Рациональное водопользование

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный университет геосистем и технологий» Кафедра Экологии и природопользования ЛЕКЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ РАЦИОНАЛЬНОЕ ВОДОПОЛЬЗОВАНИЕ Направление подготовки Профиль подготовки Экологическая безопасность Квалификация (степень) выпускника Академический бакалавр Новосибирск, 2020 Оглавление Раздел I. Вода в биосфере. Гидрологический цикл. Запасы пресной воды. Водный кадастр. 3 Раздел II. Проблемы водопользования. Загрязнение поверхностных и подземных вод. Охрана водных источников.…………………………..…...…..7 Раздел III. Защита гидросферы от промышленных загрязнений. Основные критерии выбора и построения схем очистки промышленных и бытовых сточных вод. Расчет и подбор основного оборудования.……………….........10 Раздел IV. Водный мониторинг. Оценка качества воды. Расчет нормативно-допустимого сброса и определение приоритетности загрязняющих веществ.………………………………………………...………..16 Раздел V. Водохозяйственные комплексы как основа управления водными ресурсами. Классификация ВХК. Схема формирования ВХК. ….……………………………………………………………..…………………..23 Раздел VI. Основные направления рационального использования воды различными водопользователями. …………………..…………………….…...28 Раздел I. Вода в биосфере. Гидрологический цикл. Запасы пресной воды. Водный реестр Водные ресурсы и их роль в социально-экономическом развитии стран. Состояние водных ресурсов в мире и России. Основы водного законодательства Водные ресурсы. Общие запасы воды на Земле составляют 1386 млн км3, но 96,5% водных ресурсов планеты приходится на соленые воды Мирового океана и 1% -- на соленые подземные воды. На пресные воды приходится всего 2,5% общего объема гидросферы, а если исключить из расчета полярные льды, которые еще практически не используются, то в распоряжении человечества остается лишь 0,3% общего количества воды на земле. Мировое водопотребление выросло с 1100 км3 в 1950 г. до 3300 в 1980 и 4100 км3 в 1990 г. В последние годы в результате мер по ресурсосбережению рост потребления воды в мире замедлился, и общий водозабор в 2000 г. должен составить 4780 км3. Только в США ежегодно используется около 550 км3 пресной воды, а в России -- примерно 100 км3. Главным источником пресной воды остаются реки, чьи годовые ресурсы составляют 47 тыс. км3, а реально использовать можно менее половины этого количества. Таким образом, объем мирового потребления воды приблизился к 1/4 водных ресурсов планеты, которые могут быть использованы. В США водопотребление достигает почти 30% среднегодового поверхностного стока рек (при том, что 20% потребностей в воде покрывается за счет подземных вод), а в России -- примерно 2,5% речного стока. Главным потребителем воды в мире является сельское хозяйство (69%), затем идут промышленность (21%), коммунальное хозяйство (6%) и водохранилища. В России структура водопотребления заметно отличается от среднемировой: на первом месте находится промышленность (55%), на втором -- сельское хозяйство, включая орошение (20%), на третьем -- коммунальное хозяйство (19% от общего потребления). В мировом сельском хозяйстве сохраняется тенденция к увеличению спроса на воду. Считается, что именно недостаток воды, а не обрабатываемых земель, является причиной нехватки продуктов питания во многих развивающихся странах. Так, в засушливых регионах живут более 1 млрд людей. Уровень использования водных ресурсов для нужд промышленности, сельского хозяйства и быта составляет, % от общего объема водных ресурсов: в Египте -- 97,1; Израиле -- 84,4; Украине -- 40; Италии -- 33,7; Германии -- 27,1; Польше -- 21,9; США-- 18,9; Турции -- 17,3; России -- 2,7. Водные ресурсы являются важнейшим компонентом природной среды и играют исключительно важную роль в жизни и деятельности человека. С ростом населения и существенным увеличением производства эта роль постоянно возрастает. В соответствии с расчетами, потребность в пресной воде нa современном этапе будет удваиваться каждые 15 лет. Эго приведет к тому, что водные ресурсы, запасы которых в настоящее время ограничены, станут ценнейшим сырьем и фактором, сдерживающим экономическое развитие. Проблема водных ресурсов осложняется еще и тем, что в результате хозяйственной деятельности происходит быстрое загрязнение природных водотоков, водоемов и подземных водоносных горизонтов промышленными, сельскохозяйственными и бытовыми сточными водами. В настоящее время в мире не существует государств, которые не испытывали бы трудностей в снабжении водой определенных территорий, в первую очередь густонаселенных, хотя, в среднем, по странам водных ресурсов достаточно. Ниже приведены данные о степени достаточности водных ресурсов в странах – членах ЕЭК (Европейская экономическая комиссия включает страны Европы, Россию, США и Канаду) (таблица 1). Таблица 1 – Степень достаточности водных ресурсов Степень достаточности Страны Водных ресурсов достаточно для удовлетворения текущих и будущих потребностей (до 2020 г.) Австрия, Бельгия, Германия, Ирландия, Исландия, Испания, Италия, Канада, Нидерланды, Норвегия, Португалия, Англия, США, Россия, Финляндия, Франция, Швейцария, Швеция Водных ресурсов достаточно для удовлетворения текущих потребностей, но они не смогут удовлетворить потребности, которые возникнут к 2020 г. Болгария, Венгрия, Греция, Люксембург, Турция Водные ресурсы недостаточны для удовлетворения текущих потребностей Кипр, Мальта, Польша, Румыния Трудности в удовлетворении водопотребителей возникают из-за неравномерности территориального распределения водных ресурсов; неравномерности распределения водопользователей по территории страны; естественных колебаний во времени объемов пригодных для использования водных ресурсов. Общее количество воды на Земле, содержащееся во всех звеньях гидросферы в различном состоянии, оценивается в 1,386×109 км3. Почти 96,5% мировых запасов вод – соленые воды океанов, которые практически не используются человечеством. Количество пресной поверхностной и подземной воды составляет 2,5%, или 35 млн. км3. Основная доля пресных вод (24 млн. км3, или 68,7%) сосредоточена в ледниках и снежном покрове Антарктиды и Арктики. Главными» источниками обеспечения водой для большинства стран останутся реки и озера. Запасы воды в них не превышают 0,27 % ресурсов пресных вод и составляют 95 тыс. км3. Этого, может быть, и хватило бы человечеству при рациональном использовании, но вся сложность проблемы заключается в том, что водные ресурсы распределены чрезвычайно неравномерно по территории земли. Наряду с зонами избыточного увлажнения, в которых количество осадков существенно превышает потенциальное испарение, существуют обширные территории, где количество осадков намного меньше потенциально возможного испарения. Такие зоны занимают около 60 % всей суши Земли, где в настоящее время проживает около 1,5 млрд. чел. (около 30%) , а через 40...50 лет будет проживать до 3...3,5 млрд. чел. (около 50%). Таким образом, несмотря на значительные водные ресурсы на Земле, положение с водой будет все более и более напряженным. Количественно водные ресурсы описывают уравнениями водного баланса. Ресурсы поверхностных вод Речные воды. Для хозяйственной деятельности человека наибольшее значение имеют интенсивно возобновляемые речные воды (τвозоб = 12 сут). Реки имеют огромную суммарную протяженность и пересекают территории стран, доставляя воду в самые отдаленные районы. Это делает их незаменимыми для хозяйственных целей водными источниками. В России 2870 тыс. рек, ручьев и временных водотоков длиной больше 0,5 км. Среднемноголетние возобновляемые водные ресурсы рек составляют 4740 км3 в год. Они формируются из поверхностных (78%) и подземных (22%) вод. Сток с территории России, занимающей 22275 тыс. км3, составляет 4413 км3 в год. С территории стран, граничащих с Россией, поступает 327 км3 (7%) водных ресурсов рек, а стекает за пределы страны 1 %. Модуль поверхностного стока равен 0,3 л/(с×км2). Кроме этого, сток распределен крайне неравномерно. Большая часть речных вод (86%) поступает с территории избыточно увлажненных северных и восточных районов в бассейны Северного Ледовитого (64%) и Тихого (22%) океанов. Такие реки, как Енисей, Лена, Обь, и Амур, выносят 44% вод, стекающих с территории России, и только 14% стока приходится на западные и южные районы страны. Поэтому появилась необходимость перераспределения стока. Суммарный сток по территории России от года к году сравнительно постоянен, но в отдельных районах и бассейнах рек колебания стока во времени значительны. Пять крупнейших рек России имеют водосборные площади, превышающие 1000 тыс. км2: Обь - 2990 тыс. км2, Енисей - 2580 тыс. км2, Лена - 2490 тыс. км2, Амур - 1855 тыс. км2. Волга - крупнейшая река Европы - среди российских рек занимает лишь пятое место по площади водосбора (1360 тыс. км2). Самой большой по протяженности рекой является Енисей, имеющий длину около 6000 км (если считать за исток р. Селенгу). Длина Оби, если за ее исток принять р. Иртыш, составляет 5570 км, длина Лены и Амура превышает 4000 км. Волга, Колыма, Урал и Оленек имеют протяженность более 2000 км. По водоносности первое место среди рек России также занимает Енисей со средним годовым расходом воды 19870 м3/с и среднемноголетним годовым стоком 630 км3. Средний годовой расход воды Лены составляет 16300 м3/с, Оби - 12600 м3/с. Более низкая удельная водоносность Оби объясняется наличием в южной части ее бассейна обширных внутренних бессточных областей и районов с малым поверхностным стоком. Возобновляемый сток рек РФ составляет только 10,5% (4740 км3) общих запасов пресных вод, сосредоточенных в озерах, болотах, ледниках, снежном покрове, наледях и в подземных водах. Только Канада имеет такой же уровень водных ресурсов, как Россия. Водные ресурсы озер. Водные ресурсы озер для водоснабжения промышленности и населения в настоящее время используют незначительно. Озера в основном используются транспортом и рыбным хозяйством, а также в рекреационных целях. В будущем в маловодные годы возможно увеличение безвозвратного изъятия водных ресурсов озер, однако, учитывая, что озеро является сложившейся экологической системой, даже незначительные понижения уровней могут привести к необратимым экологическим изменениям. В связи с этим, изъятие вод из озер возможно только при обосновании народнохозяйственной целесообразности и обязательном возвращении этих вод в озеро в многоводные годы. Кроме этого, необходимо в каждом конкретном случае оценивать вероятность необратимых экологических последствий. На территории России расположено 2 млн. 815 тыс. озер, из них 95% имеют пресную воду. Площадь зеркала озер – примерно 550 тыс. км2, или 2% территории страны. Общий объем воды в озерах составляет 26,5 тыс. км3 (в мире 176 тыс. км3), или 15% запасов озерных вод Мира. Большинство озер (98%) небольшие (менее 1 км2) и мелководные (глубина 1...1,5 м). Почти все запасы озерных вод находятся в 16 наиболее крупных озерах. Так, объем озера Байкал – 23 тыс. км3 (51 % всех пресных вод России) – в 5 раз превышает суммарный годовой сток всех рек нашей страны. Запасы воды в наиболее крупных озерах России составляют, тыс. км3: Байкал – 23, Ладога – 0,91, Онежское – 0,3. Ежегодное возобновление воды в озерах незначительное – от 1,5% в мелких озерах до 0,3% в крупных. Водные ресурсы болот. Болота занимают значительную часть территории в Западной Сибири (50...70%) и на северо-западе европейской территории России (40 %). Средняя мощность торфяников – 4,5 м и их общий объем – 3160 км3. Учитывая малую плотность торфа, нетрудно подсчитать, что вода занимает в торфе около 95 % объема, поэтому суммарный запас болотных вод составляет более 1,17 тыс. км3, или 2,6 % поверхностных вод России. Из этих вод около 1 тыс. км3 приходится на болота Западной Сибири. Использование этих вод возможно при осушении (норма осушения 1 м) – одноразовая сработка вековых запасов – но даже в этом слое объем воды составит около 0,26 тыс. км3, а объем стока приблизительно 1/4 этого объема, то есть 78 км3. Учитывая, что вековые запасы можно использовать только один раз, и при этом возможны отрицательные экологические изменения болот, особенно верхового типа, использовать болотные воды не всегда целесообразно. Запасы воды в ледниках и наледях. Большие запасы пресных вод аккумулированы в ледниках, которые расположены на островах Северного Ледовитого океана и в горных районах страны. Общий объем воды в ледниках нашей страны составляет 13 тыс. км3, из них 94 % - арктические ледники и 6 % - ледники горных районов. Большое практическое значение имеют ледники горных районов, так как они формируют основную часть стока горных рек. В годовом водообороте участвует незначительная часть ледниковых вод. Большую часть составляют вековые запасы. Возможности более интенсивного использования запасов воды в ледниках за счет интенсификации их таяния в настоящее время находятся в стадии исследований, так как неизвестны климатические изменения, которые могут произойти после этих воздействий. В районах многолетней мерзлоты относительно большое количество воды аккумулировано в наледях, образующихся вследствие замерзания подземных вод при выходе их на поверхность земли. Площади отдельных наледей доходят до 100 км2, а объемы их – до 0,6÷6 км3. На северо-востоке России зарегистрировано 7,5 тыс. наледей суммарным объемом около 30 км3. Талые воды наледей составляют 30...50 % годового стока ряда рек северо-востока страны. Ресурсы подземных вод Подземные воды – наиболее устойчивый источник пресных вод, пригодных по своей чистоте для питьевого водоснабжения. Несмотря на то, что использование подземных вод более сложно, чем поверхностных, широкое распространение их и значительные запасы делают подземные воды незаменимым источником водообеспечения. На формирование подземных вод влияют климат, рельеф н структурно-гидрогеологический фактор. Ресурсы подземных вод зоны интенсивного водообмена на территории России оцениваются в 1,04 тыс. км3 в год (280 км3 в год – европейская часть и 758 км3 в год – азиатская часть РФ), что составляет около 22 % общего речного стока. На основании данных последних лет, общий объем пресных и засоленных подземных вод, находящихся в осадочной толще, составляет 15 млн. км3, а пресных (до глубины 200 м) – 2...3 млн. км3. Особое значение для народного хозяйства имеют термальные воды. По предварительным расчетам, дебит эксплуатационных запасов вод с глубиной залегания до 3,5 км и температурой 40...2000С оценивается в 7,9 млн. м3/сут. На глубине 7...15 км находятся еще более горячие подземные воды с температурой 200...3500С. По-видимому, для энергетики будущего использование таких вод представляет особый интерес. Водный реестр - систематизированный свод сведений о количестве и качестве водных ресурсов страны, предназначенный для их оценки и составления проектов использования. В водный реестр включены сведения, характеризующие подземные воды, реки, озера, болота, ледники и моря. Впервые в СССР водный реестр был подготовлен Государственным гидрологическим институтом в 1933-1940 гг. и включал районные справочники по водным ресурсам СССР, материалы по режиму рек, сведения об уровне воды, гидрологические ежегодные каталоги и справочники по морям СССР, гидрометеорологический реестр и др. Материалы второго цикла работ по водному реестру, выполненному в 1960-1974 гг., были опубликованы в 3-х сериях изданий: «Гидрологическая изученность», «Основные гидрологические характеристики» и «Водные ресурсы». Каждая серия состояла из нескольких десятков выпусков. С 1978 г. введен государственный водный реестр (ГВК), материалы которого являются единственными официальными данными о водных ресурсах, обязательными для использования при решении всех задач гидрологического обеспечения хозяйственной деятельности. Информация ГВК по срокам обновления делится на 2 части. Первая состоит из территориальных справочников, содержащих сведения о водных объектах и использовании водных ресурсов территории, описания гидролого-экологического состояния водотоков, водоемов, запасов подземных вод, оценку возможностей использования водных ресурсов, карты экологического риска. Такие справочники обновляются один раз в 5-10 лет. Вторая часть - ежегодно подготавливаемые таблично-справочные сведения о водных ресурсах, их качестве и использовании, в которых учитывается меньшее число реестровых показателей. ГВК представляет собой постоянно действующую динамическую систему накопления, обработки, хранения и выдачи потребителям информации о водных ресурсах, их режиме и использовании. Для оперативного решения вопросов сбора, контроля, хранения и обработки гидрологической информации создана автоматизированная информационная система (АИС ГВК), включающая подсистемы: поверхностные воды, подземные воды, использование вод, которые охватывают основные водные объекты (несколько десятков тысяч), выдают потребителям несколько сотен видов информации. Кроме долговременного хранения гидрологической информации на машинных носителях, продолжается выпуск таких изданий ГВК, как «Ежегодные данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши». В перспективе АИС ГВК ориентирована не только на создание банка данных о водных объектах, составляющих государственный водный фонд, но и на переход к непрерывному компьютерному слежению за качеством природных вод, их рациональным использованием, защитой от истощения и загрязнения. Информацию для ведения водного реестра поставляют: сети государственных (Росгидромета, Росводресурсов и Роснедра МПР России) и ведомственных гидрологических постов и станций, осуществляющих наблюдения за режимом рек, каналов, озер, водохранилищ, а также за режимом подземных вод системы. Санитарно-эпидемиологическая служба собирает сведения об использовании вод. Водный кодекс Российской Федерации (ФЗ № 74 от 03.06.2006) – нормы и правила, которые регулируют водные отношения и имущественные отношения оборота водных объектов в соответствии с Конституцией Российской Федерации и водным законодательством. Водный кодекс закрепляет основы охраны водных объектов и их использования в целях хозяйственно-бытового и питьевого водоснабжения, которые имеют приоритет перед другими целями. Все водные объекты согласно Конституции РФ и водного законодательства находятся в федеральной собственности, кроме прудов и обводненных карьеров, которые принадлежат собственникам земель, в границах которых они расположены. Водный кодекс РФ определяет порядок предоставления водных объектов в пользование для забора воды, для производства электроэнергии, строительства причалов и мостов, для орошения сельскохозяйственных земель, для сброса сточных вод. Для использования водных объектов необходимо заключить договор и получить решение. Но некоторые виды пользования водных объектов осуществляются без договора или решения: судоходство, забор из подземных источников, рыболовство, полив садовых и огородных участков, водопой животных, воспроизводство водных биоресурсов. Водный кодекс действует на территории Российской Федерации с января 2007 года и состоит из семи глав, которые определяют порядок управления в области использования водных ресурсов. А также устанавливает административную и уголовную ответственность как юридических, так и гражданских лиц за нарушение правил пользования объектами водного хозяйства, и предусматривает возмещение вреда лицами, причинившими вред водным объектам. С 1 января 2013 г. вступил в силу Федеральный закон от 07.12.2011 г. № 416-ФЗ "О водоснабжении и водоотведении", согласно которому водоснабжение - это водоподготовка, транспортировка и подача питьевой или технической воды абонентам с использованием централизованных или нецентрализованных систем холодного водоснабжения (холодное водоснабжение) или приготовление, транспортировка и подача горячей воды абонентам с использованием централизованных или нецентрализованных систем горячего водоснабжения (горячее водоснабжение). Раздел II. Проблемы водопользования. Загрязнение поверхностных и подземных вод. Охрана водных источников Виды водопользования. Влияние хозяйственной деятельности на гидросферу. Виды загрязнений гидросферы. Территориальные особенности проявления экологических проблем Особое место среди всех природных ресурсов занимают водные. Это объясняется тем, что с развитием народного хозяйства вода всё более и более вовлекается в сферу производства – в сельское хозяйство и промышленность, коммунально-бытовое хозяйство, развитие мероприятий для отдыха и спорта, создание широкой сети лечебно-оздоровительных учреждений. Потребление воды в народном хозяйстве превосходит суммарное потребление всех видов ресурсов и продукции. Для добычи 1 т нефти необходимо затратить не менее 10 м3 воды, для производства 1 т стали нужно 100 м3, 1 т бумаги – 250 м3, 1 т ацетатного шелка – 2 600 м3, лавсана – 4 200 м3, капрона – 5 000 м3. Развитие цивилизации было связано с развитием водохозяйственных систем и ростом водопотребления. Рост водопотребления вызовет и увеличение сброса сточных вод. Для защиты рек от загрязнения необходимо, по крайней мере, десятикратное разбавление даже очищенных сточных вод. Таким образом, на данном историческом этапе развития человечества нормальное функционирование народного хозяйства можно осуществить только в условиях планомерного управления природными ресурсами и уничтожения загрязнений. Факторы воздействия на водные объекты В результате различных воздействий происходит: · загрязнение водных объектов – сброс или поступление иным способом в водные объекты, а также образование в них вредных веществ, которые ухудшают качество поверхностных и подземных вод, ограничивают использование либо негативно влияют на состояние дна и берегов водных объектов; · засорение водных объектов – сброс или поступление иным способом в водные объекты предметов или взвешенных частиц, ухудшающих состояние и затрудняющих использование водных объектов; · истощение водных объектов – устойчивое сокращение запасов и ухудшение качества поверхностных и подземных вод; В настоящее время все источники загрязнения гидросферы принято делить на четыре большие группы: 1 Атмосферные осадки – в виде вымываемых из воздуха загрязнителей (оксиды серы и азота) и особенно после смыва их при стекании по городским улицам и промышленным площадка, где они увлекают с собой массы веществ: мусор, нефтепродукты, кислоты, фенолы и др.; 2 Городские (сельские) сточные воды – включающие преимущественно бытовые стоки, содержащие фекалии, моющие средства (детергенты), микроорганизмы, в том числе патогенные; 3 Промышленные сточные воды – образующиеся в самых разнообразных отраслях промышленности, среди которых наиболее активно потребляют (и загрязняют) воду: чёрная металлургия, химическая, лесохимическая, нефтеперерабатывающая промышленность, энергетика и др. 4 Сельскохозяйственные стоки – содержащие смытые в процессе эрозии частицы почвы, биогены, входящие в состав удобрений, пестициды (химические средства для защиты сельскохозяйственных растений и животных соответственно от сорняков, паразитов, насекомых), помёт сельскохозяйственных животных и ассоциированные с ним бактерии, ядохимикатами, удобрениями, органикой, мочевиной, азотом, фосфором и др. Зоны санитарной охраны (ЗСО) — территория, включающая источник водоснабжения и/или водопровод, на которых устанавливаются особые режимы хозяйственной деятельности и охраны вод от загрязнения. ЗСО организуются на всех водопроводах, вне зависимости от ведомственной принадлежности, подающих воду как из поверхностных, так и из подземных источников. Основной целью создания и обеспечения режима в ЗСО является санитарная охрана от загрязнения источников водоснабжения и водопроводных сооружений, а также территорий, на которых они расположены. ЗСО организуются в составе трех поясов: первый пояс (строгого режима) включает территорию расположения водозаборов, площадок всех водопроводных сооружений и водопроводящего канала. Его назначение - защита места водозабора и водозаборных сооружений от случайного или умышленного загрязнения и повреждения. Второй и третий пояса (пояса ограничений) включают территорию, предназначенную для предупреждения загрязнения воды источников водоснабжения. Согласно СанПиН 2.1.4.1110-02 пояса ЗСО: первый пояс (строгого режима) устанавливается на расстоянии не менее 30 м от одиночного водозабора при использовании защищенных и не менее 50 м – слабозащищенных. второй и третий пояса (пояса ограничений) Граница второго пояса – определяется, исходя из условий, что микробное загрязнение, поступающее в водоносный пласт за пределами второго пояса, не достигает водозабора. Время продвижения микробного загрязнения с потоком подземных принимается как 400 суток для незащищенных подземных вод и 100-200 суток – для защищенных. Граница третьего пояса – исходя из условий, что время продвижения химического загрязнения к водозабору должно быть больше расчетного срока эксплуатации (25-50 лет). В каждом из трех поясов устанавливается специальный режим и определяется комплекс мероприятий, направленных на предупреждение ухудшения качества воды. Водоохранная зона — территория, которая примыкает к береговой линии моря, реки, ручья, канала, озера, водохранилища и на которой устанавливается специальный режим осуществления хозяйственной и иной деятельности в целях предотвращения загрязнения, засорения, заиления водного объекта и истощения его вод, а также сохранения среды обитания водных биологических ресурсов и других объектов животного и растительного мира. Прибрежные защитные полосы — территории, которые устанавливаются в границах водоохранных зон, примыкают к береговой линии морей, рек, ручьев, каналов, озер, водохранилищ и на которых вводятся дополнительные ограничения хозяйственной и иной деятельности. К группе водопотребителей относятся отрасли народного хозяйства, в которых водопользование связано с изъятием воды из водоемов и водотоков. При этом часть воды может теряться безвозвратно, входя в состав продукции отрасли или испаряясь. Основные водопотребители – промышленное, коммунальное водоснабжение и сельскохозяйственное орошение, потребляющее около половины воды, используемой в народном хозяйстве. В группу водопользователей входят отрасли, которые не изымают воду, а используют ее для выполнения различных технологических операций: получения электроэнергии, создания судоходных глубин и условий для нереста рыбы, сплава леса, обеспечения условий отдыха на воде и туризма. Однако, по мере более глубокого использования водных ресурсов, грани между водопотребителями и водопользователями стираются. Так, при создании энергетических водохранилищ значительная часть воды теряется на испарение и фильтрацию и пропадает для остальных участников комплекса. Такое же явление в больших масштабах наблюдается и на водохранилищах, которые используют в системе охлаждения тепловых и атомных электростанций. Аналогичные доводы можно привести относительно использования воды в рыбном хозяйстве, когда для нереста затапливают обширные мелководья, хорошо прогреваемые солнцем, с которых происходит значительное испарение воды. Поэтому более правильно будет объединить эти две категории в одну с общим названием – водопользователи. Существенным в водопользовании является водопотребление и водоотведение. Водопотреблением называют потребление воды из водного объекта или систем водоснабжения (ГОСТ 17.1.1.01 – 77). Водоотведением или сбросом сточных вод – удаление сточных вод за пределы населенного пункта, предприятия или других мест использования. В объем водоотведения входит суммарное количество всех видов сточных вод, отводимых непосредственно в водоемы (водоисточники), подземные горизонты и бессточные впадины на очистку, а также передаваемых на очистку другим организациям. Несогласованность водопотребления и водоотведения между участниками приводит к противоречиям. Так, водный транспорт заинтересован в поддержании судоходных глубин в нижнем бьефе ГЭС в навигационный период, а гидроэнергетика – наоборот, в накоплении воды в водохранилище для более интенсивного использования ее в осенне-зимний пик загрузки. Во время же половодья гидроэнергетика заинтересована в накоплении воды в водохранилище, а рыбное хозяйство требует значительных попусков из водохранилища с целью поддержания оптимальных глубин нерестилищ и мелководий, в которых обитает рыба. Существуют противоречия и в требованиях к качеству используемой воды. Гидроэнергетика, судоходство, лесосплав не предъявляют жестких требований к загрязненности воды. Для здравоохранения, водоснабжения, рыбного хозяйства и орошения, отдыха на воде качество воды имеет существенное значение. Раздел III. Защита гидросферы от промышленных загрязнений. Основные критерии выбора и построения схем очистки промышленных и бытовых сточных вод. Расчет и подбор основного оборудования Самоочищение водоемов. Санитарные условия спуска сточных вод. Характеристика основных методов очистки сточных вод: механические, химические, физико-химические, биологические методы очистки. Современный взгляд на проблему очистки сточных вод Самоочищение водоёмов свойство водоемов превращать органические и часть неорганических веществ в безвредные соединения. Механизмы процессов самоочищения водоёмов делятся на физические (оседание суспензированных частиц, испарение и др.); химические (окисление веществ кислородом и перекисью водорода, растворенными в воде, переход в гидранты, коагуляция и осаждение, гидролиз токсикантов); биологические (включение загрязняющих веществ в обменные процессы, их разрушение или перевод в другие, не токсические формы соединений у разных гидробионтов и др.). В самоочищении водоёмов принимают участие все гидробионты, но главную роль играют бактерии, грибы, простейшие и многоклеточные животные-фильтраторы. Некоторые исследователи ошибочно причисляют к процессам самоочищения водоёмов разбавление сточных вод, при котором происходит лишь уменьшение концентрации загрязняющих веществ. Состав и свойства воды, водных объектов должны контролироваться в створе, расположенном на водотоках на 1 км выше ближайших по течению пунктов водопользования, а на непроточных водоемах и водохранилищах – на 1 км в обе стороны от пункта водопользования. Состав и свойства воды в водоемах или водотоке в пунктах питьевого и культурно-бытового водопользования по всем показателям должны соответствовать нормативам. Запрещается сбрасывать в водные объекты: а) сточные воды, содержащие вещества или продукты трансформации веществ в воде, для которых не установлены ПДК, а также вещества, для которых отсутствуют методы аналитического контроля; б) сточные воды, которые могут быть устранены путем организации бессточного производства, рациональной технологии, максимального использования в системах оборотного и повторного водоснабжения после соответствующей очистки и обеззараживания в промышленности, городском хозяйстве и для орошения в сельском хозяйстве; в) неочищенные или недостаточно очищенные производственные, хозяйственно-бытовые сточные воды и поверхностный сток с территорий промышленных площадок и населенных пунктов. Запрещается сбрасывать в водные объекты сточные воды, содержащие возбудителей инфекционных заболеваний. Сточные воды, опасные в эпидемическом отношении, могут сбрасываться в водные объекты только после соответствующей очистки и обеззараживания. Запрещается допускать в водные объекты утечки от нефте- и продуктопроводов, нефтепромыслов, а также сброс мусора, неочищенных сточных, подсланевых, балластных вод и течки других веществ с плавучих средств водного транспорта. Запрещается на водных объектах, используемых преимущественно для водоснабжения населения, молевой сплав леса, а также сплав древесины, в пучках и кошелях без судовой тяги. Не допускается сброс сточных вод в водные объекты, используемые для водо- и грязелечения, а также в водные объекты, находящиеся в пределах округов санитарной охраны курортов. Место выпуска сточных вод должно быть расположено ниже по течению реки от границы населенного пункта и всех мест водопользования населения с учетом возможности обратного течения при нагонных ветрах. Место выпуска сточных вод в непроточные и малопроточные водоемы (озера, водохранилища и др.) должно определяться с учетом санитарных, метеорологических и гидрологических условий с целью исключения отрицательного влияния выпуска сточных вод на водопользование населения. Сброс сточных вод в водные объекты в черте населенного пункта через существующие выпуски допускается лишь в исключительных случаях при соответствующем технико-экономическом обосновании и по согласованию с органами государственного санитарного контроля. Запрещается принятие в эксплуатацию объектов с недоделками, отступлениями от утвержденного проекта, не обеспечивающими соблюдение нормативного качества воды, а также без апробации, испытания и проверки работы всего установленного оборудования и механизмов. Очистка сточных вод — комплекс мероприятий по удалению загрязнений, содержащихся в бытовых и промышленных сточных водах. Процесс очистки делится на 4 этапа: механический биологический физико-химический дезинфекция сточных вод. Механический этап Производится предварительная очистка поступающих на очистные сооружения сточных вод с целью подготовки их к биологической очистке. На механическом этапе происходит задержание нерастворимых примесей. Сооружения для механической очистки сточных вод: решётки (или УФС — устройство фильтрующее самоочищающееся) и сита; песколовки; первичные отстойники; мембранные элементы; септики. Биологический этап. Биологическая очистка предполагает деградацию органической составляющей сточных вод микроорганизмами (бактериями и простейшими). На данном этапе происходит минерализация сточных вод, удаление органического азота и фосфора, главной целью является снижение БПК. Могут использоваться как аэробные, так и анаэробные микроорганизмы. С технической точки зрения различают несколько вариантов биологической очистки. На данный момент основными являются активный ил (аэротенки), биофильтры и метантенки (анаэробное брожение). Физико-химический этап. Данные методы используют для очистки от растворенных примесей, а в некоторых случаях и от взвешенных веществ. Многие методы физико-химической очистки требуют предварительного глубокого выделения из сточной воды взвешенных веществ, для чего широко используют процесс коагуляции. В настоящее время в связи с использованием оборотных систем водоснабжения существенно увеличивается применение физико-химических методов очистки сточных вод, основными из которых являются: — флотация; — сорбция; — центрифугирование; — ионообменная и электрохимическая очистка; — гиперфильтрация; — нейтрализация; — экстракция; — эвапорация; — выпаривание, испарение и кристаллизация. Важным этапом при очистке сточных вод является механическое обезвоживание осадка. На данный момент существует несколько технологий обезвоживания - с помощью камерных фильтр-прессов, с помощью ленточных прессов и с помощью центрифуг (декантеров). Каждая технология имеет свои плюсы и минусы (занимаемая площадь, энергопотребление, стоимость и тп). При обезвоживании обычно используют реагент (флокулянт) для увеличения эффективности обезвоживания. В настоящее время широкое применение получает использование центрифуг для обезвоживания. Качество разделения жидкой и твердой фракции самое высокое из вышеупомянутых технологий. Дезинфекция сточных вод. Для окончательного обеззараживания сточных вод предназначенных для сброса на рельеф местности или в водоем применяют установки ультрафиолетового облучения. Для обеззараживания биологически очищенных сточных вод, наряду с ультрафиолетовым облучением, которое используется, как правило, на очистных сооружениях крупных городов, применяется также обработка хлором в течение 30 минут. Хлор уже давно используется в качестве основного обеззараживающего реагента практически на всех очистных городов в России. Поскольку хлор довольно токсичен и представляет опасность очистные предприятия многих городов России уже активно рассматривают другие реагенты для обеззараживания сточных вод такие как гипохлорит, дезавид (сам реагент и его компоненты не входят в список разрешённых к применению в целях обеззараживания. В ЕС основной компонент запрещен с 09.02.2010) и озонирование. Современный взгляд на системы водоснабжения предприятий Система охлаждения является самой водоемкой технологической системой тепловой электростанции, а сточные воды этой системы являются нормативно-чистыми. Повторное и последовательное использование сточных вод с полным прекращением сброса в водоемы загрязняющих веществ может быть обеспечено путем разработки технологий по использованию шламов, осадков, повторного восстановления реагентов, что, однако, потребует значительных капитальных затрат. В цветной металлургии основным наиболее эффективным и технически осуществимым направлением охраны и рационального использования водных ресурсов отрасли является перевод предприятий на бессточную систему водопользования, с полным прекращением сброса промышленных сточных вод, или на бессточную технологию основного и вспомогательного производства со сбросом рудничных вод и, в редких случаях, поверхностного стока. В укрупненную норму водопотребления входят все расходы воды на предприятии, как производственные (включая приготовление пара), так и хозяйственно-питьевые, на души, а также в столовых, прачечных и т.п. (без расходов воды в жилом поселке или городе). В норму водоотведения входят выпускаемые в водоемы сточные воды – очищенные производственные и бытовые, производственные, не требующие специальной очистки (охлаждающая вода), и фильтрационные из прудов-осветлителей, хвостохранилищ и шламонакопителей, отнесенные к единице основной продукции или сырья. Норма водопотребления и водоотведения и потери воды определяются: а) характером производства, составом сырья и получаемого продукта; б) ролью воды в процессе производства; в) схемой водоснабжения и канализации; г) качеством исходной воды; д) условиями использования воды (температура нагрева, состав и степень загрязнения) и возможностью регенерации (очистки и обработки); е) географическими и климатическими, инженерно-геологическими и гидрологическими условиями. Вода на промышленных предприятиях используется, как правило, для вспомогательных целей и в состав продукции входит лишь на некоторых производствах в сравнительно небольших количествах. Соответственно роли, выполняемой водой в системах производственного водоснабжения, ее можно разделить на четыре категории: вода I категории используется для охлаждения оборудования и продукта в теплообменных аппаратах (без соприкосновения с продуктом); вода лишь нагревается и практически не загрязняется (при исправных теплообменных аппаратах); вода II категории используется как среда, поглощающая и транспортирующая примеси, без нагрева (обогащение полезных ископаемых, гидротранспорт); вода загрязняется механическими и растворенными примесями, но не нагревается; вода III категории используется также как среда поглощающая и транспортирующая механические и растворенные примеси, с нагревом (улавливание и очистка газов, гашение кокса и т.п.); вода IV категории используется в качестве растворителя реагентов, например при флотационном обогащении ископаемых и др. Норма водоотведения определяется нормой водопотребления и потерями воды в процессе ее использования в соответствии с принятой схемой водоснабжения предприятия или производства. При установлении нормы водоотведения учитываются: а) целесообразность извлечения и использования ценных веществ, содержащихся в сточных водах; б) необходимая и возможная степень очистки сточных вод от загрязнений, полученных ими в процессе использования; в) требования, предъявляемые к производственной воде при системах последовательного и оборотного водоснабжения. При прямоточном водоснабжении количество отводимых в водоем сточных вод Qст определяется формулой Qст = Q – (Qб.п. + Qшл), (1) где Q – количество технической свежей воды, взятой из водоема; Qб.п. – безвозвратные потери воды; Qшл. – потери воды, удаляемой со шламом (осадками из сооружений по очистке сточных вод). При схеме водоснабжения с последовательным использованием воды использованная в производстве вода возвращается в тот же водоем, как и при прямоточной схеме, за вычетом потерь. Возможны три основные схемы оборотного водоснабжения соответственно назначению воды в производстве. Если вода является теплоносителем и в процессе использования лишь нагревается, не загрязняясь, то в системе оборотного водоснабжения эту воду перед повторным применением для тех же целей предварительно охлаждают в пруде, брызгальном бассейне или на градирне. Если вода служит средой, транспортирующей механические и растворенные примеси, и в процессе использования загрязняется в системе оборотного водоснабжения, эта вода перед повторным применением подвергается очистке в пруду-осветлителе, отстойниках, фильтрах и т.п. При комплексном использовании воды, когда она является транспортирующей средой и одновременно служит теплоносителем, например при очистке газов и т.п., вода в системе оборотного водоснабжения перед повторном применением очищается от загрязнений и охлаждается. На предприятиях определенной отрасли промышленности тот или иной вид использования воды может быть преобладающим. Во всех случаях при оборотном водоснабжении для отдельных производств имеется общий сток предприятия, вода которого (после соответствующей очистки и обработки) полностью или частично может быть повторно использована на пополнение систем оборотного водоснабжения; при этом в общий сток могут поступать также атмосферные осадки (дождевые и снеговые) и дренажные грунтовые воды. Эффективность использования воды в производстве может быть оценена следующими тремя показателями в совокупности. Техническое совершенство системы водоснабжения оценивается количеством использованной воды в процентах: Роб = Qоб / Qоб + Qист + Qсыр 100. (2) Рациональность использования воды, забираемой из источника, оценивается коэффициентом использования Ки = Qист+ Qсыр – Qсбр.вод / Qист + Qсыр 1. (3) Безвозвратное потребление и потери воды Рпот = Qист + Qсыр – Qсбр.вод / Qист + Qсыр + Qпосл + Qоб 100 (4) В формулах (2) – (4) приняты следующие обозначения: Qоб и Qпосл – количество воды, используемой в обороте и последовательно; Qист и Qсыр – количество воды, забираемой из источника и поступающей в систему водоснабжения с сырьем и др.; Qсбр.вод – количество сточных вод, сбрасываемых в водоем. Cреднегодовые расходы, м3 , воды и количества сточных вод определяют по формуле W = NQ, (5) где N – объем производства; Q – среднегодовая укрупненная норма расхода воды или количества сточных вод на единицу продукции или сырья. Если в состав данного предприятия входит ряд самостоятельных производств, указанных в таблицах укрупненных норм, то расходы воды и количества сточных вод определяют по формуле W = NQ = N1Q1 + N2Q2 + N3Q3 + … + NnQn (6) Для получения максимальных (как правило, в летний период) и минимальных (в зимний период) расходов воды и количества сточных вод следует учитывать коэффициенты изменения нормы по сезонам года Клет и Кзим: Qмакс = Kлет Q и Qмин = Kзим Q (7) где Q – среднегодовая укрупненная норма, соответствующая расходам в весенний и осенний период. Безвозвратное потребление и потери воды в системе водоснабжения и канализации предприятия или производства представляет собой разность между суммарным расходом свежей воды из источника и возвратом сточной воды в водоем. Образующиеся сточные воды от продувки систем оборотного водоснабжения и стоки от мелких потребителей, использующих воду по прямоточной схеме (однократно), а также очищенные сточные воды, качество которых отвечает нормативным требованиям, непосредственно или после соответствующей доочистки и обработки могут быть использованы повторно для тех или иных целей (без выпуска их в водоем). При повторном использовании сточных вод соответственно увеличивается расход оборотной воды, уменьшается потребление технической воды из источника и сброс сточных вод в водоем. Процент использования оборотной воды Роб и коэффициент использования воды Ки повышаются. Коэффициент использования воды возрастает при захоронении или выпарке сточных вод, а также при сжигании их вместе с отходами, например маслопродуктами. Системы промышленного водоснабжения предназначены обеспечивать подачу воды на производство в требуемых количествах и соответствующего качества. Они состоят из комплекса взаимосвязанных сооружений - водозаборных устройств, насосных станций, водоводов, установок для очистки и улучшения качества воды, регулирующих и запасных ёмкостей, охладителей воды и разводящей сети трубопроводов. В зависимости от назначения и местных условий некоторых из перечисленных сооружений в системе могут отсутствовать. При использовании воды для технологических нужд различных видов промышленности различают воду, входящую в состав продукта, соприкасающуюся с сырьём, используемую для добычи полезных ископаемых, в гидротранспорте, для промывки и охлаждения сырья и готовой продукции. В зависимости от вида технологического процесса оборотная вода может быть транспортирующей или поглощающей средой, либо теплоносителем, циркулирующим в охлаждающей системе оборотного водоснабжения. Техническая  вода очищается  до уровня, отвечающего требованиям потребителей к её качеству. В ряде случаев эти требования  гораздо более жёсткие, чем требования  к хозяйственно-питьевой воде. В общем виде они сводятся к следующему: вода не должна оказывать отрицательного влияния  на качество получаемого продукта; не должна вызывать образование солевых отложений, биологических обрастаний и коррозии арматуры, трубопроводов и сооружений; должна обеспечивать необходимое санитарно-гигиеническое состояние рабочих мест. Каждая  отрасль промышленности предъявляет свои требования  к качеству используемой воды. Одни из них не допускают содержания  в воде механических примесей сверх допустимых норм, другие-содержания  в воде солей жёсткости, общего количества растворённых солей и т.п. Более строгие требования  предъявляются  к воде, идущей для  питания  паровых котлов. Природная  вода для  этой цели непригодна и поэтому её обязательно подвергают специальной обработке. Ориентировочные требования  к качеству воды для  котлов высокого давления  составляют: жёсткость - до 0,01 мг-экв/л; концентрация кремниевой кислоты - до 0,03 мг/л; растворённого кислорода-до 0,03 мг/л; железа-до 0,1 мг/л; содержание масел-до 0,5 мг/л и т.д. Требования, предъявляемые паровыми котлами к обработанной воде, зависят от рабочего давления  котла (0,9; 1,4; 2,4 и 4 МПа), качества сжигаемого топлива (твёрдое топливо, газ или мазут), особенностей конструкции котла и вида используемой в качестве подпиточной воды (из поверхностного или подземного водоисточника, хозяйственно-питьевого водопровода, а также пресная  осветлённая  вода). Качество питательной воды котлов с естественной циркуляцией, например, должно удовлетворять следующим нормам: (см. табл.3). Причём, в замкнутой системе водоснабжения можно полностью избежать сброса продувочных вод в водный объект, производя освежения воды только за счёт капельного выноса циркуляционной воды из водоохладителей при высоких коэффициентах упаривания (КУ): P1 + P2 + P3 Соб KY = --------------------- = ------ , (1) P2 + P3 Спод где Р1, Р2 и Р3 – потери воды соответственно на испарение, унос и продувку, выраженные в процентах от расхода оборотной воды, Соб и Спод – концентрация консервативных солей в соответственно оборотной и подпиточной воде. В Российской Федерации средний KY = 1,2. В промышленности Японии и США средний KY  40 главным образом за счёт широкого внедрения дорогостоящей обработки циркуляционной воды, обеспечивающей безаварийную работу оборотной системы водоснабжения в условиях высокой минерализации циркуляционной воды. По качеству применяемой воды и системам водоснабжения нормы водопотребления классифицируются на нормы потребления свежей (технической или питьевой), прямоточной, оборотной и повторно-последовательно используемой воды. По направлению использования в процессе производства заводская норма условно разделяется на технологическую, вспомогательную и подсобного производства, а также норму хозяйственно-бытового назначения. Раздел IV. Водный мониторинг. Оценка качества воды. Расчет нормативно-допустимого сброса и определение приоритетности загрязняющих веществ Мониторинг подземных вод. Мониторинг поверхностных вод суши. Мониторинг сбросов предприятия. Нормирование водопользования как условие повышения качества водных ресурсов и рационального их использования. В системе Федерального агентства водных ресурсов (в структуре Минприроды России) государственный мониторинг водных объектов осуществляется в целях: своевременного выявления и прогнозирования развития негативных процессов, влияющих на качество вод и состояние водных объектов, разработки и реализации мер по предотвращению вредных последствий этих процессов; оценки эффективности водоохранных мероприятий; информационного обеспечения управления и контроля в области использования и охраны водных объектов. Государственный мониторинг водных объектов состоит из: мониторинга поверхностных водных объектов (ГМПВО); мониторинга подземных водных объектов; мониторинга водохозяйственных систем и сооружений (ГМВХСиС), мониторинга состояния дна и берегов водных объектов, а также состояния водоохранных зон. Ведение государственного мониторинга водных объектов и наблюдения за водохозяйственными системами, в том числе за гидротехническими сооружениями, осуществляется в соответствии с “Положением об осуществлении государственного мониторинга водных объектов”, утвержденным постановлением Правительства Российской Федерации от 10 апреля 2007 г. № 219. Государственный мониторинг водных объектов осуществляется в границах бассейновых округов с учетом особенностей режима водных объектов, их физико-географических, морфометрических и других особенностей. В рамках проведения государственного мониторинга водных объектов осуществляется наблюдение за качеством воды в водных объектах на 996 створах гидрохимических наблюдений, находящихся в зоне деятельности бассейновых водных управлений (БВУ). Государственный мониторинг водных объектов является частью государственного мониторинга окружающей среды. Государственный мониторинг подземных вод осуществляется согласно ФЗ 2395-1 от 21.02.1992 «О недрах». Проведение мониторинга водных объектов регламентирует Водный кодекс РФ (ФЗ 74 от 03.06.2006) [Глава 4] [Статья 30]. Государственный мониторинг водных объектов осуществляется в целях: 1) своевременного выявления и прогнозирования развития негативных процессов, влияющих на качество воды в водных объектах и их состояние, разработки и реализации мер по предотвращению негативных последствий этих процессов; 2) оценки эффективности осуществляемых мероприятий по охране водных объектов; 3) информационного обеспечения управления в области использования и охраны водных объектов, в том числе для государственного надзора в области использования и охраны водных объектов. Государственный мониторинг водных объектов включает в себя: 1) регулярные наблюдения за состоянием водных объектов, количественными и качественными показателями состояния водных ресурсов, а также за режимом использования водоохранных зон; 2) сбор, обработку и хранение сведений, полученных в результате наблюдений; 3) внесение сведений, полученных в результате наблюдений, в государственный водный реестр; 4) оценку и прогнозирование изменений состояния водных объектов, количественных и качественных показателей состояния водных ресурсов. Государственный мониторинг водных объектов состоит из: 1) мониторинга поверхностных водных объектов с учетом данных мониторинга, осуществляемого при проведении работ в области гидрометеорологии и смежных с ней областях; 2) мониторинга состояния дна и берегов водных объектов, а также состояния водоохранных зон; 3) мониторинга подземных вод с учетом данных государственного мониторинга состояния недр; 4) наблюдений за водохозяйственными системами, в том числе за гидротехническими сооружениями, а также за объемом вод при водопотреблении и сбросе вод, в том числе сточных вод и (или) дренажных вод, в водные объекты. Подземные Подземные водные объекты - сосредоточение (скопление) в недрах вод, заполняющих гидравлически связанные поры, пустоты и трещины в горных породах и имеющих границы, объем и черты водного режима. К подземным водным объектам относятся водоносные горизонты, водоносные комплексы, бассейны, месторождения и естественные выходы (источники) подземных вод. Мониторинг подземных вод - система регулярных наблюдений за изменением состояния подземных вод под воздействием природных и техногенных факторов, непосредственно связанная организационно и методически с решением задач прогноза и управления ресурсами, режимом и качеством подземных вод. Ведение мониторинга подземных вод рассматривается как составной части государственного мониторинга состояния недр (ГМСН). Организация и осуществление ГМСН обеспечивается Федеральным агентством по недропользованию (Роснедра). В системе государственного мониторинга подземных водных объектов выделяются уровни: • Региональный – территория отдельных природных систем, расположенных на территории нескольких субъектов РФ; • Территориальный - территория субъекта РФ, на площадях с естественным или слабонарушенным режимом подземных вод, на площадях, испытывающих воздействие эксплуатации нескольких природно-технических систем. Обязанность проведения мониторинга лежит на государственных органах управления фондом недр. • Объектный – территория отдельной природно-технической системы и зона существенного влияния эксплуатации. Мониторинг проводится гражданами и юридическими лицами, получившими или оформляющими лицензию на недропользование для добычи подземных вод. Наблюдательная сеть ГМСН за состоянием подземных вод включает 5088 пунктов государственной опорной наблюдательной сети, из которых 2234 пункта организовано на площадях с естественным состоянием подземных вод и 2854 пункта – с нарушенным состоянием. На территории с нарушенным состоянием подземных вод наблюдательные пункты размещены в районах: добычи подземных вод для питьевого и технического водоснабжения (1570), извлечения подземных и шахтных вод на объектах разработки месторождений твердых полезных ископаемых (155), фильтрации поверхностных вод из водохранилищ и мелиоративных систем (330), захоронения сточных вод (53), фильтрации из техногенных источников загрязнения подземных вод (5), комплекса факторов городских и промышленных агломераций (595) и других факторов (133). Наблюдательная сеть должна включать скважины, находящиеся в зоне влияния источника загрязнения, и фоновые скважины. Основным элементом сети является наблюдательная скважина. Наблюдательная скважина – гидрогеологическая скважина, предназначенная для наблюдения за режимом подземных вод. Сооружается с целью изучения изменений уровня, температуры и химического состава грунтовых и напорных вод, определения влияния инженерной деятельности на подземные воды, выявления взаимосвязи различных водоносных горизонтов, а также подземных вод с поверхностными и т.д. Наблюдательные скважины размещают таким образом, чтобы наиболее полно охарактеризовать изучаемую территорию, наблюдаемый процесс или явление, а также обеспечить возможность экстраполяции и интерполяции наблюдений во времени и пространстве и надёжность результатов расчётов и прогнозных оценок. Рисунок 1. Участок водозабора подземных вод – часть водоносной системы в пределах которой осуществляется извлечение подземных вод водозаборными сооружениями. Глубина наблюдательных скважин изменяется от нескольких метров до тысячи метров. Конструкция их зависит от изучаемых параметров, используемого специального оборудования, количества и глубины залегания водоносных горизонтов. Вышезалегающие горизонты изолируют от наблюдаемых пластов трубами и цементными мостами. Минимальный диаметр (89-109 мм) позволяет оборудовать наблюдательную скважину необходимыми приборами, а также производить её чистку или прокачку при засорении. При изучении нескольких водоносных горизонтов в одной точке обычно бурится куст наблюдательных скважин. Состав и объём наблюдений определяются конкретными задачами, в зависимости от которых создаётся постоянная или временная, региональная или местная сеть скважин. Типовая программа контроля включает определение: • физических (температура, сухой остаток) и органолептические (мутность, запах, вкус, цветность) свойств воды; • содержание главных ионов: кальция, магния, натрия, калия, гидрокарбонат и карбонат-ионов, сульфат- и хлорид-ионов; • биогенных элементов – азот, в форме нитрит-, нитрат-ионов и иона аммония, при необходимости фтор; • железа различных степеней окисления, перманганатная окисляемость; • растворенных газов – свободного углекислого газа и сероводорода; • общей жесткости и показателя рН; • специфических загрязняющих веществ (нефтепродуктов, фенолов, тяжелых металлов – свинца, кадмия, ртути и др.); • микробиологические. Гигиеническими критериями качества подземных вод являются ПДК и ОДУ химических веществ; нормативы содержания микробиологических и паразитологических показателей; нормативы, обеспечивающие радиационную безопасность. В случае присутствия в воде нескольких веществ 1 и 2 класса опасности, характеризующихся однонаправленным механизмом токсического действия, в т.ч. канцерогенным, сумма отношений концентраций каждого из них к соответствующей ПДК не должна превышать единицу (формула 1). Подземные воды считаются загрязненными при обнаружении динамических тенденций изменения состава и свойств воды, обусловленного проникновением загрязнений с поверхности почвы, из водотоков, смежных водоносных горизонтов; латерального подтока вод иного (относительно фона) минерального состава, изменением условий питания и разгрузки, уровнем эксплуатируемого и первого от поверхности водоносных горизонтов. Степень опасности загрязнения может оцениваться с использованием гигиенической классификации (таблица 2). Таблица 2 – Гигиеническая классификация подземных вод по степени выраженности влияния техногенного фактора Степень влияния на качество подземных вод техногенных факторов Степень загрязнения подземных вод Допустимое Периодическое превышение фоновых показателей при их максимальных уровнях на протяжении года ниже гигиенических нормативов Слабо выраженное Сохранение тенденции к возрастанию показателей техногенного загрязнения при ежемесячном отборе в течение года. При этом максимальные уровни загрязнения находятся ниже гигиенических нормативов Предельное Стабильное превышение фоновых показателей при их максимальных уровнях на уровне меньшем или равном ПДК Опасное Стабильное превышение фоновых показателей при их максимальных уровнях более ПДК Поверхностные Контроль качества поверхностных вод проводится в соответствии с ГОСТ 17.1.3.07 — 82, устанавливающим единые требования к построению сети контроля, проведению наблюдений и обработке получаемых данных. В основе организации и проведения контроля лежат следующие принципы: комплексность и систематичность наблюдений, согласованность сроков их проведения с характерными гидрологическими ситуациями, определение показателей качества воды едиными методами. Соблюдение этих принципов достигается с помощью: - установления программ контроля (по физическим, химическим, гидробиологическим и гидрологическим показателям); - периодичностью проведения контроля; - выполнением анализа проб воды по единым, обеспечивающим требуемую точность методикам, проведением гидрометрических работ. Первым этапом организации работ по наблюдению и контролю качества поверхностных вод является выбор местоположения пунктов контроля. Пункты контроля – место на воде или водотоке, в котором производят комплекс работ для получения данных о качестве воды – организуют, прежде всего на водоемах и водотоках, имеющих большое хозяйственное значение, а также подверженных значительному загрязнению сточными водами (таблица 3). На незагрязненных сточными водами водоемах и водотоках создают пункты фоновых наблюдений. В пунктах контроля организуют один или несколько створов, с учетом гидрометеорологических и морфологических особенностей водоема или водотока. Створ – условная вертикальная плоскость, совпадающая с направлением поперечного сечения водного потока (реки) (рисунок 2). Створ располагается перпендикулярно среднему направлению течения на прямолинейном участке с более или менее правильным корытообразным устойчивым дном. Вертикаль створа – это условная отвесная линия от поверхности воды или льда до дна водоема или водотока, на которой выполняют работы для получения данных о показателях качества воды. Рисунок 2. Вертикали и горизонтали створа Перечень наблюдаемых ингредиентов и показатели качества воды определяются, главным образом составом и объемом сточных вод, их токсичностью и требованиями, предъявляемыми со стороны потребителей воды. (ГОСТ 17.1.3.07-82 Охрана природы. Гидросфера. Правила контроля качества воды водоемов и водотоков.). Пункты контроля качества водоемов и водотоков подразделяют на четыре категории (таблица 3). Таблица 3 – Характеристика пункта контроля качества водоемов Категория пункта контроля Характеристика водоема Места расположения пункта контроля I средние, большие водоемы или водотоки в районах городов с населением свыше 1 млн. жителей; в местах нереста и зимовья особо ценных видов промысловых организмов; в районах повторяющихся аварийных сбросов загрязняющих веществ и заморных явлений среди водных организмов; в районах организованного сброса сточных вод, в результате чего наблюдается высокая загрязненность воды II водоемы и водотоки в районах городов с населением от 0,5 до 1 млн. жителей; в местах нереста и зимовья ценных видов промысловых организмов; на важных для рыбного хозяйства предплотинных участках рек; в местах организованного сброса дренажных сточных вод с орошаемых территорий и промышленных сточных вод; при пересечении реками Государственной границы РФ; в районах со средней загрязненностью воды III водоемы и водотоки в районах городов с населением менее 0,5 млн. жителей; на замыкающих участках больших и средних рек; в устьях загрязненных притоков больших рек и водоемов; в районах организованного сброса сточных вод, в результате чего наблюдается низкая загрязненность воды IV водоемы и водотоки на незагрязненных участках водоемов и водотоков; на водоемах и водотоках, расположенных на территории государственных заповедников и природных национальных парков, являющихся уникальными природными образованиями В каждом пункте должно быть намечено не менее двух-трех створов, в которых производится наблюдения; один (фоновый) выше источника загрязнения и один-два створа ниже источника загрязнения, первый. Расположение створов зависит от вида водного объекта, характера его использования и наличия на нем поселений. На водотоках первый (фоновый) створ целесообразно располагать на расстоянии 1 км выше источника загрязнения, что достаточно для исключения влияния сбрасываемых сточных вод на результаты наблюдений. На водоемах фоновый створ (вертикаль) размещается вне зоны влияния загрязнения от данного источника, определяемой рекогносцировочным путем или расчетом. Второй створ предназначен для контроля за изменением качества воды водного объекта вблизи выпуска сточных вод или источника загрязнения. На рыбохозяйственных реках этот створ должен располагаться на расстоянии 0.5 км ниже по течению от места загрязнения, на водоемах это расстояние отмеряется в сторону наиболее выраженного течения. В городах и поселках этот створ целесообразно разместить на 0.5-1 км ниже главного или, если его нет, последнего канализационного коллектора. Третий створ целесообразно разместить таким образом, чтобы данные наблюдений на нем характеризовали качество воды в целом по поперечному сечению водного потока, то есть он должен находиться в месте достаточного (не менее 80 %) перемешивания сточных вод с водами реки (при рассчитанном расходе реки 95 % обеспеченности). Однако этот створ не должен находиться ниже того места, где концентрация загрязняющих веществ оказывается меньше чувствительности используемых приборов. Количество вертикалей в створе на водотоках определяют с учетом условия смешения вод водотока со сточными водами, а также с водами притоков. При неоднородном химическом составе воды в створе устанавливают не менее трех вертикалей (на стержне и на расстоянии от 3 до 5 м от берегов), при однородном химическом составе - одну вертикаль (на стержне водотока). Количество вертикалей в створе на водоемах определяют с учетом ширины зоны загрязненности водоема. При этом первую вертикаль располагают на расстоянии не далее 0,5 км от берега или от места сброса сточных вод, последнюю - непосредственно за границей зоны загрязненности. Количество горизонтов на вертикали определяют с учетом глубины водного объекта. При глубине до 5 м устанавливают один горизонт у поверхности воды: летом - 0,3 м от поверхности воды, зимой - у нижней поверхности льда. При глубине от 5 до 10 м устанавливают два горизонта: у поверхности и у дна, на расстоянии 0,5 м от дна. При глубине более 10 м устанавливают три горизонта, при этом промежуточный горизонт устанавливают на половине глубины водного объекта. При глубине более 50 м устанавливают следующие горизонты: у поверхности; на глубинах 10, 20, 50, 100 м и у дна. Кроме того, устанавливают дополнительные горизонты в каждом слое скачка плотности. Программы контроля состояния водных объектов Контроль качества воды проводится по гидрологическим, гидрохимическим и гидробиологическим показателям. Гидрологические параметры – расход воды, скорость течения и (или) уровень воды. Гидрохимические показатели качества воды – это показатели, характеризующие ее физические свойства и химический состав – температура, прозрачность, цветность, вкус, запах, водородный показатель рН, окислительно-восстановительный потенциал, удельная электропроводность, содержание растворенных газов, главных ионов, загрязняющих, биогенных и органических веществ. Гидробиологические показатели качества воды – это показатели, характеризующие наличие и состав в воде фитопланктона, зоопланктона, зообентоса, перифитона, а так же микробиологические показатели. Периодичность наблюдений. Качество воды контролируют по определенным видам программ. Выбор вида программы и периодичность проведения контроля зависит от категории пункта контроля. Программы контроля и периодичность по гидрологическим и гидрохимическим показателям приведены в таблице 4. В пунктах контроля категории I контроль проводят ежедневно в первом створе после сброса сточных вод. Кроме того, в этом же створе проводят ежедневный отбор проб в объеме не менее 5 дм3 (л), которые хранят в течение 5 суток на случай необходимости проведения гидрохимического анализа при чрезвычайных ситуациях (заморные явления, гибель рыбы, аварийные сбросы загрязняющих веществ). Таблица 4 – Программы контроля по гидрологическим и гидрохимическим показателям Программа Исследуемые показатели Обязательная Гидрологические: расход воды, м/с; скорость течения, м/с (при опорных измерениях расхода) (на водотоках) или уровень, м (на водоемах) гидрохимические: визуальные наблюдения; температура, °С; цветность, градусы; прозрачность, см; запах, баллы; концентрация растворенных в воде газов - кислорода, двуокиси углерода, мг/дм3 (мг/л); концентрация взвешенных веществ, мг/дм3 (мг/л); водородный показатель (рН); окислительно-восстановительный потенциал (Eh), мВ; концентрация главных ионов - хлоридных, сульфатных, гидрокарбонатных, кальция, магния, натрия, калия, сумма ионов, мг/дм3 (мг/л); ХПК, мг/дм3 (мг/л); БПК- 5, мг/дм3 (мг/л); концентрация биогенных элементов - аммонийных, нитритных и нитратных ионов, фосфатов, железа общего, кремния, мг/дм3 (мг/л); концентрация широко распространенных загрязняющих веществ - нефтепродуктов, синтетических поверхностно-активных веществ, летучих фенолов, пестицидов и соединений металлов, мг/дм3 (мг/л ) Сокращенная программа 1 Гидрологические; гидрохимические: визуальные наблюдения; температура, °С; концентрация растворенного кислорода, мг/дм3 (мг/л); удельная электропроводность, См/см2 Сокращенная программа 2 Гидрологические; гидрохимические: визуальные наблюдения; температура, °С; водородный показатель (рН); удельная электропроводность, См/см2; концентрация взвешенных веществ, мг/дм3 (мг/л); ХПК, мг/дм3 (мг/л); БПК- 5, мг/дм3 (мг/л); концентрация двух-трех загрязняющих веществ, основных для воды в данном пункте контроля, мг/дм3 (мг/л) Сокращенная программа 3 Гидрологические; гидрохимические: визуальные наблюдения; температура, °С; водородный показатель (рН); концентрация взвешенных веществ, мг/дм3 (мг/л); концентрация растворенного кислорода, мг/дм3 (мг/л); ХПК, мг/дм3 (мг/л); БПК- 5, мг/дм3 (мг/л); концентрация всех загрязняющих воду в данном пункте контроля веществ, мг/дм3 (мг/л) Мониторинг сбросов предприятия При сбросе сточных вод в водный объект предприятие обязано организовать контроль за соблюдением нормативов нормативно-допустимых сбросов, осуществляемый силами предприятия, либо специализированной организацией, привлекаемых предприятием. С этой целью разрабатывается и согласуется схема-график аналитического контроля работы очистных сооружений, соблюдением нормативов допустимых сбросов загрязняющих веществ в окружающую среду со сточными водами и влиянием их на водные объекты. Схема-график должна включать: перечень точек контроля; наименование загрязняющих веществ, подлежащих контролю; объем, применяемые методы анализов, частоту и сроки контроля. Контроль за достижением и соблюдением установленных нормативов сбросов загрязняющих веществ в окружающую природную среду, включает: • определение массы сбросов вредных веществ в единицу времени от данного источника загрязнения и сравнение этих показателей с установленными нормативами НДС; • наблюдение за расходом, составом и свойством вод в местах собственных водозаборов, фоновых и контрольных створах водных объектов, принимающих сточные воды, и соблюдением норм качества воды в контрольных створах. • проверку выполнения плана мероприятий по достижению НДС; • проверку эффективности эксплуатации очистных и других природоохранных сооружений, а также других производственных факторов, влияющих на возможность и темпы достижения НДС. Если концентрации загрязняющих веществ с учетом фона в контрольном створе или на контролируемом участке водоема превышают ПДК, должен быть составлен План мероприятий по снижению сбросов загрязняющих веществ в водный объект Раздел V. Водохозяйственные комплексы как основа управления водными ресурсами. Классификация ВХК. Схема формирования ВХК Водообеспечение отраслей народного хозяйства. Водохранилища и гидротехнические сооружения. Мелиорация. Требования, предъявляемые к водохозяйственному комплексу. Участники ВКХ Организацию управления водохозяйственной системой должен осуществлять водохозяйственный комплекс (ВХК), так как использование водных ресурсов в больших масштабах сопряжено с изменением установившихся связей в природе и системе народного хозяйства. Эти изменения затрагивают интересы многих отраслей народного хозяйства, и наряду с положительным эффектом возникают и отрицательные последствия. Минимизация отрицательных последствий возможна в том случае, если рассматривать всю водохозяйственную систему как единый комплекс и проектировать ее на основе долгосрочных прогнозов требований различных отраслей к количеству и качеству воды, реальных природных условий и при этом учитывать возможность изменения последних. В то же время, водохозяйственный комплекс можно рассматривать как совокупность мероприятий и сооружений по рациональному использованию водных и связанных с ними природных ресурсов, позволяющих оптимально удовлетворять всех водопользователей имеющимся ресурсом воды. В соответствии с ГОСТ 19185–73, ВХК – совокупность различных отраслей народного хозяйства, совместно использующих водные ресурсы одного водного бассейна. Формирование комплекса, то есть обоснованный выбор состава и числа участников, – одна из сложнейших предпроектных задач. При обосновании ВХК необходимо учитывать три связанные между собой части: природную, экономическую и техническую. Природная часть обусловливает возможности функционирования и развития ВХК, определяет положительные и отрицательные стороны его влияния на окружающую среду; экономическая часть учитывает интересы всех затрагиваемых отраслей и отдельных водопользователей. Ее задачи заключаются в максимизации экономического эффекта и минимизации ущерба при недополучении воды. Эта часть обоснования ВХК позволяет объективно распределить суммарные капиталовложения и издержки; техническая часть ВХК определяет системы взаимосвязанных технических решений, сооружений и мероприятий, обеспечивающих действие ВХК в конкретных местных условиях. ВХК должен обеспечить наибольшую экономическую эффективность для народного хозяйства в целом, а не для какой- либо отдельной отрасли, не допускать вредного воздействия. Система формирования ВХК. окружающую среду. Сооружения участников ВХК должны способствовать охране вод от загрязнения и истощения, обеспечить достаточно простую и надежную эксплуатацию. К участникам или компонентам ВХК относят: водоснабжение, водоотведение, гидротехнические мелиорации, гидроэнергетику, водный транспорт, лесосплав, рыбное хозяйство, здравоохранение, водный туризм. К мелиорациям здесь относят, кроме оросительных и осушительных, защиту от наводнений, борьбу с водной эрозией, селевыми потоками, оползнями и разрушением берегов, а также с заболачиванием и засолением почв. Участников ВХК можно условно разделить на водопотребителей и водопользователей Классификация водохозяйственных комплексов Классификацию ВХК можно провести по масштабам их распространения, по типам сооружений, по числу участников (рис.3). Так, по масштабам распространения можно выделить глобальные или межгосударственные, государственные, зональные, бассейновые и ВХК части бассейнов. К глобальным, или межгосударственным, можно отнести проекты использования водных ресурсов пограничных рек или рек, проходящих транзитом через ряд стран. В дальнейшем, можно рассматривать проекты межгосударственного использования климатических ресурсов и, в частности, запасы паров в атмосфере при искусственной стимуляции осадков, проекты использования водных ресурсов айсбергов и ледников и ряд других. К государственным проектам можно отнести ВХК, возникающие при реализации таких проектов, как создание единой водохозяйственной системы страны (ЕВХС). В США, Англии, Франции такие системы или части их существуют; в РФ, в связи с огромными масштабами страны, такая система начинает создаваться. Рисунок 3. Типы ВХК: а – одноузловой и отраслевой; б – одноузловой межотраслевой; в – каскадный межотраслевой; г – межбассейновый отраслевой с локальной переброской стока; 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 УГВ, переосушка, снижение продуктивности лесов); II – влияние водохранилища (подтопления, мелководья, переработка берегов); III – влияние зарегулированного расхода в русле реки (отсутствие паводков, пересыхание поймы, засоление земель); IV – влияние водоотведения на качество воды. В техническом плане ВХК можно классифицировать по типам сооружений и числу участников (рисунок 3). Одноузловые отраслевые ВХК (рисунок 3,а) имеют либо энергетическое, либо ирригационное назначение. Однако, в настоящее время некомплексные гидроузлы практически не создают, и чаще встречаются одноузловые многоотраслевые ВХК (рисунок 3,б). По мере развития народного хозяйства в данном бассейне, одноузловые ВХК трансформируются в многоузловые или каскадные межотраслевые ВХК (рисунок 3,в). Это наиболее распространенный тип ВХК в нашей стране и за рубежом. Такие водохозяйственные комплексы сформированы на каскадах гидроузлов по рекам Волге, Днепру, Свири, Нарыну и др. Формирование такого ВХК завершается с окончанием строительства всего каскада, поэтому получение полного народнохозяйственного эффекта может затянуться на ряд лет. Однако такие комплексы стимулируют интенсивное развитие народного хозяйства в данном районе, способствуют рациональному использованию водных ресурсов. В том случае, если водных ресурсов одного бассейна не хватает для формирования ВХК, то возможно создание межбассейнового отраслевого (рисунок 3,г), а затем и межбассейнового многоотраслевого ВХК (рисунок 3,д). Крупномасштабность таких мероприятий затрагивает обычно ряд отраслей, сказывается на изменении природной среды, экономических и социальных аспектах. Гидротехническое сооружение — сооружение для использования водных ресурсов, а также для борьбы с вредным воздействием вод. В соответствии с Федеральным законом «О безопасности гидротехнических сооружений» гидротехнические сооружения — это плотины, здания гидроэлектростанций, водосбросные, водоспускные и водовыпускные сооружения, туннели, каналы, насосные станции, судоходные шлюзы, судоподъемники; сооружения, предназначенные для защиты от наводнений, разрушений берегов и дна водохранилищ, рек; сооружения (дамбы), ограждающие хранилища жидких отходов промышленных и сельскохозяйственных организаций; устройства от размывов на каналах, а также другие сооружения, предназначенные для использования водных ресурсов и предотвращения негативного воздействия вод и жидких отходов. В РФ Федеральный закон «О безопасности гидротехнических сооружений» делит гидротехнические сооружения на две категории: 1) повреждения которых не могут привести к возникновению чрезвычайной ситуации и на которые не распространяется действие этого закона; 2) повреждения которых могут привести к возникновению чрезвычайной ситуации и на которые распространяется действие этого закона. При помощи гидротехнических сооружений решаются на практике вопросы использования, охраны водных ресурсов, борьбы с вредным действием вод и т. п. При проектировании и строительстве гидротехнических сооружений руководствуются теоретическим выкладками, разработками, нормами и правилами гидротехники, а также других технических наук. Некоторые виды гидротехнических сооружений: Гидроэлектростанция (ГЭС) Дамба Плотина Водохранилище Шлюз (гидротехническое сооружение) Судоподъёмник Канал Мол Пирс (причал) Волнолом Колодец Водяная мельница Арык Кяриз Фонтан Дренажно-штольная система Гидроотвал Водохранилищами называют искусственные водоёмы, образуемые с помощью водоподпорных сооружений в долине реки и служащие для накопления и хранения воды. Водохранилища подразделяются на 2 типа: озёрные и речные. Для водохранилищ озёрного типа характерно формирование водных масс, отличающихся по своим физическим свойствам от вод притоков. Течения в этих водохранилищах возникают только благодаря ветрам. Водохранилища речного или руслового типа имеют вытянутую форму, а течения формируются стоком рек. Основными характеристиками водохранилища являются объём, площадь зеркала и изменение уровней воды в условиях его эксплуатации. При создании водохранилищ существенно изменяется и ландшафт речных долин, а также гидрологический режим реки в пределах подпора. Изменения гидрологического режима, вызываемые созданием водохранилищ, происходят и в нижнем бьефе (части реки примыкающей к платине, шлюзу) гидроузлов. Иногда такие изменения заметны на протяжении десятков и даже сотен километров. Одним из последствий создания водохранилищ является уменьшение половодий. В результате этого ухудшаются условия нереста рыб и роста трав на пойменных лугах. При создании водохранилищ также уменьшается скорость течения реки, что является причиной заиливания водохранилищ. Многие водохранилища России входят в число крупнейших в мире. Большая часть их создана во второй половине XX века. Наряду с недостатками у водохранилищ есть множество достоинств. Главные виды использования водохранилищ: гидроэнергетика, теплоэнергетика, орошение и обводнение, водоснабжение, рыборазведение. Большинство водохранилищ на равнинных реках также имеют большое воднотранспортное значение. В горных районах они являются источником дешёвой электроэнергии, в засушливых районах питают оросительные системы и служат местом отдыха. За счет построенных водохранилищ, особенно в Карелии и Приуралье, улучшились условия по сплаву леса. На Дальнем Востоке водохранилища препятствуют наводнениям. Водохранилища размещаются на территории России неравномерно: в европейской части их более тысячи, а в азиатской – около ста. Общий объём российских водохранилищ составляет около одного миллиона м2. Искусственные водоёмы сильно изменили главную реку Восточно-Европейской равнины — Волгу и некоторые её притоки. На них создано 13 водохранилищ. Строительство их началось ещё в середине XIX века, когда в верховьях реки Волги соорудили водоподпорную плотину. Спустя без малого сто лет было залито Иваньковское водохранилище, которое часто называют Московским морем. От него начинается канал, соединяющий реку со столицей. Роль и развитие мелиорации. В настоящее время происходит интенсивный рост населения, особенно в развивающихся странах. Необходимость обеспечения населения земли продуктами питания заставляет развивать интенсивные способы животноводства и выращивания сельскохозяйственных культур, среди которых орошение занимает ведущее место. Сельскохозяйственные земли составляют десятую часть суши, из них только шестая часть орошается. Однако с этих площадей в мире получают от 40 до 50 % сельскохозяйственной продукции. Интенсивное развитие орошения, как в нашей стране, так и за рубежом все больше и больше сдерживается не отсутствием удобных для орошения земель, а нехваткой водных ресурсов. Только в развитых странах водопотребление на нужды сельского хозяйства превышает 500 км3 в год, а к 1990 г. оно возрастет до 635 км3. Удельный вес продукции растениеводства, получаемый с мелиорированных земель, возрос с 20% в 1965 г. до 34 % в 1983 г. Потенциальные возможности развития мелиорации достаточно велики. До 2020 г. предполагается расширить площади орошаемых земель до 30...32 млн. га и осушаемых до 19...21 млн. га. На этих землях планируется получение 115...125 млн. т кормов в пересчете на кормовые единицы, 55...60 млн. т зерна, в том числе кукурузы до 18...20 млн. т. За последние 20 лет в результате потери земель за счет урбанизации (повышение роли городов в развитии общества), водной и ветровой эрозии, заполнения водохранилищ площадь пашни на душу населения сократилась с 1,06 до 0,9 га на человека и составляет около 220 млн. га, или 10 % территории. Поэтому интенсификация сельского хозяйства за счет мелиорации является наиболее реальным средством получения заданного объема продукции. В двенадцатой пятилетке на мелиорацию и сельскохозяйственное освоение будет израсходовано 50 млрд. р., что позволит ввести за пятилетку 3,34 млн. га орошаемых земель и 3,6 млн. га осушенных. Сравнительно большие объемы ввода орошаемых земель потребуют дополнительных водных ресурсов. Поэтому необходимо более экономно использовать водные ресурсы при орошении, что даст возможность несколько сократить безвозвратное водопотребление. В перспективе безвозвратное водопотребление на орошение может возрасти. Большие капитальные вложения и дефицит воды требуют количественного природно-экономического обоснования намечаемых инженерных мероприятий. Кроме того, неудачно выполненные проектные решения, низкое качество строительных работ и неправильная эксплуатация водохозяйственных сооружений и объектов, используемых для орошения, могут привести к распространению малярии и других заболеваний, снижению плодородия почв и засолению, осолонцеванию и заболачиванию. Все это требует разработки теории количественного обоснования необходимости и эффективности мелиорации на всех стадиях проектирования, начиная от Схемы комплексного использования земельных и водных ресурсов и кончая техническим проектом. Повышение эффективности использования воды и экономия водных ресурсов в орошении. В связи с необходимостью резкого повышения темпов развития орошаемого земледелия для увеличения производства продуктов питания, особое значение приобрели: рациональное использование водных ресурсов и совершенствование оросительных систем и методов орошения. Следует отметить, что наиболее весомым мероприятием экономии воды в орошении является улучшение конструкции и эксплуатации оросительных систем. В настоящее время около половины орошаемых площадей мира требуют коренной реконструкции. Целью такой реконструкции является повышение водообеспеченности орошаемых земель и рациональное использование воды так, чтобы существенно снизить потерн воды во всех звеньях оросительной сети и исключить засоление и заболачивание. Следующим по значению мероприятием после реконструкции является совершенствование методов распределения воды. Отмечено, что при точном регулировании режима орошения можно снизить оросительные нормы в 2 раза при снижении урожая не более чем на 10...15%. Раздел VI. Основные направления рационального использования воды различными водопользователями Функции, значение и состав действующих в Российской Федерации экономических инструментов, воздействующих на методы водопользования Основная цель управления водными ресурсами – обеспечение народного хозяйства водой в необходимом количестве с заданным качеством при обязательном условии сохранении биосферы и недопущения вредных воздействий вод. Вода является одним из основных элементов биосферы, поэтому подход к управлению водным ресурсом должен быть экологическим, так как экология (наука об отношениях биологических объектов с окружающей средой) – научная основа рационального природопользования. Системный подход к комплексному использованию водных ресурсов. Комплексное использование водных ресурсов – синтетическая наука, объединяющая физико-химические, биологические, инженерные и социальные науки. При рассмотрении любого водохозяйственного проекта, кроме решения чисто инженерных вопросов, возникает целый ряд природоохранных и социологических проблем. Таким образом, водохозяйственная система, которая включает мелиоративную систему как составную часть, состоит из множества элементов, выполняющих разнообразные функции и связанных между собой. Связи эти сложны, поэтому такие системы называют сложными. Отличительные особенности таких систем – не только большое число входящих в них элементов (104...107), но и тесная взаимосвязь всех элементов и частей. Поэтому изучение их наиболее эффективно можно провести с позиции системного анализа (совокупность методологических средств, используемых для подготовки и обоснования решений по сложным проблемам политического, военного, социального, экономического, научного и технического характера). Для этого необходимо провести анализ и описание принципов построения и работы системы в целом, анализ особенностей всех компонентов системы, их взаимосвязей и внутреннего строения. Это означает, что необходимо учесть взаимосвязь отдельных элементов водохозяйственной системы как структурных частей сложной системы и выявить роль каждого из элементов в общем процессе функционирования всей системы. При этом математический анализ водохозяйственных систем показывает возможности и условия совместной оптимизации, как структурных частей системы, так и системы в целом. Это обстоятельство особенно важно в связи с тем, что, принимая решение по частному вопросу, необходимо знать все прямые и косвенные, близкие по времени и отдаленные последствия этого решения. Для системы комплексного использования и охраны водных ресурсов основная проблема состоит в несоответствии имеющихся водных ресурсов перспективным запросам на них. Сформулировать ее можно следующим образом: разработать такую систему использования водных ресурсов, чтобы удовлетворить народное хозяйство в требуемом количестве воды заданного качества, не допуская отрицательного воздействия водохозяйственных систем и вод на окружающую среду. Далее, в зависимости от масштабов системы комплексного использования и охраны водных ресурсов (часть бассейна реки, бассейн, несколько бассейнов, регион, страна), определяют границы системы, входы, выходы и важнейшие связи и составляют структуру исследуемой системы. Ее можно рассматривать как отображение последовательности принятия решений при создании и функционировании системы комплексного использования и охраны водных ресурсов. Такая трактовка возникает из определения системного анализа как дисциплины, занимающейся проблемами принятия решений в условиях, когда выбор альтернатив требует анализа сложной информации различной физической природы. Требования к количеству и качеству водных ресурсов должны быть сопоставлены с располагаемыми водными ресурсами. Распределение водных ресурсов по территории страны крайне неравномерно и не согласуется с размещением населения, промышленности и сельскохозяйственного производства. В северных и восточных районах, где воды в избытке, водные ресурсы используют меньше, и сток рек практически не уменьшается, а в южных районах с малой водностью в результате интенсивной хозяйственной деятельности дефицит водных ресурсов с каждым годом становится более ощутимым. В настоящее время и в ближайшей перспективе дефицит пресной воды будут устранять за счет: 1. экономии воды путем снижения водопотребления (переход промышленности на оборотное водоснабжение, а в отдельных отраслях на безводную технологию); 2. применения новых, прогрессивных методов орошения и повышения КПД оросительных систем; 3. перераспределения поверхностных и подземных вод во времени (регулирование стока); 4. перераспределения водных ресурсов в пространстве (переброска стока); 5. опреснения соленых и солоноватых вод; 6. использования в промышленном водопотреблении морской воды; 7. сработки вековых запасов водных ресурсов в ледниках и горных озерах (объем воды в ледниках Средней Азии составляет примерно 2,2 тыс. км3; искусственная сработка в маловодные годы 1 % этих запасов, например, могла бы снизить остроту водообеспечения в бассейне Аральского моря); 8. активного воздействия на процессы образования осадков (воздействие может быть эффективным лишь для относительно небольших площадей (до 100 км2) и в близких к естественным условиях образования осадков). Таким образом, водохозяйственные задачи в условиях дефицита воды будут решаться путем воздействия: как на ресурсы, так и на спрос. Воздействие на водные ресурсы осуществляют, в основном, техническими методами (регулирование стока, переброска, использование дополнительных местных ресурсов). В случае, когда суммарный баланс за расчетный период больше нуля, а режим водоисточника таков, что в отдельные периоды воды недостаточно, необходимо лишь перераспределение стока во времени (регулирование). Если же суммарный баланс отрицателен и неудовлетворителен режим водоисточника, то необходимо перераспределение стока: как во времени, так и в пространстве (переброска из другого бассейна). Воздействие на спрос (на экономию и рациональное использование водных ресурсов) осуществляют, применяя: 1. законы по охране и использованию вод; 2. регламентирующие документы: стандарты, предельные значения, руководства, правила, нормы, ограничения, разрешения и лицензии; 3. административные методы (создание единой, региональных и местных систем управления водным хозяйством); 4. экономические методы (плата за воду и за сброс сточных вод, штрафы за нарушение установленных норм сброса сточных вод, возмещение ущерба, причиненного загрязненными водами, дотации и субсидии в мероприятия по очистке сточных вод, выделение фондов для внедрения новых технологий производства); 5. некоторые другие методы. Как мы уже сказали, пользование природными ресурсами происходит на платной основе. Основным документом, регламентирующим активность в сфере использования природных ресурсов, является Закон Российской Федерации "Об охране окружающей природной среды", принятый Верховным Советом Российской Федерации 19 декабря 1991 г. Плата за природные ресурсы (земля, недра, вода, лес и иная растительность, животный мир, рекреационные и другие природные ресурсы) взимается: - за право пользования природными ресурсами в пределах установленных лимитов; - за сверхлимитное и нерациональное использование природных ресурсов; - на воспроизводство и охрану природных ресурсов. Платность является одним из основных принципов природопользования. В соответствии с законодательством об окружающей среде введение платности преследует достижение ряда целей: - Во-первых, плата за пользование природными ресурсами является источником пополнения государственного и местного бюджетов, а также экологических фондов. - Во-вторых, важнейшая цель платежей - стимулирование природопользователей к рациональному использованию тех ресурсов, за которые они платят, и повышению эффективности их природоохранительной деятельности. Платежи за охрану и воспроизводство природных ресурсов призваны компенсировать обществу затраты на восстановление и сохранение земель, лесов, водных и биологических ресурсов, воспроизводство минерально-сырьевой базы. В основе размеров платежей за охрану воспроизводимых природных ресурсов лежат затраты на рекультивацию нарушенных земель, на посадку лесных культур и уход за ними, на искусственной разведение рыбной молоди, очистку и берегоукрепление водоемов. Под воспроизводством невозобновимых ресурсов (минерально-сырьевых) понимаются поиск и геологическая разведка новых месторождений полезных ископаемых. Эти платежи поступают в специальные целевые внебюджетные фонды, из которых направляются на проведение соответствующих мероприятий. Принципы определения платы за пользование природными ресурсами Ставки платы за использование природных ресурсов устанавливаются специальными нормативными актами: Законом РСФСР "О плате за землю"1991 г., Федеральным Законом "О плате за пользование водными объектами" 1998 г., постановлениями Правительства РФ "О минимальных ставках платы за древесину, отпускаемую на корню" от 19 сентября 1997 № 1199, "О плате за пользование объектами животного мира и ее предельных размерах" от 29 сентября 1997 № 1251 (в ред. от 15 ноября 1997 № 1433), "Об утверждении порядка определения платы и ее предельных размеров за загрязнение окружающей природной среды, размещение отходов, другие виды вредного воздействия" от 28 августа 1992 № 632, Положением о порядке и условиях взимания платежей за право на пользование недрами, акваторией и участками морского дна", утвержденным Постановлением Правительства от 28 октября 1992 № 828 и др. Водные ресурсы. Система платежей, связанных с пользованием водами, включает плату за пользование водными объектами (водный налог), плату на восстановление и охрану водных объектов (ст. 123 Водного кодекса РФ). Анализ российского законодательства в части, касающейся установления принципов платности пользования четырьмя основными видами природных ресурсов, привел к следующим обобщениям. 1. В большинстве случаев платежной базой выступает объем используемого ресурса (платежи за землю, недра, лес, при некоторых видах водопользования). 2. При определении размера платежей за землю и недра учитывается качество ресурса. Причем, если дифференциация ставков налога на землю в зависимости от принадлежности к зонам различной ценности закреплена законодательно в Приложениях к Закону РФ "О плате за землю", то в случае с платежами за недра их окончательные размеры устанавливаются при предоставлении лицензии на пользование недрами с учетом критериев определения ставок, вводимых Постановлением Правительства Российской Федерации "Порядок расчета и критерии определения ставок платежей за пользование недрами". 3. Зависимость размера платежа от экономических результатов использования ресурса субъектом хозяйствования существует только в случае оплаты пользования водным объектом без забора воды. В Законе РФ "О плате за землю" отдельно оговаривается, что "размер земельного налога не зависит от результатов хозяйственной деятельности собственников земли, землевладельцев, землепользователей". Классификация, виды и формы платежей Плата за использование природных ресурсов подразделяется на два основных вида: - Плата за право пользования - Плата за воспроизводство и охрану природных ресурсов. Плата за право пользования природными ресурсами является формой реализации экономических отношений между собственником природных ресурсов (объектов) и природопользователем, и включает в себя следующие составляющие. 1) Рента (плата за использование природных ресурсов) - доход, который получает собственник природного ресурса, сдавая его в аренду или эксплуатируя самостоятельно. Величина дохода определяется, в первую очередь, природными свойствами ресурса. Для отдельных видов природных ресурсов рента имеет различное название. В горном законодательстве это платежи за пользование недрами, в лесном законодательстве - лесные подати за краткосрочное пользование участками лесного фонда и арендная плата - при их аренде, водный налог - в водном законодательстве. 2) Отчисления на воспроизводство, восстановление и охрану природных ресурсов. Водный кодекс РФ предусматривает отчисления на восстановление и охрану водных объектов, ФЗ РФ "О недрах" - отчисления на воспроизводство минерально-сырьевой базы. 3) Штрафы за сверхлимитное (сверхнормативное) использование природных ресурсов. 4) Иные платежи, связанные с использованием природных ресурсов, отражают специфику реализации принципа платности ресурсопользования в отношении отдельных природных ресурсов. Так, горное законодательство предусматривает в качестве платежей сбор за участие в конкурсе (аукционе) и выдачу лицензий, акцизы, плату за землю или акваторию и участок дна территориального моря, плату за геологическую информацию о недрах, Водный кодекс РФ - сбор за выдачу лицензий на водопользование. Плата за ресурсопользование распределяется между бюджетом РФ и бюджетами субъектов РФ, на территории которых осуществляется использование природных ресурсов. Состав и порядок применения весьма разветвленной системы платежей за пользование природными ресурсами (ресурсных платежей) уточняются по мере обобщения накапливаемого опыта. Конкретные виды платежей установлены в актах экологического законодательства применительно к отдельным природным ресурсам. Экономический механизм водопользования представлен в виде тарифов платы за воду. Тарифы за воду устанавливаются на один кубометр потребляемой воды. Определение тарифов основано на затратном методе. В развитых странах плата за водопользование осуществляется в виде взносов водопользователей на содержание госучреждений, которые осуществляют оперативное управление водными ресурсами и их использование в определенном водном бассейне. Комитет РФ по водному хозяйству устанавливает лимиты забора воды. В пределах лимита плата взимается по тарифу, установленному для данной водохозяйственной системы. За сверхлимитный забор воды плата взимается в 5-кратном размере. В 2006 году был принят Водный кодекс РФ, в котором предусмотрены такие платежи: плата за пользование водными объектами (водный налог); плата, направляемая на восстановление и охрану водных объектов; платежи, связанные с пользованием водными объектами, поступающие в виде регулярных взносов. Водный налог является у нас щадящим и не превышает в промышленности - 0,26, водном транспорте - 0,1, ЖКХ - 2,1, электроэнергетике - 1,0 процента стоимости продукции и услуг. Плата, направляемая на восстановление и охрану водных объектов, осуществляется за забор воды, за пользование водными объектами без изъятия воды. Кроме этих видов платежей существуют штрафы и повышенные платежи, являющиеся актами административно-экономического воздействия на нарушителей водного законодательства. Если водный налог и плата на восстановление и охрану водных объектов включаются в себестоимость продукции (услуг), то штрафы и повышенные платежи выплачиваются из прибыли предприятия. Список литературы: 1. Инженерная экология [Текст]: монография в 3-х т. / В.М. Малахов, А.Г. Гриценко, С.В. Дружинин. - Новосибирск: СГГА. – 2012. 2. Малахов В. М. Инженерная экология [Текст]: монография в 3-х т. – Новосибирск: СГГА, 2012. - 271 с 3. Экологический мониторинг : учеб.-метод. пособие для преподавателей, студентов, учащихся / [Ашихмина Т.Я., Кантор Г.Я., Васильева А.Н. и др.] ; под ред. Т.Я. Ашихми-ной . [3-е изд.,испр. и доп.] . - Москва ; Киров : Акад. Проект : Константа, 2006 . - 412 с. 4. Халилов Ш. А. Безопасность жизнедеятельности: Учебное пособие / Ш.А. Халилов, А.Н. Маликов, В.П. Гневанов; Под ред. Ш.А. Халилова. - М.: ИД ФОРУМ: ИНФРА-М, 2012. - 576 с // 5. НПА РФ