный комплекс В современных условиях развития общества все большее значение приобретает комплексное использование водных ресурсов. В условиях перестройки экономики, изменений, происходящих в промышленности и сельском хозяйстве, а также с улучшением культурно-бытовых условий жизни людей увеличиваются водопотребление и другие формы использования водных ресурсов. Вопросы водообеспечения, охраны вод в настоящее время приобретают характер серьезной глобальной проблемы России. Создание оборотных систем водообеспечения промышленных предприятий и безотходных технологий требует дополнительного финансирования, что при создании иных форм финансовых моделей в России не обеспечивает требуемого снижения водопотребления. При решении задач водопользования необходимо рассматривать водохозяйственный комплекс. Водохозяйственный комплекс представляет собой совокупность различных отраслей народного хозяйства, совместно использующих водные ресурсы одного водного бассейна. Комплексное использование и охрана водных ресурсов предусматривают: всестороннюю оценку природных вод в отдельных речных бассейнах и экономических районах с учетом антропогенной деятельности в современных условиях и на перспективу; выявление потребностей в воде всех отраслей народного хозяйства, обоснование норм водопотребления с учетом повторного или последовательного использования воды, определение объема безвозвратных потерь; согласование запросов отдельных водопользователей с выделением наиболее эффективных и экономично расходуемых воду; разработку водохозяйственных балансов и выделение на основе их районов, испытывающих наибольший дефицит в воде; установление мер по охране природных вод от истощения и загрязнения, а также разработку мер, предложений по очистке, обезвреживанию и использованию промышленных, коммунальных и сельскохозяйственных стоков; определение ассигнований для выполне­ния намеченных мероприятий водохозяйственного и мелиоративного строительства и подсчет экономического эффекта от реализации запроектированных мер; оценка изменений природных условий в зонах проведения крупных водохозяйственных мероприятий; обоснование объема проектно-изыскательских и научно-исследовательских работ с определением состава их исполнителей. Схема комплексного использования водных ресурсов позволяет учитывать изменения в развитии экономики страны. Увеличение водопотребления затрагивает интересы многих отраслей промышленности, изменяя вековые сложившиеся связи в природе, вторгаясь в сложившиеся природные круговороты: гидрологический, кислорода и углерода, естественный цикл азота. Поэтому водохозяйственный комплекс рассматривают как сложную водохозяйственную систему, функционирующую на основе научно обоснованных долгосрочных прогнозов в отношении требований, предъявляемых различными отраслями народного хозяйства к количеству и качеству воды. В структуру водохозяйственного комплекса входят: водоснабжение, водоотведение, гидротехнические мелиорации, гидроэнергетика, водный транспорт, лесосплав, рыбное хозяйство, здравоохранение, водные рекреации и др. В гидротехнические мелиорации входят оросительные и осушительные работы, осуществление мероприятий по борьбе с вредным воздействием вод: защита от наводнений, борьба с водной эрозией, селевыми потоками, оползнями и разрушением берегов, а также с заболачиванием и засолением почв. Требования, предъявляемые к водохозяйственному комплексу: • рациональное обеспечение потребителей водой в доста­точном количестве и соответствующего качества; • сохранение природных условий и гарантии охраны воды от загрязнения, засорения и истощения; обеспечение наибольшего народнохозяйственного экономического эффекта; • гарантии простой и надежной работы. Государственная и хозяйственная деятельность водохозяйственных комплексов в РФ осуществляется в соответствии с Водным кодексом РФ. Рациональное использование и охрана вод зависит от эффективности государственного управления, которое построено по бассейновому принципу, затрагивающему интересы краев, областей, районов, городов. Государственный контроль играет важную роль для рационального, комплексного использования водных ресурсов, охра­ны вод от засорения и истощения, предупреждения и ликвидации вредного воздействия вод. Государственный учет поверхностных и подземных вод, представляющий собой систематическое определение и фиксацию в установленном порядке количества и качества водных ресурсов, имеющихся на данной территории, базируется на утвержденных положениях об учете водных ресурсов и входит одной из основных частей в Государственный водный кадастр РФ. Прогнозирование использования вод представляет собой систему, включающую основные положения Государственного водного кадастра РФ и водобалансовые схемы комплексного использования и охраны вод. Водохозяйственные балансы позволяют комплексно использовать водные ресурсы и прогнозировать масштабы развития и размещения производительных сил и т. п. При обосновании параметров водохозяйственного комплекса (ВХК) учитывают три связанные между собой части: природную, экономическую и техническую (рис. 4). Природная часть обусловливает возможности функционирования и развития ВХК, определяет положительные и отрицательные стороны его влияния на природу. Экономическая учитывает интересы отраслей народного хозяйства и отдельных водопользователей. Цель ее состоит в достижении наибольшего экономического эффекта при функционировании ВХК и минимизации ущерба при вредном воздействии развития народного хозяйства на водные ресурсы. Техническая определяет систему взаимосвязанных технических решений по возведению и эксплуатации сооружений и оборудования, обеспечивающих эффективную работу элементов системы ВХК в конкретных местных условиях. Классификация водохозяйственных комплексов показана на рис. 5. Государственный ВХК решает водохозяйственные проблемы в масштабах развития государства на основе политических и социальных аспектов. Рис. 4. Схема формирования водохозяйственного комплекса Рис. 5. Классификация водохозяйственных комплексов: а – одноузловой и отраслевой; б – одноузловой и межотраслевой; в – каскадный межотраслевой; г – межбассейновый отраслевой с локальной переброской стоков; д – межбассейновый многоотраслевой; е – природоохранный; К0 – здравоохранение; К1 – водоснабжение, К2а – орошение; К2б – осушение; К3 – энергетика; К4 – транспорт; К5 – рыбное хозяйство; К6 – водоотведение; К7 – отдых; К8 – охрана природы; I – влияние осушения (понижение УВГ, пересушка, снижение продуктивности лесов); II – влияние водохранилища (подтопление, мелководья, переработка берегов); III – влияние зарегулированною расхода в русле реки (отсутствие паводков, пересыхание поймы, засоление земель); IV – влияние водоотведения на качество воды. Зональные ВХК призваны к решению водохозяйственных проблем в экономическом районе при наиболее полном и эффективном использовании его возможностей. Примерами комплексного использования многих рек РФ служат ВХК Волги, Дона, Иртыша и других рек в крупных бассейнах. По всем бассейнам крупных рек составлены схемы комплексного использования водных и земельных ресурсов. Водоохранным комплексом называют систему сооружений и устройств для поддержания требуемого количества и качества воды в рассматриваемых створах или пунктах водных объектов. 2. Водопользование в промышленности и теплоэнергетике Водообеспеченность России возобновляемыми ресурсами вод в целом достаточно высока – 31 тыс. м3 на одного человека в год при среднемировом показателе водообеспеченности около 7 и санитарном минимуме – 1,7 тыс. м3 на человека в год, соответственно. Она уступает аналогичным показателям лишь некоторых стран мира, в частности Канады – 95 и Бразилии – 48, но значительно превосходит водообеспеченность стран СНГ, в частности Казахстана – 6,8, Беларуси – 5,7, Украины – 2,8, Узбекистана – 2,0, а также многих развитых и развивающихся стран мира, в том числе Германии – 1,13, Египта – 0,86, Израиля – 0,28, Кувейта –0,01 тыс. м3 на одного человека в год, соответственно. Для удовлетворения питьевых и хозяйственных потребностей населения и отраслей экономики России из поверхностных и подземных водных объектов ежегодно отбирается до 2–3 % возобновляемых ресурсов вод (около 85 км3/год). Объем используемой воды составляет свыше 67 км3/год, в том числе пресной – около 60 км3/год, треть которой – питьевого качества, остальная относится к категории технической. В поверхностные водные объекты РФ отводится около 60 км3/год использованных вод. В табл. 7 приведены данные по структуре отведения сточных вод в поверхностные источники водных объектов. Например, потребление воды природных источников в 1997 г. промышленностью составило 70,2 км и 38,4 км3 – энергетикой. В то же время в водные источники было сброшено 59,3 км3 сточных вод, в том числе загрязненных 23 км3, из них предприятиями жилищно-коммунального хозяйства 52 % и промышленностью 32 %. В современных условиях необходимо уделять серьезное внимание вопросам рационального и комплексного водопользования промышленностью, в особенности очистке и повторному, оборотному использованию сточных вод в производстве. Эти вопросы следует рассматривать неотрывно от основных технологических процессов промышленного производства с учетом требований ВХК. Сложность систем водообеспечения промышленных предприятий определяется не только многофакторностью, взаимозависимостью их, но и особенностями многократного использования воды в технологических процессах, разнообразием схем водоотведения и регенерации сточных вод, извлечения ценных компонентов из очищаемых вод, значительными затратами на строительство систем водоснабжения и водоотведения. Таблица 7 Структура отведения сточных вод в поверхностные водные объекты, % Сточные воды 1998 г. 1999 г. 2000 г. 2001 г. 2002 г. Нормативно-чистые Загрязненные, в том числе: без очистки недостаточно очищенные нормативно-очищенные 56 39,5 11,1 28,4 4.5 57,8 37,7 9,2 28,5 4,5 59,2 36,5 8,2 28,3 4,3 59,2 36,2 8,1 28,1 4,6 59,9 35,9 7,4 28,5 4,2 Всего 100 Объем воды, используемый в системах оборотного и повторно-последовательного водоснабжения, в 2003 г. несколько вырос и составил 134 км3. Суммарные мощности очистных сооружений в целом по России на 2003 г. составляют 32 км3/ год, что на 9 км3 превышает объем сточных вод, требующих очистки. Однако в целом до нормативного уровня очищаются лишь около 10 % отводимых вод, нуждающихся в очистке. Водопользование в промышленности. Вода в промышленности используется как сырье при получении различных продуктов, таких как кислоты, спирты и т. д.; в качестве разбавителя и растворителя используется при выщелачивании и кристаллизации. Вода является теплоносителем или охладителем в различных технологических процессах; служит рабочей средой в гидравлических устройствах; является моющим средством при промывке сырья, тары, готовых изделий. На каждом предприятии вода используется также в непромышленных целях: для удовлетворения потребностей персонала, противопожарной безопасности, обеспечения нормальных санитарно-гигиенических условий и т. д. Расход воды для промышленного предприятия определяют в зависимости от удельного расходования воды (на единицу промышленной продукции) и мощности предприятия. Удельное водопотребление в значительной мере зависит от технологической схемы производства, системы промышленного водоснабжения, климатических условий и ряда других факторов. Удельное водопотребление (м3/т продукции) в отдельных отраслях промышленности Чугун 160–200 Сталь 150 Никель 4000 Медь 500 Синтетический каучук 2000–3500 Синтетическое волокно 2500–5000 Нефть-сырец (переработка) 30–40 Азотные удобрения 600 Бумага 400–800 Для составления схем комплексного использования и охраны водных ресурсов бассейнов рек, отдельных районов используют укрупненные нормы водопотребления и водоотведения на единицу продукции. Системы производственного водоснабжения. Для крупных промышленных объектов требуемое большое количество воды и водных ресурсов часто оказывается недостаточным. Место расположения предприятий диктуется источниками сырья или месторождением полезных ископаемых, используемых непосредственно в производстве. При выборе места строительства нового предприятия всегда необходимо произвести технико-экономический расчет в сравнении с другими вариантами выбора наиболее дешевого транспортирования сырья либо водных ресурсов. При выборе площадки под строительство промышленного объекта следует учитывать его возможное влияние на природные водоемы. Без такого предварительного анализа может возникнуть сложная ситуация, подобная ситуации с построенным целлюлозно-бумажным комбинатом (ЦБК) на берегу озера Байкал. Сточные воды комбината после очистки сбрасывались в озеро и ухудшали качество воды, изменяя флору и фауну уникального водного объекта. Поэтому специалисты должны были решать альтернативные, значительно удорожающие варианты: либо транспортировка сточных вод на дальние расстояния, либо перепрофилирование производства этого завода. Дефицит водных ресурсов и необходимость резкого уменьшения стоков обусловливают необходимость широкого применения в производстве оборотного водоснабжения и повторного использования воды. Рационализацию использования природной воды в производстве может в ряде случаев обеспечить создание полностью замкнутых циклов водооборота. Рис 6. Схемы использования воды в промышленности: а – прямоточная; б – оборотная; в – повторная; г – комбинированная; Qa – полное водопотребление; Qпод – подпитка; Q6в – безвозвратное водопотребление; Qоб – оборотные воды; Qсб – отводимые воды в водоем; Ис – источник воды; П, П1, П2 – потребители воды; Оч – сооружения но очистке воды. Рис. 7. Системы промышленного водоснабжения: а – прямоточная; б – прямоточная с последовательным использованием воды; в – охлаждающая система оборотного водоснабжения; г – технологическая система оборотного водоснабжения; д – смешанная охлаждающая и технологическая система оборотного водоснабжения; П, П1, П2 – производство; НС – насосная станция; ВС – сооружения по очистке воды из источника и сточной воды; О – охладитель; Q – полный расход воды; Qп.п – расход воды, теряемый с промышленной продукцией (безвозвратное водопотребление); Qисп – расход при испарении воды; Qyн – расход при уносе воды; Qсб – расход сбросных вод; Qдоб – расход добавляемый (свежей) воды; Qoc – расход воды на собственные нужды очистных сооружений. Важное значение имеет обеспечение достаточной надежности систем производственного водоснабжения. Ряд производств не допускает не только перерыва в подаче воды, но и всякого ее снижения. Нарушение установленного режима подачи воды может привести к серьезным аварийным ситуациям, которые влияют на производство и качество выпускаемой продукции. В промышленном водоснабжении используются прямоточные, оборотные, последовательные и смешанные схемы использования воды (рис. 6). В большинстве производств создают системы оборотного водоснабжения (рис. 7). Поскольку часть воды (не более 2...5 %) безвозвратно теряется, ее количество периодически пополняют «свежей» водой. Применение оборотного водоснабжения в промышленности дает существенную экономию природной воды. Такие системы успешно функционируют в маловодных областях Урала. Объем водооборота на промышленном предприятии определяется в результате анализа технико-экономических и экологических показателей. Экономия «свежей» воды достигается также при использовании эффективных схем промышленного водоснабжения с повторным использованием воды. Повторное использование воды представляет собой забор возвратных вод (в том числе без дополнительной очистки или обработки) для технологических целей, орошения, обводнения, водоснабжения и других нужд. Системы водоснабжения рекомендуется создавать с оборотом воды или в виде замкнутых циклов для отдельных цехов. На промышленном предприятии следует предусматривать строительство локальных очистных сооружений для очистки стоков, охлаждения оборотной воды, обработки и повторного использования сточных вод. Последовательное и прямоточное использование воды на производственные нужды со сбросом очищенных сточных вод в водоем допускается только при невозможности или нецелесообразности применения ее в системе оборотного водоснабжения. Эффективность использования водных ресурсов как при создании территориально-производственного комплекса, так и при развитии народного хозяйства характеризуют следующие критерии: удельная норма потребления воды для создания единицы продукции; потребление свежей воды; количество воды, находящейся в обороте; количество сточных вод, поступающих в водные объекты; условное количество загрязнений в сбрасываемых стоках; возврат сточных вод в производство; воздействие водохозяйственного комплекса на окружающую природную среду; рекреационный потенциал водного объекта; продуктивность рыбохозяйственного комплекса; уровень перевозок водным транспортом; защита объектов от антропогенной деятельности; технологическая, социологическая и экономическая эффективность и др. Эффективность использования воды на промышленных предприятиях оценивается тремя показателями: – техническое совершенство системы водообеспечения оценивается количеством использования оборотной воды Роб, %: , где Qоб, Qист, Qс – количество воды, используемой соответственно в обороте, забираемой из источника и поступающей в систему водообеспечения с сырьем; – рациональность использования воды, забираемой из источника, оценивается коэффициентом использования Кис: – потери воды, %, определяют по формуле: , где Qпосл – количество воды, используемой в производстве последовательно. Дефицит пресной воды требует кардинального изменения технологических схем производства, широкого внедрения маловодных и безводных схем, а также создания замкнутых безотходных производственных циклов. В основе рационального использования водных ресурсов лежит технико-экономическое обоснование территориально-промышленного комплекса, которое проводится в направлении создания эффективной структуры производства основных видов продукции, охраны окружающей среды, комплексного использования водных ресурсов. Рациональное использование водных ресурсов на промышленном предприятии характеризуют следующие факторы: • объем применения безводных технологий производства; • размещение производств, обеспечивающее последовательное многократное использование воды в технологических процессах; • уровень совершенства локальной очистки сточных вод; • разделение водохозяйственной системы на группы локальных замкнутых систем технического водоснабжения, позволяющих осуществлять очистку сточных вод в соответствии с требованиями оборотного водоснабжения, включая санитарно-гигиенические и технологические показатели; • оптимизация процессов водообеспечения и водоочистки (подача и распределение воды для технологических операций производства, регенерация отработанных растворов, извлечение из сточных вод и утилизация ценных продуктов из отходов производства, создание локальных систем оборотного водоснабжения, обработка оборотной воды, обезвреживание осадков и их утилизация и др.); • полнота использования водных ресурсов промышленного узла, включающего применение сточных вод города и промышленных предприятий на земледельческих полях орошения и других объектах. Промышленный узел – группа взаимосвязанных промышленных предприятий на определенной территории. Использует трудовые, сырьевые и другие ресурсы, транспортные сооружения, инженерные коммуникации, строительную базу данной территории. Он может быть ограничен одним городом либо представляет систему городов вместе с окружающими их рабочими поселками. Узел представляет собой часть территориально-производственного комплекса. Система промышленного водоснабжения помимо непосредственно производственных целей обеспечивает санитарно-гигиенические потребности работающего персонала. Согласно современным требованиям, водообеспечение промышленных предприятий должно предусматривать оборотное и повторное использование вод в производстве, что необходимо учитывать при составлении балансовых схем предприятий, в которых должен быть указан расход воды, подаваемый каждому потребителю: цеху, корпусу (оборотная и последовательно используемая вода, свежая вода из источника); сбрасываемый каждым потребителем (сточная вода), теряемый безвозвратно на очистных сооружениях, на охладительных установках и т. д. (безвозвратные потери); необходимо рассчитать расход воды, идущий на хозяйственно-питьевые нужды предприятия. Кроме того, следует ука­зать: направление движения воды, виды водоотводящих и водо-подводящих коммуникаций или категории транспортируемой по коммуникациям воды, расположение потребителей воды, сооружений по ее охлаждению, очистке и т. д. Балансовую схему мож­но представить либо в абсолютных количествах циркулирующих вод за единицу времени (м3/сут, м3/ч), либо в удельных расходах воды на единицу продукции или потребляемого сырья (м3/т). Водосберегающие мероприятия. Многообразие промышленных производств обусловливает разнообразие водосберегающих мероприятий, позволяющих сократить удельный расход воды (на единицу выпускаемой продукции) и расход свежей воды. Первоначальным этапом разработки рациональных систем водообеспечения промышленных предприятий является совершенствование маловодных технологий производств. Вода на предприятии используется на различные цели. Из всего много­образия функций использования водных ресурсов в промыш­ленных технологиях наибольшее количество воды используется в качестве хладагента (70 %), экстрагента (15...20 %), транспортирующего агента (10...15 %). Водосберегающие мероприятия разрабатывают в зависимости от функционального использования воды. Замена водяного охлаждения воздушным, применение систем и сооружений сухой очистки газов и воздуха аспирационных систем от пыли, испарительного и форсуночного охлаждения, противоточно-каскадных систем промывки, пневмо-гидравлических систем транспортирования и другие технические решения позволяют сократить удельное потребление воды в среднем на 20...30 %. Большое значение для этого имеет развитие систем автоматического контроля и управления процесса водопотребления, укрупнения единичных мощностей и агрегатов, борьба с потерями и утечками, за счет которых может быть на 10...15 % сокращено потребление воды. Потребление воды из природных источников можно сократить в результате многократного ее использования в промышленности и привлечения очищенных или частично очищенных сточных вод. При применении сточных вод требования к качеству используемой воды по существу определяют необходимую степень очистки и, следовательно, обусловливают затраты на их подготовку. Наличие химического и микробиологического загрязнения в сточных водах определяет необходимость обоснования санитарно-гигиенических требований, исключающих неблагоприятное влияние этих факторов на состояние окружающей среды и здоровье человека. При решении проблемы целесообразности создания систем водообеспечения промышленных предприятий с многократным использованием воды в технологических процессах важнейшее значение имеет установление закономерностей формирования ее состава и свойств. Возможность прогнозирования состава позволит определить условия использования воды, обеспечивающие технологические и санитарно-гигиенические требования к ее свойствам, и разработать комплекс управления системой много­кратного использования воды в технологических процессах. Одним из эффективных водосберегающих мероприятий в промышленности является внедрение оборотных систем водоснабжения, которые позволяют существенно снизить забор свежей воды и сократить сброс отработанных вод в водоемы. При создании этих систем необходимо учитывать не только техническую и экономическую стороны проблемы, но и экологическую. Водопользование в теплоэнергетике. Крупным потребителем воды в РФ является энергетика. Свыше 80 % электроэнергии в России вырабатывают тепловые и атомные электростанции. Теплоэнергетика потребляет 170 млн. м3 в сутки воды на выработку пара и для охлаждения агрегатов и их отдельных узлов. Почти 50 % воды, забираемой промышленностью из природных водоисточников, потребляет теплоэнергетика. Основным потребителем воды на тепловой электростанции является конденсатор паровой турбины. Помимо этого имеются мелкие теплообменные аппараты, к которым подводится охлаждающая вода: воздухоохладители или газоохладители генераторов, воздухоохладители питательных электронасосов и возбудителей генераторов, маслоохладители систем смазки механизмов. Обмотки электрогенераторов охлаждаются воздухом или газом (водородом), который циркулирует в замкнутом цикле системы вентиляции и охлаждается водой в воздухо- или газоохладителях. Вода, подаваемая в воздухо- или газоохладители, должна иметь температуру не выше 30...33 °С. Поэтому в системах оборотного водоснабжения тепловых электростанций предусматривается подача на воздухо- или газоохладители свежей воды, которая в летнее время имеет более низкую температуру, чем циркуляционная вода. Расход воды, подаваемой на воздухо- или газоохладители генераторов, составляет 1...2 % общего расхода охлаждающей воды на электростанции. На атомных электростанциях устанавливаются защитные устройства, предназначенные для расхолаживания атомных реакторов при прекращении нормального отвода теплоты от реактора к турбине и затем к конденсатору. Подвод охлаждающей воды к этим устройствам, которые называют ответственными потребителями, должен быть обеспечен при любых возможных ситуациях. В соответствии с принятой в мировой практике концентрацией радиационной безопасности атомных электростанций предусматривается тройное дублирование защитных устройств и три автономные системы подачи охлаждающей воды к ним. Ка­ждая система должна состоять из минимально необходимого числа элементов: насосов, арматуры, сороудерживающих решеток, устанавливаемых в изолированном помещении. Системы водоснабжения ответственных потребителей могут проектироваться оборотными. В этом случае в качестве охладителей применяют брызгательные бассейны, водохранилища-охладители, градирни и др. Электростанции, работающие на твердом топливе, оборудуют установками для улавливания золы из дымовых газов. В некоторых случаях в качестве золоулавливателей применяют мокрые скрубберы. Удаление шлака из-под котлов и золы из золоулавливателей на большинстве электростанций производится гидравлическим способом. Расход воды для этой цели зависит от вида топлива, способа его сжигания, механических свойств золы и шлака. Для нужд гидроудаления используют воду, прошедшую через конденсаторы, а также воду, сбрасываемую после охлаждения подшипников и т. д. На смыв 1 т шлака требуется 20...40 м воды, на смыв 1 т золы – 12 м3 воды. Шлак и зола смешиваются с водой, транспортируются самотеком или с помощью побудительных сопел к багерным насосам, которые перекачивают пульпу по стальным трубам на золоотвалы. При раздельном удалении золы и шлаков золовая пульпа перекачивается шламовыми насосами. Если золоотвалы расположены значительно ниже котельной, возможно транспортирование пульпы к ним самотеком. Золо- и шлакоотвалы проектируют как пруды-отстойники непрерывного действия. Их организуют большей частью на используемых участках земли вблизи электростанций, например в оврагах. Пруд образуется путем перегораживания оврага земляной дамбой или обвалования равнинного участка. В этот пруд сбрасывают золовую пульпу. Зола и шлак осаждаются в пруде, а осветленная вода возвращается в котельную электро­станции с целью повторного использования для гидротранспорта золошлаков. Воду для питания паровых котлов предварительно очищают от грубодисперсных и коллоидных примесей, накипеобразующих солей. Восполнение потерь питательной воды котлов на электростанциях производят химически обессоленной водой или дистиллятом. Количество воды, требующееся для подпитки котлов на конденсатньгх электростанциях, составляет 1...2% расхода пара. На ТЭС ввиду отборов пара на нужды промышленных предприятий требуется значительно большее количество воды для подпитки котлов. Кроме того, на ТЭС производится умягчение воды, подаваемой на горячее водоснабжение городов. Суммарный расход воды на тепловой станции зависит от ее мощности, типа установленного оборудования, кратности охлаждения пара и температуры охлаждающей воды. Для современной мощной ТЭС, оборудованной, например, восьмью энергоблоками по 300 тыс. кВт каждый, общий расход воды составляет приблизительно 300 тыс. м3 /ч в летнее время, а для атомной электростанции, оборудованной четырьмя энергоблоками по 1000 МВт каждый, – около 700 м3/ч. Удельный расход охлаждающей воды на 1 кВт установленной мощности тем меньше, чем выше начальные параметры пара, подаваемого из котла в турбину, и чем больше единичная мощность турбин. Несмотря на снижение удельных расходов воды при повышении единичной мощности турбин, суммарные расходы воды для мощных электростанций достигают 200 м3/с и более. Для обеспечения электростанций требуемым расходом воды необходимы достаточно крупные сооружения, поэтому для строительства электростанций выбирают место вблизи водных источников, а значит, приходится соглашаться с удалением электростан­ций от потребителей электроэнергии и источников топлива. Система водоснабжения тепловой электростанции может быть прямоточной, оборотной или смешанной. При прямоточной системе отработанная теплая вода сбрасывается в водоем на таком расстоянии от водозаборного сооружения, чтобы исключить возможность попадания в него теплой воды. При применении системы прямоточного водоснабжения не требуется больших капитальных вложений на строительство и обеспечивается низкая и стабильная температура охлаждающей воды. Однако при этой системе требуются значительные расходы воды, забираемой из источника водоснабжения, поэтому для подобных решений необходимо использование больших многоводных рек, на которых размещение тепловых электростанций по совокупности технико-экономических показателей оправдывается в редких случаях, и развитие крупной теплоэнергетики в будущем пойдет по пути создания оборотных систем водоснабжения. Наиболее целесообразной системой оборотного водоснабжения для конденсационной электростанции (КЭС) является система с водохранилищем-охладителем. Однако возрастающая ценность земельных участков и их стоимость все чаще приводят к необходимости использовать для охлаждения вод КЭС градирни. На ТЭС, располагаемых обычно вблизи потребителей теплоты в крупных городах, широко применяют системы оборотного водоснабжения с испарительными градирнями. Существуют системы смешанного водоснабжения электростанций, когда параллельно с прямотоком в маловодные периоды включаются в работу охладители, либо параллельно с водохранилищем – градирни или брызгательные установки. Подача воды на электростанцию из водоема осуществляется блочными или центральными насосными станциями, либо самотеком. 3. Водоснабжение и водоотведение городов и населенных мест Современные системы водоснабжения городов и населенных мест представляют собой сложные технические системы, обеспечивающие прием природной воды, ее очистку с последующей подачей и распределением воды потребителям. Наиболее распространены многофункциональные системы водоснабжения, предназначенные для питьевого, бытового, хозяйственного, производственного и противопожарного водоснабжения. Годовое потребление воды распределяется основными потребителями системы городского водоснабжения следующим образом, %: хозяйственно-питьевые нужды населения – 56 (для приготовления пищи и питья – 30, для стирки – 10, для пользования ваннами – 30, для работы смывных бачков – 30); нужды общественных зданий – 17; промышленные нужды – 17; пожарные – 3; городские нужды (поливка улиц и зеленых насаждений, рабочих фонтанов и др.) – 1 и прочие – 6. Состав и свойства питьевой воды при любом типе водоисточника, способе обработки и конструктивных особенностях водопроводной сети должны обеспечивать безопасность в эпидемиологическом отношении, безвредность химического состава и благоприятные органолептические свойства. Технические и гигиенические требования и нормы, предъявляемые к питьевой воде, регламентируют СанПиН 2.1.4.1074-01 и СанПиН 4630-88. Среднесуточное водопотребление служит отправной точкой определения расчетного расхода воды, который необходим для удовлетворения потребности населения в любое время года, месяца, недели, включая сутки наибольшего водопотребления. Параметры водопроводных сооружений систем водоснабже­ния городов и населенных мест рассчитывают на определенный расчетный период, который может включать несколько очередей строительства, учитывающих перспективу развития города и повышение уровня благоустройства потребителей воды. Расход воды, на прохождение которой рассчитывают элементы системы водоснабжения, изменяется в течение кварталов года, месяцев сезона, часов суток и минут часа. Эти колебания водопотребления необходимо учитывать при проектировании системы водоснабжения с заданным уровнем благоустройства. Рост численности населения и увеличение норм водопотребления поддаются прогнозу. Данные о прогнозе развития города учитывают в процессе проектирования новых систем водоснабжения путем резервирования дополнительных площадей для развития тех или иных элементов, предусмотренных очередностью строительства. Сезонные изменения водопотребления определяют главным образом миграция населения и климатические факторы, характерные для заданного места расположения города. Параметры водопроводных сооружений системы рассчитывают таким образом, чтобы удовлетворить потребности населения в воде в период сезонных циклов. При подборе насосного оборудования и особенно при технико-экономическом расчете водоводов и водопроводных сетей учитывают кратковременность периодов максимального водопотребления. Суточные и часовые колебания расходов воды являются результатом неравномерности потребления воды в городе. Неравномерность потребления воды в дни недели обусловлена укладом жизни города и связана главным образом с чередованием рабочих и нерабочих дней и в значительной мере зависит от производственного профиля города или населенного места. Водопроводные сооружения системы водоснабжения должны иметь достаточную производительность для гарантированной подачи воды в сутки «максимального водопотребления». При этом допускается форсированный режим работы – повышенные скорости движения воды в трубах водопроводных сетей, выход насосов из зоны оптимальных значений коэффициентов полезного действия, повышенный расход реагентов на очистных сооружениях и т. п. Форсированный режим работы системы в сутки максимального водопотребления оправдывается тем, что в сутки «среднего водопотребления», составляющего значительную часть работы водопроводных сооружений, насосы находятся в оптимальном режиме эксплуатации. В значительной степени на режиме работы системы отражается часовая неравномерность водопотребления. Водопотребление зависит от степени благоустройства зданий, численности населения и климатических условий населенного пункта или города. Неравномерность водопотребления наблюдается в течение суток: максимальный расход воды – в середине дня, минимальный – ночью. Существенно возрастает водопотребление в праздничные и предвыходные дни. Расход воды на хозяйственно-питьевые нужды колеблется. Даже в течение часа. При расчете водопотребления в населенных пунктах используют коэффициенты суточной kсут и часовой kч неравномерности, которые выражают отношение максимального потребления воды к среднему ее потреблению в течение суток и часа соответственно. Нормы удельного водопотребления в зависимости от степени благоустройства зданий регламентируются. При проектировании систем водоснабжения населенных пунктов удельное среднесуточное (за год) водопотребление на хозяйственно-питьевые нужды населения принимают от 125 до 350 л/сут. Расчетный суточный расход воды (м3/сут) на хозяйственно-питьевые нужды в населенном пункте определяют: Qсут ср = ΣqжNж/100, где qж – удельное водопотребление; Nж – расчетное число жи­телей в районах жилой застройки с различной степенью благоустройства. Расход воды на поливку принимают в зависимости от типа покрытия территории, способа ее поливки, вида растений и насаждений, климатических и других местных условий. Расход колеблется от 0,3 до 15 л/м2. Распределение расходов воды по часам суток в населенных пунктах, на промышленных и сельскохозяйственных предприятиях принимают на основании расчетных графиков водопотребления. При построении таких графиков исходят из принимаемых в проекте технических решений, исключающих совпадение по вре­мени максимальных отборов воды на различные нужды. Потребность человека в воде определяется путем статистической обработки данных, полученных на основе медико-гигиенических исследований. Ниже представлены результаты этих исследований. Потребность человека в Хозяйственные qx Гигиенические qc воде л/(сут·чел.) Питьевые нужды..................... 1,5 2,0 Приготовление пищи.............. 3,4 4,6 Мытье посуды......................... 8,7 10,7 Умывание, чистка зубов......... 7,0 11,0 Душ, ванна............................... 20,7 26,6 Стирка...................................... 8,6 19,2 Смыв бачка.............................. 22,7 31,4 Уборка...................................... 5,0 5,5 Всего......................................... 75,6 111,3 В современных условиях среднее удельное водопотребление в городах и населенных пунктах составляет около 250 л/(сут·чел.). В настоящее время разработаны мероприятия по приостановлению роста водопотребления. Сокращение норм коммунального водоснабжения позволит уменьшить общие потребности в воде. Для осуществления данной проблемы необходимо строительство раздельных систем питьевого и технического водоснабжения. С целью сокращения непроизводительных расходов воды (утечек воды через неплотности труб, арматуры и санитарно-технического оборудования жилых и общественных зданий) рекомендуется регулировать напор воды в зданиях в зависимости от их высоты (применение систем зонирования по требуемой величине напора, исключение чрезмерных напоров воды, использование совершенной запорно-пусковой арматуры, вне­дрение насосно-силового оборудования с регулируемой частотой вращения и др.). Коммунально-бытовое водопотребление предъявляет чрезвычайно высокие требования к качеству воды и к бесперебойной ее подаче. В первую очередь и при любых экстремальных условиях люди должны быть обеспечены водой. Эти требования узаконены «Основами водного законодательства» в виде приоритета использования воды для снабжения населения. Водоотведение. В процессе жизнедеятельности человека вода загрязняется веществами органического и минерального происхождения. Изменяются и ее физические свойства. Такие воды принято называть сточными. Сточные воды представляют собой жидкие отходы, образующиеся в результате бытовой и производственной деятельности людей, а также организованного удаления с территорий атмосферных осадков; Они подразделяются на сточные воды населенных мест – смесь бытовых и промышленных сточных вод, поступающих; в канализацию; дождевые – образующиеся в результате атмосферных осадков и поступающие в канализацию; производственные – от технологических операций на предприятиях; оросительных систем – дренажные воды. Сточная вода служит благоприятной средой для развития разнообразных микроорганизмов, в том числе и патогенных, являющихся возбудителями и распространителями инфекционных заболеваний. Загрязняя окружающую среду, сточные воды одновременно создают условия для возникновения болезней человека и эпидемий. В сточных водах могут содержаться и токсические вещества (кислоты, щелочи, соли и др.), способные вызвать отравление живых организмов и гибель растений. В сточных водах содержатся загрязнения минерального, органического, и бактериального происхождения. Степень их загрязнения определяется показателями санитарно-химического анализа. К ним относятся ВПК, ХПК, перманганатная окисляемость, содержание биогенных элементов, реакция среды, температура. В городах расход бытовых вод с, 1 га площади кварталов равен 0,3...2 л/с (удельный расход) или 10... 600 тыс. м3/год. В водоотводящую сеть они поступают сравнительно неравномерно и по часам суток, и по суткам в году. В дневное время расход больше, чем в ночное. Наибольший расход за 1 ч может превышать средний рас-1 ход в сутки в 1,4...2,5 раза, а наименьший расход за 1 ч может; быть меньше среднего расхода в сутки в 1,5...2,5 раза. Следовательно, расходы по часам суток могут изменяться в 2...5 раз. В течение года суточные расходы бытовых вод изменяются сравнительно мало. Наибольший расход за 1 сут может превышать средний расход в год лишь в 1,1...1,2 раза. Производственные сточные воды различных отраслей промышленности содержат различные загрязнения и различные их концентрации. В дождевых водах содержится значительное количество нераствореиных минеральных примесей, а также органических. БПК дождевых вод достигает 50...60 мг/л. Исследованиями установлено, что дождевые воды могут являться большим источником загрязнения водоемов. Расход дождевых вод с 1 га площади территорий города достигает 150 л/с (один раз в год) и 300 л/с (один раз в 10 лет). Это в 50...300 раз больше расхода бытовых вод. В то же время общий расход дождевых вод за год составляет 1500...2000 м3 с 1 га, т. е. в 5...30 раз меньше расхода бытовых вод. Образование (выпадение) дождевых вод происходит весьма неравномерно. Их расход изменяется от 0 (в сухую погоду) до 300 л/с (в период выпадения интенсивных ливней). Городские сточные воды представляют собой смесь бытовых и производственных сточных вод. В реальных условиях бытовых, вод не бывает. В городских сточных водах всегда содержатся компоненты загрязнений, характерные для производственных сточных вод (нефтепродукты, кислоты, щелочи, соли и др.). Комплекс инженерных сооружений и санитарных мероприятий, предназначенных для сбора, отвода (транспортирования) за пределы обслуживаемых объектов, очистки, обезвреживания и обеззараживания загрязненных сточных вод и выпуска их в водоемы, называется водоотводящей системой. Водоотводящие системы помимо этого обеспечивают отвод и очистку вод, образующихся вследствие выпадения атмосферных осадков и таяния снега. Водоотводящая система содержит следующие элементы: водоотводящую систему в зданиях и внутриквартальные водоотводящие сети; внешнюю водоотводящую сеть; регулирующие, резервуары; насосные станции и напорные трубопроводы; очистные сооружения, выпуски очищенных сточных вод в водоем и аварийные выпуски. Отличие по составу и свойствам загрязнений бытовых и дождевых вод, а также бытовых и многих производственных сточных вод обусловливает разные методы их очистки, а также необходимость раздельного их отведения по самостоятельным водоотводящим сетям. В то же время нельзя исключать возможности их совместной очистки. Однако при этом схема и состав очистных сооружений могут быть значительно сложнее, чем в случае раздельной их очистки. Возможны различные варианты решения схемы водоотведения: путем совместного или раздельного водоотведения сточных вод различных видов, совместной или раздельной их очистки, В зависимости от этого системы подразделяются на общесплавные, раздельные и комбинированные. В свою очередь, раздельные системы подразделяются на полные раздельные, неполные раздельные и полураздельные. 4. Водопользование в сельском хозяйстве По объему потребления воды сельское хозяйство значитель­но превосходит все другие отрасли народного хозяйства РФ. Использование водных ресурсов в сельском хозяйстве распределяется следующим образом, %: 90,5 – орошение, обводнение; 5,3 – сельское водоснабжение; 4,2 – производственные нужды села; 0,1 – хозяйственно-питьевые нужды. Водопользование в сельском хозяйстве включает орошение, водоснабжение и обводнение земель. В водохозяйственный комплекс входят также системы осушения переувлажненных и заболоченных угодий, сооружения сброса дренажных вод (после промывки засоленных земель) и другие коллекторно-дренажные сооружения. Продуктивность земельных угодий в значительной мере зависит от их влагообеспечения. Поэтому важнейшей задачей сельскохозяйственного водопользования в деле обеспечения высокой продуктивности сельскохозяйственных культур является поддержание влажности почвы в необходимых пределах на про­тяжении всего вегетационного периода. Орошение и обводнение. Регулирование естественной влаж­ности почвы осуществляется в результате реализации мелиоративных мероприятий. Главной задачей мелиорации земель является обеспечение устойчивости и увеличение урожайности сельскохозяйственных культур, повышение производительности труда и рост доходов предприятий. Мелиорация позволяет вовлекать в сельскохозяйственный оборот малопродуктивные и ранее неиспользованные земли, преобразуя их в высокопроизводительные сельскохозяйственные угодья. Мелиорация – совокупность организационно-хозяйственных и технических мероприятий по коренному улучшению земель с неблагоприятными водными и воздушными режимами, подвергшихся физическому действию ветра или воды. Внедрение мелиорации обеспечивает устойчивость урожаев и способствует рациональному и комплексному использованию водных и земельных ресурсов. В отличие от агротехнических мероприятий (вспашка, боронование, борьба с сорняками и др.), действие которых, как правило, продолжается не более года и в течение этого времени окупается прибавкой урожая, действие мелиоративных мероприятий рассчитано на долгие годы. Построенная оросительная система в корне изменяет условия произрастания сельскохозяйственных культур на орошаемой территории, и ее действие про­должается десятилетия, пока узлы и сооружения находятся в исправном состоянии. Ирригация земель основана на использовании поверхностных или подземных вод, а также сточных вод промышленных и коммунальных объектов. Оросительные мелиорации включают комплекс мероприятий по искусственному увлажнению почвы, осушительные – по удалению из почвы избытка влаги. Двойное регулирование влажности обеспечивает и искусственное увлажнение почвы, и удаление из нее избытка влаги. Опреснительные мелиорации обеспечивают удаление из почвы избытка солей, вредных для сельскохозяйственных культур. Противоэрозийные мелиорации предотвращают потери сельскохозяйственных угодий вследствие водной или ветровой эрозии. Мелиоративные мероприятия, применяемые для улучшения земельных угодий, подразделяют на несколько видов: • гидротехнические – оросительные, обводнительные или дренажные системы, плотины, водозаборные устройства, каналы; • агротехнические – специальная обработка почвы (мелиоративная вспашка, профилирование, плантаж, а также применение правильных севооборотов, сроков и норм полива); • химические – внесение в почву органических и минеральных удобрений, химических веществ (извести, гипса и др.), ядохимикатов; • лесотехнические – полезащитные лесополосы и противо-эрозионные лесонасаждения, облесение и закрепление песков, оврагов, горных склонов и берегов рек, а также улучшение лесных угодий; • рекультивационные – восстановление профиля и плодородия почв территорий, использованных ранее под карьеры, рудники, горные выработки, и возвращение их в сельское хозяйство; • культурно-технические – удаление леса и кустарников, корчевка пней, удаление камней, планировка (выравнивание) поверхности и др. Системы орошения (ирригации) содержат следующие элементы: сеть каналов различных порядков, насосные станции, сооружения на каналах, а также оградительные дамбы, дороги, линии связи и противоэрозионные гидротехнические сооружения. Оросительные системы по времени действия или периодичности работы могут быть регулярными и разового действия. К первым относят самотечное, механическое и смешанное орошение, ко вторым – паводковое и лиманное. В состав сооружений регулярного действия с поверхностным способом орошения входят: источник орошения, головное водозаборное сооружение, магистральный канал и каналы второго, третьего и других порядков, оросительные борозды, водосборные каналы и сооружения на них. Выбор варианта решения и компоновка элементов системы производится с учетом природных условий на основе технико-экономического анализа, учитывающего методы производства работ и условия эксплуатации систем. Оросительная система проектируется по следующей схеме (рис. 8): магистральный, или главный, самотечный канал, прокладываемый по наивысшим отметкам местности так, чтобы уровни в нем могли господствовать над всей орошаемой площадью, а вода могла самотеком поступать в каналы низших порядков; распределительный канал, проводимый по максимальному уклону местности и обслуживающий отдельные поля севооборота; оросители – временные земельные каналы, распределяющие воду через нарезные оросительные борозды внутри полей севооборота; водосборные каналы (или закрытые дрены) для удаления излишней воды. К сооружениям оросительной сети относятся: головной шлюз-регулятор открытого либо закрытого типа, подпорные или перегораживающие сооружения, сбросные (концевые) шлюзы. Рис. 8. Схема оросительной системы: А – зона самотечного орошения; Б – зона машинного орошения; 1 – река; 2 – головное сооружение; 3 – холостая часть магистрального канала; 4 – насосная станция; 5 – напорный трубопровод; 6 – открытый бассейн; 7 – ветвь магистрального канала; 8 – межхозяйственное распределение; 9 – рабочая часть магистрального канала; 10 – дюкер; 11 – водо-отводящие каналы; 12 – ГЭС; 13 – внутрихозяйственные распределители; 14 – сбросной канал. Осушение проводится на избыточно увлажненных землях сельскохозяйственных угодий и представляет собой комплекс мероприятий по искусственному удалению части поверхностных и подземных вод и понижению уровней грунтовых вод. Наиболее широко развито горизонтальное осушение земель. При осушении сеть открытых каналов неглубокого заложения или закрытых дрен и труб собирает воду с осушаемой территории и отводит ее самотеком в водоприемник (рис. 9). Рис. 9. Схема осушительной системы: 1 – водоприемник; 2 – магистральный канал; 3 – открытый коллектор; 4 – открытые осушители; 5 – нагорно-ловчий канал; 6 – полевая дорога; 7 – труба переезда; 8 – устьевое сооружение; 9 – закрытые дрены; 10 – закрытый коллектор; 11 – смотровой колодец В состав осушительных систем входят: оградительные устройства: дамбы, нагорные и ловчие канавы, предупреждающие поступление поверхностных и грунтовых вод на осушаемую площадь; регулирующие сооружения – каналы из открытой сети (осушители и собиратели) и дрены – на закрытой, понижающие уровень грунтовых вод до проектной отметки; проводящие сооружения: открытые коллекторы, магистральный канал или трубопроводы (при закрытой сети), принимающие воду от оградительных устройств и регулирующих сооружений и отводящие ее к водоприемнику. Водоприемники обычно располагаются в балках, оврагах и руслах реки. В систематическом орошении нуждаются 64 % пашни, около половины всех сенокосов и свыше 90 % пастбищ. Среднегодовой объем воды, расходуемой в России на орошение, составляет 909 км3/год. Для успешного произрастания каждое растение должно получать определенное количество воды, тепла, света и элементов питания. Регулирование количества тепла и света пока практически не достигнуто современной агротехникой, и задача земле­делия состоит в регулировании водного и питательного режимов растений путем современных поливов и внесения удобрений. Урожаи на орошаемых землях выше и лучшего качества, чем на неорошаемых. Количество воды, потребляемое за вегетационный период, определяется формулой Т = εУ, где Т – транспирация (потребление воды данным видом растения), м3/га; ε – удельная транспирация (водопотребление), м3/ц; У – урожай культуры, ц/га. Числовое значение ε зависит от вида культуры, климатических факторов, типа почв, урожайности. Например, значения ε для пшеницы – 40...180 м3/ц; кукурузы – 60...150 м3/ц; сахарной свеклы – 5...30 м3/ц; риса – 70 м3/ц. Увеличение подачи воды приводит к повышению урожайности до известного предела, после которого наблюдается обратное явление. Количество воды, которое необходимо подать на орошаемую территорию за весь вегетационный период, называют оросительной нормой. Оросительная норма соответствует разности между оптимальным водопотреблением возделываемых культур и естественным увлажнением почвы и зависит от природных условий района орошения. Оросительная норма определяется выражением qo = T – О – ∆Q + И, где О – осадки; И – испарение; ∆Q – запасы воды в почве, ∆Q = Qн + Qк + Qв; здесь Qн – подпитка напорными подземными водами; Qк – подпитка капиллярным передвижением воды; Qв – подпитка за счет конденсации водяных паров. Оросительные нормы сельскохозяйственных культур приведены в табл. 8. Таблица 8 Оросительные нормы сельскохозяйственных культур, м3/га Природная зона Овощные культуры, кормовые травы Зерновые культуры Нечерноземная Лесостепная Степная Пустынная 1000...2000 2000...3000 3000...5000 7000...9000 – 1000...2000 2000...4000 5000...6000 Нормы орошения для одних и тех же культур возрастают по мере продвижения на юг в 2...2,5 раза. Например, в пригородах Санкт-Петербурга для полива овощей требуется 1...2 тыс. м3/га, а на юге для тех же целей – 2,5...5,5 м3/га. Оросительные нормы (без учета потерь испарения, фильтрации) составляют, тыс. м3/га: для сахарной свеклы – 2,5...6; зерновых – 1,3...3,5; многолетних трав – 2...8; риса – 8... 15. На практике забор воды на орошение существенно превышает оросительную норму, так как при транспортировке воды часть ее теряется на фильтрацию, испарение, утечки. С учетом этих потерь оросительная норма должна быть увеличена с учетом вышеперечисленных факторов. Показатель эффективности работы ирригационной системы равен kн = q1/q2, где q1 и q2 – расходы воды, поступающей на поля и взятой из источника орошения. Для систем, в которых не предусмотрена защита от потерь воды, kн = 0,5...0,55, с облицованными каналами kн = 0,7...0,8, а с закрытыми трубопроводами kн = 0,90...0,95. Оросительная норма делится на несколько поливов для обеспечения необходимого увлажнения пахотного горизонта (активного слоя) почвы. Поэтому оросительную норму подразделяют на несколько поливных норм, объем которых зависит от водно-физических характеристик почвы, особенностей орошаемой культуры и способа полива. Число поливов и их сроки зависят от орошаемой культуры, способа орошения и природных условий. Так, для сахарной свеклы необходимо 4...10 поливов, а для кукурузы – 5...8, продолжительность каждого полива 5...10 дней. Орошение сточными водами. Для удовлетворения потребностей населения и сельского производства в условиях дефицита природной воды можно использовать хозяйственно-бытовые и промышленные сточные воды после предварительного их обезвреживания. Использование сточных вод в земледелии позволяет увлажнить и удобрить почву, а следовательно, поднять продуктивность сельского хозяйства. Применяют сточные воды для орошения после соответствующей обработки, позволяющей сократить содержание в них патогенных бактерий, вирусов и яиц гельминтов. При орошении происходит почвенная очистка сточных вод, эффективность которой зависит от вида грунтов, характера рельефа местности, уровня грунтовьгх вод, количества атмосферных осадков, продолжительности вегетационного периода и т.п. Для орошения могут быть использованы также стоки пищевой промышленности: сахарных, крахмальных, дрожжевых, пивоваренных заводов. Земледельческие поля орошения (ЗПО) – это специализиро­ванная мелиоративная система для приема предварительно очищенных сточных вод, используемых для орошения и удобрения сельскохозяйственных угодий, а также доочистки стоков в есте­ственных условиях. Устройство ЗПО возможно при следующих почвенно-климатических условиях: хорошая фильтрационная способность грунтов – песков, супесей, легких суглинков, чернозема; спокойный, или слабовыраженный, рельеф местности с уклоном до 0,02...0,03; уровень грунтовых вод на глубине более 1,5 м от поверхности земли; длительный вегетационный период развития растений и небольшое количество осадков (около 200...300 мм). Использование сточных вод в ЗПО позволяет: – обеспечить разрушение органических веществ в стоках путем минерализации или гумификации; – освободить стоки от патогенных бактерий, вирусов и яиц гельминтов путем их поглощения и дальнейшего отмирания под влиянием естественных факторов самоочищения в фильтрующем слое почвы; – предотвратить накопление химических веществ в почве до предела, определяющего ухудшение процессов самоочищения почв и снижающих урожайность; – устранить загрязнение грунтовых вод химическими веществами и патогенными бактериями; предупредить загрязнение почвенного и атмосферного воздуха. Все это достигается правильным подбором гидравлической нагрузки стоков на почву. Наилучший вариант структурной схемы ЗПО определяют следующие факторы: – природные условия (климат, рельеф, гидрогеология, почва, водный баланс и т. п.); – хозяйственная деятельность (состояние и перспектива развития сельского хозяйства, наличие рабочей силы и опыта орошения и т. п.); – характеристика сточных вод (объем, состав, режим подачи, влияние сброса сточных вод на водные объекты и т.п.); – сведения о комплексном использовании водных ресурсов (состав водопользования, объемы водопотребления и водоотведения, прогнозы качества воды, наличие регистрационных и санитарных зон, заинтересованность водопользователей в совместном использовании сточных вод). ЗПО бывает трех видов: – для приема стоков и орошения в течение всего года (почвогрунты с высоким коэффициентом фильтрации); – для приема и аккумулирования стоков с орошением только в вегетационный период; – для приема стоков и орошения только в вегетационный период. На практике применяют различные схемы ЗПО и их сочетания. При этом компоновка сооружений системы орошения должна отвечать требованиям комплексного использования водных ресурсов при наименьших приведенных затратах. Параметры, определяющие эффективность работы сооружений ЗПО, рассчитывают в зависимости от режима их работы по удельной нагрузке, которая изменяется от 3 до 30 м3/га·сут, что соответствует оросительным нормам 2...10 тыс. м3/га. Санитарные нормы РФ регламентируют возможность возделывания на ЗПО технических, кормовых культур, а также древесно-кустарниковых насаждений. Введение в севообороты многолетних трав, организация культурных пастбищ позволяют равномерно использовать стоки в течение года, увеличивать саморегулирующую способность и плодородие почвы. Запрещается использовать в ЗПО стоки промышленных предприятий по переработке сырья животного происхождения, инфекционных больниц, боен, ветеринарных лечебниц. На ЗПО рекомендуются определенные циклы орошения. Например, на пастбищах межполевые периоды составляют 8...14 дней; перед уборкой – 15...30 дней; перед выпасом скота – 20 дней. Для ЗПО предпочтительнее почвенное и поверхностное орошение из дождевальных машин. При устройстве и эксплуатации ЗПО необходимо выполнять требования по охране природы и соблюдать санитарно-гигиенические правила. ЗПО располагают в местах, удаленных более чем на 2 км от берегов водоема рыбохозяйственного назначения (для ценных рыб ширина зоны может быть увеличена). При отведении дренажных вод регламентируется ПДК биогенных веществ, удобрений и ядохимикатов. Условия санитарной безопасности соблюдаются в процессе орошения и водоотведения коллекторно-дренажных стоков. Орошение теплыми водами. Теплые воды используют для оро­шения полей, создания требуемого температурного режима в теплицах, а также для обогрева зданий животноводческих комплексов. Вода из водохранилищ – охладителей энергетических объектов – забирается из верхних слоев (температура их на 8...15 °С выше температуры природных слоев). Теплые воды имеют заметное положительное влияние на урожайность при их подаче в весенний и осенний периоды. Орошение теплыми водами интенсифицирует микробиологические процессы в почве. Внедрение новых высокопроизводительных машин, механизмов и поливной техники, высокоэффективных способов орошения с использованием систем автоматики и телеуправления позволит значительно повысить эффективность сельского хозяйства в зонах с неблагоприятным климатом. Существуют различные способы полива земель: поверхностный (самотечный), дождевание и подпочвенное орошение. Пути повышения эффективности орошения. Одна из важнейших проблем орошаемого земледелия – экономия воды, борьба с ее непроизводительными расходами и потерями. Нерациональный расход воды нередко происходит из-за несовершенства ирригационных систем, построенных без водорегулирующих устройств и водоизмерительных приборов, без коллекторно-дренажной сети. Такие оросительные системы подлежат реконструкции для рационализации структуры посевов и оросительных норм, а также снижения всех видов потерь воды. В первую очередь необходимо снижение потерь воды на испарение и фильтрацию во время транспортировки ее от источников к орошаемым площадям и во время полива. Для этого переходят от каналов в земляном русле к каналам, облицованным водонепроницаемыми материалами, и к закрытой оросительной сети. Экономию воды может дать распространение подпочвенных аэрозольных и капельных способов орошения, а также внедрение рациональных поливных норм и составление тщательно увязанных графиков полива с учетом агротехнических планов водопользования и обработки почвы. При дождевании и поверхностных способах полива нередко наблюдаются разрушение и смыв почвы на орошаемой территории, т. е. ирригационная эрозия. Для предотвращения этого явления рекомендуется проводить предполивное рыхление. В засушливых районах одной из важнейших проблем является борьба с вторичным засолением земель. При больших нормах полива происходит подъем уровня засоленных грунтовых вод, влагоиспарение и образование соли. Такое засоление называют вторичным. При содержании солей в почве свыше 0,3 % массы сухой почвы начинается угнетение растений. 5. Использование водной энергии Российская Федерация располагает самыми большими запасами гидроэнергии. Различают общий энергетический (или валовой) потенциал речного стока по отношению к уровню морей, технический – возможное использование гидротехнического потенциала на современном уровне развития техники и экономически целе­сообразной реализации строительства гидроэлектростанций. В европейской части РФ, где сосредоточены основные потребители электроэнергии, полностью использован потенциал рек Волги и Камы. Гидроэлектростанции (ГЭС), вырабатывающие значительную часть электроэнергии в России, не требуют топлива, обеспечивают высокий коэффициент использования водных ресурсов и в некоторых случаях создают лучшие условия для их охраны. Возможность полной автоматизации работы снижает стоимость эксплуатации ГЭС и количество обслуживающего персонала. Себестоимость электроэнергии ГЭС ниже себестоимости энергии тепловых и атомных электростанций. При этом в отличие от других энергетических ресурсов ресурсы гидроэнергии неиссякаемы. Плотины, создающие напоры на гидроэлектростанциях, образуют водохранилища, которые используют для орошения, водоснабжения городов и промышленности, воспроизводства рыбных запасов, отдыха и туризма. Весной водохранилища аккумулируют часть паводковых вод и защищают от затопления земли, расположенные ниже по течению. В то же время необходимо отметить, что создание водохранилищ приводит к затоплению ценных пойменных и луговых земель, нарушает экологическое равновесие в зоне влияния водохранилища, требует больших капитальных вложений. Для ликвидации неравномерности колебаний нагрузки в электросети необходимы специальные пиковые электростанции. Для этой цели ГЭС дополняют газотурбинными генераторами, дизельными электростанциями, гидроаккумулирующими электростанциями (ГАЭС). ГАЭС дают возможность распределять во времени электрическую энергию путем ее преобразования. Станция работает попеременно в насосном и турбинном режимах. В насосном режиме вода из нижнего бьефа водохранилища ГАЭС перекачивается насосами в верхний; в этом режиме ГАЭС работает в часы пониженной нагрузки энергосистемы, как правило, ночью, когда возможно использование свободной электроэнергии и энергия других электростанций преобразуется в потенциальную энергию воды, запасенной в верхнем водохранилище ГАЭС. В турбинном режиме ГАЭС срабатывает запасенную воду в часы максимальной (пиковой) нагрузки энергосистемы и отдает в сеть наиболее ценную пиковую мощность. В водохозяйственном комплексе используют в основном плотинные ГЭС, так как им сопутствует такой важный элемент, как водохранилище, которое используется многими участниками комплекса. Плотинные гидроузлы строят как на равнинных, так и на горных реках. На равнинных реках плотины обычно невысокие, создающие напор до 40 м. Здание ГЭС в таких гидроузлах располагают в общем створе подпорных сооружений. Деривационные ГЭС размещают на перепаде оросительного канала, как это построено на канале Кубань – Калаусской обводнительной системы. В состав сооружений деривационной ГЭС с безнапорной деривацией входят головной водозаборный узел, деривация и сооружения, включающие напорный бассейн, турбинный трубопровод, холостой водосброс, здание станции, отводящий канал, бассейн суточного регулирования стока. Головной узел сооружений включает плотину с паводковым водосбором и боковой водозабор с отстойным бассейном. Деривация осуществляется по открытым каналам, напорная деривация – по трубопроводам. Напорный бассейн связывает безнапорную деривацию с напорными водоводами (трубопроводом или шахтой). В оросительно-энергетических системах напорные бассейны играют роль распределителя воды между ГЭС и оросительным или обводнительным каналом. 6. Водный транспорт и лесосплав Крупным водопользователем в системе водного хозяйства страны является водный транспорт, не утративший своего значения и в наши дни. Водный транспорт самым тесным образом связан с комплексным освоением водных ресурсов. Внутренним водным транспортом пользуются для перевозок на большие расстояния крупнотоннажных грузов (угля, нефти, леса, зерна, стройматериалов и т. д.). Большое значение этот вид транспорта имеет в северных и северо-восточных районах нашей страны, богатых разнообразными полезными ископаемыми и многоводными реками. Однако перевозки по воде здесь осложняются суровыми природными условиями и коротким сроком навигации. Внутренние водные пути подразделяют на естественные и искусственные. Естественные водные пути – свободные реки и озера, искусственные – каналы, водохранилища и реки, режим которых существенно изменен возведением гидротехнических сооружений. Речной транспорт использует главным образом естественные водные пути. Наряду с этим используются водохранилища, каналы, шлюзовые участки рек. Регулирование стока и аккумуляция воды создают благоприятные условия для работы водного транспорта в верхнем бьефе водохранилища: обеспечивают гарантированные судоходные глубины (не менее 3,2 м), сокращают длину и увеличивают ширину судового хода, позволяют использовать крупнотоннажные суда, увеличивают грузооборот. Гарантированные глубины для бесперебойной работы водного транспорта в нижнем бьефе на меженный период создаются навигационными попусками. Строительство судоходных каналов позволило соединить бассейны ряда рек и создать крупные водно-транспортные системы, имеющие большое хозяйственное значение. Так, сооружение Волго-Донского и Волго-Балтийского каналов позволило создать в европейской части РФ крупнейшую водно-транспортную систему, обеспечивающую перевозку грузов из бассейна Черного моря в Балтийское с выходом в Каспийское море. Большие грузовые перевозки осуществляются по крупнейшим рекам Сибири: Оби, Лене, Енисею и их многочисленным притокам. На созданных водохранилищах сооружены крупнейшие речные порты: Саратовский, Тольятти и др. Рост перевозок обеспечивается за счет применения быстроходных грузовых судов, использования судов большой осадки и большого водоизмещения. Для плавания речных судов выполняются работы по обеспечению необходимых глубин, возведению речных портов и причалов, строительству шлюзов или судоподъемников. Решение этих задач достигается различными путями (например, для обес­печения необходимых глубин проводят дноуглубительные работы или строят водоподпорную плотину и шлюз). Пассажирские перевозки осуществляются на местных, скоростных линиях, где используются быстроходные суда на подводных крыльях. Речной пассажирский флот широко используется в организации водного туризма и отдыха, что определяет его высокие комфортные данные. На реках с гидроузлами вода расходуется не только на поддержание необходимых судоходных глубин, но и шлюзование судов. Масштабы водопотребления на шлюзование зависят от размера шлюзовых камер и от числа шлюзований в сутки. При дефиците воды целесообразно проведение встречных шлюзований, которые позволяют экономить на этой операции до 20...30 % расхода воды. Различают магистральные речные пути (в том числе пути, обеспечивающие межгосударственные перевозки), межрайонные и местные, обеспечивающие перевозку грузов и пассажиров внутри района. Протяженность магистральных и межрайонных водных путей увеличивается благодаря строительству каналов между бассейнами крупных рек. В европейской части страны создана единая система водных путей: Беломорско-Балтийским каналом (1933) связаны воедино водно-транспортные пути севера и запада; Волго-Донским (1952) соединены бассейны всех морей, омывающих европейскую часть РФ, Волго-Балтийский путь (1964) связал северо-запад с бассейнами южных рек. Научно-технический прогресс позволил существенно расширить возможности водного транспорта. Использование судов на подводных крыльях и на воздушной подушке позволяет преодолеть мелководье и ликвидирует самый существенный недостаток водного транспорта – малые скорости. Сейчас суда такого типа с успехом используют для пассажирского сообщения, в том числе для внутрирайонных перевозок по малым рекам. Исследования показывают, что водный транспорт способен конкурировать с другими видами транспорта. На реках навигация осуществляется при глубинах, определяемых бытовыми расходами. По маловодному периоду оценивается глубина допускаемой осадки судов. Увеличение минимальных глубин возможно за счет углубления дна или удаления порогов на отдельных участках русла рек. Это позволяет повысить допустимую осадку судов, их водоизмещение и, как следствие, уменьшить необходимое число судов, обеспечивающих заданный грузооборот. Увеличение грузооборота в водном транспорте связано с применением судов, имеющих большую скорость хода и большее водоизмещение. Однако увеличение водоизмещения приводит к более низкой осадке судна. Это сопряжено с необходимостью искусственного повышения судоходных глубин либо путем проведения дноуглубительных работ, либо шлюзованием данного участка реки. Сооружениями речного порта являются его причалы для погрузочно-разгрузочных операций. Основными факторами, определяющими эксплуатационные качества и пропускную способность порта являются конструкция, расположение, оборудование, класс капитальности, общая длина причала. Лесосплав является видом специального водопользования. Около 90 % всей древесины, заготовленной в нашей стране, транспортируется по воде. Лесосплав, как и судоходство, не предъявляет требований к качеству воды, но сам является источником загрязнения водотоков затонувшей древесиной и различными ее отходами. Молевой сплав леса в настоящее время запрещен законом и допускается лишь в исключительных случаях. 7. Рыбное хозяйство Рыбное хозяйство страны включает в себя ведение рыболовства на всей акватории Мирового океана и освоение рыбных ресурсов внутренних рек, озер и водохранилищ. Рыбная продукция составляет существенную долю в обеспечении питания населения. Осетровые (осетр, стерлядь, калуга, шип, лопатонус), а также лососевые (лосось, горбуша, кета, семга, белорыбица, кижуч и др.) являются рыбами проходными. Они нагуливаются в море, а для размножения заходят в реки, поднимаясь для нереста на сотни и тысячи километров до каменистых гряд и перекатов с незаиленным дном. Частиковые породы рыб (вобла, тарань, судак, сазан, лещ, жерех, рыбец и др.) являются полупроходными. Они нагуливаются в море, озере, водохранилище, а для размножения заходят в дельты рек и пойменные системы, периодически затапливаемые в период весеннего половодья. Рыб с оседлым образом жизни называют туводными (жилыми). К ним относятся окунь, щука, карась, линь и др. Эффективность рыбного промысла определяет добывающий флот, суда которого имеют технологическое оборудование для переработки улова в полуфабрикаты или готовую продукцию. При этом важно расширение береговых предприятий и сооружений рыбного хозяйства: доремонтных предприятий, рыбных портов, консервных и коптильных заводов. Истощение естественных рыбных запасов в отдельных районах страны требует интенсификации искусственного рыбоводства и восстановления рыбных запасов. Под товарным рыбопроизводством понимают выращивание пищевой рыбы в прудах, садках и др. Воспроизводство рыбных запасов осуществляется в основном разведением и выращиванием молоди рыб для заселения естественных и искусственных водохранилищ. Важным рыбохозяйственным мероприятием является строительство рыбохозяйственных сооружений: рыбоходов, рыбоподъемников, защитных рыбозаградительных конструкций, искусственных нерестилищ, гидротехнических сооружений по поддержанию необходимого водного режима. При комплексном водопользовании необходимо предусматривать меры по сохранению естественных рыбных запасов, развитию искусственного рыбоводства и восстановлению рыбных запасов. Интересы рыбного хозяйства следует учитывать при разработке и проведении любых водохозяйственных мероприятий. Процессы воспроизводства промысловых рыб протекают стихийно в условиях естественного режима водоемов. Поэтому в стране ведется планомерное рыборазведение. Для этого строят рыбоводные заводы для инкубации икры, создают нерестово-выростные хозяйства, широко развивают рыбные хозяйства на прудах и озерах. Нормальное обитание и воспроизводство рыбы требуют соответствующей глубины и температуры воды, особенно во время нереста и развития молоди, необходимой кормовой базы и достаточно го количества растворенного кислорода, отсутствия в воде токсических и ядовитых веществ и т. д. Поэтому требования рыбного хозяйства к количественному и качественному состоянию водных ресурсов очень высоки. Хозяйственное воздействие человека на природную среду наносит существенный ущерб рыбному хозяйству. В связи, с этим при рациональном ведении рыбного хозяйства следует учитывать возможные факторы загрязнения воды в результате интенсивного развития синезеленых водорослей и высшей водной растительности. Пагубно влияет на развитие рыбного хозяйства сокращение поступления пресной воды во внутренние моря и водоемы, приводящее к снижению уровней и ареалов обитания рыб и к повышению солености. Ущерб рыбному хозяйству наносят, водозаборные сооружения, не имеющие специальных рыбозащитных устройств. Крупные насосные станции оросительных систем засасывают вместе с водой огромное количество рыбной молоди. В РФ разработаны мероприятия по сохранению естественного и искусственного воспроизводства ценных промысловых рыб. Для этого разработаны мероприятия: по сохранению естественного воспроизводства и разведению рыб в рыбоводных заводах и нерестово-выростных хозяйствах. Для сохранения естественного воспроизводства проходных и полупроходных рыб предусматривается пропуск через гидроузлы производителей, идущих на нерест, и обратный скат молоди в места нагула. Водозаборные сооружения и другие опасные места во всех случаях оборудуют рыбозащитными и направляющими устройствами. В искусственных прудах и водоемах, в нерестилищах и путях миграции рыбы создают благоприятные гидробиологические режимы путем паводковых попусков воды из водохранилищ. Они позволяют регулировать водный, солевой и гидробиологический режимы. Каспийское море занимает центральное место в воспроизводстве рыбной продукции. В нем сохранились значительные стада осетровых. Кроме осетров море богато белугой, севрюгой, шипом, каспийскими лососем и сельдью. Каспийские проходные рыбы нерестятся в реках Волге, Урале, Куре. Но Волга и Кура зарегулированы каскадами гидроузлов и многие нерестилища оказались недоступными для рыб. Лишь низовья р. Урала оставлены свободными от строительства гидроузлов для сохранения нерестовых миграций рыб и их естественного воспроизводства. В настоящее время сокращение естественного воспроизводства рыбной продукции частично компенсируется искусственным рыборазведением. Рыбопропускные сооружения предназначены для пропуска проходных и полупроходных рыб из нижнего в верхний бьеф с целью естественного их воспроизводства. Они делятся на рыбоходные и рыбоподъемные. При напоре воды гидроузла менее 10 м возводятся рыбоходные сооружения в виде обходных каналов, лотков и прудков, в которых рыба самостоятельно способна преодолеть разность высоты между отметками верхнего и нижнего бьефов. Эти сооружения предусматриваются в основном для лососевых рыб. Рыбоподъемные сооружения предусматривают для перемещения рыб в верхний бьеф путем шлюзования или транспортирования в специальных емкостях. Эти сооружения возводят на крупных равнинных реках с разнообразной ихтиофауной, а также на каскадах близко расположенных гидроузлов. Параметры рыбопропускных сооружений определяют в зависимости от допустимых скоростей потока: пороговой (скорость течения, при которой у рыбы появляется реакция на поток воды); сносящей (скорость течения, при которой рыбу сносит поток воды); рывковой (наибольшая скорость течения, которую рыба может преодолеть в течение малого промежутка времени). Рыбоподъемные сооружения бывают стационарные и передвижные (плавучие). Стационарные сооружения предусматривают тогда, когда места концентрации рыбы не зависят от режима работы гидроузла и потоки рыбы можно сконцентрировать направляющими устройствами. Передвижные сооружения устраивают при неблагоприятных и сложных гидрологических условиях для строительства стационарных сооружений, а также в рассредоточенных и периодически меняющихся местах концентрации рыбных потоков. Рыбоподъемные сооружения предназначены для перемещения рыбы из нижнего в верхний бьеф. К рыбоподъемникам относят рыбопропускные шлюзы, гидравлические и механические подъемники, а также мобильные плавучие установки. Эти сооружения имеют дополнительные устройства с подсветкой (ихтиологические площадки), позволяющие осуществлять контроль за перемещением рыб, их видовым составом и численностью. Рыбопропускной шлюз по принципу работы аналогичен судоходному. Он снабжен блоком питания, создающим привлекающий поток воды в нижнем бьефе; лотком-рыбонакопителем; побудительными сетками для перевода рыб из рыбонакопителя в рабочую камеру и из нее в верхний бьеф. Рыбопропускные шлюзы целесообразны на гидроузлах с напорами до 15...20 м. На средненапорных гидроузлах используют гидравлические или механические рыбоподъемники. Гидравлический рыбоподъемник работает как и рыбопропускной шлюз. Рыба, переведенная из рыбонакопителя в рабочую камеру, после наполнения последней водой поднимается горизонтальным сетчатым побудительным устройством до уровня верхового выходного лотка и затем вертикальным побудительным устройством выводится в верхний бьеф. Механический рыбоподъемник перемещает рыбу из нижнего бьефа в верхний краном в наполненном водой контейнере. Рыбопропускные сооружения в створе гидроузла устраивают с учетом места концентрации рыбы в условиях изменяющихся режимов гидроузла. Движение и места концентрации осетровых фиксируются с помощью ультразвуковых меток-передатчиков, устанавливаемых на рыбах. Рыба концентрируется перед гидроузлом, как правило, в трех точках и заходит в подходной канал судоходного шлюза. Поэтому в гидроузлах устраивают несколько рыбопропускных сооружений в сочетании с направляющими рыбозаградителями. Для обеспечения эффективности такого пропуска создают транзитный поток воды через шлюз в периоды между шлюзованием судов, устанавливают направляющие рыбозаградители и проводят шлюзование для пропуска только рыб, особенно в ночное время. В ряде случаев используют мобильные плавучие установки, которые размещают ниже гидроузла в местах наибольшей концентрации рыб. Такая установка состоит из плавучего лотка-рыбонакопителя с побудительным и сопрягающим устройствами, ихтиологической площадки и контейнера для перевозки рыбы. Здесь накопленную в рыбонакопителе рыбу с помощью побудительного устройства сначала переводят на ихтиологическую площадку для учета, а затем в самоходный контейнер, в котором ее транспортируют через судоходные шлюзы в верхний бьеф. Плавучие установки позволяют периодически менять их местоположение, приспосабливаясь к различным режимам работы гидроузла. Покатная миграция молоди, как и проход производителей на нерест – важный этап жизненного цикла многих рыб. Особое значение она имеет для рыб с длинными путями миграции. Покатные перемещения рыб делят на пассивные (рыбы сносятся течением в неориентированном по отношению к потоку состоянии), активные (рыба активно движется вниз по потоку) и активно-пассивные (рыбы, ориентированные головой против течения, сносятся потоком). Распределение покатных рыб в потоке зависит от их вида, фазы развития, времени суток, сезона и гидравлических характеристик потока. Скат молоди приурочен к сезону размножения рыб. Наиболее интенсивно он проявляется в весенне-летний период. В суточном цикле скат происходит в основном в сумеречно-ночной период. Чтобы сократить гибель рыб, следует избегать забора воды вблизи нерестилищ и у вогнутого берега русл; ограничивать работу водозаборов в ночное время; располагать оголовки водозаборов по глубине потока в зонах с наименьшей концентрацией рыб. В период ската рыб происходит также их гибель от недостатка кормов, поедания хищниками, заключения в водозаборы судоходства. В результате до мест нагула доходят лишь единицы скатывающихся рыб. Для воспроизводства таких рыб целесообразно искусственное разведение молоди для последующего выпуска в водоем. Рыбозащитные сооружения служат для предупреждения попадания рыб в опасные для них зоны. По своему действию на рыб их разделяют на следующие виды: экранные рыбозаградители, не пропускающие через себя рыбу (жалюзи, сетчатые, фильтрующие); физиологические, производящие отпугивающее или направляющее действие на рыбу (электрические, пневматические, зрительно-световые, звуковые); рыбоотводящие (каналы, в местах наибольшей концентрации: рыб, отводящие рыбу за пределы опасных зон); рыбоотгораживающие (зонные ограждения, зонтичные оголовки водозаборов, глубинные поверхностные водозаборы). Проблемы рыбного хозяйства должны решаться с участием ряда министерств и ведомств, занимающихся вопросами комплексного использования и охраны водных ресурсов. Для успешного развития рыбного хозяйства необходимо выполнение следующих условий: полное прекращение загрязнения природных вод; поддержание оптимальных режимов уровней и солености морей за счет подпитывания их извне или создания специальных регулирующих сооружений; реконструкция старых и строительство новых рыбопропускных сооружений в составе гидроузлов на реках, имеющих большое рыбопромысловое значение; повышение рыбохозяйствениой эффективности существующих и вновь создаваемых водохранилищ путем проведения комплексных мелиоративных мероприятий; обеспечение благоприятных условий для размножения ценных видов рыб в низовьях рек за счет попусков из водохранилищ, а также строительство вододелителей и создания комплекса специальных устройств, обеспечивающих воспроизводство рыб; дальнейшее расширение и создание новых прудовых рыбоводных хозяйств (в том числе и с использованием подогретых вод от тепловых и атомных электростанций). 8. Водные рекреации Важной областью водопользования является организация отдыха и укрепление здоровья населения. Большую часть рекреационных сооружений располагают либо непосредственно на берегах водоёмов, либо вблизи них. Водоёмы – центры отдыха населения многих городов страны. На отдалённых от города водоёмах организуют длительный отдых, лечение, спортивное рыболовство. Рекреационная ёмкость (число отдыхающих) возрастает в результате организации зон отдыха в средней полосе РФ с использованием пресноводных водоёмов, в том числе и малых рек. Площадь территории рекреации, м2, равна: , где ω и ω’ – зона отдыха соответственно на берегу и на воде; i – виды отдыха, которых в общем случае может быть n; q, l – прибрежная территория и акватория с наибольшим числом зон отдыха. Обозначим удельную допустимую нагрузку в пределах зоны рекреации через а для суши и а’ для водной поверхности, можно определить суммарную нагрузку рекреационной системы W по формуле: . Величины а и а’ ещё не нормированы. Параметры A n W выбирают на основе технико-экономического анализа при сопоставлении вариантов. Критерием оптимальности проектных решений при этом может выступать наибольшее значение рекреационного потенциала при наименьших приведённых затратах. Освоение вновь созданных объектов рекреации – длительный процесс, поэтому в расчётах необходимо учитывать фактор времени и оперировать динамическими приведёнными затратами, а также требованиями СНиПа. Рекреационные водные объекты характеризуются следующими свойствами: тип ландшафта; форма, глубина и площадь водоёма, уклон берегов наличие пляжей; богатство водной фауны, тип прибрежной растительности; температура воды, чистота прибрежной территории; наличие природных и исторических памятников; удалённость от крупных городов, обеспеченность транспортом и подъездными путями. Для оценки уровня рекреационного потенциала объекта используют комплексный показатель качества, вычисляемый методом средневзвешенного: , где ki – показатель i-го свойства объекта, баллы; ai – коэффициент весомости показателей ki, доли единицы (∑ai = 1). Из этой формулы следует, что k характеризует n различных свойств водного объекта, используемого в рекреационных целях. Оценка рекреационных свойств водного объекта в баллах (по пятибалльной системе и отвечающие им коэффициенты весомости приведены в табл. 9. При использовании водоёмов для отдыха должны выполняться высокие требования к качеству воды и определённые требования к режиму водоёмов. Особенно это важно в бассейнах и в водоёмах, предназначенных для купания и спортивного рыболовства. Поэтому организованные места массового отдыха на воде включают в зоны санитарной охраны. Водо- и грязелечебницы и санатории расходуют на одного больного 400…500 л/сут воды, а иногда до 800 л/с. В плавательных бассейнах (в закрытых помещениях) расходуются на одного человека в сутки до 100 л воды с учётом приёма душа, а на стадионах и в спортзалах – до 50 л. При проектировании спортивных комплексов предусматривают расход воды на нужды зрителей из расчёта 3 л/сут. Районы купания и рыболовства должны отличаться высоким качеством воды. Поэтому вблизи зон отдыха недопустим выпуск промышленных стоков или сточных вод, а прибрежные полосы и дно водоёмов следует периодически чистить. Для таких видов спортов, как гребля, парусный спорт, водные лыжи, качество воды не играет решающей роли, но поскольку они обычно сочетаются с купанием, к качеству воды и в этих случаях предъявляют высокие требования. В ряде мест использование моторных лодок и катеров в целях охраны водоёмов и водотоков от загрязнения горючими смазочными веществами и от переработки берегов волной резко ограничено, особенно на малых реках. Все зоны отдыха, включающие прибрежные полосы и акватории, должны находиться под постоянным контролем и наблюдением; на их территории исключаются всякое строительство. Эффективность этого вида водопользования далеко не всегда может быть оценена простым экономическим эффектом, так как оно служит прежде всего для удовлетворения социальных потребностей населения. Всякая территориальная рекреационная система должна быть управляемой. Умелое и комплексное управление развитием объектов рекреации сохранят природные ресурсы от истощения и загрязнения. Таблица 9 Оценка рекреационных свойств водного объекта для массового отдыха Свойство Количественная характеристика параметра k, балл αi 1 2 3 4 5 Дно водоёма Ширина мелководья, м Качество воды Площадь прибрежной культурной зоны, м2/чел. Водная фауна Прибрежная растительность Эстетика ландшафтов Площадь акватории, м2/чел Историко-культурные памятники Уровень благоустройства Илисто-торфяное 50 С видимыми следами загрязнений 17 Бедный вид и малоценный состав ихтиофауны Болотистая с редким кустарником Слабая выразительность рельефа Менее 50 Отсутствие досто-примечательностей Незначительное благоустройство Глинистое 40 С содержанием запахов и взвеси сверх норм 18 Ихтипродуктивность 5…15 кг/га Мелколесье и еловые леса Однообразный ландшафт 60 Рядовые памятники Дополнительное благоустройство Каменистое 30 В пределах нормы 19 Промысловый вид продуктивностью 30 кг/га Луговая растительность Выразительный ландшафт 70 Более значительные памятники Дополнительные пункты питания Гравийное 20 В пределах нормы для питьевого водоснабжения 20 Рациональный состав ихтиофауны Смешанный лес Живописные виды ландшафта 80 Памятники большой художественной ценности Ночлег Песчаное 10 Исключительно чистые водоёмы с ключевым питанием 21 Ценные виды рыб Светлые сосновые леса Яркие многоплановые живописные виды ландшафта 90 Памятники, охраняемые законом Капитальные сооружения 0,12 0,08 0,15 0,15 0,1 0,12 0,08 0,1 0,05 0,05 При проектировании раздел водных рекреаций охватывает разработку предложений по охране атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, почв, растительного и животного мира. Создание нормальных условий для функционирования водных рекреаций неразделимо с улучшением санитарно-гигиенических и санитарно-эпидемиологических условий, обогащением ландшафта и других факторов, способствующих сохранению экологического равновесия и развитию экономики. Для решения этих задач следует проанализировать состояние окружающей среды (характеристика современного состояния, выявление имеющихся диспропорций и недостатков) с учётом имеющихся промышленных хозяйственных ресурсов. Для получения экологической характеристики территории, занятой водной рекреацией, следует рассмотреть следующие вопросы: состояние окружающей среды в результате воздействия на неё системы хозяйства, природопользования, расселения и использования территории; сопоставление антропогенных нагрузок и их влияние на природную среду (плотность населения, уровень развития промышленного и сельскохозяйственного производства, степень токсичности промышленности и сельского хозяйства и т.д.). При развитии промышленного и гражданского строительства необходимо знать демографическую ёмкость района. Она рассчитывается, когда перспективная плотность населения превышает 50…60 чел/км2. Частичная демографическая ёмкость по наличию территорий, пригодных для промышленного и гражданского строительства, рассчитывается по формуле: , где А1 – территории, получившие наивысшую оценку, га; А0 – потребность жителя в территории в зависимости от характера производственной базы района, составляющая 20…30 га. Частная демографическая ёмкость территории по поверхностным водам (чел) составляет: , где Вн – нормативная водообеспеченность одного жителя, м3/сут; k – коэффициент, учитывающий необходимость разбавления сточных вод, на реках южного стока k = 0,25, на реках северного стока k = 0,1; Q – сумма расхода воды в водотоках при входе в район, м3/сут. Частная демографическая ёмкость территории по подземным водам (чел) составляет: , где Э – эксплуатационный модуль подземного стока, м3/(сут∙га); А – территория района, га; Вн – нормативная обеспеченность одного жителя, Вн = 0,40 м3/сут. При определении демографической ёмкости территории по наличию рекреационных ресурсов ориентировочно принимают: численность отдыхающих в «пиковый» период составляет 40% населения района, которое в местностях с умеренным климатом распределяется следующим образом: в лесу – 75, у воды – 25; в районах с жарким сухим климатом; в лесу – 25, у воды – 75 %. Таким образом, частная демографическая ёмкость территории по условиям организации отдыха в лесу (чел) равняется: , где А – территория района, га; Л – лесистость района, %; 0,5 – коэффициент, учитывающий необходимость организации зелёных зон городов; Н – ориентировочный норматив потребности 1000 жителей в рекреационных территориях (при средней допустимой рекреационной нагрузке 5 чел/га леса этот норматив составляет 2 км2, в других случаях он будет иным); М – коэффициент, учитывающий распределение отдыхающих в лесу и у воды, для районов с умеренным климатом М = 0,3; для районов с жарким климатом М = 0,1. По условиям организации отдыха у воды частная демографическая ёмкость территории (чел) равна: , где L – длина водотоков, пригодных для купания, м; с – коэффициент, учитывающий возможность организации пляжей (в районах лесной и лесостепной зон с = 0,5; в районах степной зоны с = 0,3); 0,5 – ориентировочный норматив потребности одного жителя в пляжах, м; М1 – коэффициент, учитывающий распределение отдыхающих в лесу и у воды (для районов с умеренным климатом М1 = 0,1 – 0,15, а для районов с жарким сухим климатом М1 = 0,3 – 0,4). Частичные демографические ёмкости района (по территории, воде, рекреационным ресурсам, пригородной с/х базы) следует сопоставить между собой и в качестве окончательного показателя демографической ёмкости территории района принять наименьшее значение. Репродуктивная способность водных ресурсов (поверхностных вод) определяется на основе модуля поверхностного стока данного участка территории и коэффициента, учитывающего неравномерность стока в зависимости от лесистости, вертикальной и горизонтальной расчленённости территории и из соотношения в районе участков с различным модулем поверхностного стока. Репродуктивность территории по воде (м3) равна: , где Ав – территория, занимаемая участками с данным модулем поверхностного стока, га; λ – модуль поверхностного стока данного участка, л/м2; k – коэффициент неравномерности, в зависимости от конкретных условий может быть принят 0,1…1,0. Применительно к подземным водам определение репродуктивности территории производится аналогично, с учётом коэффициента фильтрации и возможного отбора воды из подземных источников. 11. Водохозяйственные балансы районов, бассейнов и регионов, территориально-производственных комплексов Водохозяйственным балансом (ВХБ) называют соотношение между наличием водных ресурсов и их потреблением в пределах одного или нескольких речных бассейнов. Водохозяйственный баланс закладывается в основу разработки комплексных водохо­зяйственных систем, позволяет оценивать эффективность отдельных решений проблемы, увязывать и корректировать эти решения для достижения оптимального использования водных ресурсов. С ростом водопотребления растет и роль водохозяйственных балансов речных бассейнов, экономических регионов и др. В настоящее время в водном хозяйстве различают четыре вида ВХБ – отчетные, оперативные, на ближайший прогноз (плановые) и дальний прогноз (перспективные). Отчетные ВХБ отражают уже достигнутую степень использования водных ресурсов. Они раскрывают зависимость между по­ступлением и расходованием воды за отчетный период и служат для анализа роста водопотребления в отдельных районах стра­ны, условий его обеспечения, эффективности работы существующих водохозяйственных систем, целесообразности использования водных ресурсов и выявления возможностей более ра­ционального расходования воды. Оперативные ВХБ разрабатывают на текущий год или предстоящий сезон для особенно напряженных по водопотреблению речных бассейнов или их частей в целях наиболее эффективного распределения ожидаемых водных ресурсов между отдельными объектами или отраслями народного хозяйства. ВХБ на ближайшую перспективу (плановые) разрабатывают с учетом государственных прогнозов развития народного хозяйства. Они включают перечень и объем водохозяйственных мероприятий, необходимых для выполнения прогнозов (планов) раз­вития народного хозяйства. ВХБ на дальние прогнозы (перспективные) составляют на перспективу развития народного хозяйства для правильного учета и оценки влияния водного фактора на размещение и развитие производительных сил, определения видов, характера и объема опережающих мероприятий, необходимых для водообеспечения народного хозяйства в отдаленном будущем и обоснования долгосрочных планов научно-исследовательских и проектно-изыскательских работ. Все виды ВХБ включают: оценку прихода и расхода воды; сопоставление этих частей баланса между собой и получение его результирующей части; анализ результирующей части и разра­ботку необходимых рекомендаций. В состав приходной части ВХБ включают: речные воды (с выявлением регулирующей роли водохранилищ); подземные воды, использование которых не ведет к снижению речного стока; возвратные воды, поступающие в реку выше исследуемых ство­ров (коллекторно-дренажные, шахтные, сточные и др.). В состав расходной части ВХБ включают последовательно вдоль водотока: все потребности в воде населения, промышленности, сельского и рыбного хозяйств, гидроэнергетики, водного транспорта, все расходы, необходимые для сохранения рек как элементов природного ландшафта, поддержания в них благоприятного гидрохимического и гидробиологического режимов и др. При составлении ВХБ учитывают физико-географические условия района, взаимосвязи между поверхностными и подземными водами и их нестабильность, качество воды по отдельным участкам, антропогенное влияние на водные ресурсы и экономические особенности района или речного бассейна, предъявляющие свои специфические требования к методам оценки водных ресурсов и потребностей в воде. Поэтому правильное со­ставление ВХБ – весьма сложная работа, требующая обобщения гидрологических, водохозяйственных и технико-экономических исследований и расчетов. Водохозяйственные балансы составляют для каждого экономического района или речного бассейна. При этом решаются следующие вопросы: • оцениваются количественная и качественная стороны поверхностных и подземных источников; • выявляются требования различных водопользователей и устанавливаются безвозвратные потери воды; определяются объемы воды, которые могут быть предоставлены водопользователям в естественных условиях, а также при проведении дополнительных мероприятий по регулированию стока; • устанавливаются свободные объемы стока, остающиеся в реке, для использования их за пределами рассматриваемой территории. В связи с тем что речной сток претерпевает стихийные колебания по сезонам и годам, каждый водохозяйственный расчет производят с известной степенью приближенности. При этом каждый этап использования водных ресурсов в пределах данного района должен рассматриваться в зависимости от среднегодового стока реки, путем сопоставления ряда вариантов. Большое значение при разработке водохозяйственных балансов имеет учет хозяйственной деятельности человека. Водохозяйственные балансы составляют обычно для рек или их участков, в пределах которых предполагается возведение водохозяйственных комплексов. На всем протяжении реки происходит перераспределение воды между отдельными водопользо­вателями, поэтому расположенный ниже по реке водопользователь использует сток, перераспределенный верхними водохранилищами, а также воду из притоков, впадающих ниже этих водохранилищ. В связи с этим исходные гидрологические данные должны базироваться на общем для всех водопользователей периоде времени и быть представленными в виде гидрографов приточности в каждый из бьефов рассматриваемой водохозяйст­венной системы. Следует увязать между собой гидрологические и гидравлические характеристики на участке реки, для которого составляется водохозяйственный баланс. Вопросы регулирования стока водохранилищами и объемами воды, используемыми в различных целях, решаются на основе вероятностных методов, учитывающих сочетание лет различной водности. В водохозяйственных балансах не выделяют подземные воды в самостоятельную категорию, способную удовлетворить соответствующие отрасли народного хозяйства. Это связано с тем, чтобы не переоценить возможности использования водных ресурсов в данном районе. Как правило, подземные воды являются источником питания речного стока. Их можно учитывать в верховьях некоторых бассейнов, где еще не наблюдается их вы­ходов в речные русла. В отдельных случаях при наличии мощных водоносных горизонтов их нужно рассматривать отдельно, учитывая в первую очередь удовлетворение потребностей питьевого водоснабжения. Необходимость этого определяется постоянством режима и высоким качеством подземных вод. Все эти резервы при разработке водохозяйственных балансов должны рассматриваться самостоятельно. В водохозяйственном прогнозировании существуют два взаимосвязанных определения. Это так называемые расчетная обеспеченность Р и гарантированная отдача. Под расчетной обеспеченностью подразумевают вероятное число лет в процентах от общего числа лет всего расчетного периода, когда обеспечена гарантированная водоотдача. Расчетная обеспеченность является одной из главных исходных величин при разработке водохозяйственных балансов. Чем выше ее значение, тем устойчивее и надежнее функционирование водохозяйственного комплекса. От расчетной обеспеченности зависят высота плотин, расход насосных станций, мощность гидростанций, размеры поперечного сечения крупных каналов и т. п. Соответственно росту масштаба намечаемых водохозяйственных мероприятий увеличивается и их стоимость. Вместе с тем снижение расчетной обеспеченности приводит к ограничению или перебоям подачи воды или энергии соответствующим предприятиям, что сопро­вождается ростом материального ущерба. Расчетная обеспеченность определяется в условиях неопределенности с учетом экономической оценки народнохозяйственного ущерба, вызываемого сокращением подачи воды. При определении этой величины обычно исходят из некоторых данных практики, в частности рекомендуются следующие значения расчетной обеспеченности, %: Питьевое водоснабжение…………………………………... 97...99 Промышленное водоснабжение…………………………… 95...97 (включая тепловые и атомные электростанции) Орошение……………………………………………………. 75...80 (до 95) Гидроэнергетика…………………………………………….. 90...95 Водный транспорт…………………………………………… 80...90 Приведенные цифры являются приближенными и нуждаются в корректировке в каждом конкретном случае. Это зависит от масштаба каждого водохозяйственного объекта и его народнохозяйственного значения. При разработке водохозяйственных балансов необходимы данные о безвозвратных потерях и их изменении в зависимости от времени и совершенствования системы промышленного и сельскохозяйственного производства. Это дает возможность прогнози­ровать развитие систем оборотного и последовательного использования воды в промышленности, намечать меры по сокращению оросительных норм или направленные на экономию воды. Водохозяйственные балансы связываются с прогнозами размещения производительных сил, в особенности в маловодных районах. При дефиците воды заменяют участников водохозяйственного комплекса (например, вместо выработки энергии на гидростанциях переходят к тепловым или атомным электростанциям, водный транспорт заменяют железнодорожным или автомобильным, сильно влаголюбивые культуры – менее влаголюбивыми). При оценке эффективности использования воды устанавливаются не только размеры водопотребления и безвозвратных потерь, но и данные о степени влияния на них различных видов водопользования. Сточные воды сбрасываются в водоемы и водотоки после требуемой очистки, с тем чтобы поддерживать источники в надлежащем санитарном состоянии. При этом сточные воды, не поддающиеся необходимой очистке, должны отводиться в особые, безо­пасные для населения места либо соответствующим образом разбавляться свежей водой. В случае невозможности повторного использования их включают в объем безвозвратных потерь. При разработке ВХБ предусматриваются все возможные меры к сокращению безвозвратных потерь воды (внедрение систем оборотного и последовательного использования воды, экономия воды, сокращение оросительных норм и др.). В случае дефицита воды рекомендуется исключать отдельные участки водохозяйственного комплекса и размещать их в районах, богатых водными ресурсами. Анализ ВХБ позволяет оценить возможности района или речного бассейна в отношении водоснабжения как в течение ближайшего года, так в перспективе. 12. Расчет схем водного баланса отдельных цехов, производств, предприятий и районов Согласно современным требованиям, водообеспечение промышленных предприятий должно предусматривать оборотное и повторное использование вод в производстве, что необходимо учитывать при составлении балансовых схем предприятий, в которых должен быть указан расход воды, подаваемый каждому потребителю: цеху, корпусу (оборотная и последовательно используемая вода, свежая вода из источника); сбрасываемый каждым потребителем (сточная вода), теряемый безвозвратно на очистных сооружениях, на охладительных установках и т. д. (безвозвратные потери); необходимо рассчитать расход воды, идущий на хозяйственно-питьевые нужды предприятия. Кроме того, следует указать: направление движения воды, виды водоотводящих и водо-подводящих коммуникаций или категории транспортируемой по коммуникациям воды, расположение потребителей воды, сооружений по ее охлаждению, очистке и т. д. Балансовую схему можно представить либо в абсолютных количествах циркулирующих вод за единицу времени (м3/сут, м3/ч), либо в удельных расходах воды на единицу продукции или потребляемого сырья (м3/т). Порядок расчета балансовых схем расходования воды следующий: 1. Определить полный расход воды на промышленном предприятии; 2. Определить безвозвратные потери; 3. Определить расход производственных сточных вод (концентрацию основных технологических загрязнений производственного стока определяется, согласно рекомендациям для соответствующей отрасли промышленности); 4. Определить расход бытовых сточных вод на промышленном предприятии по смене с максимальным числом работающих с учетом числа рабочих часов в смену; 5. Определить расход воды на поливку территории промышленных предприятий; 7. Определить расход сточных вод, подлежащих очистке; 6. Определить расход воды на хозяйственно-бытовые нужды предприятия. Помимо воды, требуемой на производственные и бытовые нужды предприятия, необходимо учитывать объем воды, требуемый на пожаротушение. Лекция № 4 Водоохранные мероприятия 1. Влияние антропогенной деятельности на водные ресурсы Жизнь человека неразрывно связана со средой обитания, откуда он получает все необходимое для своего существования: кислород, воду, основные виды пищи, энергию. Взаимоотношения человека и природы характеризуются извлечением из нее ценных составляющих, необходимых для его существования. Это находит свое выражение в производстве сельскохозяйственной продукции, разработке полезных ископаемых и выпуске промышленных товаров, заготовке лесоматериалов и ценной растительности, ловле рыбы, охоте на животных и птиц. Все это приводит к нарушению естественного равновесия, антагонизму природных сообществ и постепенному истощению сырьевых ресурсов. В результате любого рода деятельности человека (физиологической, хозяйственной, производственной) появляются отходы, которые, поступая в окружающую среду, в большинстве случаев оказывают на нее отрицательное воздействие, что заметно снижает ее качественные показатели. В значительной мере это относится к водным ресурсам суши, интенсивное использование которых во многих районах способствовало их истоще­нию и загрязнению. Дальнейшее развитие общества немыслимо без строгого проведения системы социальных, экологических и технико-экономических мероприятий, направленных на регламентацию взаимоотношений человека и природы, с тем чтобы, с одной стороны, обеспечить удовлетворение материальных и духовных потребностей человечества, а с другой – не допустить серьезных экологических изменений в природных экосистемах и создать условия для их нормального функционирования в течение длительного времени. Особое значение в связи с этим имеет установление предельно возможных нагрузок антропогенного воздействия как на отдельные элементы природных сообществ, так и на их комплексы. Антропогенные (происходящие при участии человека) воздействия на природную среду могут быть подразделены на намеренные и ненамеренные. К намеренным антропогенным воздействиям относят изменения, связанные с удовлетворением потреб­ностей человеческого общества (разработка сельскохозяйственных угодий, мелиорация земель, строительство городов и поселков). К ненамеренным относят обеднение почв крупных массивов земель, уничтожение лесов, нарушение связей экосистем крупных озер, загрязнение Мирового океана, существенное закисление и засоление поверхностных вод и почв. Среди основных причин негативного воздействия антропогенной деятельности на водные ресурсы можно выделить рост водопотребления, изменение режима (регулирование) водного стока с помощью водохранилищ, а также воздействие на почвенно-растительный покров территории и процессы стока. Безвозвратное водопотребление на хозяйственные нужды не всегда отождествляется с уменьшением суммарного годового стока рек. Поэтому употребляемый в практике термин «безвозвратные потери» носит условный характер и справедлив лишь для небольших районов и отдельных речных бассейнов, для которых дополнительное испарение приводит к потерям воды. Для больших площадей испарение в результате хозяйственной деятельности не всегда является безвозвратными потерями, так как значительная часть воды возвращается в виде осадков, и тем больше, чем больше площадь территории. При прямоточной схеме водоснабжения расходуют наибольшее количество воды, но безвозвратные потери при этом незначительны, почти вся вода после использования возвращается в водоемы в виде стоков. При оборотной схеме отработанную воду не сбрасывают обратно в водоемы, а подвергают регенерации после каждого технологического цикла и многократно используют в системе. Совершенствование технологических процессов получает все большее распространение в различных отраслях промышленности. Влияние промышленности на водный баланс связано не только с увеличением водопотребления, но и с изменением усло­вий формирования стока в результате горных выработок, сооружения на промышленных объектах крупных водозаборов подземных вод. С одной стороны, горные выработки и крупные водозаборы подземных вод приводят к снижению уровня грунтовых вод и созданию депрессионных воронок на площадях, иногда достигающих тысячи квадратных километров, что оказывает влияние на круговорот природных вод в речных бассейнах. Кроме того, водопонижения могут уменьшить естественный приток подземных вод в речную сеть, что приводит к уменьшению общего речного стока. С другой стороны, водоотведение при горных выработках обычно сопровождается сбросом шахтных вод в реки, что увеличивает объем и загрязнение речного стока. Промышленные стоки дают наибольшее загрязнение природных вод. Особенно загрязнены сточные воды таких отраслей народного хозяйства, как нефтеперерабатывающая, химическая металлургическая, горнодобывающая и др. Расход воды на орошение сильно изменяет водный баланс регионов. Значительная часть воды (иногда большая) теряется на инфильтрацию в каналах и на непродуктивное испарение. Интенсификация сельскохозяйственного производства сопровождается быстрым наращиванием темпов применения минеральных удобрений и химических средств защиты растений от сорняков, вредителей и болезней. В результате в окружающую среду поступает много химических веществ, в том числе пестицидов и гербицидов, некоторые из которых устойчивы к воздействию внешних факторов и в течение длительного времени сохраняют свои свойства. Особая опасность загрязнения вод удобрениями и пестицидами заключается в том, что поверхностные стоки с полей невозможно пропустить через очистные сооружения. Кроме того, огромные площади сельскохозяйственных угодий являются основными речными водосборами, с которых вода поступает в водные объекты, формируя их сток. В ходе исследований установлено, что из внесенных удобрений в водоисточники попадает значительная часть биогенных веществ: около 20 % азота, 2,5 % фосфата и 30 % калия. Таким образом, сельское хозяйство стало основным источником загрязнения водных объектов биогенными веществами, наличие которых интенсифицирует процессы развития фитопланктона (цветение воды), стимулирует рост водных организмов, вызывает прогрессирующую эвтрофикацию (зарастание водных объектов), приводит к нарушению процессов самоочищения водоемов. Вносимый в почву азот под влиянием нитрофикационных процессов превращается в легкорастворимые нитратные формы, обладающие большой подвижностью, что способствует загрязнению грунтовых вод, делая их непригодными для водоснабжения. Максимально допустимое содержание нитратного азота в питьевой воде составляет 10 мг/л. Наибольшее загрязнение водоисточников биогенами наблюдается в районах орошаемого земледелия. Орошаемое земледелие дает большие возвратные стоки, которые не только загрязнены удобрениями, но и сильно минерализованы. В результате широкого применения химических средств защиты растений происходит загрязнение территорий, оросительной сети, а также рек и грунтовых вод. В открытые воды пестициды попадают с дождевыми и талыми водами, стекающими с обработанных ими территорий, при нарушении технологии авиа- и наземной обработки сельскохозяйственных угодий и лесов, в результате сброса сточных вод от производств пестици­дов, неправильного хранения или потерь при транспортировке. Несоблюдение сроков обработки, увеличение интенсивности обработок приводят к накоплению пестицидов в почве и последующему вымыванию их в водоемы. С отдельных оросительных систем с площади 1 тыс. га ежегодно выносится около 100 кг наиболее стойких и обладающих кумулятивными свойствами хлорорганических пестицидов. Накопление этих веществ в тканях и органах рыб вызывает их токсикоз и гибель. Причиной изменения водного баланса могут быть преднамеренные или непреднамеренные преобразования стока на площадях водосбора в процессе сельскохозяйственного освоения территории. При неглубокой вспашке и отсутствии специальных мер по задержанию влаги на полях происходят значительные потери запасов почвенной влаги и усиление поверхностного стока. Перехват паводковой части стока при более совершенных методах земледелия позволяет значительно увеличивать ресурсы почвенной влаги. При этом уменьшается примерно на 10 % суммарный сток, но это оправдывается значительным повышением биологической продуктивности угодий. В результате водный баланс па­хотных земель может быть существенно преобразован: доля продуктивно используемой воды возрастет примерно до 60 %. Водопотребление на хозяйственно-бытовые нужды непосредственно связано с удовлетворением потребностей в воде городских и сельских жителей. Удельное водопотребление на одного жителя значительно выше в городах, оборудованных централизован­ными системами водоснабжения и водоотведения, чем в сельской местности. В городах высококачественную питьевую воду используют не только для питья, приготовления пищи и хозяйственно-бытовых целей населения и промпредприятий, но и для коммунального хозяйства (включая полив зеленых насаждений и мытье улиц), транспорта и местной промышленности, обеспечивающих нужды городских жителей. В сельской местности этот вид водопотребления включает использование воды населением, животноводческими фермами и машинно-тракторными станциями, предприятиями по переработке сельхозпродуктов. В крупных благоустроенных городах земного шара удельное водопотребление населением составляет 300...600 л/сут на одного человека. В сельской местности, даже в высокоразвитых странах, удельное водопотребление населением в несколько раз ниже и обычно не превышает 100... 120 л/сут, а в густонаселенных районах Африки и Латинской Америки эта величина составляет всего 20...30 л/сут и меньше. Суммарный водозабор на хозяйственно-бытовые нужды населения Земли превышает 200 км3/год. Безвозвратное водопотребление зависит от характера использования воды, местных природных условий и объема водоподачи. Для РФ и США безвозвратные изъятия на хозяйственно-бытовые нужды составляют 10...20 % водозабора, в странах Западной Европы – 5...10 %. В целом для Земли объем безвозвратного водозабора – 15 % полного забора воды. Коммунальные стоки городов и населенных пунктов большое количество загрязнений. В их составе, кроме фекальных вод, содержится значительное количество вредных соединений использования химических веществ в быту и на предприятиях местной промышленности. В сточных водах имеется много микроорганизмов, в том числе болезнетворных микробов и вирусов, а также яиц гельминтов, что делает их особенно опасными для здоровья людей и животных. Особенность коммунальных стоков – неравномерность их поступления, затрудняющая работу городских систем водоотведения. Населенные пункты дополнительно загрязняют водные объекты поверхностным стоком при выпадении дождей или от таяния снега со смывом загрязнений с покрытий улиц, дворов и с территорий промышленных предприятий. Они часто содержат в себе многие виды нефтепродуктов, большое количество различных солей и другие специфические загрязнения. Влияние водохранилищ на водный баланс. Регулирование водного режима рек и перераспределение расходов с помощью водохранилищ – один из важных факторов преобразования стока и влагооборота. Водохранилищам принадлежит важная роль в расширенном воспроизводстве водных ресурсов, умножении важнейшей для хозяйства устойчивой части речного стока. С помощью водохранилищ мировые ресурсы устойчивого стока увеличены приблизительно на 15 %. Экономический эффект от создания водохранилищ общеизвестен: образование подпора дает возможность получать электроэнергию, увеличивает меженные расходы рек (для Волги, Дона – в 2...4 раза) и тем самым улучшает условия судоходства и водоснабжения, предотвращает наводнения, облегчает использование воды для орошения сельскохозяйственных земель. В настоящее время суммарный полный объем эксплуатируемых и строящихся водохранилищ на земном шаре превышает 5000 км3, что равно приблизительно 11 % объема годового стока с поверхности суши. Сооружение водохранилищ приводит к преобразованию и перераспределению речного стока во времени и увеличению водных ресурсов района в меженные периоды и в маловодные годы. Вместе с тем водохранилища в результате затопления больших территорий значительно увеличивают испарение с водной поверхности, что уменьшает суммарные водные ресурсы регионов. Дополнительные потери, связанные с испарением, в отдельных районах составляют значительную часть общего объема безвозвратного водопотребления. Объем дополнительных потерь при сооружении водохранилищ рассчитывают по разности испарения с водного зеркала водохранилища и с той же территории до затопления. Суммарный объем потерь воды на дополнительное испарение с водохранилищ для Земли в целом составляет примерно 70 км3/год. Воздействие мелиорации на процессы формирования стока на водосборах. Преобразование водного баланса на водосборах, т. е. воздействие на процессы формирования стока (и тем самым на источники питания рек), происходит при проведении различ­ных мелиорации и изменениях почвенно-растительного покрова. Преобразования растительного покрова под влиянием хозяйственной деятельности охватывают значительные площади. Леса вырублены на площади более 70 %, что должно было привести к дефициту испарения около 3000 км3 воды в год, несмотря на частичное возмещение его кустарниковыми и травянистыми ценозами. В перспективе вырубка леса на площади примерно еще 25 млн км2 может привести к дальнейшей убыли поступления воды в атмосферу примерно на 1200...1300 км3/год, что соответствует 10 % суммарного объема воды в атмосфере. Однако, осуществляя подобные преобразования, человек одновременно обогащает атмосферу водяными парами за счет испарения с орошаемых площадей и водохранилищ. В перспективе дефицит поступления воды в атмосферу, возникший в результате вырубки леса, в некоторой степени можно будет компенсировать, если увеличить площади орошения. Рост испарения, возможно, вызовет выпадение дополнительных осадков, что отчасти по­полнит сток, но едва ли они будут значительными, так как орошаемые земли приурочены к аридным и полуаридным районам, где относительная влажность воздуха мала. В зоне повышенного увлажнения главным фактором, оказывающим влияние на водный баланс, являются осушительные мелиорации. Осушение болот приводит к иссушению и осадке торфяной толщи. Сначала сток несколько возрастает, но в различных ландшафтах этот процесс происходит по-разному и зависит от последующего использования этих территорий. При создании на месте болот высокопродуктивных сельскохозяйственных угодий может оказаться, что для обеспечения транспирации необходимо будет периодически применять искусственное орошение. В целом любые меры по интенсификации земледелия и повышению урожайности, а следовательно, и транспирации ведут к перестройке водного баланса в сторону сокращения поверхностного стока. Значительные изменения водного баланса характерны для городов. С одной стороны, застройка, искусственные покрытия, водостоки, уборка снега уменьшают инфильтрацию и способствуют увеличению поверхностного стока, с другой – откачка подземных вод и снижение пьезометрических уровней на десятки и даже сотни метров могут привести к уменьшению и даже практическому прекращению фунтового питания рек. В формировании локального «городского» водного режима большое значение имеют подпор грунтовых вод, создаваемый подземными сооружениями, уплотнение фунтов, что часто способствует затоплению подвалов, а иногда и конденсации влаги под зданиями. Эффективно воздействуют на водный баланс лесомелиорации. Так, лесные полосы не только перехватывают весенний сток с полей, но и задерживают снег, уменьшая непродуктивное испарение. Травосеяние в сочетании с удобрениями также увеличивает инфильтрацию воды в почву и сокращает поверхностный сток. 2. Источники загрязнения природных вод Качество воды оценивается концентрацией в ней вредных примесей. Основными источниками загрязнения поверхностных вод являются бытовые, производственные и атмосферные сточные воды, промышленность, сельское хозяйство, судоходство. Основные источники загрязнения подземных вод – накопители промышленных отходов, закачка загрязненных вод в глубокие слои, инфильтрация загрязнений с промышленных и городских территорий, фильтрация из загрязненных рек. Наиболее распространены химическое и бактериальное загрязнения. Проникновению загрязнений в подземные горизонты способствует интенсивное использование подземных вод. Загрязнения поступают в водную среду в виде концентрированных выбросов или в результате диффузии. Значительный их объем сбрасывается со сточными водами городов, поселков и промышленных предприятий. Состав сточных вод зависит от источника загрязнения и изменяется во времени, причем суточные колебания содержания различных ингредиентов составляют 3 – 4 раза и более. Загрязнения, содержащиеся в сточных водах, подразделяют на нерастворенные, коллоидные и растворенные вещества. По происхождению загрязнения бывают минеральные, органические и бактериальные. Минеральные загрязнения состоят из песка, растворов минеральных солей, кислот и пр. Органические загрязнения являются хорошей средой для развития бактерий, вирусов, грибков, составляющих бактериальное загряз­нение. Одним из основных загрязнителей вод являются нефть и нефтепродукты. Ежегодные поступления нефти в Мировой океан достигают 30...35 млн. т. Загрязнение вод нефтью происходит в результате ее естественных выходов в районах залегания, при нефтедобыче, транспортировке, переработке и использовании в качестве топлива и промышленного сырья. Загрязнение водных объектов нефтью в районах интенсивной добычи отмечается повсеместно. Неправильные действия и технические неполадки в процессе бурения и эксплуатации скважин приводят к аварийным выбросам нефть. Сильное загрязнение водной среды происходит при транспортировке нефти. В настоящее время около 65 % объема мировой добычи нефти перевозят морским путем, и объем этих перевозок возрастает. Вместе с этим растет мощность танкерного флота. При поступлении в водоем нефть при авариях танкеров под действием процессов самоочищения, протекающих в водной среде, претерпевает различные изменения, характер которых определяется совокупностью физических, химических и биологических факторов. Первоначально образуются нефтяные слики – пятна, растекающиеся по водной поверхности (1 т нефти загрязняет до 12 км2 акватории). Под влиянием ветра нефтяные пятна передвигаются, сливаются и могут занимать большие площади. В процессе рафинирования нефти более легкие фракции испаряются (примерно 1/3 массы), а водорастворимые (около 1/3 массы) выщелачиваются за 1...3 недели. Остаток имеет повышенную вязкость, образуя с водой стойкие эмульсии («шоколадный мусс», длительное время сохраняющийся в воде). Нефть и нефтепродукты способны загрязнить огромные пространства, покрывая водоемы тонкой пленкой. В результате затрудняется газообмен между водой и атмосферой. Загрязнение вод Мирового океана отрицательно воздействует на процесс выделения кислорода морскими водорослями, снижая уровень фотосинтеза в них в отдельных случаях до 5 %. Снижение же содержания кислорода в атмосфере при растущей потребности в нем в связи с развитием техники может привести к серьезным последствиям в глобальном масштабе. Уменьшение количества зоопланктона, очень чувствительного к загрязнению вод, приводит к сокращению кормовой базы и снижению биологической продуктивности моря. Нефтяное загрязнение приводит к гибели 50 % молодых морских организмов. Нефть погубила бы океан, если бы не было нефтеокисляющих бактерий, морских живот­ных (планктон, нектон), которые способны усваивать растворенную нефть. Борьба с нефтяным загрязнением – сложная и неотложная задача. Среди продуктов промышленного производства особое место по своему отрицательному воздействию на водную среду и гидробионты занимают детергенты (синтетические моющие средства), очень токсичные и устойчивые к процессам биологического разложения. Они находят все более широкое применение в промышленности, на транспорте, в коммунально-бытовом хозяйстве. Ежегодно производится более 4000 тыс. т детергентов. Детергенты плохо поддаются очистке, и в водоемы обычно попадает до 50...60 % и более их начального количества. Они образуют на поверхности воды толстый слой пены, который на порогах и шлюзах может достигать мощности 1 м и более. Способность к пенообразованию появляется уже при концентрации 1...2 мг/л, что сильно затрудняет судоходство и процессы самоочищения водоемов. Огромное количество моющих синтетических веществ, попадающих в океан, губит рыбную молодь и водоросли. Бесконтрольное загрязнение Мирового океана может привести к необратимым процессам и вызвать гибель флоры и фауны. Из других веществ, загрязняющих водную среду, отметим тяжелые металлы (ртуть, свинец, цинк, медь, хром, олово, марганец), отходы атомного и химического производств, часто захороняемые на дне океанов, а также удобрения и пестициды, поступающие с сельскохозяйственных полей. Наибольшую опасность из металлов представляют ртуть и ее соединения, особенно метилртутные. Средняя концентрация ртути в океанической воде около 0,15 мг/л. При ежегодном производстве ртути около 9 тыс. т в ближайшем будущем трудно ожидать существенного снижения общепланетарных концентраций этого элемента в водной среде. Тем не менее высокая химическая устойчивость ртути, а также диспропорции в ее потреблении могут привести к сильному локальному загрязнению водных объектов, особенно внутренних водоемов и прибрежных участков морей, отличающихся меньшей интенсивностью циркуляции водных масс. По­падая в водоем, ртуть поглощается гидробионтами, аккумулируется в донных отложениях в концентрациях, значительно превышающих исходные. Накапливаясь в различных видах гидробионтов, ртуть оказывает на них сильное воздействие. Значительный вред гидробионтам наносит загрязнение вод свинцом и его соединениями. Многие тяжелые металлы аккумулируются в морских организмах, вызывают их гибель или делают опасными при употреблении в пищу. Значительный ущерб причиняют тепловые и атомные электростанции, сбрасывающие теплые воды в природные и искусственные водоемы, нарушая термический, гидрохимический и гидробиологический режимы – «тепловое загрязнение». Совре­менные тепловые и атомные электростанции используют для охлаждения до 200 м3/с воды, которая, возвращаясь в водоемы в подогретом виде, изменяет их тепловой баланс. В результате по­вышения температуры воды усиливается ее испарение, увеличи­вается минерализация, происходит более интенсивный рост водной растительности, что приводит к накоплению органического вещества. Последующее разложение и дальнейшая мине­рализация вызывают уменьшение растворенного кислорода. Все это отрицательно сказывается на процессах жизнедеятельности живых организмов. Наибольшую опасность для природных вод и живых организмов представляют радиоактивные отходы. Поэтому их сброс в водоемы недопустим. Отходы сливают в специальные сосуды и захораняют в отведенных местах. Сточные воды с незначительным содержанием радиоактивных отходов представляют большую опасность для природных вод. В организмах рыб и животных, а также в растениях происходят процессы биологической концентрации радиоактивных веществ. Мелкие организмы, содержащие эти вещества в небольших дозах, поглощаются более крупными, в которых возникают уже опасные концентрации. Поэтому отдельные пресноводные рыбы в несколько тысяч раз радиоактивнее водной среды, в которой они обитают. По-прежнему немаловажную роль играет загрязнение рек и водоемов стоками животноводческих комплексов. Животноводческие фермы и крупные животноводческие комплексы промышленного производства свинины, говядины и молока на 50...100 тыс. голов являются существенным источником загрязнения водных объектов страны. Для сокращения затрат на водоснабжение фермы располагают вблизи водоемов. В ферме крупного рогатого скота ежесуточно образуется 1 т навозной жижи от каждой сотни голов. Отходы животноводческих хозяйств опасны тем, что в них содержатся яйца гельминтов (глистов) и патогенные микроорганизмы, являющиеся источником заболеваний. Особенно опасны отходы свиноводческих комплексов. Одна свиноферма на 100 тыс. голов по интенсивности загрязнения воды равнозначна городу с населением 250 тыс. человек. Сложность проблемы охраны вод от стоков животноводческих хозяйств заключается в трудности санитарного обеспечения накопителей и утилизации отходов. Все большее влияние на качество воды оказывают диффузные источники загрязнения, в частности удобрения и ядохимикаты, смываемые с сельскохозяйственных площадей, а также ливневыми и снеговыми водами с городских и промышленных тер­риторий. Установлено, что по нагрузке они соизмеримы с хозяйственно-бытовыми стоками. Ядохимикаты не только накапливаются в объектах природной среды в больших количествах, но и сохраняются в ней очень долгое время – неделями, месяцами и даже годами. Отмечается зависимость пестицидов в природной среде от климатических факторов: от особенностей термического режима, характера переноса воздушных масс в различных природных зонах, интенсивности и сезонности выпадения осадков. Переносимые воздушными потоками, почвенными водами, растительными и животными пищевыми продуктами, пестициды распространяют свое влияние на все большие территории. По масштабам распространения пестициды можно классифицировать на препараты, имеющие тенденцию к глобальному рассеянию, и на препараты, загрязняющие окружающую среду локально. Глобальное рассеяние характерно для некоторых хлорорганических соединений. Органические соединения фосфора и карбонаты вследствие значительно меньшей устойчивости загрязняют окружающую среду локально, хотя возможность их глобального рассеивания в принципе не исключена. Они могут переноситься на сравнительно большие расстояния с воздухом и обычно содержатся в воздухе в более высоких концентрациях, чем хлорорганические соединения. Глобальная циркуляция пес­тицидов обусловлена сложным взаимодействием атмосферы, воды, водных взвесей и донных осадков. Большую опасность представляют сточные воды (промышленные, сельскохозяйственные и бытовые), нейтрализация которых в зависимости от степени очистки требует 5…12-кратного разбавления чистой природной водой. Даже если больше половины объема воды, сбрасываемой в реки и водоемы, подвергать искусственной очистке, стоки портят в 12...15 раз больший объем чистой воды. Сбрасываемые на Земле сточные воды загрязняют более одной трети всего устойчивого стока. Качество природной воды ухудшается в результате воздействия загрязнений, поступающих из атмосферы. В отдельных случаях они достигают 15...20 % от общего загрязнения водоема. Выбросы индустрии в атмосферу Земли составляют более 53 млн. т оксидов азота, 200 млн. т – оксида углерода, около 146 млн. т – двуоксида серы, 200...500 млн. т – пыли и 120 млн. т – золы. Твердые частицы этих выбросов, перемещаясь с воздушными потоками на большие расстояния, выпадают на сушу или воду. Газообразные выбросы, растворяясь в атмосферной влаге, выпадают на поверхность Земли в виде «кислотных дождей» и наносят ущерб флоре и фауне. К числу загрязнителей природных вод следует также отнести водный транспорт, лесосплав и сопутствующие ему работы, отвалы горных разработок и пр. Водный транспорт загрязняет воду при сбросе отходов, и особенно нефтепродуктов, которые попадают в воду при перевозках морским транспортом. При холостом рейсе танкеры для устойчивости наполняют водой, а в месте загрузки нефтью насыщенную нефтепродуктами балластную воду сбрасывают за борт. Международным соглашением запрещается сброс в море неочищенной балластной воды. Однако многие судовладельче­ские компании считают более выгодным платить штрафы, чем терпеть убытки от простоя на станциях промывки. Молевой сплав леса (сплав бревен россыпью) приводит к засорению водных объектов в результате потери коры и сучьев, которые оседают на дно рек. Затонувшая древесина (до 10 %), а также выделяющиеся смолы, дубильные вещества и вредные соединения медленно разлагаются, поглощают кислород и выделяют фенольные и другие вредные вещества, отравляя воду. Вырубка густого кустарника по берегам рек, мешающего лесосплаву, усиливает эрозийные процессы, ускоряя заиливание русла. Большой ущерб молевой сплав наносит рыбному хозяйству в результате травмирования рыбы, разрушения нерестилищ и отравления икры и кормовых организмов. Рубка леса на территории водосбо­ров нарушает температурный и биологический режим рек, что вызывает их обмеление и пересыхание. На качество воды в значительной степени оказывают влияние и водохозяйственные мероприятия, в том числе различные мелиоративные работы. Особенно на гидрохимический и гидробиологический режимы водотоков и водоемов влияет создание водохранилищ. В водохранилищах озерного типа со значительной изрезанностью береговой линии и большим числом заливов возрастает доля процессов, характерных для застойных зон, усиливаются процессы эвтрофикации (зарастание водной растительностью). Эвтрофикация особенно усиливается под влиянием поступления в водоемы удобрений с полей и сточных вод. Ущербы от цветения воды весьма значительны в системах коммунального и технического водоснабжения и в рыбном хозяйстве. В системах водоснабжения в период цветения увеличивается расход коагулянтов для осаждения водорослей и требуется расширение площади и объем отстойников. На тепловых электростанциях сине-зеленые водоросли снижают эффект охлаждения, приводят к перерасходу топлива. Избыточное цветение ограничивает, а иногда и исключает использование водных ресурсов для рекреации, лечения, спорта и туризма. Все вредные вещества влияют на органолептические, общесанитарные, токсические и рыбохозяйственные качества воды, изменяя ее физические свойства (прозрачность, окраску, запах и пр.) и химический состав. При этом появляются плавающие образования и отложения, бактерии, вирусы, грибки. В результате качество воды рек и водоемов может оказаться непригодным для водопотребления – водопользования. 3. Допустимая антропогенная нагрузка на водные ресурсы Негативные антропогенные воздействия на природную среду являются неизбежными, но их можно предотвратить или уменьшить. В этом деле важную роль может сыграть научно-технический прогресс. Некоторые изменения состояния природной среды, вызванные антропогенным воздействием, могут привести к упрощению биоценозов (как бы их омоложению) и способствовать благоприятному развитию биосферы. Эволюция биосферы в новых условиях по-новому ставит вопрос о взаимоотношениях человека и природы. Человек должен облегчать работу биосферы, а не брать ее функции на себя. Воздействие на экологическую систему, способное вывести ее из естественного (нормаль­ного) состояния, определяется как экологическая нагрузка. Допустимыми можно считать такие воздействия, которые не приводят к превышению нормативной нагрузки на экологические системы. Под допустимой понимают нагрузку (складывающуюся из отдельных однородных и разнородных воздействий), которая не меняет качества окружающей природной среды или меняет ее в допустимых пределах, при которых не нарушаются су­ществующие экологические связи. Если нагрузка превышает допустимую, то эти воздействия причиняют ущерб, вызывая неблагоприятные последствия в важнейших популяциях. Основными компонентами, определяющими антропогенную нагрузку на водные ресурсы, являются следующие: загрязнение, засорение и истощение. В соответствии с Водным кодексом Российской Федерации все воды подлежат охране от загрязнения, засорения и истощения. В то же время при сбросе сточных вод в водоем наступает некоторое ухудшение качества воды. Поэтому водохозяйственные комплексы сооружают таким образом, чтобы неблагоприятные изменения физических, химических и гидробиологических свойств воды не могли причинить вред здоровью населения, уменьшить рыбные запасы, ухудшить условия водоснабжения. Загрязнение проявляется в изменении физических свойств (нарушение прозрачности, окраски, запахов, привкусов) и химического состава (появление вредных веществ); появлении плавающих образований на поверхности и отложений на дне; сокращении растворенного в воде кислорода воздуха; появлении новых бактерий, в том числе болезнетворных. Поскольку загрязнители вод сложны по составу и слабо разлагаются, последствия загрязнения вод бывают многообразными и часто непредвиденными. Наиболее неблагоприятные – это изменение органолептических свойств воды, нарушение кислородного режима, изменение естественного хода химических процессов в водоемах, отравление гидробионтов путем аккумуляции в них токсикантов, угнетение жизни в водоемах, снижение эстетической ценности водоемов и ограничение возможностей их использования для рекреационных целей, затруднения (при загрязнении детергентами) при навигации, изменение альбедо морской поверхности (особенно при загрязнении нефтью и нефтепродуктами) и воздействие на тепловой баланс в системе «земля – атмосфера». Учитывая влияние загрязнений на развитие и функционирование гидросферы и функционирование живых организмов, присущих данной системе, необходимы критерии для отнесения вод к «загрязненным» или «незагрязненным». В незагрязненных системах пределы колебаний концентрации техногенных веществ должны быть такими, чтобы при этом не нарушались функции живого вещества системы, не изменялся биохимический состав первичной и вторичной продукции, не снижалась биологическая продуктивность системы. Для оценки качества вод используют показатели их нормативных состояний, определяемые потребностями и возможностями общества, теми целями, которые общество ставит в данный момент в определенном регионе. На их основании затем выявляется степень отклонения состояния систем от этих требований. Наиболее распространенными нормативными показателями являются ПДК (предельно допустимые концентрации) вредных веществ. Независимо от вида лимитирующего показателя вредности для данного вещества (токсикологический, общесанитарный, органолептический) при установлении его ПДК исходят из создания наиболее благоприятных условий для жизни организма или отдельных популяций животных. Под предельно допустимой концентрацией понимают такую концентрацию химического соединения, которая при ежедневном воздействии на организм в течение длительного времени не вызывает каких-либо нарушений биологического оптимума эко­системы с учетом комплексного воздействия. Такой критерий оценки основывается на показателях устойчивости данной экосистемы. В настоящее время ПДК установлены более чем для 500 веществ, содержащихся в воде. В последнее время получает все большее распространение показатель предельно допустимых выбросов (ПДВ) или стандартов на выброс, ограничивающий объемы выбросов вредных веществ и тем самым являющийся реальным средством регулирования качества природных сред. Методы расчета норм ПДВ, обеспечивающих качество природной среды, разрабатываются в соответствии с гигиеническими и экологическими требования­ми. Для оценки ПДВ существует и другой подход. Например, в США ограничение объемов выбросов вредных веществ основано на технологическом принципе: нормы ПДВ ограничивают объем промышленных выбросов на уровне наилучшей достигнутой технологии. Некоторые примеры введения в ряде стран стандартов на выброс указывают на эффективность такого рода мероприятий по охране природной среды. Трудность разработки показателей ПДК, ПДВ заключается в их узкорегиональном характере, зависимости от условий каждого конкретного района: гидроклиматических, рельефа, почв, растительности, современного состояния природных систем, устойчивости их к нагрузкам, а также отраслевой и территориальной структуры хозяйства, особенностей системы расселения, транспорта и т. д. Несмотря на явную важность нормативных показателей в разработке системы оценки воздействия человека на природную среду, полностью опереться на них пока не представляется возможным. Во-первых, они разработаны лишь для отдельных ком­понентов природы. Высокая зависимость нормативов от уровня социально-экономического развития общества предполагает их возможную изменяемость и во времени, и в пространстве. Практически невозможно (и, очевидно, нецелесообразно) разра­батывать нормативы для всех сторон социальной, хозяйственной и даже природной сфер, изменяемых антропогенной деятельностью. Например, наличие уникальных природных объек­тов и эстетически ценных ландшафтов не может быть нормировано. Многие показатели состояния социальных и хозяйственных подсистем, например численность и демографическая структура населения, характер его расселения, состав отраслей хозяйства, их размеры и размещение, также не нормируются. Здесь, очевидно, следует обращаться к таким показателям, как уровень, достигнутый в более крупном регионе, включающем изучаемый район, или уровень, принятый за оптимальный для данного этапа развития общества. Показатели и нормативы качества состояния вод назначают для двух видов водопользования: участки водоемов, предназначенные для хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также систем водоснабжения пищевой промышленности; участки водоемов, используемые для купания, спорта и отдыха населения, а также находящиеся в черте населенных мест. Водоемы, используемые для рыбохозяйственных целей, делят на два вида: для воспроизводства и сохранения ценных пород рыб; для всех других рыбохозяйственных целей. При выпуске стоков в рыбохозяйственные водоемы предъявляют более высокие требования, чем при выпуске их в водоемы, используемые для питьевых и культурно-бытовых нужд населения. Предельно допустимая концентрация ПДК вредных веществ в воде – основной гигиенический норматив, положенный в основу современного водно-санитарного законодательства. Нормативы ПДК (мг/л) разработаны для всех возможных веществ, поступаю­щих в водоемы. Например, для бензола ПДК составляет 0,5 мг/л, свинца – 0,1; ртути – 0,05; железа – 0,5; бензина – 0,1 и т. д. Сточные воды со степенью загрязнения, приводящей к превышению ПДК в контрольном створе, отводить в водоемы запрещено. Биохимическая потребность в кислороде (БПК) указывает количество кислорода (мг/л) для окисления находящихся в воде загрязняющих, преимущественно органических веществ. Значение БПК зависит от эффективности очистки сточных вод на станциях. БПК городских сточных вод, прошедших полную биологическую очистку, составляют 10...15 мг/л. Пополнение воды кислородом происходит в результате соприкосновения воды с воздухом и зависит от температуры, площади водной по­верхности, степени насыщенности кислородом поверхностного слоя и интенсивности перемешивания воды. Разность между количеством кислорода при полном и действительном насыщении – дефицит кислорода, который выражают в мг/л или в % полного насыщения. Водородный показатель (рН) определяет концентрацию в воде ионов водорода и показывает ее кислотность или щелочность. У пунктов культурно-бытового водопользования показатель рН не должен превышать 6,5...8,5. Такого же порядка он необходим для процессов самоочищения природных вод. Органолептические свойства воды характеризуют запах, привкус и плавающие примеси, неблагоприятно влияющие на человека. Эти свойства оценивают в баллах. Ниже приведена шкала интенсивности запахов. Например, у пунктов культурно-бытового водопользования вода не должна иметь запахи интенсивностью более 2 баллов. Аналогичную шкалу используют и для оценки интенсивности привкусов воды. Обычно вкусовые свойства проявляются при концентрациях, превышающих предельные по запаху. Окраска воды не должна обнаруживаться в столбике высотой более 20 см при использовании водоема в качестве источника питьевого водоснабжения и высотой 10 см – во всех других случаях. Возбудители заболеваний. В последние десятилетия значительно расширилось число заболеваний, связанных с распространением их возбудителей водным путем. Инфекционными являются сточные воды населенных пунктов, животноводческих хозяйств и ряда производств (боен, биофабрик, кожевенных заводов, шерстомоек и др.). Вода источников централизованного водоснабжения не должна содержать возбудителей заболеваний. В практике возбудителей заболеваний оценивают по количеству в воде кишечных па­лочек, выделяемых человеком. По отечественному стандарту бактериальное загрязнение источника водоснабжения при обычных методах очистки и дезинфекции питьевой воды не должно превышать 1 тыс. кишечных палочек в 1 л (коли-индекс 1 тыс.). Таким образом, водоемы, используемые для питьевого водоснабжения, при соответствующей очистке и дезинфекции на водопроводных сооружениях обычного типа при коли-индексе 1 тыс. по бактери­альным характеристикам считаются достаточно чистыми. Количество минеральных загрязнений для одного вида водоема должно быть не более 1000 мг/л (по плотному осадку), в том числе хлоридов не более 350 и сульфатов до 500 мг/л. При спуске сточных вод содержание взвешенных веществ не должно увеличиваться более чем на 0,25 мг/л в водоемах, используемых для питьевого водоснаб­жения и водоснабжения пищевых предприятий, и на 0,75 мг/л – для водоемов, используемых для рекреации. Температура воды в результате сброса сточных вод не должна повышаться более чем на 3 °С по сравнению со среднемесячной температурой воды самого жаркого года за последние десять лет. 4. Условия выпуска сточных вод в водоемы Условия выпуска сточных вод в поверхностный водоем определяются народнохозяйственной их значимостью и характером водопользования. Выпуск сточных вод ухудшает качество воды в водоеме, однако это не должно отражаться на его дальнейшем использовании в качестве источника водоснабжения, для культурных и спортивных мероприятий, рыбохозяйственных целей. Условия выпуска производственных сточных вод в водоемы регламентируют Правила охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами и Правила санитарной охраны прибрежных районов морей. Выполнение условий спуска производственных сточных вод в водоемы контролируют санитарно-эпиде­миологические станции и бассейновые управления. Правила устанавливают нормы качества воды водоемов, используемых в качестве источника для централизованного или нецентрализованного хозяйственно-питьевого водоснабжения, а также для водоснабжения предприятий пищевой промышленности, используемых для купания, спорта и отдыха населения. Нормы качества воды в водоемах относят к створам, расположенным на протоках на 1 км выше ближайшего по течению пункта водопользования (водозабор для хозяйственно-питьевого водоснабжения, места купания и организованного отдыха, территории населенного пункта и т. д.), а на непроточных водоемах и водохранилищах на 1 км в обе стороны от пункта водопользования. Качество воды в водоемах рыбохозяйственного назначения регламентируют по двум видам водопользования: водоемы для воспроизводства и сохранения ценных пород рыб и водоемы для всех других рыбохозяйственных целей. 5. Определение степени очистки сточных вод Необходимая степень очистки сточных вод, спускаемых в водоем, определяется на основе данных об их количестве и составе. Степень очистки сточных вод рассчитывают по количеству взвешенных веществ, допустимой величине БПК в смеси речной воды и сточных вод, по потреблению сточными водами растворенного кислорода, по температуре воды, окраске, запаху и солевому составу, по ПДК токсичных примесей и других вредных веществ, а также по изменению величины активной реакции воды водоема. Санитарные требования к условиям спуска сточных вод в водоемы (соответствие состава и свойств воды водоема, который используется для водопользования) оцениваются необходимой суммарной степенью очистки сточных вод перед спуском их в водоем. Большое внимание уделяется вопросам предупреждения и устранения загрязнений прибрежных районов морей. Качество морской воды при спуске сточных вод регламентируют в районе водопользования отведенными границами и створами на расстоянии 300 м в стороны от этих границ. Море в этом случае рассматривается как водоем для лечебных, оздоровительных, культурно-бытовых и гигиенических целей. Правила относятся к тем прибрежным его районам, которые предназначены для лечения, отдыха, купания, спортивных мероприятий и находятся в пределах границ населенных пунктов, санаториев, домов отдыха, туристических баз и пр. В большинстве случаев водоемы настолько загрязнены, что отсутствует какой-либо резерв его самоочищающей способности. Поэтому ПДК вредных веществ принимают не в расчетном створе реки, а на выпуске сточных вод в водоем. 6. Мероприятия по сохранению и восстановлению чистоты водоемов Для сохранения чистоты водоемов проводят различные мероприятия: • обеспечение полной биологической очистки коммунально-бытовых и промышленных стоков; • совершенствование технологии промышленного производства с целью сокращения количества сточных вод и снижения загрязнений в них; • разработку и внедрение маловодной и безводной технологий; внедрение оборотного водоснабжения и расширение повторного использования очищенных сточных вод; рациональное использование удобрений и пестицидов; • реализацию планов водоохранных мероприятий с учетом перспективного размещения производительных сил. Для очистки промышленных и коммунальных стоков в настоящее время существуют: механический, физико-химический, химический и биохимический способы очистки. Для предотвращения попадания удобрений в водные объекты необходимы: • соблюдение соответствия норм и сроков внесения удобрений с учетом биохимических особенностей почвы; • дробное внесение удобрений в период вегетации (особенно для почв легкого механического состава); • внесение удобрений с оросительной водой, что уменьшает их дозу (внесение азотных удобрений при дождевании снижает дозу вдвое); • применение концентрированных и медленно действующих удобрений (в виде гранул с защитной оболочкой или труднорастворимых удобрений типа конденсатов мочевины), отдающих питательные вещества в почву постепенно, устойчивых к вымыванию; • исключение хранения удобрений под открытым небом. Для ограничения поступления пестицидов в водные объекты предусматривают следующие мероприятия: • совершенствование методов их применения и ограничение использования стойких препаратов (только при сильной зараженности вредителями); • уменьшение рассеивания пестицидов в окружающей среде (применение очаговой, ленточной или краевой обработки вместо сплошной; расход пестицидов при этом снижается в несколько раз); • замену пестицидов биологическими методами защиты растений. Методы улучшения качества природных вод. Природные воды обладают важным свойством – способностью к самоочищению. Процессы самоочищения природных вод происходят под влиянием солнечной радиации, деятельности микроорганизмов и водной растительности, других факторов. Наиболее интенсивно они протекают летом. Самоочищение загрязненных природных вод происходит при многократном (1:7...1:12) их разбавлении чистой водой. Эти процессы в замкнутых водоемах и подземных водах протекают медленно. Полное самоочищение воды Мирового океана, по прогнозам ученых, произойдет только через 2600 лет, а подземных – через 5000 лет. Процессы самоочищения воды протекают в результате ее насыщения кислородом. Под влиянием растворенного кислорода происходят окисление органических веществ и выпадение их на дно водоемов в виде минерального осадка. Наиболее интенсивно вода насыщается кислородом из воздуха на реках с быстрым течением и в водоемах при сильных ветровых волнениях. Этому способствует жизнедеятельность высших водных растений, насыщающих воду кислородом в результате фотохимических процессов фотолиза воды (фотосинтеза) под влиянием солнечной радиации. Наряду с этим качество воды улучшают водные растения за счет поглощения ряда растворенных и дисперсных веществ. К особо благоприятно действующим на процессы биологической очистки воды растениям относятся камыш, рогоз узколистный, тростник обыкновенный, рдест плавающий, роголистник и ряска. Очищающую способность водных растений используют для очистки сточных вод промышленных предприятий. Для этого создают специальные водные бассейны с тростником и другой болотной и приболотной растительностью. Реки выносят в моря и океаны огромные массы загрязнений. Однако вода морей остается прозрачной и достаточно чистой благодаря водной растительности и многочисленным живым организмам (ракообразным, моллюскам и червям). Поселения этих организмов, расположенных на одном квадратном метре, фильтруют более 200 м3/сут воды, освобождая ее от загрязнений. Прибрежные водоохранные зоны. Для защиты водных объектов от неорганизованного стока создают прибрежные водоохранные зоны, позволяющие максимально перевести поверхностный сток в подземный. В прибрежных водоохранных зонах пре­дусматривают лесные полосы для перехвата и перераспределения поверхностного стока, укрепления берегов и частичного извлечения минеральных солей, а также задержания эрозированной почвы и химических препаратов. Такая зона включает территорию, прилегающую к водному объекту, на которой устанавливают специальный режим для предотвращения загрязнения, засорения и истощения вод, и представляет собой систему лесных полос в сочетании с простейшими гидротехническими устройствами и сооружениями. Лесные мелиорации представляют собой защитные полосы в пределах верхней и средней частей речных бассейнов, создание которых уменьшает поверхностный сток и ослабляет процессы водной эрозии. Число и вид лесных полос определяются климатическими, топографическими, гидрологическими и гидрогеологическими условиями. Лесные мелиорации полевых прудов создают в балках, лощинах, суходолах. В прудах, заполняющихся водами поверхностного стока и подверженных быстрому заилению от поступающих наносов, по периметру устраивают лесную полосу шириной 20...80 м. Ниже делают залуженную полосу шириной 15...20 м для аккумуляции мелких фракций наносов и древесного опада (листва, ветви). В вершине пруда за лесной полосой создают илоуловитель из густопосаженной кустарниковой ивы и поперечных плетней. Подобная лесомелиорация позволяет перевести поверхностный сток в подземный, способствует более равномерному питанию водотока грунтовыми водами в течение года, защищает зеркало водоема от ветров и солнечной радиации, снижает испарение до 50 % и исключает загрязнение воды. Лесомелиорацию рек и речных долин осуществляют для истоков, мелких, средних и крупных рек. Лесомелиорация на поймах занимает 22 % территории, под лугами и другими видами сельскохозяйственного использования – 75 % и водной поверхностью – 3 %. Лесомелиорация территории речных долин при средней ширине долины 1,8 км включает: насаждения – 34 %, луга и сельскохозяйственные угодья – 58 %, водная поверхность – 8 % территории. Крупные реки имеют развитое судоходство и рыбоводство, каскады водохранилищ с гидроэлектростанциями, являются источниками водоснабжения и местами развития рекреационных мероприятий. К неблагоприятным процессам, происходящим в долинах этого звена, для предупреждения поступления твердых выносов с вышерасположенных участков, заносящих русло и сельскохозяйственные угодья на пойме, предусматривают прирусловые полосы. Кустарниковая прибровочная часть полосы шириной 30...70 м из устойчивых к затоплению ив здесь играет кольматирующую роль. Примыкающая к кусатрниковой ленте древоствольная часть полосы шириной 100... 130 м имеет мощную струенаправляющую опушку из трех рядов пирамидального тополя или осокоря. В пойме рек устраивают поперечные кольматирующие и ветроломные полосы, а берега долин укрепляют соответствующими лесными насаждениями или бунами. В долине рек со средней шириной 5 км лесомелиоративные насаждения составляют 20 %, луга и другие сельскохозяйственные культуры – 74 %, водная поверхность – 6 % от общей площади территории. Водохранилища на реках подвержены заилению в результате эрозии грунта с берегов как самого водоема, так и притоков, а также действию ветров, усиливающих испарение. Лесомелиорация здесь должна быть направлена на уменьшение эрозионных процессов путем создания кольматирующих лесных полос шириной 100 м через 300 м на затопляемых поймах и лесных полос по берегам русл и долин. Между полосами культивируются луга с хорошо развитым травостоем. Прибрежные лесонасаждения ослабляют скорость ветра в зоне более 1 км и таким образом снижают высоту и ударную силу волн, уменьшают на 10...30 % испарение, улучшают микроклимат и санитарно-гигиенические условия для населения. Для уменьшения негативных последствий по сформировавшемуся пляжу создают волноломные насаждения. Искусственная аэрация. Искусственная аэрация позволяет интенсифицировать процессы самоочищения воды. При дефиците в воде растворенного кислорода процессы самоочищения резко сокращаются. Возникает необходимость искусственной аэрации, которую осуществляют специальными аэраторами, пропуском воды через водосливные плотины и впуском воздуха в отсасываемые трубы работающих гидротурбин. При любом способе аэрации требуется затрата или потеря энергии. Эффективность искусственной аэрации оценивают приростом содержания кислорода на 1 кВт∙ч затраченной энергии. Очистка рек от донных отложений. Хозяйственное использование рек и водосборных площадей приводит к загрязнению и заилению речных русл. Речное русло содержит помимо воды твердые фракции ила. Водный сток определяют грунтовые, снеговые и дождевые воды, твердые фракции – взвешенные наносы, появляющиеся в результате эрозии грунтов на водосборной площади, образовавшиеся в результате распашки значительных площадей, вырубки лесов, лесонасаждений, нарушения водоохранных зон и т. п. и выпадения органических веществ, образующихся в результате процессов самоочистки водоемов. Взвешенные вещества поступают в водоток также со сточными водами, поверхностным стоком с городских территорий, промышленных площадок, животноводческих комплексов и т. п. Водный сток определяет транспортирующую способность реки, которая способна перемещать потоком взвеси без осаждения и таким образом обеспечивать самоочищение. Нарушение транспортирующей способности водотока является причиной заиления речных русл. Сокращение расхода в реке на 25 % приводит к снижению транспортирующей способности потока в 2 раза. Скорость течения зависит от расхода и уровня воды в реке. При использовании реки для судоходства или при создании гидротехнических сооружений увеличивается глубина и снижается скорость, а следовательно, падает транспортирующая способность. Это приводит к благоприятным условиям заиления водотока на значительном протяжении. В этом случае речной поток не в состоянии размывать донные отложения и обеспечивать самопромывку русла, что приводит к наносам, заилению и обмелению речного русла. Для поддержания русла в санитарном состоянии производят его очистку. Очистка рек от загрязненных донных отложений входит в систему водоохранных мероприятий. Необходимость в очистке русл устанавливается на данных натурных изысканий по выявлению мест скопления загрязнений. Параметры процессов очистки русл устанавливаются с учетом физических особенностей загрязненных донных отложений, факторов размыва, транспорта и осаждения взвесей, а также гидравлического сопротивления речного русла. Технологическая схема работ по очистке русла включает технические решения и эксплуатационные мероприятия, предотвращающие повторное заиление и занесение наносами очищенных участков. В связи с большим объемом и высокой стоимостью работ предусматривают гидравлическое моделирование разрабатываемых мероприятий. Качество воды водотока городской территории определяется с учетом загрязнений низовой границы населенного пункта. Очистка русла от загрязненных донных отложений производится землечерпательными и землесосными снарядами, а также струйными взмучивающими устройствами с водоструйными насосами. Первоочередной является очистка притоков и верховых участков русла. Использование стоков животноводческих комплексов. Стоки животноводческих комплексов губительно действуют на водные объекты. Сложность утилизации, трудности обеспечения санитарного состояния навозохранилищ и жижесборников представ­ляют проблему животноводческих хозяйств страны. В настоящее время используют следующую технологию обезвоживания навозных стоков: жидкий навоз, удаляемый из помещений скребковым транспортером, гидросмывом или гидросплавом, направляют в жижесборники, откуда насосами или самотеком по лоткам подают в отстойники, где навоз хранится полгода. За это время он разделяется на твердый осадок и осветленную часть, поступающую в бассейны суточного регулирования для смешивания с чистой водой. Эту смесь подают в закрытую оросительную сеть для полива кормовых культур. Защита вод от загрязнения синезелеными водорослями. Цветение воды при интенсивном развитии синезеленых водорослей возникает в результате вмешательства человека в формирование естественных биоценозов (создание водохранилищ, сброс сточных вод и др.). Для регулирования развития синезеленых водорослей предусматривают следующие мероприятия: • сокращение притока дополнительных пищевых ресурсов в водоемы за счет ограничения почвенного смыва и повышения качества сточных вод; • очищение поверхности от водорослевых масс с последующим использованием их в хозяйственных целях; • удаление иловых отложений, аккумулирующих биогенные элементы и органические вещества, и использование их в качестве удобрений; • повышение кислородного насыщения придонных слоев воды. Синезеленые водоросли являются ценным растительным сырьем для получения удобрений. По своему действию они равнозначны навозу, а зачастую и превосходят его. Использование водорослевых масс производят без отделения их от воды с помощью насосов. Иногда перед подачей пульпы на поля ее собирают в отстойники на песчаных участках, которые после кольматации зарастают дикорастущими растениями, что закрепляет их от ветровой эрозии. Синезеленые водоросли используют в качестве технического сырья для бродильной промышленности. Из 1 кг воздушно-сухого вещества получают (г): этилового спирта – 25…120, бутилового спирта – 20...50, ацетона – 6…40. Большое количество в синезеленых водорослях азотсодержащих веществ, в первую очередь белков и аминокислот, позволяет использовать их для кормовых целей. Синезеленые водоросли после специальной обработки (высушивание, кипячение, промывание) могут быть использованы для частичной замены (на 50 %) белка кормового рациона птицы. Эти водоросли богаты витаминами и микроэлементами. Перспективно использование синезеленых водорослей для фармацевтической и парфюмерной промышленности. Тепловые загрязнения. Тепловое загрязнение вод атомными и тепловыми электростанциями можно уменьшать в результате ограниченного использования естественных водоисточников для охлаждения. Для этой цели создают собственные водохранили­ща-охладители, брызгальные бассейны или мощные градирни. В отдельных случаях водяные охлаждения заменялись воздушными. В районах с прохладным климатом в водохранилищах-охладителях целесообразно разведение рыбы. Подогрев воды дает существенную прибавку рыбной продукции. Использование растительноядных рыб в таких водоемах предотвратит их эвтрофикацию. Отходы водного транспорта. Загрязнение вод отходами водного транспорта предотвращают путем сбора отходов с судов на специальные береговые или плавучие приемные пункты для переработки. Такие пункты создаются как в речных, так и в мор­ских портах. Для исключения загрязнения морских вод нефтепродуктами создаются экологически чистые танкеры с двойным корпусом. Зазор между двумя корпусами для холостого хода заполняют балластной водой, не соприкасающейся с нефтью. Загрязнения атмосферы. Мерами предохранения природных вод от загрязнения через атмосферу должны служить установки газо-, золо- и пылеуловителей и различные устройства для рекуперации отходов. В целом следует иметь в виду, что даже самые совершенные методы очистки сточных вод смогут лишь отдалить загрязнение природных вод, но не приостановить его, поскольку в экономически развитых районах будут использоваться все водные ресурсы, что вызовет их загрязнение даже при соблюдении норм очистки сточных вод. Поэтому проблема чистой воды может быть решена только путем перевода к замкнутым системам водоснабжения, в которых очистные сооружения должны быть предназначены не для подготовки вод к впуску их в естественные водотоки, а для многократного использования в производственных циклах. 7. Санитарная охрана водоемов В целях охраны от загрязнения прибрежных вод, используемых для питьевого и бытового водоснабжения, лечебных, курортных и оздоровительных нужд населения, устанавливаются районы водопользования населения и два пояса зоны их санитарной охраны. В районы водопользования включаются: районы, используемые в настоящее время и предусматриваемые на перспективу для купания, водного спорта и культурного отдыха с устройством пляжей и водных станций в границах населенных мест, пригородов, курортов (санаториев, домов отдыха, пансионатов), туристских баз, кемпингов, палаточных городков и других баз длительного и кратковременного отдыха населения, а также районы водозаборов хозяйственно-питьевого водоснабжения, плавательных бассейнов, водолечебниц и других бальнеологических сооружений. Границы охраняемых прибрежных вод определяются с учетом перспективы использования побережья для культурно-бытовых и рекреационных нужд населения или в других народнохозяйственных целях. Организация района водопользования населения должна быть направлена на обеспечение его эпидемической безопасности и предупреждение ограничения водопользования вследствие загрязнения вредными веществами. Границы такого района по береговой протяженности определяются зоной фактического и перспективного организованного водопользования. Зоны санитарной охраны водопользования включают: зону охраны источника водоснабжения в месте водозабора, зону и санитарно-защитную полосу водопроводных очистных сооружений и санитарно-защитную полосу водоводов. Согласно СНиП 2.04.02-84, зона санитарной охраны для источника водоснабжения устанавливается в три пояса, для водозаборных сооружений и очистных сооружений она состоит из первого пояса, для водоводов – из второго пояса. Зону санитарной охраны водного источника предусматривают из трех поясов: первого – строгого режима, второго и третьего – режима ограничения. Зона санитарной охраны водопользования служит для предотвращения превышения установленных нормативных показателей микробного и химического загрязнений воды в пределах района фактического и перспективного водопользования. Территориальные воды РФ (внутренние моря и устьевые области рек) считаются рыбохозяйственными водоемами, когда используются для промысловой добычи рыбы, водных животных и растений или имеют значение для воспроизводства запасов промысловых рыб. Мероприятия по предотвращению загрязнения прибрежных районов должны проводиться с учетом необходимости выполнения требований международных договоров РФ по охране от загрязнения вод морей. Буровые, геологоразведочные и другие работы, оказывающие вредное влияние на живые ресурсы моря, могут осуществляться в пределах береговых охраняемых полос, во внутренних морских и территориальных водах РФ и на континентальном шельфе РФ только при наличии специального разрешения, выдаваемого в установленном порядке. Береговой охраняемой полосой при этом считается двухкилометровая прибрежная полоса суши, отсчитываемая от линии максимального уровня моря, наблюдавшегося в данном месте. Расчеты загрязнений от поступления в акватории (в границах прибрежных охраняемых районов) стоков, содержащих вещества с лимитирующими показателями вредности, должны учитывать наличие веществ, находящихся в морских водах или поступающих к месту смешения. Причем сумма отношений таких концентраций (С1, С2, ... , Сn) каждого из веществ в расчетном створе водного объекта на границе района водопользования не должна превышать единицы. Оценка уровня загрязнений прибрежных вод районов водопользования населения и поясов зон их санитарной охраны дается по показателям, приведенным в табл. 10. В местах водозаборов и плавательных бассейнов с морской водой количество кишечных палочек и энтерококков не должно превышать соответственно 100/л и 50/л. При систематическом сезонном развитии и скоплении водорослей предусматриваются мероприятия по очистке от них района водопользования. При органических загрязнениях, превышающих установленный норматив, оценка загрязнения производится с учетом общей санитарной ситуации и других прямых и косвенных санитарных показателей загрязнения морской среды. Для определения в воде патогенных микроорганизмов применяют методы, рекомендованные Методическими указаниями по гигиеническому контролю загрязнения – методическими указаниями по обнаружению в воде возбудителей кишечных инфекций. В местах массового купания дополнительным показателем загрязнения является количество стафилококков в воде. Сигнальным значением для регламентации нагрузки на пляжи является повышение их количества до более 100 в 1 л. Условия отведения, степень очистки и обеззараживания сточных вод при спуске их в районах I пояса зоны санитарной охраны должны обеспечивать коли-индекс сточных вод не более 1000 при концентрации свободного хлора не менее 1,5 мг/л. При отведении сточных вод с берега за пределы I пояса зоны санитарной охраны микробное загрязнение морской воды на границе I–II поясов зоны не должно превышать по коли-индексу 1 млн. Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ, принятые в Правилах охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами и указанные в дополнительном перечне ПДК вредных веществ в воде водоемов санитарно-бытового водопользования № 2263-80, временно распространяются на воды районов водопользования населения и I пояса зон их санитарной охраны, используемых в рекреационных, оздоровительных и хозяйственно-питьевых (после опреснения) целях. Общие требования к составу и свойствам прибрежных вод морей, используемых для рыбохозяйственных целей, аналогичны требованиям, изложенным в Правилах охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами. Таблица 10 Требования к составу морской воды района водопользования и I пояса зоны санитарной охраны Характеристика воды Требования к воде Район водопользования I пояс зоны санитарной охраны Плавающие вещества Запахи Прозрачность Окраска Биологическая потребность в кислороде (БПК5) Возбудители инфекционных заболеваний Количество кишечных палочек в 1 л воды Вредные вещества Отсутствие плавающих ве­ществ на поверхности и в верхнем (30 см) слое воды (пленка, масляные пятна, включения и другие примеси) Интенсивность запахов не должна превышать 2 баллов (при отсутствии постороннего запаха и привкуса) Не менее 30 см, когда снижение прозрачности обусловлено местными гидрофизическими, топографо-гидрологическими и другими природно-климатическими факторами, величина ее не регламентируется Не допускается окраска воды в столбике воды 10 см Менее 3,0 мгО2/л при 20 °С Не должны обнаруживаться Не более 1000 Регламентируется в соответствии с перечнем разрабатываемых гигиенических нормативов для морских вод Отсутствие плавающих веществ и других примесей на поверхности воды Отсутствие постороннего запаха и привкуса Не регламентируется То же То же То же Количество регламентиру­ется применительно к условиям спуска сточных вод То же Качество прибрежных вод морей и устьевых областей рек, используемых для рыбохозяйственных целей, устанавливается в зависимости от категории водного объекта, в соответствии с ГОСТ 17.1.2.04-77 «Охрана природы. Гидросфера. Показатели состояния и правил токсикации рыбохозяйственных водных объектов». При этом водными объектами высшей (особой) категории являются: места нерестилищ, массового нагула и зимовальные ямы особо ценных видов рыб и других промысловых водных организмов (например, лососевых, осетровых, морской выдры); основные нерестилища, места массового нагула и зимовальные ямы ценных видов рыб, являющихся важными объектами промысла или организованного любительского лова (например, леща, судака, воблы); водоохранные зоны хозяйства любого типа для искусственного разведения рыб и водоохранные зоны садковых и прудовых хозяйств. К водным объектам первой категории относятся водоемы, используемые для сохранения и воспроизводства ценных видов рыб, обладающих высокой чувствительностью к содержанию кислорода. Наиболее важные участки этих водоемов в установленном порядке могут получать статус преимущественного рыбохозяйственного водопользования. К водным объектам второй категории относятся водоемы, используемые для сохранения и воспроизводства ценных видов рыб, обладающих высокой чувствительностью к содержанию кислорода. Наиболее важные участки этих водоемов в установленном порядке могут получать статус преимущественного рыбохозяйственного водопользования. К водным объектам второй категории относятся водоемы, используемые для других рыбохозяйственных целей. В районе стационарных выпусков сточных вод состав и свойства морской воды независимо от условий смешения должны удовлетворять рыбохозяйственным требованиям на расстоянии 250 м и более в любом направлении от места выпуска. В водные объекты высшей (особой) категории, а также морские районы или их отдельные участки, перспективные для рыбного промысла или для сохранения и воспроизводства ценных видов рыб и других объектов водного промысла, в места массового нереста, нагула рыб и расположения зимовальных ям, на путях миграции рыб, сброс любых сточных вод, в том числе и очищенных, запрещается. Запрещается сброс сточных вод, если они содержат: вредные вещества, предельно допустимые концентрации которых превышают установленные нормы; ценные отходы, которые могут быть утилизированы на данном или на других предприятиях; производственное сырье, реагенты, полупродукты или конечные продукты производства в количествах, превышающих установленные нормативы технологических потерь; возбудителей заболеваний; вещества, для которых не утверждены предельно допустимые концентрации, могут быть исключены из системы водоотведения путем рациональной технологии, максимального использования в системах оборотного и повторного водоснабжения или устройства бессточных производств. Запрещается сброс очищенных производственных и бытовых сточных вод: • в границах охраняемых прибрежных районов водопользования; • в моря или прибрежные охраняемые районы, объявленные заповедными; • в моря или прибрежные охраняемые районы, имеющие особое государственное значение либо особую научную ценность. 8. Использование малых рек Малые реки (длиной до 100 км), на долю которых приходится значительная часть поверхностного стока России, наиболее восприимчивые к антропогенному воздействию. Своеобразный компонент географической среды, малые реки в значительной степени выполняют функцию регулятора водного режима определенных ландшафтов, поддерживая равновесие и осуществляя перераспределение влаги. Главной особенностью формирования стока малых рек является очень тесная их связь с ландшафтом бассейна, что и обусловливает легкую уязвимость этих водных артерий – не только при чрезмерном использовании водных ресурсов, но и при освоении водосбора. Под воздействием хозяйственной деятельности малые реки преждевременно вступили в фазу старения. Снижение водности и заиление русел способствует быстрому зарастанию и заболачиванию, наступает деградация, и малые реки исчезают с лица земли. Вырубка лесов и неумеренная распашка прилегающих территорий приводят к значительному уменьшению поверхностного и подземного грунтового стока воды в малые реки. Особенно пагубна распашка склонов, балок, оврагов, при которой нарушается эрозионная устойчивость почвы и значительная ее часть смывается в реки. Реки заиливаются, мелеют. Для малой реки чрезвычайно опасны сточные воды крупных свиноводческих ферм. Пока еще нет таких надежных способов очистки, чтобы сток свинофермы стал пригоден для сбрасывания в реку. Значит, эти сточные воды вообще нельзя сбрасывать в реку. Их нужно полностью использовать для удобрительного орошения кормовых культур, правда при условии, что рядом с фермой располагаются большие земельные угодья. Другой вариант решения проблемы – создания на крупных фермах установок по переработке навоза в биогаз и удобрения. Охрана вод малых рек теснейшим образом связана с охраной от загрязнения территорий, с которой река собирает свои воды. У малых рек способность к самоочищению значительно меньше, чем у больших, и механизм самоочищения при перегрузках легко нарушается. В связи с этим особенно остро стоит задача создания на их берегах водоохранных зон. Овраги, примыкающие к водоохранной зоне, должны быть укреплены, чтобы не засоряли, не заиливали водоем. За пределы зоны должны бить вынесены все объекты-загрязнители. Родники, питающие реку или озеро должны быть расчищены, ухожены. 9. Пути сокращения сброса в водоемы. Бессточные водохозяйственные системы Замкнутая система водообеспечения – система водного хозяйства промышленных предприятий, производственных комплексов, обеспечивающая возврат всех жидких отходов после соответствующей обработки для повторного использования или переработки на вторичное сырьё. Наиболее рациональным в решении проблемы охраны водоемов от загрязнения сточными водами является создание замкнутых систем водоснабжения и канализации промышленных предприятий с использованием очищенных сточных вод в системах технического и оборотного водоснабжения и забором свежей воды из водоисточников в основном для целей питьевого водоснабжения. Необходимость разработки и внедрения замкнутой системы водоснабжения промышленного предприятия зависит от ряда причин, а именно: 1) от дефицита воды в районе или области; 2) от содержания в водохозяйственном объекте загрязняющих веществ, близких к их ПДК в водоеме; 3) от применения современной малоотходной технологии. Целесообразность применения замкнутых систем определяется также степенью ущерба, наносимого водоему при сбросе неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод; необходимостью извлечения из сточных вод ценных компонентов и их утилизации; высокими требованиями к качеству сточных вод, сбрасываемых в канализацию или водоемы, ибо иногда по ряду компонентов к сбрасываемой воде предъявляются требования более высокие, чем к качеству питьевых вод, и поэтому сброс таких вод нецелесообразен. Внедрение замкнутых систем обосновывается технико-экономическими расчетами, причем в ряде случаев применение таких систем, даже при их экономической нецелесообразности, диктуется необходимостью улучшения санитарно-гигиенических и экологических условий на предприятиях, в ТПК и т. д. Кроме совершенствования методов очистки сточных вод и введения безводных процессов для создания таких систем необходимо разработать технологические процессы, позволяющие резко сократить отходы-производства и потребления воды. Применение рациональных схем водоснабжения предприятий с многократным использованием воды в производствах и создание внутрицеховых оборотных систем, включающих локальные сооружения очистки наиболее загрязненных сточных вод, дают возможность резко сократить количество сточных вод, поступающих на внеплощадочные очистные сооружения. Причем на эти сооружения поступают только воды, содержащие биохимически разрушаемые соединения, что позволяет возвратите очищенную воду в системы технологического и оборотного водоснабжения. Особенности создания замкнутых систем Развитие народного хозяйства связано со всё возрастающим потреблением свежей воды. Поскольку водные ресурсы расходуются также и на разбавление сточных вод, существует реальная опасность их истощения и загрязнения. Это обусловливает необходимость перехода от прямоточных систем водоснабжения с очисткой использованных вод перед сбросом их в водоём к последовательно-оборотному водоснабжению. Глубина очистки используемой в оборотных системах воды зависит от требований, которые предъявляют к ней потребители. Во многих случаях эти требования значительно ниже, чем при сбросе воды в водоём. Однако опыт эксплуатации оборотных систем показывает, что они также не могут полностью исключить загрязнение водоёмов. В системах оборотного водоснабжения обычно до 10% воды заменяется на свежую из-за продувки, потерь и другого. Сброс засоленных продувочных вод из оборотных циклов ряда производств, а также ливневых и дренажных вод с промышленной площадки отрицательно сказывается на общем состоянии водоёмов и увеличивает затраты на водоподготовку расположенных ниже потребителей воды. Эффективным методом охраны вод от загрязнения и истощения и значительного уменьшения потребления свежей воды является внедрение замкнутых бессточных и безотходных систем водного хозяйства. В перспективе внедрение замкнутых систем приведет к полному исключению попадания загрязнений со сточными водами в окружающую среду и практически полному прекращению потребления свежей воды на технические нужды. Для восполнения безвозвратных потерь будут использоваться очищенные ливневые, дренажные и особенно хозяйственно-бытовые сточные воды. Процесс перехода на такие замкнутые системы по экономическим, техническим и иным причинам потребует значительного времени. Уже первые опыты по разработке, проектированию, наладке и эксплуатации замкнутых систем показали, что они требуют принципиально иного полхода. Необходимо одновременно решать две проблемы: 1) изменять основную технологию с целью оптимального использования сырьевых ресурсов и внедрения маловодных и безводных процессов; 2) создавать совершенную замкнутую систему очистки и последовательно-повторного использования воды в производстве. Наиболее сложной и важной задачей является решение первой проблемы, так как она охватывает практически все отрасли экономики. Создание замкнутой системы водного хозяйства предусматривает внедрение эффективных, прежде всего физико-химических, методов очистки сточных вод, установление научно обоснованных предельно допустимых концентраций солей, нефтепродуктов и других компонентов в оборотной воде с учётом её эпидемиологической и токсикологической безопасности для каждого замкнутого цикла, создание максимально возможного количества локальных замкнутых циклов с многократным использованием воды в них, извлечение из сточных вод ценных компонентов, переработку с целью утилизации выделенных осадков и засоленных вод. Естественно, что в замкнутых системах доля оборотного водоснабжения должна быть доведена до предельной величины. Отличительной особенностью замкнутых бессточных и безотходных систем водного хозяйства является необходимость иметь в их составе так называемые хвостовые установки, наличие которых и позволяет сделать систему замкнутой. К ним относятся установки переработки и утилизации концентрированных отработанных технологических растворов, обезвоживания и сушки осадков, стабилизационные, биоинженерные, деминерализационные и сжигания. Наличие таких установок усложняет и удорожает систему, которая по существу представляет химико-технологический комплекс (цех) по производству чистой воды. Кроме повышенных капитальных и эксплуатационных затрат, необходимо высокопроизводительное оборудование (механического обезвоживания, обессоливания и др.), сложные приоры и средства вычислительной техники, высококвалифицированный обслуживающий персонал. В этом случае цех водоснабжения становится из второстепенного основным. Организация замкнутой системы требует одновременной проработки всех элементов водного хозяйства в их взаимосвязи, а не только её отдельных частей (чистых и грязных оборотных циклов, локальных сооружений по очистке стоков и др.). Действительно, в системе производится очистка всех ливневых вод, на хвостовых участках перерабатываются все отходы от локальных циклов и другое. Всё это должно быть увязано в едином хозяйстве. Создание замкнутой системы требует совместных усилий специалистов различных направлений: водников, технологов, экономистов, гигиенистов. 10. Доочистка бытовых и промышленных стоков и использование их в техническом водоснабжении На формирование свойств городских сточных вод основное влияние оказывают состав питьевой воды, потребляемой населением, норма водопотребления, а также размер и степень загрязнения производственных сточных вод, сбрасываемых в городскую водоотводящую сеть. Влияние производственных сточных вод на состав городских стоков значительно сокращается по мере введения в действие локальных очистных сооружений. При повторном использовании городских сточных вод в системах промводоснабжения следует учитывать санитарно-гигиенические нормы. Один из наиболее распространенных способов доочистки биохимически очищенных сточных вод от взвешенных веществ – метод фильтрования, что позволяет получить фильтрат с содержанием взвешенных веществ не более 3 мг/л и БПКполн – 3...6 мг/л. Перспективным способом доочистки сточных вод от органических соединений является озонирование, позволяющее одновременно со снижением концентрации органических веществ обеззараживать воду от содержащихся в ней бактерий и вирусов, уничтожать запахи и окраску. При малых дозах окисляются вещества с высокой молекулярной массой и выраженной токсичностью. Общее разрушение органического вещества в этом случае не превышает 35 %. При больших дозах озона интенсивно образуются продукты деструкции, при которых величина ХПК и содержание органического углерода в сточной воде практически не меняются. Процесс разрушения органического вещества на­чинается при 1,5...1,6 мгО2 на 1 мг содержания органического углерода. Для достижения требуемых санитарно-гигиенических требований к воде, используемой в закрытых системах, применяют фильтрование и обеззараживание хлором. При повышенном содержании трудноокисляемых веществ в воде эту схему дополняют контактной коагуляцией. Когда в открытых системах промышленного водоснабжения используется часть очищенных вод на станции аэрации, включающей доочистку фильтрованием и хлорирование, на предприятии предусматривают доочистку озонированием. Кроме перечисленных схем, для промышленного водоснабжения применяют сооружения физико-химической очистки (флотаторы, сорберы, ионообменные и ультрафильтрационные аппараты и т.п.), которые также позволяют защитить системы от карбонатных отложений, коррозии и биообрастаний. 11. Прогнозирование водных ресурсов с учетом водоохранных мероприятий Под прогнозированием достаточно часто подразумевают определение свойств или состояния какого-либо объекта или системы через заданный интервал времени. Взаимоотношения человека и природы в будущем во многом объективно не определены, и предвидеть их характер как количественно, так и качественно практически невозможно. Поэтому рассмотрение процессов развития с вероятностных позиций приведет к бесчисленному множеству различных решений, реализация которых не будет результативной. В связи с этим возникла необходимость обширного исследования долгосрочного планирования и разработки соответствующей методологии для оценки социальных, технических и эко­логических аспектов окружающей среды будущего. Это необходимо не только для оценки длительного влияния современных видов антропогенного воздействия на окружающую среду, но и для определения параметров социально-культурных аспектов жизни, с тем чтобы сделать правильный выбор. Долгосрочный прогноз должен отражать принципы развития этой системы. Существуют следующие методы долгосрочного прогнозирования: метод экспертных оценок, основанный на использовании интуиции, опыта знаний экспертов, высказывающих свои суждения по объекту прогнозирования. Этот метод позволяет без каких-либо детальных расчетов и исследований приближенно оценивать перспективу развития известных процессов: моделирования, основой которого является создание некоторой логической или информационной модели, подобной явлениям или процессам, происходящим в природе; метода экстраполяции, заключающегося в мысленном развитии или расчете, вскрытых на определенном этапе развития перспектив будущего. Прогнозирование использования водных ресурсов с учетом природоохранных факторов требует применения методики общенаучных методов, ибо при решении данной проблемы приходится учитывать результаты исследований всех наук. Каждый метод прогнозирования можно представить как алгоритм пере­работки информации. При этом требования любого метода к исходным данным могут заключаться в виде кодов. В долгосрочных прогнозах важно соблюдение необходимой степени детализации разработок, которая должна быть меньше используемых в настоящее время. Пока наиболее распространенным является метод экспертных оценок, который применяется и при прогнозировании использования природных вод с учетом охраны природы. Однако степень точности прогнозов по мере удаления от расчетного периода времени соответственно будет уменьшаться, что вполне естественно. Основное содержание прогнозов – изучение процессов смешения и разбавления сточных вод водой водоема. Трансформация загрязняющих веществ вдоль водотока определяется инженерными расчетами. Разработанные в результате этих исследований модели могут быть рекомендованы для приближенных расчетов качества воды при сбросе в нее сточных вод. Общий их недостаток в том, что они неполно учитывают реальные источники загрязнений и не отражают метаболизма загрязняющих веществ с характеристиками всей экологической обстановки в водоеме (донных отложений, растительного и животного биоценоза). Поэтому при составлении прогноза качества воды в водных источниках важно учитывать ту реальную обстановку, которая определяет состав сбрасываемых сточных вод и позволяет выработать рекомендации по мероприятиям, способствующим сохранению чистоты водного объекта. При построении моделей оценки и прогнозирования качества воды широко используется камерное описание объекта. Река считается одномерным водотоком, вдоль которого расположено конечное число водосбросов и водозаборов. Она разбивается на отдельные участки – камеры. Предполагается, что в водотоке происходит интенсивное перемешивание, препятствующее стратификации потока, и характеристики водотока в рамках каждого участка (камеры) достаточно постоянны и однородны. Требование однородности также распространяется на поступление загрязняющих веществ, т.е. в камере отсутствуют скачки загрязнений. Поэтому границами участков считаются места сбросов отходов, зоны слияния рек, участки впадения крупных притоков и т.д. При этом размеры камер зависят от периода прогнозирования: чем он больше, тем более агрегированной должна быть модель прогноза, т.е. больше размеры камер. Из-за сложности учета всех природных и антропогенных факторов, влияющих на качество воды в реке, в прогнозировании находят широкое применение вероятностные модели. Они обычно строятся на основе детерминированных моделей при камерном описании водотока. Колебания параметров на выходе одной камеры можно рассматривать как вероятностно-распределенные начальные условия для следующей по течению камеры. Модель управления качеством воды состоит из нескольких составляющих: имитационной модели качества воды, модели гидрологического режима, моделей функционирования элементов водоохранного комплекса, моделей экономической оценки водоохранных мероприятий и службы контроля. Имитационная модель позволяет определить пространственно-временное распределение показателей качества воды в речном бассейне в зависимости от гидрологического и гидрохимического режимов реки и интенсивности источников загрязнений. На вход имитационной модели поступает информация о гидрологическом режиме речного бассейна, о прогнозе количества и вида загрязнений, поступающих в реку, и прогнозе природных воздействий на параметры водной среды, трансформированной элементами водоохранного комплекса. Имитационная модель качества воды, модель гидрологического режима и модель функционирования элементов водоохранного комплекса образуют модель прогноза качества воды. Выходом модели прогноза качества воды, откорректированной на основе информации станций контроля, является расчетный профиль качества воды. В задаче планирования модель управления может иметь как экологический характер, так и являться синтезом экономического и экологического критериев. В случае задачи оперативного управления эта модель должна оценивать ущерб, наносимый водной среде отклонениями показателей качества от ПДК при данном режиме функционирования водоохранного комплекса и системы контроля. Прогноз входа модели управления водоохранного комплекса в каждый последующий момент при необходимости корректируется на основе фактических данных, поступающих от станций контроля. Следует заметить, что экономические и экологические ограничения на систему управления качеством воды могут противоречить друг другу. Тогда надо либо изменить их, применяя методы неформального анализа, либо оставить одно из них. В задачах планирования следует оставить прогноз требований водопользователей к качеству воды, в задачах оперативного управления - прогноз экономических ограничений на деятельность водоохранного комплекса и системы контроля. Необходимость долгосрочного прогнозирования рационального использования и охраны водно-земельных ресурсов совершенно очевидна, ибо результаты его во многом будут предопределять развитие различных отраслей народного хозяйства и оказывать влияние на уровень жизни населения. Вместе с тем в современной обстановке и в ближайшей перспективе требуется создание все новых водохозяйственных систем и объектов. Этому должно предшествовать обоснование, включающее следующие этапы: – определение потребностей в воде для различных водопользователей в пределах данного района или бассейна на соответствующих расчетных этапах и увязка этих требований с соседними бассейнами; – всестороннее изучение природных условий и особенностей намечаемых водохозяйственных мероприятий, учитывающих проведение мер по экономному расходованию воды и защите ее от загрязнения и истощения; – разработку и обоснование методики моделирования процессов функционирования водохозяйственных систем с учетом воздействия антропогенных факторов; – разработку и использование математического и технического моделирования решаемых задач; – изучение конкретных процессов на моделях и интерпретацию результатов моделирования; – разработку ряда вариантов проектных решений на основе проведенного моделирования; всестороннее сравнение всех вариантов и выбор наиболее оптимального из них, исходя из социальных, экологических и технико-экономических условий; – комплексное проектирование и осуществление намеченных решений. Применяемые в настоящее время математические модели комплексного использования и охраны водных ресурсов базируются на описании природных связей с помощью математических уравнений. Водохозяйственное и мелиоративное строительство вносит существенные изменения в окружающую среду, поэтому к разработке проектов и их экологическому обоснованию привлекаются специалисты различного профиля, которые наряду с решением отдельных частных вопросов дают общую объективную оценку всей совокупности природных явлений и анализируют ход их изменения после осуществления намеченных мероприятий. Строительство водохозяйственной системы нельзя начинать до тех пор, пока не будет полной ясности о возможных последствиях, даже и в том случае, если от задержки осуществления проекта намечаемые водопользователи будут временно испытывать некоторый ущерб. При этом по мере накопления новых данных систематически пересматриваются принимаемые решения. Решения, которые нам представляются прогрессивными, могут оказаться архаичными через небольшой период времени, особенно имея в виду, что гидротехнические объекты рассчитаны на весьма длительные сроки эксплуатации. Поэтому для ряда осуществляемых проектов предусматривают временные условия эксплуатации. Лекция № 5 Основы технико-экономического анализа при проектировании водохозяйственного комплекса Все природные ресурсы, в том числе и водные, – общенародная собственность. Однако это не означает, что они не должны иметь экономической оценки. Использование природных ресурсов должно осуществляться на экономической основе. Существуют два способа расчета экономических показателей: на базе расходов, имевших место при освоении ресурсов, и по ожидаемому эффекту. Вопросам всестороннего анализа мероприятий по использованию и охране водных ресурсов необходимо уделять серьезное внимание, так как водохозяйственные объекты являются весьма капиталоемкими и требующими длительных сроков строительства и освоения. Водохозяйственные мероприятия по использованию водных ресурсов оценивают с технической, экологической, социологической и экономической сторон. Такой анализ называют технико-экономическим. Он необходим при проектировании, реконструкции и эксплуатации водохозяйственных систем. Технико-экономический анализ является основой при определении структуры системы, выборе параметров ее элементов, оценке экономической эффективности варианта решения, для распределения затрат между участниками водохозяйственного комплекса, при обосновании эффективности водоохранных мероприятий. При технико-экономическом анализе рассматривают несколько альтернативных вариантов решения поставленной задачи. Большое значение при этом имеет, какой ценой достигается поставленная цель в каждом из рассматриваемых решений. При проектировании выявляют экономически наиболее выгодный вариант проектного решения. Это делают на основе общей компоновки системы, построения структурной схемы, выбора типа сооружений водоснабжения и водоотведения, спосо­бов повторного использования воды, методов орошения и осушения сельскохозяйственных земель, видов мелиорации земель в сельскохозяйственном производстве. 1. Основные фонды водного хозяйства В сфере материального производства участвуют люди и средства производства. Средства производства делятся на средства труда и предметы труда. Средства труда – машины, оборудование, здания и сооружения – относят к основным фондам. Их стоимость переносится на впускаемую продукцию долями в виде амортизационных отчислений в течение относительно длительного периода. Предметы труда – сырье, материалы и т. д. – относят к оборотным фондам. Стоимость их полностью переносится на продукцию одного производственного цикла. Капитальные вложения представляют собой затраты на создание новых, расширение и реконструкцию действующих основных фондов. Основным источником затрат на капитальные вложения является национальный доход, который представляет собой часть совокупного общественного продукта. Национальный доход состоит из фонда потребления и фонда накопления. Фонд накопления направляют на расширение и совершенствование производства; значительную часть его используют на капитальные вложения. Одним из важнейших показателей интенсификации использования водных ресурсов является водоемкость национального дохода. Водоемкость национального дохода (по забору свежей воды) имеет тенденцию к снижению. Более быстрыми темпами снижалась водоемкость совокупного общественного продукта. Однако снижение водоемкости происходит неравномерно: отстающим звеном является сельское хозяйство. Динамика водоемкости общественного производства показывает, что в сфере потребления воды имеются значительные резервы интенсифика­ции водопользования, хотя уже наметилась общая тенденция снижения забора свежей воды. 2. Капитальные вложения и эксплуатационные расходы Капитальные вложения включают затраты на выполнение строительно-монтажных работ; стоимость приобретенного оборудования, инструмента, инвентаря; прочие затраты (научные, проектно-изыскательские работы, содержание дирекции строя­щихся предприятий и др.). В структуре капитальных вложений наибольший удельный вес имеют строительно-монтажные работы, меньший – оборудование, незначительный – прочие затраты. Эффективность капитальных вложений проектного решения определяет экономический эффект, получаемый в результате реализации проекта строительства. Задача здесь сводится к отысканию такого варианта проектного решения, при котором достигается минимум общественно необходимых затрат в сфере строительства и эксплуатации. Проектирование неразрывно связано с технико-экономическим анализом, позволяющим обосновать выбор наилучшего варианта строительства, способствующего повышению эффективности капитальных вложений. Эта задача решается в двух направлениях: выявление общей (абсолютной) экономической эффективности и сравнение экономического эффекта вариантов технического решения. Общая (абсолютная) экономическая эффективность представляет собой отношение эффекта ко всей сумме капитальных вложений. Эффективность капитальных вложений Э в целом по отрасли водного хозяйства может быть представлена отношением прироста годового дохода к способствующим ему капитальным вложениям: Э = ΔД / К, где ΔД – прирост годового дохода (чистая продукция), равный разности фактических объемов дохода за два следующих друг за другом года; К – капитальные вложения. Когда прирост чистой продукции не определяют, то экономическую эффективность устанавливают отношением прироста прибыли к капитальным вложениям, обеспечивающим этот прирост. Прибыль определяют как разность стоимости годового выпуска продукции в оптовых ценах и себестоимости этой продукции, а экономический эффект равен отношению этой разности к капитальным вложениям. Сравнительная экономическая эффективность рассматривается в процессе оценки и выявления более эффективного варианта проектных решений. Показателем эффективности в этом случае являются приведенные затраты: З = И + Ен∙К; или полные затраты: З = И∙Тн + К; где И – издержки эксплуатации (текущие затраты, себестоимость или эксплуатационные расходы); Ен – нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений (в настоящее время принят для отрасли водного хозяйства, равный 0,12) Ен = 1 / Тн; К – единовременные капитальные затраты в осуществление строительства; Тн – нормативный срок окупаемости, равный 8,35 года. Приведенные затраты относят к одному году эксплуатации сравниваемых вариантов объектов строительства. Издержки эксплуатации (текущие затраты) составляют себестоимость единицы выпускаемой продукции или себестоимость годового выпуска продукции. В себестоимость входят все затраты, связанные с выпуском какой-либо продукции: оплата труда, стоимость потребленных материалов, топлива, энергии, амортизационные отчисления по основным фондам, эксплуатационные расходы по их содержанию (отопление, водоснабжение, электроснабжение, смазочные и обтирочные материалы и др.) и накладные расходы. К единовременным затратам относят капитальные вложения на создание новых, расширение и реконструкцию существующих основных фондов производственного и непроизводствен­ного назначения. При выявлении экономической эффективности объектов принимают полные капиталовложения с учетом сопряженных затрат. Капитальные вложения в строительство включают затраты на возведение основного объекта и на приобретение производственного оборудования, а также затраты на все смежные сооружения, необходимые для получения основной продукции (вспо­могательные здания и сооружения, подъездные пути, водозабо­ры, водосбросы, очистные сооружения, энергетические объекты, коммуникации и т. п.). К сопряженным затратам относят капитальные вложения на создание материально-технической базы строительной индустрии (заводов железобетонных изделий, домостроительных и деревообделочных комбинатов, заводов стальных конструкций и товарно­го бетона, заводов санитарно-технических заготовок и др.). При определении приведенных затрат пользуются себестоимостью единицы продукции и удельными капитальными вложениями. В данном случае удельные капитальные вложения представляют собой полные единовременные затраты, приходящиеся на единицу годовой мощности, на 1 м коммуникаций и т. п. При технико-экономическом анализе проектных решений используют следующие основные показатели: капитальные вложения, эксплуатационные расходы, затраты на возведение водохозяйственных объектов в смежных отраслях народного хозяйства, себестоимость (очистки и транспортирования питьевой воды в городе; очистки и отведения канализационных стоков; подачи воды для орошения сельскохозяйственных культур). В практической деятельности проектных организаций капитальные вложения определяют в соответствии со сметно-финансовой документацией, разрабатываемой на основе Инструкции о составе, порядке разработки, согласования и утверждения проектно-сметной документации на строительство предприятий, зданий и сооружений и СНиП 1.02.01-85. Полные капитальные вложения (сметная стоимость проектируемого объекта) в учебных условиях определяют по удельным капитальным вложениям. В этом случае полные капитальные вложения на возведение объектов определяют умножением значений удельных капитальных вложений на производительность сооружения, протяженность коммуникаций и т.п. Капитальные вложения для возведения сооружений систем водоснабжения и канализации включают сумму затрат на строительство водозаборных резервуаров и башен, прокладку водоводов магистральных и распределительных сетей, строительство коллекто­ров и очистных сооружений, в том числе отстойников, фильтров, установок для обеззараживания воды насосных станций и т. п. Капитальные вложения по каждому из вариантов определяют с учетом сопоставимости по комплексу затрат и уровню цен. Объектные сметы составляют по рабочим проектам. Они определяют сметную стоимость сооружений, входящих в состав системы водоснабжения или канализации, а также всего водохозяйственного комплекса узла. Сметную стоимость отдельных сооружений определяют по прейскурантам, укрупненным сметным нормам. Составлению сметы предшествует определение объемов работ с применением технических спецификаций. Например, техническая спецификация для составления смет на внешние сети систем водоснабжения включает: наименование участка сети, длину трубопровода, диаметр и материал труб, характеристику грунтов, глубину заложения, наличие грунтовых вод и т. п. В объектные сметы включают средства на возведение временных зданий и сооружений в размере не более 3 % от строительных и монтажных работ, а также прочие затраты, которые относятся к данному сооружению. Резерв средств на непредвиденные работы и затраты начисляется в размере 1,5 % от итогов. Издержки эксплуатации (эксплуатационные расходы) определяют путем сложения затрат, связанных с амортизацией основных фондов, текущим ремонтом, расходом электроэнергии, на выплату заработной платы и т. д. Амортизационные отчисления определяют в процентах от сметной стоимости. Они включают сумму амортизационных отчислений, необходимых для поддержания в работоспособном состоянии сооружений, зданий и установленного на них оборудования. 3. Эффективность капитальных вложений Экономическую эффективность капитальных вложений в водохозяйственные мероприятия рассматривают одновременно с вопросами рационального использования водных ресурсов и мероприятиями по охране вод, а также при решении задач по охране вод от загрязнения, их очистке и обеспечению возможностей дальнейшего и повторного использования. Определение экономически наиболее выгодного варианта решения в целом и отдельных его элементов является основной целью качественного проектирования. Получаемые при этом экономические показатели (размеры капитальных вложений, се­бестоимость, сроки окупаемости и пр.) позволяют всесторонне оценить качество проекта. Обоснование структуры и построение технологической схемы при проектировании водохозяйственно­го комплекса целиком и полностью основывается на данных технико-экономического анализа. Для определения рациональной структуры последовательно сопоставляют между собой варианты решения. Наилучшей структурой (состав участников ВХК) считается та, где наименьшие затраты для народного хозяйства. Методической основой для выбора наилучшего варианта технического решения из числа альтернативных служит метод сравнительной экономической эффективности. Многообразие и взаимосвязи водохозяйственных мероприятий, их комплексный характер предопределяют сложность определения экономической эффективности. Определение экономической эффективности использования водных ресурсов и проведения водоохранных мероприятий состоит в сопоставлении затрат на эти мероприятия с получаемыми от них результатами, при помощи которых получают ответ на вопрос о том, оправдаются ли производимые затраты. Величиной, характеризующей затраты, чаще всего являются капитальные вложения, а в качестве экономического результата ис­пользуют данные о сумме прибыли Д, получаемой благодаря этим капитальным вложениям. Если, например, капитальные вложения в водоохранные мероприятия составляют 10 млн руб. и обеспечивают ежегодно получение прибыли 1,3 млн руб., то срок возврата капитальных вложений составит 7 лет, что является благоприятным показателем общей экономической эффективности при Тн = 8,3 года. Одно и то же мероприятие может быть выполнено с применением разных технических вариантов его осуществления, различающихся как по капитальным вложениям, так и по ежегодным издержкам или себестоимости продукции. Таких вариантов может быть несколько. Из них необходимо выбрать самый экономичный. Вариант с минимальным значением приведенных затрат признается наилучшим. Оценка экономической эффективности обязательна для всех объектов, так как при проведении любого мероприятия необходимо знать, насколько оно эффективно и является ли выбранный вариант наиболее экономичным. При выборе экономически наиболее выгодного варианта пользуются коэффициентом сравнительной экономической эффективности, который показывает экономию ежегодных издержек на 1 руб. дополнительных капитальных вложений: E = (ИII – ИI) / (KI – КII) Обратную коэффициенту сравнительной экономической эффективности величину называют сроком окупаемости дополнительных капитальных вложений: ТΔК = (KI – КII) / (ИII – ИI) Вариант с большими капитальными вложениями (но меньшими ежегодными издержками) экономически выгоден тогда, когда Е > Ен, при Е = Ен оба варианта равнозначны. При определении экономической эффективности капитальных вложений, в особенности по крупным водохозяйственным объектам, для осуществления которых требуется длительное время, необходимо учитывать фактор времени, т. е. срок освоения капитальных вложений, с одной стороны, и срок вывода объекта на проектный уровень получения прибыли – с другой. Когда капитальные вложения осваиваются в разные сроки, суммарные (за все годы строительства) приведенные капитальные вложения вычисляют по формуле где Т – срок строительства; Кt – капитальные вложения в t-м году; Ео – нормативный коэффициент, учитывающий потери в результате омертвления капитальных вложений; τ – год приведения (базисный год). Значения Ео связаны с нормативным коэффициентом эффективности капитальных вложений Ен зависимостью Ео = 0,8Ен. 4. Принципы технико-экономического анализа водохозяйственных систем Основными техническими и экономическими характеристиками при анализе вариантов являются: продукция, производственная мощность, производительность, себестоимость продукции, удельные капиталовложения, экономический эффект и др. Для гидроэлектростанций – это установленная мощность, МВт; среднегодовая выработка электроэнергии, кВт∙ч; себестоимость электроэнергии, коп/(кВт∙ч). Для водоснабжения – это расход воды, м3/с; себестоимость воды, коп/м3. Для морского порта – это грузооборот, длина причалов (причальной линии), себестоимость перевозки грузов, руб./т. Продукция Пр дает представление об объеме ежегодно производимой отдельным объектом или всем водохозяйственным комплексом выработки (вырабатываемая электроэнергия, кВт∙ч); количестве перевезенного груза, т∙км; расходе воды, м3/год; урожайности, т/га и т. д. Удельные капиталовложения Куд определяют отношения капиталовложений к установленной мощности или производимой продукции, т. е. представляют собой капиталовложения, приходящиеся на единицу мощности или продукции. Удельные капиталовложения при возведении комплекса сооружений определяются по формуле Куд = Ki / N, где Ki – капитальные вложения, руб.; N – производительность системы (например, водоснабжения и канализации), м3/сут. Полученные в результате обработки данных сметно-финансовых расчетов удельные капиталовложения служат не только для оценки экономической эффективности проектных решений, но и для определения стоимости капитальных вложений в элементы системы при технико-экономическом анализе предпроектных решений или выборе альтернативных вариантов решения для последующего анализа. Ежегодные расходы (издержки) эксплуатации складываются из прямых эксплуатационных расходов (заработной платы эксплуатационному персоналу, стоимости сырья, материалов, текущего ремонта, расхода на электроэнергию и т. д.) и отчислений (руб./год) на амортизацию (реновацию, т. е. на полное восстановление сооружений и оборудования и на капитальный ремонт). Ежегодные издержки равны себестоимости годового выпуска продукции. Себестоимость – годовой выпуск продукции, руб./год, – охватывает определенную номенклатуру расходов. Например, для канализационных хозяйств министерством жилищно-коммунального хозяйства РФ установлена номенклатура расходов, состоящая из следующих основных статей: материалы (химические реагенты); электроэнергия, топливо; амортизация; заработная плата производственных рабочих; цеховые и общеэксплуа­тационные расходы; внеэксплуатационные расходы. Себестоимость производства единицы продукции – отношение полных ежегодных расходов (издержек, включая отчисления на амортизацию) к производимой продукции (для водоснабжения, водоотведения – к производительности системы, м3/год). Стоимость годового выпуска продукции представляет собой валовой доход. Годовая прибыль, или чистый доход, водохозяйственного комплекса или отдельного объекта (руб./год) равна Д = Ц – И, где Ц – стоимость годового выпуска продукции, производимой водохозяйственным комплексом или отдельным объектом, в оптовых ценах предприятия, руб./год. Важнейшей характеристикой строящегося объекта является экономическая эффективность капитальных вложений. Для действующих объектов экономическую эффективность определяют отношением годовой прибыли к среднегодовым фондам (основным и оборотным). Показателем общей экономической эффективности для проектируемых объектов считают коэффициент эффективности капитальных вложений Ен. Нормативный коэффициент Ен установлен для различных отраслей народного хозяйства 0,10...0,16, в зависимости от специализации хозяйств. Для расширяющихся или реконструируемых предприятий коэффициент Ен этого предприятия должен быть не ниже, чем до расширения или реконструкции. Водоохранные мероприятия имеют своей целью борьбу с загрязнением вод, ухудшающих качество природной воды и приводящих к ущербу народное хозяйство. Показатели экономической эффективности капитальных вложений в этом случае должны учитывать снижение ущербов. Предположим, что в результате дополнительных капитальных вложений ΔК = 10 млн. руб. на водоохранные мероприятия, до осуществления которых ежегодный ущерб составлял У1 = 6 млн. руб., последний снизился до У2 = 4 млн. руб. Тогда срок возврата капитальных вложений Т = ΔК /(У1 – У2) = 10 / (6 – 4) = 5 лет, а коэффициент эффективности Е = (У1 – У2) / ΔК = (6 – 4) / 10 = 0,2. Если Т = 5 < Т и F > Fн, то капитальные вложения в водоохранные мероприятия оправдают себя. Для оценки ущерба разработана методика, сущность которой излагается ниже. 5. Учет ущерба водным ресурсам от хозяйственной деятельности Водохозяйственные объекты оказывают непосредственное воздействие на природную среду в период строительства объектов и при их эксплуатации. Так, создание водохранилищ существенно влияет на гидросферу – увеличивается испарение, нарушаются естественные режимы водного стока (поверхностного и подземного), изменяется качество воды и т. п. При сооружении крупных водохранилищ возникает дополнительная нагрузка на земную кору, интенсифицируются тектонические процессы, вызывающие землетрясения. Фильтрация воды из водохранилища способствует изменению геологической структуры пород и их физико-химических характеристик. При интенсивном испарении влаги с поверхности водохранилищ, а также с подтопленных прилегающих территорий возможны локальные изменения климата (повышение влажности воздуха, образование туманов, усиление ветров и т. п.). Такие воздействия могут иметь и положительные последствия, например создание водохранилищ в засушливых зонах ведет к благоприятным изменениям климатических условий, повышая влаж­ность воздуха. Однако в большинстве случаев эти последствия негативны, и требуются время и большие материальные затраты для приспособления к новым условиям окружающей среды. Водохозяйственные объекты оказывают существенное влияние и на живую природу, растительный и животный мир. Изменения параметров водной среды, атмосферы, почвы вызывают экологические нарушения, что приводит к изменению экологи­ческих систем. При создании водохозяйственного комплекса и хозяйствен­ной деятельности изменяются природные условия и сложившаяся практика. Значительная часть изменений природных условий является ожидаемым положительным следствием водохозяйст­венного строительства. Однако часть изменений носит негативный характер (например, затопление и подтопление территорий, изменение микроклимата и гидрологического режима нижнего бьефа водохранилищ, истощение водных ресурсов, загрязнение и засорение водных объектов). Отрицательное воздействие участников водохозяйственного комплекса на окружающую природную и хозяйственную среду оценивают по двум группам затрат, компенсирующих причиненные ущербы (I группа), и реализацию мероприятий, направленных на предупреждение или ограничение размера отрицательных воздействий (II группа). Пример затрат I группы. При возведении водохозяйственного комплекса на строящемся водохранилище необходимы освоение новых сельскохозяйственных угодий и увеличение продуктивности используемых земель, обеспечивающих получение сельскохозяйственной продукции взамен теряемой на затапливаемых землях, восстановление леса на новых землях, сооружение специальных прудовых хозяйств, рыбоводных заводов и т. п. I группа расходов включает в себя затраты на инженерные сооружения, предназначенные для защиты земель и водных объектов, защиту от вредного воздействия участников водохозяйственного комплекса, устройство рыбопропускных сооружений, объектов искусственной очистки и др. Для планирования мероприятий по охране водных ресурсов, направленных на достижение их нормативного качества, а также для оценки осуществления этих мероприятий, необходимо знать размер возможного ущерба, который может быть нанесен на­родному хозяйству негативными воздействиями по видам реципиентов. (В данном случае объект, воспринимающий отрицательные воздействия, связанные с негативными последствиями хозяйственной деятельности.) Воздействующие факторы и показатели состояния реципиен­тов. Деятельность водохозяйственных систем приводит к замет­ным изменениям в природных условиях. Интенсивное развитие водохозяйственного строительства зачастую влечет за собой из­менения в окружающей природной среде, а в некоторых случаях вызывает необратимые природные процессы в экологических системах. Таким образом, деятельность участников водохозяйственного комплекса характеризуется не только положительными, но и отрицательными последствиями. Учет и оценка отрицательных последствий изучены пока не полно и носят приближенный характер. Отрицательные последствия являются следствием воздействующих факторов. Рассмотрим структуру воздействующих факторов. Антропогенные факторы оказывают доминирующее влияние на качество воды и истощение водных ресурсов. Атмосферные факторы отрицательно влияют на гидрохимический и гидробиологический режимы водных объектов. Климатические факторы оказывают отрицательное влияние на состояние водных объектов в тех случаях, когда климатические условия существенно отличаются от нормы. Гидравлические факторы отрицательно действуют на гидрогеологический, гидрохимический и гидробиологический режимы водных объектов. Воздействующие факторы оказывают различное влияние на реципиентов. Например, антропогенные факторы, влияющие на качество воды, могут привести к изменению состояния людей в результате пользования водой плохого качества. Под влиянием атмосферных факторов могут произойти гидрохимические изменения в режиме водного объекта, при которых существенным образом ухудшатся рекреационные показатели. В качестве основных видов реципиентов рассматриваются: население; объекты жилищно-коммунального хозяйства (селитебная территория, жилищный фонд, городской транспорт, зеленые насаждения и др.); сельскохозяйственные угодья; лесные ресурсы; элементы основных фондов промышленности и транспорта; рыбные ресурсы; рекреационные ресурсы. При определении ущерба необходима количественная оценка изменения состояния людей и различных объектов под действием загрязненной среды. Так, для населения такой оценкой может служить работоспособность и ее потеря в результате заболеваемости и травматизма; для жилищно-коммунального хозяйства – срок службы основных фондов, периодичность текущего и планового ремонтов; продолжительность межремонтных циклов капитальных ремонтов и простоев оборудования в ремонте, объем работ для уборки городских территорий от пыли и снега; для сельскохозяйственных, лесных и рыбохозяйственных угодий – продуктивность угодий, качество продукции; уровень загрязнений угодий, численность рыбных стад, уровень заболеваемости животных, растений и рыб; для промышленности – интенсивность износа и длительность межремонтных циклов, частота выхода из строя производственного оборудования, показатели ин­тенсивности ремонтных работ; для рекреационных ресурсов – показатели качества рекреационных ресурсов (включая показатели чистоты), потенциальная рекреационная емкость отдельных элементов этих ресурсов, степень освоенности и доступности ресурсов для населения, показатели фактического и перспективного фондов рекреационного назначения, уровень текущих затрат на поддержание требуемого состояния рекреационных ресурсов. Загрязнение или истощение водных ресурсов может оказывать отрицательное воздействие на реципиентов. Оно проявляется главным образом в повышении заболеваемости людей, снижении их работоспособности, ухудшении условий жизни населения, снижении продуктивности природных ресурсов, ускоренном износе основных фондов и т.д. Предупреждение нежелательного действия загрязненной среды на реципиентов (когда такое предупреждение технически возможно) требует определенных затрат. Предотвращение нежелательных последствий возможно в результате строительства соору­жений по охране водных объектов, для возведения которых необходимы единовременные затраты на строительство станций биологической, физико-химической и механической очистки производственных и коммунальных сточных вод; сооружений и установок по доочистке сточных вод, включая поля орошения (кроме земледельческих); сооружений первичной стадии очистки сточных вод (нефтеловушки, жироловки, станции нейтрализации, флотационные установки, установки обезвреживания шламов); водоохранных зон с комплексом технологических, лесомелиоративных, агротехнических, гидротехнических, санитарных и других мероприятий, направленных на предотвращение загрязнения, засорения и истощения водных ресурсов; установок по сбору нефти, мазута, мусора и других отходов с акваторий водных объектов, включая суда-сборщики и нефтеочистные станции; опытных установок по разработке новых методов очистки сточных вод; установок и сооружений для сбора, транспортировки, переработки и ликвидации жидких производственных отходов и кубовых остатков; полигонов и установок для обезвреживания вредных промышленных отходов, загрязняющих водные объекты; береговых сооружений для приема с судов хозяйственно-бытовых сточных вод и мусора для утилизации, складирования и очистки; систем канализации городов; основных коммуникаций для отвода промышленных сточных вод (включая ливневые) и сооружений на них (при этом в основные коммуникации не входят внутриплощадочные сети предприятий). Затраты необходимы также для возмещения последствий, вызываемых воздействием загрязненной среды. Затраты последнего типа возникают, если полное предупреждение такого воздействия невозможно или если затраты на полное предупреждение воздействия оказываются большими, чем сумма затрат обоих типов при частичном предотвращении воздействия загрязненной среды на людей и различные объекты. Ущерб от сброса сточных вод определяют как затраты на ликвидацию последствий загрязнений. Это увеличение затрат на медицинское обслуживание в связи с ростом заболеваемости, по переносу мест массового отдыха, на мероприятия по оздоровле­нию рек (создание сооружений искусственной очистки) и т. п. Ущерб (У) от сброса содержащихся в сточных водах (предприятия, населенного пункта) загрязняющих примесей в k-й водохозяйственный участок (руб./год): У = γσкМ, где γ – множитель, принимаемый в условных рублях на тонну; σк – константа, имеющая разное значение для различных водохозяйственных участков (безразмерная); М – приведенная масса годового сброса примесей данным источником в k-й водохозяй­ственный участок, усл. т/год. Приведенная масса составляет: , где i – номер примеси, содержащейся в сбрасываемой сточной жидкости; N – число разновидностей примесей, сбрасываемых со сточной жидкостью в водоем; Аi – показатель относительной опасности сброса i-го вещества в водоем, усл. т/т; mi – общая масса годового сброса i-й примеси в сточных водах (предприятия, населенного пункта), т/год. Сточные воды, как правило, содержат несколько типов примесей, различающихся степенью очистки. Поэтому общая масса mi годового сброса i-й примеси, поступающей в водоем, определяется суммированием всех видов сточных вод: , где mij – масса годового поступления i-го вещества в водоем отдельного объекта со сточными водами j-го типа, j = 1, 2, ..., k (т/год). Если сточные воды j-го типа сбрасываются в водоем только от оцениваемого объекта, без смешения со сточными водами других источников, и величина концентрации i-й примеси сij (г/м3) в поступающих в водоем сточных водах j-го типа в течение года относительно постоянна, то масса годового поступления i-го вещества со сточными водами j-го типа mij (т/год) может быть приближенно определена по формуле: mij = сijVj, где Vj – объем годового сброса сточных вод j-го типа данным объектом в водоем, млн. м3 /год. При оценке ущерба от загрязнения водоемов следует учитывать все сбрасываемые загрязняющие вещества, включая микропримеси. Игнорирование какой-либо микропримеси, сбрасываемой в водоем, приводит к занижению ущерба, а значит, к заниженной оценке социально-экономической эффективности водоохранных мероприятий. 6. Оценка экономического эффекта водоохранных мероприятий Строительство и эксплуатация водохозяйственных объектов неразрывно связаны с реализацией мероприятий по охране природной среды. К этим мероприятиям относятся: • пополнение водой истощенных водоемов и водостоков; • сокращение потребления и сброса воды; • попуски воды для разбавления промышленных, бытовых и сельскохозяйственных стоков; • регулирование стока для поддержания необходимого гидробиологического, гидрохимического, санитарно-гигиенического состояния водной системы и др. Экономический эффект от водоохранных мероприятий определяется с целью технико-экономического обоснования вариантов решений, мероприятий, различающихся между собой способами достижения поставленной цели, а также по воздействию на про­изводственные результаты отраслей, осуществляющих эти мероприятия (обоснования экономически наиболее целесообразного вида мероприятия, распределения вложений между одно- и многоцелевыми мероприятиями, включая малоотходные технологические процессы и др.); экономической оценки фактически осуществленных водоохранных мероприятий. Водоохранные мероприятия представляют собой все виды хозяйственной деятельности, направленные на снижение и ликвидацию отрицательного антропогенного воздействия на водные ресурсы, сохранение улучшения и рациональное использование их потенциала. К числу таких мероприятий относятся: • строительство и эксплуатация очистных и обезвреживающих воду сооружений и устройств; • развитие малоотходных и безотходных технологических процессов и производств; размещение предприятий и систем транспортных потоков с учетом экологических требований; • меры по борьбе с непроизводительным расходованием воды, охране вод от засоления и загрязнения; рациональное использование водных ресурсов и др. Водоохранные мероприятия предусматривают: соблюдение нормативных требований, отвечающих интересам охраны здоровья людей и охраны водных ресурсов, с учетом перспективных изменений, обусловленных развитием производства и демогра­фическими сдвигами; получение максимального народнохозяй­ственного экономического эффекта от улучшения состояния водохозяйственного комплекса и рационального использования водных ресурсов. Экономическая эффективность капиталовложений в охрану природы определяется для установления допустимых соотношений между затратами на природоохранные мероприятия и народнохозяйственным эффектом, получаемым от их реализации. Решение этой задачи включает следующие этапы: • составление перечня альтернативных вариантов природоохранных мероприятий; • выбор из числа сравниваемых наиболее эффективного и практически реализуемого варианта; • экономическую оценку природоохранных мероприятий или отдельных факторов; • определение оптимальных параметров мероприятия. На первом этапе решения задачи выявляются все возможные последствия от создания объекта и намечаются природоохранные мероприятия по ограничению его негативного влияния на окружающую среду. Эффективность рассматриваемых природоохранных мероприятий оценивается совокупностью экологических, социальных, технических и экономических параметров. Мера достижения указанных целей характеризуется показателями социальных и экономических результатов, которые проявляются в экологическом, социально-экономическом и социальном эффектах. Экологический результат заключается в снижении отрицательного воздействия на водные ресурсы и улучшении их состояния; проявляется в снижении объемов поступающих в водные объекты загрязнений и понижении уровня их загрязнения (концентраций вредных веществ), а также в увеличении объема и улучшении качества пригодных к использованию водных ресурсов. Социально-экономический эффект характеризуется повышением уровня жизни населения, эффективностью общественного производства, увлечением национального богатства страны; проявляется в перечисленных ниже социальных и экономиче­ских результатах. Социальные результаты выражаются в улучшении физического развития населения и в сокращении заболеваемости, увеличении продолжительности жизни и периода ак­тивной деятельности, улучшении условий труда и отдыха, под­держании экологического равновесия (включая сохранение генетического фонда). Социальный результат может быть представлен в денежной форме и поэтому получает частичное отражение в экономиче­ском результате природоохранных мероприятий. Экономический результат, достигаемый благодаря осуществлению водоохранных мероприятий, заключается в экономии или предотвращении потерь ресурсов, улучшении условий труда, а также в расширении сферы личного потребления. Расчет экономического эффекта водоохранных мероприятий основан на сопоставлении затрат. Для многоцелевых мероприятий он выражается в виде суммы значений предотвращаемых ущербов и приростов дохода (дополнительного) от улучшения производственных результатов деятельности участника или группы участников водохозяйственного комплекса. Экономический результат (Э) (для многоцелевых водоохранных мероприятий) рассчитывается по формуле: Э= ΔУ + ΔД, где ΔУ – предотвращаемый ущерб, ΔУ = У1 – У2, У1 – ущерб до осуществления мероприятия; У2 – остаточный ущерб после проведения этого мероприятия; ΔД – прирост дохода. Экономический эффект водоохранных мероприятий характеризуют: • предотвращение ущерба от загрязнения вод благодаря снижению уровня их загрязнения; • прирост экономического потенциала водных ресурсов, сберегаемых (улучшаемых) в результате осуществления водоохранного мероприятия; • экономия реализуемой продукции благодаря более полной утилизации материальных ресурсов. Капиталовложения и эксплуатационные расходы для осуществления водоохранных мероприятий называют водоохранными затратами. Водоохранные мероприятия могут быть одно- и многоцелевые. Одноцелевые мероприятия (строительство и эксплуатация очистных и улавливающих из воды загрязнений сооружений и т. п.) направлены исключительно или главным образом на снижение загрязнения водной среды. Многоцелевые мероприятия (строительство и эксплуатация систем замкнутого водоснабжения, утилизация отходов производства и потребления, применение малоотходных технологических процессов и производств, устройство водоохранных зон, зон санитарной охраны) направлены на снижение загрязнения водных ресурсов, улучшение состояния водных объектов, улучшение деятельности участников водохозяйственного комплекса, увеличение выпуска продукции, расширение ее ассортимента и повышение качества. В результате осуществления защитных мероприятий происходит и оздоровление природной среды, повышение продуктивности земельных, лесных и других видов угодий. Экономический эффект затрат представляет собой отношение экономического эффекта от водоохранных мероприятий к вызвавшим их затратам. Эффективность водоохранных затрат определяется величиной минимально необходимых эксплуатационных расходов и капитальных вложений в осуществление природоохранных мероприятий, приведенных к годовой размерности с учетом фактора времени. Этот показатель используют также для выбора экономически наиболее выгодного варианта водоохранных мероприятий в тех случаях, когда сравниваемые варианты обеспе­чивают достижение одинакового уровня качества функционирования и тождественны по основным социальным и экономическим результатам. Экономически наилучший вариант водоохранных мероприятий выбирают на основе максимизации приносимого экономического эффекта, когда сравниваемые варианты мероприятий неодинаковы по своим социальным и экономическим результатам. Общий эффект, исчисляемый по народному хозяйству, характеризует прирост экономического потенциала водных ресурсов или прирост чистой продукции. Хозрасчетный эффект характеризует прирост прибыли или снижение себестоимости (экономия среднегодовых затрат). Критерии минимизации водоохранных затрат или максимизации экономического эффекта водоохранных мероприятий применяются при обосновании структурной схемы осуществления этих мероприятий. Их используют при построении комплексных схем охраны водных ресурсов по территории республики, краев и областей, по отдельным речным бассейнам, городам и промышленным центрам. Затраты, возникающие в народном хозяйстве в результате загрязнения и истощения водных ресурсов, представляют собой экономический ущерб, выражающийся двумя видами затрат. К первому виду затрат относят затраты на предупреждение воздействия загрязненной водной среды на реципиентов. Они определяются величиной расходов, необходимых для предупреждения использования загрязненной воды на технологические и коммунально-бытовые нужды. Ко второму виду относят затраты на возмещение потерь, ко­торые нанесены реципиентам в результате загрязнения водоема. Такие затраты возникают при загрязнении водных источников для тех водопотребителей (водопользователей), которые исполь­зуют загрязненную воду (орошаемое земледелие, водопроводные сооружения и объекты промышленного водоснабжения). Величину этих затрат определяют расходами на компенсацию негативных последствий воздействия загрязнений на людей и различные объекты. Показатели экономической эффективности водоохранных затрат дополняются показателями их экологической и социальной эффективности. Экологическая эффективность определяется путем внесения величин экологических результатов к вызвавшим их затратам и рассчитывается по разности показателей отрицательного воздействия на водную среду или по разности показателей состояния водной среды до и после проведения мероприятий. Социальный эффект определяет эстетическую ценность природного ландшафта, используемого для занятий спортом и отдыха населения. Уменьшение загрязнения природной среды (воды и воздуха) сохраняет людям здоровье, сберегает флору и фауну рек и озер, поэтому социальные факторы могут быть решающими при обосновании наиболее эффективных мероприятий по охране уникальных природных комплексов. Социальный эффект водоохранных затрат измеряется отношением показателя социального результата к требующимся для его достижения затратам. Их находят по разности показателей, характеризующих изменения в социальной сфере. Указанные выше показатели необходимы для определения фактического уровня состояния водных ресурсов и обоснования нормативов укрупненных показателей затрат, а также для установления предельно допустимого уровня загрязнений и изъятия водных ресурсов или формулирования требований, обусловливающих поддержание заданного состояния. Технико-экономический анализ и выявление оптимального варианта решения выполняют с учетом изменения условий окружающей природной среды, параметров почвенного и растительного покровов, а также характеристик животного мира, эконо­мической оценки изменений природных условий и ресурсов прилегающих территорий, влияния отрицательно воздействующий факторов, водоохранных мероприятий, направленных на сохранение природных систем. Закономерности изменения в природных условиях оцениваются природными, экологическими, технологическими и экономическим параметрами. Природный параметр включает сравнение установленных (экологических, климатических, гидрологических, ботанических, почвенных и др.) изменений с постоянной или временной изменчивостью тех же показателей. Экологический параметр определяет сравнение показателей (скорости ветра, влажности почвы, атмосферных осадков и т.д.) в зависимости от биологической и хозяйственной продуктивности водного объекта, состояния луговой и лесной растительно­сти, прохождения растениями фенологических фаз. Технологическая оценка предусматривает выявление параметров, характеризующих изменения (с позиций современных и пер­спективных требований) различных отраслей хозяйства, производств и видов деятельности человека (промышленности, сельско­го, рыбного, лесного и охотничьего хозяйств, рекреации и т. д.) Экономическая оценка включает в себя ущерб от снижения (или эффект от повышения) биологической продуктивности водных объектов. При анализе водоохранных мер рассматривают наряду с технико-экономическими показателями решаемых задач показатели экономического развития региона и размер возможного ущерба без проведения намечаемых мероприятий и при этом учитывают: • положительные и отрицательные воздействия проводимых мероприятий на природную среду; • экономические и социальные интересы водопотребителей и водопользователей, выражающиеся в эффекте или в ущербе всех заинтересованных и затрагиваемых отраслей или отдельных водопользователей – участников водохозяйственного комплекса; • технические решения по введению сооружений и мероприятия, обеспечивающие действие элементов ВХК; • распределение площадей прибрежной зоны и акватории водохранилищ между водопотребителями и водопользователями с учетом показателей их заинтересованности и возможности наиболее эффективного использования водно-земельных ресурсов; • возможность снижения рекреационного потенциала защищаемой территории и акватории. При подсчете ущерба учитывают: • изъятие земельных угодий сельскохозяйственного производства; • ухудшение качества земель в связи с затоплением и подтоплением; • изменение продуктивности сельскохозяйственных угодий и структуры посевов, плодово-ягодных насаждений, травостоя на сенокосах и пастбищах и трансформацию угодий; • степень загрязнения водоема сточными водами; • снижение рекреационного потенциала и другие факторы. При расчете показателей экономического развития водохозяйственного комплекса учитывают: • возрастающую во времени эффективность земель в связи с повышением их ресурсоотдачи; • повышение ресурсоотдачи в связи с осуществлением мероприятий по регулированию стока воды на защищаемой территории и улучшением условий очистки сточных вод, сбрасываемых в водный объект; • получение дополнительной сельскохозяйственной продукции с незатапливаемых земель и в зонах орошаемого земледелия; • восстановление экологических условий и повышение условий рекреационного потенциала водного объекта. Примером экономии затрат может служить использование очищенных сточных вод для орошения земледельческих полей. При этом сокращается расход свежей воды, уменьшается объем загрязнений, сбрасываемых в водоем, повышается урожайность сельскохозяйственных культур. Таким образом, наряду с водоохранными мероприятиями экономятся затраты на получение дополнительной сельскохозяйственной продукции. Задача обоснования оптимального использования выделяемых средств сводится к сопоставлению дополнительного дохода от водоохранных мероприятий и предотвращенного ущерба с затратами на эти мероприятия: Э = Д + ΔУ – З → max, где Э – эффект от водоохранных мероприятий; Д – дополнительный годовой доход от сокращения потребления и сброса вод, улучшения деятельности водопользователей, снижения платы за воду и т. д.; ΔУ – предотвращенный годовой ущерб от реализации водоохранных мероприятий; З – приведенные затраты на водоохранные мероприятия. 7. Технико-экономический анализ многофункциональных водохозяйственных систем Водохозяйственные комплексы – сложные системы, предназначенные для выполнения нескольких определенных задач. Сложная система представляет собой совокупность взаимосвязанных элементов, обеспечивающих выполнение заданных функций несколькими различными способами и отличающихся уровнями качества функционирования. Многоцелевая эффективность водохозяйственных комплексов. Народнохозяйственная эффективность сложных водохозяйственных систем связана с всесторонним учетом полезных эффектов и отрицательных последствий. Подобная проблема мало изучена по ряду причин. Во-первых, это связано с большим числом полезных эффектов и отрицательных последствий, а также с неоднородностью их пространственно-временного про­явления. Во-вторых, подобное техническое решение затрагивает интересы почти всех отраслей народного хозяйства. В-третьих, предполагаемый комплекс мероприятий после их осуществле­ния окажет воздействие на многие экологические системы, по­ведение которых не поддается прогнозу даже при всестороннем учете имеющейся исходной информации. Реализация проектов сложных водохозяйственных систем связана с неизбежной необходимостью развития нашей страны, и поэтому надлежит выбрать оптимальное техническое решение. Одним из средств поиска такого решения может быть анализ намечаемых в проекте целей. Глобальная цель – обеспечение наилучших условий развития народного хозяйства для наиболее полного удовлетворения материальных и духовных запросов на­рода. Эта цель, к сожалению, не имеет количественной оценки, поэтому ее расчленяют на ряд локальных целей. Набор многих локальных целей поддается ранжировке. Следовательно, можно построить дерево целей в зависимости от важности в достижении главной цели. Цели высшего ранга обозначим Ai (i = 1, ..., п). Цель второго ранга Bij (j = 1, ..., т), а третьего ранга Cijk (k = 1, ..., q) и т. д. Важным этапом дальнейшего исследования является подбор альтернативных вариантов достижения целей. Здесь могут быть не только однородные по природе варианты, но и комплексные мероприятия, обеспечивающие достижение нескольких или многих целей. Определение наиболее эффективного варианта с учетом природоохранных мероприятий требует по существу решения такой сложной задачи, как унификация измерений полезных эффектов и негативных последствий (ущербов). Критерий, основанный на расчете приведенных затрат, в данном случае является недостаточным, поскольку применение этого критерия требует обеспечения тождества эффектов и ущербов по всем рассматриваемым вариантам. В практике проектирования такое тождество, как правило, нарушается, особенно по социальным и природоохранным факторам. Примеры показывают, что имеется значительное число факторов, по которым не удается обеспечить тождества в сравниdаемых вариантах. Поэтому необходим более общий метод для оценки достижения совокупности целей: экономической, социальной, охраны и улучшения природы и т. п. Такой метод назван методом многоцелевой (многокритериальной) оптимизации и позволяет учесть не только количественные, но и качественные факторы. Главная цель водохозяйственной системы – обеспечение потребностей в воде, электроэнергетической – в электроэнергии. Эти цели должны достигаться во всех вариантах, но, кроме того, каждый из них должен удовлетворять и целому ряду других тре­бований, например иметь наименьшие затраты, обеспечивать лучшие социальные условия, меньше загрязнять атмосферу и т. д. Состав целей определяется конкретными условиями строительства и эксплуатации данной системы. Одной из целей, которая в ряде случаев может быть главной, является минимизация приведенных затрат. Кроме того, перед водохозяйственными системами ставятся цели обеспечения надежности и бесперебойности снабжения водой, качества воды, санитарных и рекреационных условий, охраны и улучшения природы и т. п. Получить одновременно максимальный эффект по всем целям невозможно вследствие их противоречивого характера. Надо стремиться к наибольшему народнохозяйственному, в данном случае комплексному, эффекту, т. е. наилучшему сочетанию показателей эффективности по всей совокупности целей. Это условие является основой метода многоцелевой (многокритериальной) оптимизации. Показатель многоцелевой эффектив­ности можно представить в следующем виде: , где Еk – интегральный показатель многоцелевой (многокритериальной) эффективности варианта k-й системы; αi – коэффициент весомости или оценка значимости цели i; eik – оценка эффективности варианта к в отношении обеспечения цели i. Коэффициент весомости определяют в долях единицы . Оценка эффекта е является безразмерной величиной, и ее характеризует индекс достижения цели. Численное увеличение свидетельствует об улучшении решения, и наоборот. Наилучшим будет вариант, имеющий максимальное значение для идеального варианта, в котором полностью удовлетворяются все цели, Еk = 1. Для реальных вариантов Еk < 1. Наибольшее значение величины Еk определяет оптимальный вариант использова­ния водных ресурсов, в котором наиболее полно удовлетворяется совокупность поставленных целей. Процедура анализа. Процедура технико-экономического анализа при решении любых задач проектирования многофункциональных систем включает ряд последовательных типовых этапов, которые рассмотрены на примере задач проектирования водохозяйственного комплекса многоцелевого назначения. Первый этап – постановка задачи и уточнение целей, поставленных перед водохозяйственной системой. Эффективность капитальных вложений в создание комплекса оценивают по достигнутому результату и снижению уровня ущербов от возможных перебоев работы системы. Поэтому принимаемую в проекте систему обосновывают экономически с учетом будущей эксплуатации. Общая цель обоснования любого проектного ре­шения всегда одна: отыскание наиболее рационального использования ограниченных водных ресурсов и повышение эффективности общественного труда. На втором этапе намечают возможные варианты проектного оформления, отличающиеся способами достижения поставленной задачи. Третий этап, наиболее ответственный, – это установление критерия оптимизации параметров, с помощью которого можно найти наибольший эффект от вложения средств или же необходимый их минимум для достижения поставленной цели. Этот критерий учитывает капитальные затраты, эксплуатационные расходы и затраты на возмещение потерь от возможных ущербов. В то же время он должен допускать возможность сравнения приведенных затрат в зависимости от изменения уровня качества функционирования водохозяйственного комплекса. Четвертый этап состоит в определении затрат на основании сметно-финансовых расчетов, эксплуатационных расходов и возможных ущербов, а также других характеристик, входящих в экономико-математическую модель оптимизации. Пятый этап содержит математические операции построения экономико-математической модели и ее решение. При проектировании приходится находить решения, обеспечивающие экстремальные значения критерия эффективности. Эти задачи ре­шают с применением специальных методов оптимизации. Шестой этап представляет собой процедуру решения задачи и отыскания оптимального варианта на основе построенной экономико-математической модели, анализа полученных результатов и разработки рекомендаций. Оптимизация параметров замкнутой системы водного хозяйства. Вопросы оптимизации параметров рассмотрим на примере построения системы водного хозяйства промышленного узла, где вода многократно используется в производствах по замкнутому циклу. Для рассмотрения приняты различные варианты схем «безводных» или «маловодных» технологических процессов, условия многократного использования воды в производстве, требования к сокращению количества и загрязненности образующихся сточных вод, возможность извлечения из стоков ценных компонентов и их утилизации. Для решения поставленной задачи используется методика, позволяющая выбрать наиболее рациональный вариант системы производственного водоснабжения и водоотведения промышленного узла, расположенного в районе водоисточника с ограниченным дебитом воды и водного объекта с исчерпанной самоочищающей способностью для приема сточных вод. Определение наиболее эффективного варианта с учетом указанных выше требований является сложной задачей. Для решения такой задачи необходимо унифицировать измерения полезных эффектов (особенно природоохранных) и негативных последствий (ущербов). Критерий, основанный на минимуме приведенных затрат, в данном случае приемлем лишь при равновеликих результатах полезного эффекта. В основу методики оптимизации параметров системы положен количественный критерий, учитывающий комплексный показатель качества функционирования, слагаемые которого, помимо технологических, учитывают экологические, социологические параметры, а также затраты на возведение сооружений и эксплуатацию системы. Технологические параметры характеризуют способность системы обеспечивать бесперебойно водой требуемого качества все объекты промышленного комплекса, отводить сточные воды после надлежащей их очистки и извлекать из них полезную про­дукцию. Экологические параметры характеризуют эффективность природоохранных мер, предусматриваемых при возведении системы и направленных на снижение отрицательного воздействия на природу и улучшение ее состояния. Социологические параметры характеризуют эффективность инженерных и организационно-технических мероприятий, направленных на повышение жизненного уровня населения, прирост национального дохода и др. Комплексный показатель качества функционирования определяется по формуле: где Аi – параметр, характеризующий качество функционирования i-го элемента; аi – коэффициент весомости i-го элемента, выраженный в долях единицы ∑аi = 1; βj – коэффициент весомости j-го фактора внешней среды; Bj – параметр, характеризующий влияние j-го фактора внешней среды; Cl – параметр l-й составляющей приведенных затрат. Проектирование рациональной системы основано на количественных методах оптимизации параметров. При этом устанавливают такие значения параметров и такое изменение их во времени, при которых достигается максимально возможная эффек­тивность. Математическая модель оптимизации включает целевую функцию и ограничения. Целевая функция представляет собой максимум полезного результата на единицу затрат – минимум народнохозяйственных затрат. Эту зависимость можно представить в виде Ц = Ф / З → max, где Ф – полезный результат, характеризуемый комплексным показателем качества функционирования; З – приведенные затраты. Основные слагаемые комплексного показателя качества функционирования водохозяйственного комплекса промышленного узла приведены в табл. 11. Таблица 11 Слагаемые комплексного показателя качества функционирования Цель (эффект) Показатели Коэффициент весомости Весомость Водоснабжение Обеспеченность водой Qсп/Сф 0,25 0,5 Качество очистки М/Мф 0,25 Техническое совершенство Qоб/Qсп 0,25 Надежность Р, τ, Т 0,25 Водоотведение и очистка сточных вод Самоочищающая способность водоема Qк/Qф 0,2 0,3 Степень загрязнения сточных вод Сф/ПДК 0,3 Эффективность очистки Mк/Mо 0,4 Извлечение ценной продукции стоков δ/δо 0,1 Экологический Защитные меры по охране: Земли (леса) А/Ао 0,2 0,1 воздуха V/Vo 0,2 воды Ω/Ωo, 0,2 предотвращенный ущерб У/Уо 0,4 Социологический Урожайность Пс/Псо 0,2 0,1 Продуктивность Пп/Ппо 0,2 Рекреация Р/Ро 0,2 Производительность П/По 0,2 Перевозки Пв/Пво 0,2 Экономический З = 0,15К + И – – Примечание. Qсп и Qф –расход свежей воды для нужд водохозяйственного комплекса и гарантированный расход в водоисточнике; М и Мф – интегральный показатель качества воды, требуемой для объекта, и исходной воды в водоисточнике; Qоб – расход воды, повторно используемой в производстве; Р, τ, Т – показатель надежности, учитывающий кратность безотказной работы, время восстановления, срок службы; Qк – расход сточных вод; Сф и ПДК – фактическая концентрация загрязнений в сточных водах и предельно допустимая концентрация; Мк и Мо – общая масса годового сброса загрязнений и допустимая масса сброса загрязнений; δ и δо – общая масса извлеченной ценной продукции и масса обязательного извлечения продукции при очистке; А и Ао – площадь земли (леса), вовлеченная в комплекс при отсутствии защитных мер и при их реализации; V и Vо – объем воздушного пространства, вовлеченного в комплекс при отсутствии защитных мер и при их реализации; Ω и Ωo – площадь акватории, вовлеченная в комплекс при отсутствии защитных мер и при их реализации; У и Уо – ущерб от загрязнения водоема при отсутствии защитных мер и при их реализации; Пс, Пп, Р, П, П – урожайность сельскохозяйственных угодий, продуктивность водных объектов, рекреационная ценность территории, производительность и перевозки водного транспорта при отсутствии водохозяйственных мероприятий; Псо, Ппо, Ро, По, Пво – то же, при реализации водохозяйственных мероприятий. Интегральный индекс достижения i-й цели: где аi – коэффициент весомости при достижении i-й цели (эффекта); βj – индекс j-го параметра. Комплексный показатель качества функционирования системы: где γj – весомость j-й цели в решении поставленной задачи; например, γj для водоснабжения (см. табл. 11) равен 0,5; Фj – интегральный индекс достижения j-й цели. Численное увеличение индекса свидетельствует об улучшении свойства. Наилучшим, с точки зрения достижения цели, будет вариант, имеющий максимальное значение Фj. Оптимизация параметров при проектировании системы заключается в установлении таких значений этих параметров и такого изменения их во времени, при которых достигается максимальный экономический эффект. Процедура технико-экономического анализа при этом включает: • постановку задачи и уточнение цели; • разработку альтернативных вариантов, отличающихся способами достижения поставленной задачи; • установление критерия оптимизации, представляющего собой соотношение между полезным эффектом, который оценивается комплексным показателем качества функционирования, и приведенными затратами; • расчеты капитальных вложений, эксплуатационных расходов и возможных последствий от ущербов; экономико-математическое моделирование и разработка алгоритмов решения; • отыскание оптимального варианта технического решения системы на основе анализа полученных результатов. Основные технико-экономические показатели заносятся в табл. 12, форма которой представлена ниже. 8. Учет платы за воду Плата за воду является формой финансового контроля государства экономического стимулирования мероприятий, направленных на рациональное использование и охрану водных ресурсов. Плата за воду входит в себестоимость продукции промышленных предприятий. Тарифы определены с учетом основных затрат водохозяйственных систем с учетом рентабельности их основных фондов. Плата за воду способствует повышению эффективности производственно-хозяйственной деятельности предприятий с учетом факторов охраны окружающей среды. Кроме решения актуальной задачи – создания хозрасчетных взаимоотношений между предприятиями, связанными с водным хозяйством, плата за пользование водой позволит накапливать средства для реализации их в водоохранных целях. Предложены различные методы определения цен на воду. Общим во всех случаях платы за воду является то, что материальную основу составляют фактические эксплуатационные издержки водохозяйственных систем. Однако методы расчета платы и принципы ее взимания еще не унифицированы. В РФ установлены официальные тарифы на воду, забираемую промышленными объектами из водохозяйственных систем. Плата за воду вносится промышленными предприятиями (объединениями) всех отраслей экономики в доход государственного бюджета. Таблица 12 Технико-экономические показатели водохозяйственного комплекса промышленного узла Показатели Варианты Базовый Предполагаемый Водоснабжение Расход свежей воды, м3/с Коэффициент совершенствования системы Приведенные затраты, руб./год Себестоимость хозяйственно-питьевой воды, руб./м3 Водоотведение и очистка сточных вод Расход воды, м3/с Степень очистки сточных вод Приведенные затраты, руб./год Себестоимость водоотведения очистки сточных вод, руб./м3 Экология Загрязнения окружающей среды, т: Земли Леса Воды Ущерб, руб./год Социология Урожайность, руб./год Продуктивность, руб./год Рекреация, балл Приведенные затраты, руб./год Комплексный показатель качества функционирования Общие приведенные затраты, руб./год Экономический эффект, руб./год Плата за воду, забираемую из водохозяйственных систем, не взимается с предприятий и организаций жилищно-коммунального хозяйства и бытового обслуживания населения (независимо от их ведомственной подчиненности). Коммунальные водопроводы, забирающие воду из водохозяйственных систем и снабжающие ею промышленные предприятия, вносят в доход государственного бюджета за воду, подаваемую для нужд промышленных предприятий. На указанную сумму соответственно увеличиваются платежи промышленных предприятий коммунальному хозяйству. Тарифы на воду установлены за 1 м3 потребляемой воды. Оплате подлежит весь объем забираемой воды. При потреблении воды промышленным предприятием в пределах лимита плата на воду взимается по тарифу, установленному для данной водохозяйственной системы. За сверхлимитный забор воды плата за воду взимается в пятикратном размере. При заборе воды предприятиями теплоэнергетики, использующими воду на нужды охлаждений агрегатов (возвратное водопотребление), применяются два вид тарифов: за водопотребление в пределах лимита забора воды плата производится по тарифу, составляющему 30 %-ю величину тарифа; за сверхлимитный забор воды плата производится по тарифу, установленному для данной водохозяйственной системы. Реализацию платы за воду в промышленности следует рассматривать как важный шаг в экономическом стимулировании рационального использования водных ресурсов. Взимание платы за воду, используемую в промышленном производстве, в определенной мере стимулирует соблюдение норм водопотребления, предотвращает расточительное использование воды, снижает потери, вызванные бесконтрольным ее потреблением, но не обеспечивает получения максимально возможных народнохозяйственных результатов от эксплуатации водных источников. Плата учитывает водохозяйственные затраты, наиболее легко поддающиеся калькуляции. В водоизбыточных районах, где потенциальные возможности источников используются лишь частично, такой подход вполне оправдан. Охрана водных ресурсов от загрязнения пока слабо стимулируется экономическими методами. Недостаточно разработана система тарифов за сброс сточных вод в канализационную сеть в зависимости от характера и степени загрязнения водных ре­сурсов. Целесообразен учет следующих видов оплаты: – за очистку стоков на центральных или районных очистных сооружениях; – сброс недостаточно очищенных сточных вод в реки и водоемы маловодных, густонаселенных промышленных районов, где проводятся мероприятия по охране водных ресурсов; – за сброс недостаточно очищенных сточных вод в реки, водоемы и моря с использованием их самоочищающей способности. Затраты на водообеспечение рассчитывают в основном по двум методам. В первом методе учитывают затраты только на забор, подъем и транспортировку воды от источников к потребителю, а также на очистку и отведение сточных вод. Второй метод, кроме перечисленных затрат, дополнительно учитывает затраты на мероприятия по регулированию водотока для разбавления недостаточно очищенных сточных вод. Однако эти методы не учитывают дефицита водных ресурсов, характерного для отдельных водохозяйственных систем и бассейнов. 9. Экономическая эффективность оборотных водохозяйственных систем Повторное использование производственных и городских сточных вод и поверхностного стока позволяет существенно сократить потребление свежей воды промышленностью. Если довести удельный вес оборотных систем в промышленности до 85 %, то потребление воды на технические нужды удастся сократить на 10...12 км3/год. При этом основное количество воды (до 70 %) экономится за счет использования охлаждающих систем оборотного водоснабжения. Интенсификация работы охлаждающих систем оборотного водоснабжения не требует больших капитальных вложений, но связана главным образом с необходимостью кондиционирования воды. Эксплуатационные затраты на обработку добавочной и оборотной воды при этом не превышают существующих тарифных ставок. Основными направлениями повторного использования производственных сточных вод являются создание и совершенствование внутритехнологических оборотных систем, очистка общезаводского потока сточных вод и последующее их использование в охлаждающих системах. Затраты на строительство и эксплуатацию сооружений водоснабжения, водоотведения и очистки сточных вод в среднем составляют 10...15 % стоимости предприятия. В отдельных случаях эти затраты достигают 25...30 %. Для выбора экономически выгодного варианта решения и определения оптимальных параметров системы используют экономико-математические модели элементов систем водообеспечения промышленных предприятий. Целевая функция системы водообеспечения с очисткой сточных вод до заданного уровня очистки и повторном их использовании в технологических про­цессах записывается в следующем виде: где J – количество источников водоснабжения; j – количество потребителей воды; сn; с'n – концентрации n-го вида примеси в технологическом процессе j – потребителя; Q – расход воды. На основании этой модели можно найти оптимальное распределение потоков сточных вод, удовлетворяющих условию минимума суммарных приведенных затрат на подготовку, очистку и транспортировку воды. Принятый критерий оптимизации должен учитывать ограничения, которые определяются местными условиями (например, наличие территории для размещения очистных сооружений, возможность использования отходов производства для очистки и обработки воды, надежность системы и т. д.). Методика оптимизации требует сложных математических описаний множества процессов, протекающих в системе водного хозяйства промышленного предприятия. Распространенным приемом определения оптимума при сравнении альтернативных вариантов является графический метод поиска экстремума. Определение оптимального режима эксплуатации охлаждающих систем оборотного водоснабжения показано на рис. 10. Рис. 10. Зависимость приведенных затрат от режима работы оборотной системы: П1–3 – затраты на забор воды, ее транспортировку и отвод продувочной воды; П4–5 – затра­ты на стабилизационную обработку; П6–7 – затраты на обессоливание и очистку продувоч­ной воды; П1–7 – суммарные приведенные затраты. Экономическая целесообразность повторного использования сточных вод в системах промышленного водоснабжения выявляется путем сопоставления затрат на возведение этих сооружений с затратами, предусмотренными на возведение комплекса очистки и сбросом сточных вод в водные объекты. Расчеты НИИ ВОДГЕО свидетельствуют об экономической эффективности применения систем повторного использования сточных вод. Для городских сточных вод удельные приведенные затраты для варианта со сбросом в 2 – 2,5 раза выше, чем для их подготовки к использованию в системах промводоснабжения. Обобщение опыта использования воды в промышленности и оценка водных ресурсов страны показали, что для решения поставленных перед промышленностью задач необходимо совершенствовать системы промышленного водопользования и более широко использовать очищенные производственные, поверхностные и городские сточные воды в системах технического водоснабжения. Лекция № 6 Водное законодательство РФ. Правила пользования водными ресурсами Охрана природы и рациональное использование ее богатств – в настоящее время одна из важнейших общегосударственных задач. Отношение к этой проблеме определено в основополагающих решениях, получивших юридическое закрепление в законополагающих документах. 1. Экологическая политика В современных условиях можно выделить три главных направления экологической политики: профилактика, устранение прошлых ошибок и сохранение в неприкосновенности особо ценных природных объектов. Первое направление связано с предупреждением возникновения вредных антропогенных воздействий на природу. Это профилактическое направление распространяется на всю деятельность, но особенно важное значение оно имеет в сфере хозяйственного руководства, прогнозирования (планирования) (территориального и отраслевого) развития техники и технологии, проектирования и капитального строительства. Второе направление представляет собой деятельность, направленную на исправление ранее допущенных экологических ошибок и недостатков, устранение проявляющихся негативных производственных воздействий на природу. Даже нормальная деятельность существующих предприятий небезвредна для окружающей природной среды. Некоторые из них строились без достаточного технического оснащения, предназначенного для охраны природной среды от воздействия опасных факторов промышленной деятельности. Если такие предприятия будут продолжать свою работу в тех же режимах и условиях, то природе будет нанесен непоправимый ущерб. С целью устранения негативных последствий на природу устаревшие технологии производства на многих предприятиях заменяют на новые, более совершенные, преимущественно безотходные или малоотходные. Некоторые предприятия оснащают более эффективными сооружениями по очистке сточных вод. Третьим направлением экологической политики является создание и устройство заповедников, заказников, национальных парков, памятников природы. 2. Задачи водного законодательства РФ. Водный кодекс РФ как правовая база обеспечения рационального использования, восстановления и охраны водных объектов от загрязнения и истощения С 1 января 2007 года вступил в действие новый Водный кодекс РФ, принятый Госдумой 12 апреля 2006 года и одобренный Советом Федерации 26 мая 2006 года. Водный кодекс РФ обладает высшей юридической силой, позволяющей регулировать отношения в использовании и охране вод. Водный кодекс РФ состоит из шести разделов: Раздел I. Общие положения. Раздел II. Право собственности и другие права на водные объекты. Раздел III. Государственное управление в области использования и охраны водных объектов. Раздел IV. Использование и охрана водных объектов. Раздел V. Разрешение споров по вопросам использования и охраны водных объектов и ответственность за нарушение водного законодательства Российской Федерации. Раздел VI. Целевое использование водных объектов. За время своего существования Водный кодекс РФ претерпел несколько изменений и поправок. В настоящее время введен в действие Федеральный закон от 03.06.2006 №73-ФЗ «О введении в действие Водного кодекса Российской Федерации». Новшество вызвано тем, что изменились формы пользования водными объектами. Новый Водный кодекс РФ в ст. 11 устанавливает два основания пользования водными объектами – это договор водопользования и решение о предоставлении водного объекта в пользование. Водопользование по договору будет платным (условие об оплате должен содержать сам договор в соответствии со ст. 20 Водного кодекса РФ). Решение о предоставлении водного объекта в пользование для целей, определенных в п. 2 ст. 11 Водного кодекса РФ, может принимать Правительство РФ, либо исполнительные органы государственной власти, либо органы местного самоуправления (ст. 21 Водного кодекса РФ). Они же имеют полномочия по установлению платы за пользование водными объектами. Новым кодексом вводятся нормы о разграничении полномочий между федеральными, региональными и местными властями по управлению водоемами. Гарантируется право граждан на пользование водными ресурсами. Документ разрешает гражданам бесплатно пользоваться для личных и бытовых нужд водными объектами, а также полосой земли вдоль береговой линии для передвижения, пребывания, любительского рыболовства, причаливания плавучих средств. Оговаривается, что водные объекты находятся в федеральной собственности за исключением «руда, обводненного карьера, принадлежащих регионам или муниципальным образованиям». Водные объекты могут предоставляться в пользование на основании договора или специального решения на срок до 20 лет. Законом также определяются параметры водоохранных зон и прибрежных защитных полос, уточняются правила эксплуатации водоохранных зон. Современное развитие производства и градостроительства, рост материального благосостояния и культурного уровня населения увеличивают разносторонние потребности в воде и повышают значение рационального использования и охраны вод. Государственная собственность на воду создает благоприятные условия для осуществления мероприятий комплексного использования вод с наибольшим народнохозяйственным эффектом, позволяет обеспечить наилучшие условия труда, быта, отдыха и охраны здоровья людей. Водный кодекс призван активно способствовать наиболее эффективному, научно обоснованному использованию вод и их охране от загрязнения, засорения и истощения, дает возможность регулировать водные отношения для рационального использования вод. Выполнение его основ позволяет максимально удовлетворить нужды населения и народного хозяйства в воде, своевременно предупреждать и ликвидировать вредные воздей­ствия вод, улучшать состояние водных объектов, а также охранять права предприятий, организаций, учреждений и граждан в области водных отношений. В соответствии с Конституцией воды в РФ являются государственной собственностью, т. е. всенародным достоянием, и предоставляются только в пользование. Все воды (водные объекты) в РФ составляют единый государственный водный фонд, включающий реки, озера, водохранилища, другие поверхностные водоемы и водные источники, а также воды каналов и прудов, подземные воды и ледники, внутрен­ние моря и морские воды, территориальные воды. Важную роль в решении задач рационального использования водных ресурсов играет государственное регулирование водных отношений, заключающееся в распоряжении единым государственным водным фондом; установлении основных положений в области использования вод, охраны их от загрязнения, засорения и истощения, предупреждения и ликвидации вредного воздействия вод; установлении общесоюзных нормативов водо­пользования, требований к качеству вод, их использования, регистрации водопользования и государственного водного кадастра; утверждении схем комплексного использования и охраны вод, а также водохозяйственных балансов общесоюзного значения; планировании общесоюзных мероприятий по использова­нию, охране вод, предупреждению и ликвидации их вредного воздействия; государственном контроле за использованием и ох­раной вод и установлении порядка его осуществления. Рациональное использование и охрана вод во многом зависят от эффективности государственного управления рассматриваемой сферой отношений. В стране имеются государственные и специализированные органы для квалифицированного решения задач на высоком научно-техническом уровне по регулированию использования водных ресурсов и охраны вод. Государственное управление в области использования и охраны вод осуществляется специально уполномоченными на то государственными органами в соответствии с законодательством РФ. Государственный контроль за соблюдением основ водного законодательства министерствами, ведомствами, государственными, кооперативными, общественными предприятиями и т. д. осуществляется народными депутатами, а также специально уполномоченными на то государственными органами. Государственный контроль имеет важное значение для рационального, комплексного использования водных ресурсов, охраны вод от загрязнения и истощения, предупреждения и ли­квидации вредного воздействия вод. В российском законодательстве имеются нормы, предусматривающие государственный контроль за мероприятиями по борьбе с вредным воздействием вод, учетом и рациональным использованием водных ресурсов предприятиями и за проведением ими мероприятий по охране водоемов от загрязнения, засорения и истощения, использованием и охраной подземных вод, санитарным состоянием водных источников. Функции контроля возло­жены на государственные органы по охране природы и природных ресурсов. Основы водного законодательства предусматривают участие общественных организаций и граждан в проведении мероприятий по рациональному использованию и охране вод. Определе­ние роли в содействии государственным органам при решении этих задач отводится профессиональным союзам, обществам охраны природы, научным обществам и другим общественным организациям, а также гражданам. Государственный учет и планирование использования вод представляет собой систему, главными звеньями которой являются: Государственный водный кадастр, водобалансовые схемы комплексного использования и охраны вод. Эти звенья имеют между собой тесную логическую связь, и в то же время каждое звено в отдельности представляет достаточно самостоятельный научно-технический и организационный комплекс. В СССР на основе детально разработанной программы были собраны (1933–1940) основные сведения о поверхностных и подземных водах для всей территории страны, внутренних и окраинных морей – «Водный кадастр СССР». Затем материалы были пересмотрены и уточнены и вошли в новую редакцию «Водный кадастр РФ», который имеет важное значение для планирования развития промышленности, сельского хозяйства, энергетики и других отраслей народного хозяйства. В первое издание «Водного кадастра СССР» вошли сведения об уровнях воды в водных источниках и температуре воды, расходах воды и наносах, режимах рек, подземных вод, морей, озер, болот и т. д. Водный кадастр явился также базой для расчетов при проектировании и строительстве водохозяйственных объектов и сооружений первой и последующих пятилеток. Для изучения поверхностных и подземных вод в нашей стране организована государственная опорная гидрометеорологиче­ская и гидрологическая сеть станций и развито экспедиционное изучение водных ресурсов. При размещении, проектировании, строительстве и вводе в эксплуатацию новых и реконструированных предприятий, сооружений и других объектов, а также при введении новых тех­нологических процессов, влияющих на состояние вод, в первую очередь должно учитываться рациональное использование вод при условии первоочередного удовлетворения питьевых и быто­вых нужд населения. При этом предусматриваются мероприя­тия, обеспечивающие учет забираемой из водных объектов и возвращаемой в них воды, охрану вод от загрязнения и истоще­ния, предупреждение вредного воздействия вод, ограничение затопления земель до минимально необходимых размеров, охрану земель от засоления, подтопления или иссушения, а также сохранение благоприятных природных условий и ландшафтов. Кроме этого, на рыбохозяйственных водоемах должны быть своевременно осуществлены мероприятия, обеспечивающие охрану рыбы, других водных животных и растений и условия для их воспроизводства. Выполнение этих требований закона окажет благотворное влияние на состояние водных объектов, позволит сохранить наши рыбные богатства и природные условия не только для нынешних, но и будущих поколений. Основы водного законодательства регламентируют места строительства предприятий, сооружений и других объектов, влияющих на состояние вод. Определение мест строительства предприятий, сооружений и других объектов, влияющих на состояние вод, должно согласовываться с органами по регулированию использования и охране вод, местными исполнительными комитетами народных депутатов, органами, осуществляющими государственный санитарный надзор, охрану рыбных запасов, и другими органами в соответствии с законодательством РФ. Проекты строительства указанных предприятий подлежат согласованию. В деле комплексного использования водных ресурсов и их охраны важную роль призваны играть требования к вводу в эксплуатацию новых и реконструированных объектов, влияющих на состояние вод. В настоящее время запрещена приемка в эксплуатацию предприятий, цехов и агрегатов, сбрасывающих сточные воды, без выполнения мероприятий, обеспечивающих очистку и обезвреживание этих вод. Закрепляя указанное правило, Основы водного законодательства устанавливают условия, без соблюдения которых запрещается ввод в эксплуатацию объектов. В частности, запрещается ввод в эксплуатацию: новых и реконструированных предприятий без очистных сооружений, предотвращающих загрязнение и засорение вод или их вредное воздействие; оросительных и обводнительных систем, водохранилищ и каналов до проведения мероприятий по предотвращению затопления, подтопления, заболачивания и т. п.; осушительных систем до готовности водоприемников и других сооружений; водозаборных сооружений без рыбозащитных устройств; гидротехнических сооружений до го­товности устройств для пропуска паводковых вод и рыбы; буровых скважин на воду без оборудования их водорегулирующими установками и установления в соответствующих случаях санитарной охраны. Запрещается наполнение водохранилищ до осуществления мероприятий по подготовке ложа. 3. Единый государственный водный фонд Единый государственный водный фонд олицетворяет собой объект права исключительной государственной собственности на воды в РФ. Понятие водного фонда дает возможность установить круг предметов, состоящих в исключительной собствен­ности государства, и выяснить сферу действия водного законодательства, ибо оно распространяется главным образом на отношения, возникающие по поводу водного фонда в целом или его отдельных элементов. Единый государственный фонд в РФ составляют все воды, а не вся вода. Основы водного законодательства проводят принципиальное различие между понятиями «вода» и «воды». Важнейшая особенность воды по сравнению со многими другими элементами материального мира заключается в динамичности и взаимосвязанности всех запасов воды. Единый государственный водный фонд делится на три части: первая часть – вода в составе атмосферы Земли, почвенная влага, вода в тканях животных и растений; вода, участвующая в круговороте (моря, реки, озера, водохранилища и др.); вода, циркулирующая в водопроводах, накопленная в резервуарах и т. п. В состав первой части входит вода, которая по своему физиче­скому состоянию и положению в пространстве не может самостоятельно выступать в качестве специфического материального блага. Эта вода является компонентом горных пород, входит в структуру почвы, участвуя в органических соединениях, образует материальную субстанцию тканей растительных и животных организмов и т. д. Такая вода не является и самостоятельным объ­ектом отношений, в том числе отношений собственности. Поэтому не существует права собственности на атмосферную или почвенную влагу, воду, находящуюся в тканях животных и растений. Объектами отношений выступают сама атмосфера, почва, животные и растения, но не вода, находящаяся в них. Вторая составная часть общего количества воды образует природные запасы воды, представляющие огромную материальную ценность для общества. Эти запасы служат удовлетворению питьевых и бытовых потребностей людей, используются в промышленности, сельском хозяйстве и для других нужд. Они представляют собой специфическое материальное благо, выступают как объекты отношений и поддаются юридическому обособлению, состоят в исключительной собственности государства и образуют вещественное содержание понятия «воды». Третью часть представляют собой неприродные запасы воды, отделенные от природной среды трудом людей и обращенные в товарно-материальную ценность. Критерием разделения природных и неприродных запасов воды является факт добычи, в результате которой некоторая масса воды отделяется от природной среды. С точки зрения юридической характеристики неприродных запасов воды их основная особенность заключается в том, что они не могут быть объектами права исключительной собственности государства, а переходят зачастую в собственность общественных организаций и граждан путем всякого рода правомерных сделок. Это обусловлено тем, что добытая вода используется как потребительский продукт или как сырье, на которое государство не может всегда сохранять свое право собственности. Так, минеральная вода в бутылках обычно покупается гражданами, приобретается в личную собственность перед потреблением или непосредственно в процессе потребления. Неприродные запасы воды (добытая вода) не охватываются понятием «воды». Таким образом, к «водам» относятся природные запасы воды, выступающие в качестве самостоятельного материального блага, использование которого поддается целенаправленному регулированию. Для того чтобы при регулировании водных отношений в формулах правовых норм и актов каждый раз не перечислять виды вод, законодатель установил единое понятие – водный объект, которое символизирует тот или иной кон­кретный материальный предмет водных отношений. Водный объект – это река, озеро, море, ледник, подземный водоносный горизонт и т. п. Совокупность указанных водных объектов, находящихся на территории РФ, – это и есть «воды». Категории и виды водных объектов, составляющих единый государственный водный фонд, различаются не по основному хозяйственному целевому назначению, как, например, категории земель, а по физико-географическому и государственно-политическим признакам. В состав единого государственного водного фонда входит определенное количество точно поименованных рек (например, Волга, Днепр, Обь, Енисей, Лена, Амур и т. д.), озер (Ладожское, Онежское, Байкал, Севан, Иссык-Куль) и т. д. Изменения в водный фонд могут быть внесены хозяйственной деятельностью людей, искусственно создающих водные объекты. Появляются иногда совершенно новые виды водных объектов, скажем, водоемы, образующиеся на месте бывших карьеров по добыче полезных ископаемых или строительных материалов. В связи с этим Основы водного законодательства не установили исчерпывающего перечня категорий и видов водных объектов, составляющих единый государственный водный фонд, оставив его открытым. В отличие от единого государственного земельного фонда единый государственный водный фонд составляется из физико-географических объектов, которые отнесены к «водам» и официально признаны водными объектами. Точный и систематический учет вод приобретает исключительно важное значение в практике регулирования отношений собственности на воды, водопользования и охраны вод. Высшей формой учета является Государственный водный кадастр, который содержит данные, полностью и всесторонне характеризующие вещественный со­став этого государственного фонда. Государственный водный фонд определяется в законодатель­стве как единый. Иных фондов не существует. 4. Государственное управление и контроль в области использования и охраны вод Рациональное использование и охрана вод в значительной мере зависят от эффективности государственного управления. Управление в области использования и охраны вод осуществляется исполнительными местными комитетами, а также специально уполномоченными на то государственными органами по регулированию использования и охране вод непосредственно или через бассейновые (территориальные) управления и иными государственными органами в соответствии с законодательством РФ. Кроме органов общей компетенции, государственное управление осуществляется специализированными государственными органами, которые должны квалифицированно решать вопросы регулирования использования водных ресурсов и охраны вод. Рациональное планирование развития экономики предусматривается с учетом многоплановых водохозяйственных балансов и природных особенностей вод бассейнов рек, озер, морей, экономических районов РФ. На основе всесторонней научно-технической и экономической оценки водных ресурсов, перспективных планов развития народного хозяйства и водохозяйственных балансов разрабатываются схемы комплексного использования и охраны вод. Различают два основных вида схем – генеральные и бассейновые (территориальные). Генеральные схемы составляются на периоды большой продолжительности (10, 20 лет и более) для всей территории РФ. На основе генеральных схем разрабатываются схемы использования и охраны вод по бассейнам крупных рек и для территорий экономических районов. Эти схемы дают возможность спланировать использование ресурсов поверхностных и подземных вод для обеспечения развития народного хозяйства и удовлетворения потребностей населения в воде, исключить возможность возникновения диспропорции между потребностью в воде и реальной возможностью удовлетворения такой потребности, не допустить загрязнения, засорения и истощения ресурсов природных вод. Значение схем комплексного использования и охраны вод для планирования развития экономики страны возрастает в связи с определением водохозяйственных проблем, требующих спе­циальной научно-технической и экономической разработки. Схемы комплексного использования и охраны вод содействуют рациональному размещению новых промышленных, энергетических и других крупных народнохозяйственных объектов. 5. Пользование водными объектами Право общего водопользования осуществляется без предварительного разрешения. На специальное водопользование требуется получение разрешения. Основным критерием разграничения здесь является применение сооружений и технических устройств, влияющих на состояние вод (изменение гидрологического, биохимического и химического режимов водных объектов). По условиям предоставления объектов в специальное водопользование различают совместное и обособленное пользование. Наиболее распространено совместное водопользование. При обособленном водопользовании конкретный водный объект закрепляется за одним водопользователем и предназначен исключительно для потребностей указанного водопользователя. В пользование предоставляются водные объекты, которые входят в состав единого государственного водного фонда. Пользование водой, не охватываемой понятием «воды», юридически не признается водопользованием. Например, некоторая часть природных запасов воды содержится в земной атмосфере в парообразном состоянии или в виде мелких кристаллов льда. Пользование атмосферной водой до выпадения осадков юриди­чески не относится к водопользованию и не регламентируется правом, ибо эта вода является составной частью атмосферы Земли, не выступает в виде водных объектов и при существую­щем уровне развития производительных сил не поддается контролю со стороны общества, малодоступна для крупного хозяйственного использования. При этих условиях у законодателя нет экономически обоснованного интереса в правовом регулировании пользования запасами воды в атмосфере Земли. Водное законодательство устанавливает единую классификацию видов водопользования по ряду признаков: в зависимости от хозяйственного целевого назначения использования водных объектов; по способу пользования водами; по техническим условиям водопользования; по условиям предоставления водных объектов в пользование и основаниям возникновения права водопользования. Водные объекты предоставляются в пользование при соблюдении предусмотренных законом требований и условий для удовлетворения питьевых, бытовых, лечебных, курортных, оздоровительных и иных нужд населения, сельскохозяйственных, промышленных, рыбохозяйственных, транспортных и иных го­сударственных и общественных надобностей. Может допускаться также использование водных объектов для сброса сточных вод (при соблюдении требований и условий). Основы водного законодательства разграничивают общее водопользование, осуществляемое без применения сооружений и технических средств, влияющих на состояние вод, и специальное водопользование, осуществляемое с применением таких со­оружений и устройств. Специальное водопользование сильно влияет на состояние водных объектов, может привести к нарушению правил использования водных ресурсов и причинить вред отдельным водопользователям. Оно разрешается после проведения изыскательских и проектных работ, предварительного согласования основных условий пользования водами. Общее водопользование в отличие от специального не оказывает такого воздействия на состояние водных объектов и поэтому не требует детального правового регулирования и постоянного контроля. Общее водопользование осуществляется без разрешения и без какого-либо оформления, за исключением случаев, когда право общего водопользования осуществляется на водных объектах, уже состоящих в обособленном пользовании. Предусмотренные законодательством широкие возможности для общего водопользования обусловлены жизненными потребностями в воде населения, ограничение которых противоречит целям государства. Типичными случаями общего водопользова­ния являются добыча воды отдельными гражданами при помощи простейших бытовых приспособлений, купание, водопой скота непосредственно на водоемах, любительское (спортивное) рыболовство и т. п. Специальное водопользование осуществляется на основании разрешения, выдаваемого органами по регулированию водо­пользования и охране вод. Такие разрешения выдаются после согласования с органами, осуществляющими государственный санитарный надзор, охрану рыбных запасов, а также с другими заинтересованными органами. Порядок согласования и выдачи разрешений на специальное водопользование устанавливается Кабинетом министров РФ. Основным критерием разграничения общего и специального водопользования является применение сооружений и техничес­ких устройств, влияющих на состояние вод, т. е. влекущих изменения гидрологического режима водных объектов. 6. Рациональное, комплексное использование вод В регулировании отношений между водопользователями большое значение придается рациональному, комплексному использованию вод (водных объектов). Термины «рациональное» и «комплексное» использование вод не равнозначны. Рациональное использование – это всестороннее научно обоснованное использование вод, обеспечивающее оптимально полезный эффект для общества в текущий период и в течение принятого периода расчетной перспективы при обязательном соблюдении всех требований водного законодательства. Рациональное использование вод – это цель правового регулирования водных отношений. На это направлена деятельность государст­венных организаций и граждан. Вопросы рационального использования вод рассматриваются при размещении, проектировании, строительстве и вводе в эксплуатацию предприятий, сооружений и других объектов. Рациональное использование водных объектов является обязанностью всех водопользователей. Требования рационального использования вод установлены применительно к видам водопользования. Комплексное использование – такое использование, при котором находят экономически оправданное применение все по­лезные свойства того или иного водного объекта для удовлетворения разнообразных потребностей всех заинтересованных во­допользователей – населения и народного хозяйства. Комплексное использование вод имеет место при пользовании одним водным объектом несколькими водопользователями или одним водопользователем, но для нескольких целей. Комплексное использование вод не означает равного удовлетворения всех потребностей в воде. При комплексном использовании вод некоторым водопользователям отдается предпочтение сообразно с местными хозяйственными и природными условиями. При этом потребность населения в питьевой воде обеспечивается в первоочередном порядке. Водное законодательство рекомендует разработку генеральных и бассейновых (территориальных) схем комплексного использования и охраны вод. В них определяются водохозяйственные и другие мероприятия, осуществляемые для удовлетворения перспек­тивных потребностей в воде населения и народного хозяйства. Большинство водоемов служат одновременно источниками хозяйственно-питьевого и производственного водоснабжения, транспортными путями, источниками энергии, производственной базой рыбного хозяйства, факторами оздоровительного и гигиенического значения и т. п. В их эксплуатации заинтересовано большое число государственных органов, коммунальных, промышленных, сельскохозяйственных, энергетических, рыбохозяйственных, транспортных и других предприятий, учреждений, организаций, а также население. Важно согласовать и совместить противоречивые интересы разнообразных водопользователей, чтобы водоснабжение не создавало помех транспорту и рыбному хозяйству и, наоборот, чтобы развитие гидроэнергетики не приводило к истощению рыбных запасов, не препятствовало использованию рек для других хозяйственных нужд и т. д. Водное законодательство устанавливает обязанность для всех водопользователей в процессе пользования водами не допускать нарушения прав, предоставленных другим водопользователям, а также нанесения ущерба хозяйственным объектам и природным ресурсам (землям, лесам, полезным ископаемым и др.). Кроме того, соблюдается принцип комплексного использования вод. Важным и исходным в принципе комплексного использования вод является прогнозирование, поэтому особое внимание уделяют государственным водохозяйственным балансам и схемам комплексного использования и охраны вод. Комплексное использование является разновидностью рационального использования вод. Однако рациональное использование вод в некото­рых случаях обеспечивается, когда один водный объект используется одним водопользователем для единственной цели, т. е. при отсутствии комплексного использования. 7. Приоритет водоснабжения населения Вода расходуется населением на хозяйственно-бытовые нужды. Чем выше культура и санитарно-гигиенические условия жизни населения, тем выше (в определенных пределах) уровень потребления воды. В нашей стране, обладающей большими запасами водных ресурсов, систематически проводятся санитарно-гигиенические и хозяйственно-технические мероприятия по улучшению со­стояния водоснабжения городов и населенных пунктов, а также ведется постоянный контроль за использованием водных ресурсов для питья и хозяйственно-бытовых нужд населения. Основные требования к обеспечению водопользования населения регулируются в законодательном порядке. Действующее законодательство определяет общий порядок водопользования для питья и хозяйственно-бытовых нужд населения, предусматривает обязательные меры санитарной охраны источников водо­снабжения, запрещает эксплуатацию предприятий, загрязняющих эти источники промышленными сточными водами, предъявляет особые требования к использованию подземных вод и т. п. Для оценки пригодности воды, используемой для централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения населения, разработан и утвержден государственный стандарт «Вода питьевая», опреде­ляющий совокупность требований к качеству воды. Пригодность того или иного водоема для использования в качестве источника водоснабжения также определяется по государственному стандарту «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водо­снабжения. Правила выбора и оценки качества». Население пользуется водой непосредственно из рек, озер, прудов, родников, ручьев и иных водных источников. При цен­трализованном коммунальном водоснабжении используются специальные водозаборные, водоочистные, транспортирующие и распределительные сооружения и устройства. В сельских населенных пунктах возрастает число централизованных систем водоснабжения населения, правовое регулирование и правовые формы которых не совпадают с правопоряд­ком водопользования граждан. Порядок устройства и эксплуатации водопроводов для централизованного питьевого, коммунально-бытового водоснабжения населения регулируется законодательными актами, прави­лами и инструкциями, издаваемыми органами коммунального хозяйства и здравоохранения, а также решениями местных властей. Вопросы, связанные с количеством воды, выбором водоисточника и т. п., разрешаются при проектировании водопровода, а принятые по этим вопросам решения санкционируются государственными органами при утверждении проектов. После завершения строительства и сдачи водопровода в эксплуатацию (органа коммунального хозяйства или предприятия) возникают права и обязанности по рациональному использованию водных ресурсов, соблюдению Правил технической эксплуа­тации водопроводов, а также обеспечению установленного режима санитарной охраны используемого источника водоснабжения в районе головного водозабора, в том числе поддержание требуемых условий в запроектированных зонах санитарной защиты. Современное правовое регулирование водопользования для питья и хозяйственно-бытовых нужд населения в РФ имеет в своей основе два важнейших принципа: общедоступность природных запасов воды для всех граждан в целях максимального удовлетво­рения их личных потребностей; обеспечение всех необходимых мер охраны здоровья людей, связанных с использованием воды. Водное законодательство предусматривает своеобразный приоритет водопользования для питья и хозяйственно-бытовых нужд населения перед другими водопользованиями. Это означа­ет, что при использовании водного источника для различных надобностей водопользование для питья и хозяйственно-бытовых нужд населения не подлежит ограничениям в пользу про­мышленного, сельскохозяйственного, транспортного и других видов водопользования. Наоборот, если пользование водой для промышленности, сельского хозяйства, транспорта препятствует использованию природных запасов воды для питья и хозяйственно-бытовых нужд населения, то оно может быть надлежащим образом ограничено. Водные объекты предоставляются в пользование прежде всего для удовлетворения питьевых и бытовых нужд населения. Нужды населения в питьевой воде удовлетворяются лучше всего за счет эксплуатации подземных вод. Поэтому Основы установили, что использование подземных вод питьевого качества для нужд, не связанных с питьевым и бытовым водоснабжени­ем, как правило, не допускается. В районах, где отсутствуют не­обходимые поверхностные водные источники и имеются достаточные запасы подземных вод питьевого качества, органы по ре­гулированию использования и охране вод могут разрешить ис­пользование этих вод для целей, не связанных с питьем и бытовым водоснабжением. В водном законодательстве установлено важное правило о недопустимости ухудшения условий питьевого и бытового водопользования населения. Государственная власть на местах в случае стихийного бедствия, аварии и при других исключительных обстоятельствах, а также при перерасходе предприятием установленного лимита потребления воды из водопровода имеет право запрещать по­требление для промышленных целей питьевой воды из комму­нальных и временно ограничивать из ведомственных хозяйст­венно-питьевых водопроводов в интересах первоочередного удовлетворения питьевых и бытовых нужд населения. Право пользования водами для питьевых и бытовых нужд обеспечивает абсолютно необходимые условия жизни человека. Недопустимость прекращения права пользования водами для питьевых и бытовых нужд (в качестве санкции за правонаруше­ние) – одна из существенных правовых гарантий приоритета питьевого и бытового водопользования. 8. Сброс сточных вод Моря, озера, реки и другие водоемы издавна используются для выпуска в них производственных и бытовых отходов. В прошлом, при невысоком уровне развития производительных сил, такое использование водоемов не угрожало обществу опасными последствиями и не требовало общего регулирования. В настоящее время большое значение приобрела проблема охраны водоемов от загрязнения сточными водами промышленных предприятий и городов. Для ее решения потребовалось проводить разносторонние научные, хозяйственно-технические, санитарно-гигиенические и законодательные мероприятия. Построены и эксплуатируются тысячи сооружений по очистке сточных вод. Некоторые предприятия добились высокой эффективности в эксплуатации очистных сооружений и выпускают в водоемы сточные воды с минимальным содержанием вредных примесей, соответствующим нормативным значениям ПДК. В результате санитарное состояние некоторых рек, озер, водохранилищ улучшилось. Однако еще немало предприятий продолжает выпускать в водоемы неочищенные сточные воды. Имеются случаи ввода в действие предприятий, не обеспеченных необходимыми водоочистными сооружениями. Основы водного законодательства регламентируют сброс сточных вод как вид водопользования и устанавливают ряд условий и требований, направленных на устранение (предупреждение) загрязнения водоемов в результате сброса сточных вод. К ним относится запрет ввода в эксплуатацию новых предприятий, коммунальных и других объектов, не обеспеченных сооружениями, предотвращающими загрязнение и засорение вод или их вредное воздействие. Установлены обязанности водопользователей, пользующихся водными объектами для промышленных целей, следует принимать меры к сокращению расхода воды и прекращению сброса сточных вод путем совершенствования технологии производства и схем водоснабжения. Строго регламентируется порядок сброса сточных вод как в поверхностные, так и в подземные водные объекты. Водными объектами для сброса промышленных, коммунально-бытовых, дренажных и других сточных вод можно пользоваться только с разрешения органов по регулированию использования и охране вод после согласования с органами, осуществляющими государственный санитарный надзор, охрану рыбных запасов, и другими заинтересованными органами. Это означает, что на каждый водовыпуск должно быть разрешение, удостоверяющее право на сброс сточных вод. В разрешении указывается, кому, в какой водоем, в каком месте и количестве разрешено сбрасывать сточные воды, вид сточных вод, их состав, температура, степень их очистки, возможные колебания разме­ров сброса вод во времени и другие условия. Отступление от указанных в разрешении условий сброса сточных вод влечет за собой применение мер ответственности к виновным лицам, а также мер по пресечению незаконного сброса сточных вод. Сброс сточных вод допускается только в случаях, если он не приведет к увеличению содержания в водном объекте загрязняющих веществ свыше установленных норм. В РФ установлены предельно допустимые концентрации вредных веществ в воде водоемов санитарно-бытового и рыбохозяйственного водопользования. Эти нормы позволяют определить расчетом условия сброса различных видов сточных вод. Таким образом, Основы водного законодательства устанавливают такой порядок сброса сточных вод, при котором может обеспечиваться охрана водных объектов и их комплексное использование. 9. Отдельные виды водопользования Основы водного законодательства устанавливают положения применительно к отдельным видам водопользования: промышленному, сельскохозяйственному, транспортному, энергетическому и т. д. Промышленные водопользователи обязаны соблюдать планы, технологические нормы и правила водопользования, направленные на бережное расходование воды. Основы водного законодательства ориентируют на нормирование потребного количества воды с учетом научно обоснованных норм расхода ее на производство единицы каждого вида выпускаемой продукции, а также предусматривают обязанность предприятий в снижении затрат воды на производственные нужды. Эффективной мерой сокращения расхода воды в производстве и уменьшения сброса неочищенных сточных вод явля­ются системы оборотного водоснабжения. Для сельскохозяйственных водопользователей установлены права и обязанности по регулированию использования и охране вод. В частности, сель­скохозяйственные и другие предприятия, организации, учреждения и граждане, пользующиеся водными объектами для нужд сельского хозяйства, обязаны соблюдать установленные планы, правила, нормы и режим водопользования, принимать меры к сокращению потерь воды на фильтрацию и испарение в мелиоративных системах, предупреждению нерациональных сбросов воды из них, не допускать попадания рыбы из рыбохозяйственных водоемов в мелиоративные системы, а также создавать наиболее благоприятный режим почвенной влаги. Основы водного законодательства определяют условия пользования водными объектами для нужд водного транспорта и лесосплава. Основная юридическая особенность водных путей – их общедоступность. Реки, озера, водохранилища, каналы, внутренние моря и другие внутренние морские воды РФ, а также территориальные воды РФ являются водными путями общего пользования, за исключением случаев, когда их ис­пользование в этих целях полностью или частично запрещено либо они предоставлены в обособленное пользование. Режим путей общего пользования означает свободное (т. е. без особо­го каждый раз разрешения) передвижение судов и других плавучих средств, принадлежащих не только специализированным транспортным организациям, но любым предприятиям, учреждениям, организациям и гражданам. Этот правовой режим сходен с правовым режимом автомобильных дорог, передвижение по которым разрешено по закону всем владельцам транспортных средств. Правовой режим общего пользования, установленный для внутренних водных путей, создает у каждого из предприятий, учреждений и граждан право пользоваться указанными путями. Однако он не означает бесконтрольного использования для транспортных целей наших рек, озер, водохранилищ и каналов, ибо для осуществления права пользования внутренними водными путями требуется в ряде случаев предварительное техническое освидетельствование и регистрация плавучих средств, а также соблюдение других условий. Основы водного законодательства предусматривают правила о допустимости и ограничениях лесосплава. В частности, они запрещают молевой сплав леса, а также сплав древесины в пучках и кошелях без судовой тяги на судоходных путях и на водных объектах, используемых для рыбного хозяйства и водоснабжения. Основы водного законодательства предусматривают обязательность соблюдения режима наполнения и сработки водохранилищ. Порядок эксплуатации водохранилищ определяется правилами, утверждаемыми органами по регулированию использования и охране вод для каждого водохранилища, каскада или системы водохранилищ по согласованию с органами, осуществляющими государственный надзор, охрану рыбных запасов, и другими заинтересованными органами. 10. Охрана вод и предупреждение их вредного воздействия Установление правовых норм охраны вод (водных объектов) от засорения, загрязнения и истощения, а также по предупреждению вредного воздействия вод – одна из главных целей Основ водного законодательства. Необходимость таких норм обусловлена развитием промышленности, сельского хозяйства и го­родов, которое вызывает резкий рост потребностей в использовании вод, приводит к существенному увеличению сточных и дренажных вод, загрязненных различными веществами. В Основах водного законодательства все воды (водные объекты) подлежат охране от загрязнения, засорения и истощения, могущих причинить вред здоровью населения, а также повлечь уменьшение рыбных запасов, ухудшение условий водоснабжения и другие неблагоприятные явления вследствие изменения физических, химических, биологических свойств вод, снижения их способности к естественному очищению, нарушения гидро­логического и гидрогеологического режима вод. Предусмотрен также комплекс мер по охране вод от загрязнения и засорения. Кроме строгих ограничений к использованию водных объектов для сброса сточных вод установлены и другие ограничения. Так, полностью запрещается сброс в водные объекты производственных, бытовых и других видов отходов и отбросов, не допускается загрязнение и засорение поверхности водосборов и ледяного покрова водоемов отходами, от­бросами и выбросами, смыв которых может повлечь ухудшение качества поверхностных и подземных вод. Для охраны вод, используемых для питьевого и бытового водоснабжения, лечебных, курортных и оздоровительных нужд населения, установлены специальные округа и зоны санитарной охраны. Это позволяет существенно упорядочить охрану вод в интересах удовле­творения потребностей в воде и обеспечения здоровья населе­ния. Наряду с охраной вод от загрязнения и засорения исключительно важно предотвратить истощение поверхностных и подземных вод. Нерациональное использование вод может нарушить процесс возобновления их ресурсов в отдельных речных и подземных бассейнах и, как следствие этого, повлечь за собой истощение вод. Особенно недопустимо истощение ресурсов подземных вод (наиболее ценных для питьевого водоснабжения) вследствие их забора (откачки) в размерах, превышающих возможность естественного возобновления. Для поддержания благоприятного водного режима рек, озер, водохранилищ, подземных вод и других водных объектов, для предупреждения водной эрозии почв и заиления водоемов, для уменьшения потерь и резких колебаний речного и подземного стоков Основами водного законодательства предусмотрено установление водоохранных зон лесов, обязательное проведение лесомелиоративных, противоэрозионных, гидротехнических и других мероприятий. Главное же средство против истощения водных ресурсов – установление рационального, основанного на научных знаниях и расчетах режима эксплуатации водохозяйственных систем и сооружений (водозаборных, энергетических, водопропускных и др.). Воды нередко становятся причиной значительных бедствий, которые могут нанести громадный ущерб человеку. Особенно опасны по масштабам и последствиям бедствия, вызываемые водами в связи с явлениями и процессами, происходящими в природе, которыми человек не только не умеет управлять, но и которые нередко не может своевременно предвидеть, – катастрофические наводнения и маловодья, прорывы высокогорных озер, изменение русл и разрушение берегов рек и ряд других). Результатом нерационального использования человеком поверхностных и подземных вод, недооценки законов природы или пренебрежения ими является водная эрозия почв, образование оврагов, заболачивание и засоление земель, периодическое затопление населенных пунктов и др. Основы предусматривают обязанности предприятий, организаций и учреждений проводить мероприятия по предупреждению или ликвидации: наводнений, затоплений и подтоплений; разрушения берегов, защитных дамб и других сооружений; заболачивания и засоления земель; эрозии почв, образования оврагов, оползней, селевых потоков и других вредных явлений. Для предупреждения и борьбы с вредным воздействием вод предусматривают защитные лесонасаждения для борьбы с эрозией почвы, оползневыми и селевыми явлениями; применение противоэрозионной агротехники, пастбищно-мелиоративные работы; водоохранное лесоразведение.