Потребление воды: экологические последствия загрязнения воды

Использование воды для транзита, очищения и захоронения отходов имеет исключи-тельно важное экологическое значение, которое еще недостаточно оценено даже специалиста-ми - экологами и экогидрологами, и создает проблему загрязнения естественных водных объектов, от практического решения которой человечество сейчас очень далеко - если такое решение возможно, для него потребуются многие десятилетия.

Как уже было сказано выше, жизнь построена на " мокрых" технологиях. Материализованная в биоте (совокупности естественных живых организмов), она представлена гидрофильными организмами с очень высокой скоростью водообмена по сравнению с биокос-ными (абиотическими) системами.

Высокая интенсивность водообмена в живых организмах означает, что масса загряз-няющих веществ, попадающая в водные объекты, непрерывно поступает в тела живых орга-низмов, включая человека, в процессе водообмена, и затем, в зависимости от свойств поллю-танта, участвует в процессе метаболизма и полного или частичного (когда поллютанты и их метаболиты накапливаются в тканях) вывода из организма его продуктов. Таким образом, биота и человек как часть биоты оказываются одновременно и очистными устройствами, и местами депонирования отходов.

Экологические последствия потребления водных ресурсов связаны не только с величиной водозабора, но и со структурой использования извлекаемой из водоисточников воды В мире основная масса потребляемой воды - 70% используется в сельском хозяйстве, в основном для орошения. Значительную часть воды - 20% расходует индустрия, а остальная вода - 10% направляется в коммунальное хозяйство [Состояние мира, 1999, 2000]. Индустриальное потребление воды преобладает в относительно небольшом количестве развитых стран Европы, в России, Канаде и Австралии, т.е. в развитых индустриальных странах. В США затраты воды в промышленности и в сельском хозяйстве примерно равны. В остальных странах в водопотреблении доминирует сельское хозяйство.

Индустриальное загрязнение обеспечивает исключительное разнообразие поллютантов в природных водах - от самых опасных, как, например, диоксины или радионуклиды, до практически нейтральных. Чем больше возобновляемых водных ресурсов используется в индустрии страны, тем больше образуется сточных вод. Наиболее крупными источниками индустриального загрязнения природных вод в развитых странах служат точечные источники - трубы сброса сточных вод. Эти источники с нарастающим темпом создавались по мере индустриализации, но только в ХХ веке, в основном его второй половине, начали устанавливать сооружения для очистки сточных вод. Однако известно, что нет таких очистных сооружений, которые бы обеспечивали 100% очистки, в результате определенный уровень загрязнения водных объектов сохраняется, и для достижения нормативных или фоновых значений качества воды обычно требуется опреде-ленный уровень разбавления сбрасываемых очищенных сточных вод.

В развивающихся странах на объектах индустрии далеко не всегда осуществляется очистка сточных вод. Некоторые страны вообще не имеют таких сооружений, а в других, например в Китае, только в конце ХХ века приступили к их созданию. В целом в развивающихся странах в водные объекты без очистки сбрасывается до 70% объема промышленных сточных вод.

Кроме загрязнения природных вод из точечных источников, есть и диффузное (рассеян-ное) индустриальное загрязнение за счет сухих и мокрых выпадений поллютантов из атмосфе-ры и поступления их с дождевыми и талыми водами (ливневый сток) с территорий промыш-ленных объектов в водные объекты. Например, в 1970-х годах диффузное индустриальное загрязнение (в основном за счет атмосферных выпадений) Великих озер превышало точечное [Лосев, 1989].

Существенный приток загрязненных растворов в водные объекты идет также за счет свалок твердых отходов. Наконец, десятилетиями накапливавшиеся загрязняющие вещества в донных отложениях водных объектов в индустриальных странах после принятых мер по снижению сброса сточных вод и улучшения качества воды стали источником вторичного загрязнения водных объектов.

Развитые страны ведут интенсивное сельское хозяйство, что создает значительное диф-фузное загрязнение водных объектов за счет смыва с угодий удобрений и химических средств защиты растений. Диффузный сток загрязненных вод с сельскохозяйственных территорий создает серьезные проблемы, поскольку эти воды содержат опасные вещества, такие как пестициды и их метаболиты, нитраты, соединения фосфора, многие из них (в том числе ДДТ) относятся к весьма опасным стойким органическим загрязнителям (СОЗ). Способы очистки таких вод не определены. В настоящее время уменьшение диффузного загрязнения обеспечивается снижением норм внесения минеральных удобрений и использования химических средств защиты растений на единицу площади, отказом от применения наиболее опасных пестицидов, созданием вдоль берегов рек поглощающих полос.

Существенный вклад в загрязнение водных объектов обусловлен стоком с сельхозугодий и скотоводческих ферм, загрязненных органикой, биогенами и микробами. Органика и биогены, в основном фосфор и азот, вызывают эвтрофирование водных объектов. По оценке шведских исследователей, с 1 га сельхозугодий выносится около 3 кг фосфора в год [Folke et al., 1997]. В развитых странах эвтрофированию подвержены в той или иной степени почти все водные объекты, многие прибрежные участки морей и даже моря (почти замкнутые), как Балтийское или Азовское..

В развивающихся странах преобладает преимущественно диффузный сток с сельскохо-зяйственных полей, особенно там, где осуществлен переход на использование интенсивных технологий (например Китай и Индия), предполагающих большие дозы удобрений и средств защиты растений (см. рис. 1.4.6). В этих странах продолжается использование ряда запрещен-ных в развитых странах пестицидов, например ДДТ..

Однако площадь пахотных угодий и объем химизации не полностью характеризуют воздействие сельского хозяйства на экологическое состояние водосборной территории. Серьезным источником загрязнения водных объектов служат бытовые или муниципаль-ные сточные воды, на образование которых приходится 10% от глобального водозабора. Эти сточные воды называют " серыми водами". В них содержатся фекальная органика, микробы и биогены. Только за счет экскретов одного городского жителя в Европе в в водные объекты с бытовыми сточными водами после очистки ежегодно поступает 0, 5-1 кг фосфора и 4 кг азота в год. Наиболее эффективные из практически используемых очистных сооружений удаляют из сточных вод 86-94% фосфора и только 20-40% азота [Folke et al., 1997]. Если в развитых странах бытовые (муниципальные) сточные воды в основном подвергаются очистке, то в развивающихся странах 90% городских бытовых сточных вод сбрасывается в природные водные объекты без всякой очистки. Обеспеченность развивающихся стран системами канали-зации весьма низкая. Карта структуры использования воды (см. рис. 1.4.2) показывает относи-тельно малую долю потребления воды в развивающихся странах для коммунальных нужд, т.е. для обеспечения питьевой водой и канализацией, поэтому поселения и особенно города служат там серьезными источниками загрязнения водных объектов бытовыми стоками, которые, практически не подвергаясь очищению, нередко смешиваются с диффузным стоком, когда ливни, а также талые воды смывают разнообразные поллютанты в водные объекты с городских террито-рий..

Существующие в развитых странах системы ливневой канализации направляют все отходы с городских территорий (улиц и площадей, крыш и стен зданий, транспортных средств) в водные объекты; эти стоки неизбежно оказываются источниками загрязнения, поскольку даже самые совершенные из существующих систем (весьма дорогостоящие) обеспечивают далеко не полную их очистку. По массе объемы стока ливневой канализации могут превышать бытовые и промышленные сточные воды.

Загрязнение воды в результате деятельности людей началось очень давно и вместе с ростом хозяйства и численности населения, развитием урбанизации быстро увеличивалось в объеме и разнообразии.

Вместе с превращением сельского хозяйства в планетарное явление, распространением урбанизации на все континенты, индустриализацией и научно-техническим прогрессом в ХХ веке все виды загрязнения водных объектов также стали планетарным явлением. В результате большая часть поверхностных вод суши и значительная часть подземных вод в той или иной степени загрязнены.

Данные об объеме сбрасываемых в водные объекты сточных вод разного типа весьма неточны. Даже в дайджесте " Доклада ООН о состоянии водных ресурсов мира", изданном на русском языка под названием " Вода для людей, вода для жизни" (2003), написано, что ежесу-точно в мире в водные объекты сбрасывается 2 млн т сточных вод, что соответствует 730 млн. куб. м в год, а несколькими строчками ниже сообщается, что по неполным и приблизительным оценкам суммарный сброс сточных вод составляет 1500 куб. км в год. Здесь, по-видимому, имеет место опечатка: вместо миллионов следовало указать миллиарды, но и тогда расхождение было бы вдвое; вряд ли под 2 млн. т в сутки имеется в виду только масса загрязняющих веществ в сточных водах - такое значение представляется завышенным.

Исходя из последнего упомянутого значения (1500 куб. км в год) объем загрязненных поверхностных вод в мире оценивается величиной 12 тыс. куб. км при необходимости разбав-ления сточных вод в соотношении 1: 8 (коэффициент разбавления равен 8). Между тем, как уже отмечалось, Дж.Родда [Rodda, 1997] указывает, что загрязняется порядка 17 тыс. куб. км поверхностных вод ежегодно (рис. 1.2.2), что составляет около 50% доступной человечеству пресной воды. Более высокое значение этой оценки может иметь причиной или больший объем ежегодно сбрасываемых сточных вод, или больший коэффициент разбавления для достижения нормативных или фоновых показателей (напомним также о расхождениях табл. 1.2.2 и 1.2.3).

Потребление воды для сельскохозяйственных нужд ведет не только к загрязнению и эв-трофированию водных объектов, но и к другим серьезным экологическим последствиям из-за изъятия из них больших объемов воды. Плотины и водохранилища, водоотводящие системы на реках влекут изменения режима водных объектов. Водохранилища срезают пики паводков, в результате уменьшаются площади затопления поймы ниже по течению, снижается количество наносов, что ведет к размыву русла, из-за подтопления в зоне водохранилища происходит заболачивание земель. Ниже водохранилища исчезают заливные луга и высыхают нерестилища, происходит изменение состава рыбных и других ресурсов, нарушение водных экосистем, разрушение пойменных и устьевых ветландов вплоть до их полного уничтожения. Изменяется качество воды, ее физические свойства, солевой состав, содержание биогенов. Площадь, на которой происходят те или иные изменения при создании водохранилищ, не уступает площади самих водохранилищ. На начало XXI столетия в мире насчитывается 3026 водохранилищ с полным объемом от 0, 1 куб. км и выше. Объем воды в них составляет 6329, 5 км3 [Авакян, Лебедева, 2002]. Большинство крупных рек мира в настоящее время управляются человеком, и их водный режим не соответствует естественному.

Использование воды для орошения часто приводит к деградации сельскохозяйственных земель в результате избыточных поливов. В таких условиях поднимается уровень грунтовых вод, происходит вторичное засоление почвы, возникает подтопление хозяйственных объектов. Засоленные земли выпадают из хозяйственного оборота. Ежегодно площадь таких земель прирастает на 1, 5 млн га (Состояние мира 1999, 2000).

Хотя доля водозабора из подземных источников в общем объеме водозабора невелика и составляет порядка 10%, во многих регионах мира подземные воды широко используются для питьевого водоснабжения и орошения. Орошаемое земледелие сконцентрировано в Китае и на субконтиненте Индостан, в Центральной Азии, Северной Африке и на тихоокеанском побере-жье Южной Америки (см. рис. 1.4.3). Значительные территории орошения находятся также в США. Так, в Китае 70% урожая зерновых обеспечивается за счет орошения, в Индии - 50%, в США - 15%. Во всех этих странах доля подземных вод в орошении весьма велика. В Центральной и Западной Европе питьевое водоснабжение идет в основном за счет подземных вод. Интенсивное использование подземных вод приводит к понижению их уровня и нередко ухудшению качества воды, т.е. к истощению и деградации подземных водных объек-тов.

Падение уровня подземных вод наблюдается в южной части Великих равнин в США, в Северной Африке и на Ближнем Востоке, на большей части территории Индии и почти повсеместно в Китае. При этом скорость понижения уровня подземных вод измеряется метрами в год. Это ведет к исчерпанию их запасов вследствие нарушения баланса между пополнением и водозабором подземных вод. Понижение уровня грунтовых вод сопровождается также просад-ками и понижениями поверхности [Лосев, 1989; Состояние мира 1999, 2000].

Таким образом, использование воды ведет в первую очередь к ее загрязнению: произ-водство практически любого вида продукции включает транзит воды через технические системы и включение в нее весьма разнообразных веществ. Именно загрязнение водных объектов в настоящее время служит основной причиной нехватки воды.

Сверхпотребление воды из многих рек и подземных резервуаров ведет к изменению ре-жима водных объектов в результате преобразования естественных экосистем на водосборах, в зонах питания подземных вод и строительства разнообразных гидротехнических сооружений в пределах самих водных объектов. Всемирная комиссия по воде (World Commission on Water) отметила в 1999 г., что более половины крупных рек мира " серьезно истощены и загрязнены, деградируют и отравляют окружающие их экосистемы, угрожая здоровью и жизнеобеспечению зависящего от них населения" [Глобальная экологическая..., 2002].

Изменение величины и режима речного стока, загрязнение водных объектов ведут к нарушению цикла жизни гидробионтов, сокращению их популяций и исчезновению видов. За последние 20 лет около 10 тыс. видов пресноводных рыб оказались угнетенными, численность их стала снижаться или они уже исчезли. Перспективы существования 100 тыс. пресноводных видов позвоночных и не меньшего количества видов беспозвоночных животных, водорослей, бактерий и протозоа, обитающих в донных отложениях, неопределенны, но биологи не сомневаются в том, что эти виды весьма чувствительны к изменениям уровня воды, ее химиче-скому составу, величине стока и другим гидрологическим характеристикам [Postel, 2003]. Изменение водного режима человеком инициирует деградационный процесс с положительной обратной связью, поскольку сокращение численности и уменьшение биоразнообразия этих организмов нарушает их биосферную функцию, влечет снижение их потенциала в регулирова-нии химического состава вод для поддержания устойчивости водной среды и водных экоси-стем..

В последние десятилетия ХХ века начало формироваться новое научное направление, получившее название " экологическая гидрология" (см., в частности, [Фащевский, 1996]), " экогидрология", или " гидроэкология". В № 5 " Журнала гидрологических наук" (Hydrological Sciences Journal) за 2002 год опубликована подборка статей, в которых обсуждался термин " экогидрология", история его появления, содержание и перспективы этого направления [Kundzewicz, 2002; Porporato and Rodriguez-Iturbe, 2002; Zalevski, 2002]. Экогидрология в этих работах рассматривается как наука о взаимодействии гидрологического цикла и экосистем, а в практическом плане предлагается через регулирование экосистем влиять на гидрологические процессы в целях обеспечения устойчивости водных объектов. При этом рассматриваются не только собственно водные экосистемы, а экосистемы всего водосбора, так как сток и качество воды формируются в основном на водосборе. Растительность и почвы в этом контексте оказываются двумя главными компонентами экосистем, требующими пристального внимания. Отмечается, что это направление быстро развивается и будет играть важную роль в будущем.

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться: