Жизнь человека неразрывно связана со средой обитания, откуда он получает все необходимое для своего существования: кислород, воду, основные виды пищи, энергию. Взаимоотношения человека и природы характеризуются извлечением из нее ценных составляющих, необходимых для его существования. Это находит свое выражение в производстве сельскохозяйственной продукции, разработке полезных ископаемых и выпуске промышленных товаров, заготовке лесоматериалов и ценной растительности, ловле рыбы, охоте на животных и птиц. Все это приводит к нарушению естественного равновесия, антагонизму природных сообществ и постепенному истощению сырьевых ресурсов. В результате любого рода деятельности человека (физиологической, хозяйственной, производственной) появляются отходы, которые, поступая в окружающую среду, в большинстве случаев оказывают на нее отрицательное воздействие, что заметно снижает ее качественные показатели. В значительной мере это относится к водным ресурсам суши, интенсивное использование которых во многих районах способствовало их истощению и загрязнению.
Дальнейшее развитие общества немыслимо без строгого проведения системы социальных, экологических и технико-экономических мероприятий, направленных на регламентацию взаимоотношений человека и природы, с тем чтобы, с одной стороны, обеспечить удовлетворение материальных и духовных потребностей человечества, а с другой – не допустить серьезных экологических изменений в природных экосистемах и создать условия для их нормального функционирования в течение длительного времени. Особое значение в связи с этим имеет установление предельно возможных нагрузок антропогенного воздействия как на отдельные элементы природных сообществ, так и на их комплексы.
Антропогенные (происходящие при участии человека) воздействия на природную среду могут быть подразделены на намеренные и ненамеренные. К намеренным антропогенным воздействиям относят изменения, связанные с удовлетворением потребностей человеческого общества (разработка сельскохозяйственных угодий, мелиорация земель, строительство городов и поселков). К ненамеренным относят обеднение почв крупных массивов земель, уничтожение лесов, нарушение связей экосистем крупных озер, загрязнение Мирового океана, существенное закисление и засоление поверхностных вод и почв.
Среди основных причин негативного воздействия антропогенной деятельности на водные ресурсы можно выделить рост водопотребления, изменение режима (регулирование) водного стока с помощью водохранилищ, а также воздействие на почвенно-растительный покров территории и процессы стока.
Безвозвратное водопотребление на хозяйственные нужды не всегда отождествляется с уменьшением суммарного годового стока рек. Поэтому употребляемый в практике термин «безвозвратные потери» носит условный характер и справедлив лишь для небольших районов и отдельных речных бассейнов, для которых дополнительное испарение приводит к потерям воды. Для больших площадей испарение в результате хозяйственной деятельности не всегда является безвозвратными потерями, так как значительная часть воды возвращается в виде осадков, и тем больше, чем больше площадь территории.
При прямоточной схеме водоснабжения расходуют наибольшее количество воды, но безвозвратные потери при этом незначительны, почти вся вода после использования возвращается в водоемы в виде стоков. При оборотной схеме отработанную воду не сбрасывают обратно в водоемы, а подвергают регенерации после каждого технологического цикла и многократно используют в системе.
Совершенствование технологических процессов получает все большее распространение в различных отраслях промышленности. Влияние промышленности на водный баланс связано не только с увеличением водопотребления, но и с изменением условий формирования стока в результате горных выработок, сооружения на промышленных объектах крупных водозаборов подземных вод. С одной стороны, горные выработки и крупные водозаборы подземных вод приводят к снижению уровня грунтовых вод и созданию депрессионных воронок на площадях, иногда достигающих тысячи квадратных километров, что оказывает влияние на круговорот природных вод в речных бассейнах. Кроме того, водопонижения могут уменьшить естественный приток подземных вод в речную сеть, что приводит к уменьшению общего речного стока. С другой стороны, водоотведение при горных выработках обычно сопровождается сбросом шахтных вод в реки, что увеличивает объем и загрязнение речного стока.
Промышленные стоки дают наибольшее загрязнение природных вод. Особенно загрязнены сточные воды таких отраслей народного хозяйства, как нефтеперерабатывающая, химическая металлургическая, горнодобывающая и др.
Расход воды на орошение сильно изменяет водный баланс регионов. Значительная часть воды (иногда большая) теряется на инфильтрацию в каналах и на непродуктивное испарение.
Интенсификация сельскохозяйственного производства сопровождается быстрым наращиванием темпов применения минеральных удобрений и химических средств защиты растений от сорняков, вредителей и болезней. В результате в окружающую среду поступает много химических веществ, в том числе пестицидов и гербицидов, некоторые из которых устойчивы к воздействию внешних факторов и в течение длительного времени сохраняют свои свойства.
Особая опасность загрязнения вод удобрениями и пестицидами заключается в том, что поверхностные стоки с полей невозможно пропустить через очистные сооружения. Кроме того, огромные площади сельскохозяйственных угодий являются основными речными водосборами, с которых вода поступает в водные объекты, формируя их сток.
В ходе исследований установлено, что из внесенных удобрений в водоисточники попадает значительная часть биогенных веществ: около 20 % азота, 2,5 % фосфата и 30 % калия. Таким образом, сельское хозяйство стало основным источником загрязнения водных объектов биогенными веществами, наличие которых интенсифицирует процессы развития фитопланктона (цветение воды), стимулирует рост водных организмов, вызывает прогрессирующую эвтрофикацию (зарастание водных объектов), приводит к нарушению процессов самоочищения водоемов.
Вносимый в почву азот под влиянием нитрофикационных процессов превращается в легкорастворимые нитратные формы, обладающие большой подвижностью, что способствует загрязнению грунтовых вод, делая их непригодными для водоснабжения. Максимально допустимое содержание нитратного азота в питьевой воде составляет 10 мг/л.
Наибольшее загрязнение водоисточников биогенами наблюдается в районах орошаемого земледелия. Орошаемое земледелие дает большие возвратные стоки, которые не только загрязнены удобрениями, но и сильно минерализованы.
В результате широкого применения химических средств защиты растений происходит загрязнение территорий, оросительной сети, а также рек и грунтовых вод. В открытые воды пестициды попадают с дождевыми и талыми водами, стекающими с обработанных ими территорий, при нарушении технологии авиа- и наземной обработки сельскохозяйственных угодий и лесов, в результате сброса сточных вод от производств пестицидов, неправильного хранения или потерь при транспортировке. Несоблюдение сроков обработки, увеличение интенсивности обработок приводят к накоплению пестицидов в почве и последующему вымыванию их в водоемы. С отдельных оросительных систем с площади 1 тыс. га ежегодно выносится около 100 кг наиболее стойких и обладающих кумулятивными свойствами хлорорганических пестицидов. Накопление этих веществ в тканях и органах рыб вызывает их токсикоз и гибель.
Причиной изменения водного баланса могут быть преднамеренные или непреднамеренные преобразования стока на площадях водосбора в процессе сельскохозяйственного освоения территории. При неглубокой вспашке и отсутствии специальных мер по задержанию влаги на полях происходят значительные потери запасов почвенной влаги и усиление поверхностного стока. Перехват паводковой части стока при более совершенных методах земледелия позволяет значительно увеличивать ресурсы почвенной влаги. При этом уменьшается примерно на 10 % суммарный сток, но это оправдывается значительным повышением биологической продуктивности угодий. В результате водный баланс пахотных земель может быть существенно преобразован: доля продуктивно используемой воды возрастет примерно до 60 %.
Водопотребление на хозяйственно-бытовые нужды непосредственно связано с удовлетворением потребностей в воде городских и сельских жителей. Удельное водопотребление на одного жителя значительно выше в городах, оборудованных централизованными системами водоснабжения и водоотведения, чем в сельской местности. В городах высококачественную питьевую воду используют не только для питья, приготовления пищи и хозяйственно-бытовых целей населения и промпредприятий, но и для коммунального хозяйства (включая полив зеленых насаждений и мытье улиц), транспорта и местной промышленности, обеспечивающих нужды городских жителей. В сельской местности этот вид водопотребления включает использование воды населением, животноводческими фермами и машинно-тракторными станциями, предприятиями по переработке сельхозпродуктов.
В крупных благоустроенных городах земного шара удельное водопотребление населением составляет 300...600 л/сут на одного человека. В сельской местности, даже в высокоразвитых странах, удельное водопотребление населением в несколько раз ниже и обычно не превышает 100... 120 л/сут, а в густонаселенных районах Африки и Латинской Америки эта величина составляет всего 20...30 л/сут и меньше. Суммарный водозабор на хозяйственно-бытовые нужды населения Земли превышает 200 км3/год.
Безвозвратное водопотребление зависит от характера использования воды, местных природных условий и объема водоподачи. Для РФ и США безвозвратные изъятия на хозяйственно-бытовые нужды составляют 10...20 % водозабора, в странах Западной Европы – 5...10 %. В целом для Земли объем безвозвратного водозабора – 15 % полного забора воды.
Коммунальные стоки городов и населенных пунктов большое количество загрязнений. В их составе, кроме фекальных вод, содержится значительное количество вредных соединений использования химических веществ в быту и на предприятиях местной промышленности. В сточных водах имеется много микроорганизмов, в том числе болезнетворных микробов и вирусов, а также яиц гельминтов, что делает их особенно опасными для здоровья людей и животных. Особенность коммунальных стоков – неравномерность их поступления, затрудняющая работу городских систем водоотведения. Населенные пункты дополнительно загрязняют водные объекты поверхностным стоком при выпадении дождей или от таяния снега со смывом загрязнений с покрытий улиц, дворов и с территорий промышленных предприятий. Они часто содержат в себе многие виды нефтепродуктов, большое количество различных солей и другие специфические загрязнения.
Влияние водохранилищ на водный баланс. Регулирование водного режима рек и перераспределение расходов с помощью водохранилищ – один из важных факторов преобразования стока и влагооборота. Водохранилищам принадлежит важная роль в расширенном воспроизводстве водных ресурсов, умножении важнейшей для хозяйства устойчивой части речного стока. С помощью водохранилищ мировые ресурсы устойчивого стока увеличены приблизительно на 15 %. Экономический эффект от создания водохранилищ общеизвестен: образование подпора дает возможность получать электроэнергию, увеличивает меженные расходы рек (для Волги, Дона – в 2...4 раза) и тем самым улучшает условия судоходства и водоснабжения, предотвращает наводнения, облегчает использование воды для орошения сельскохозяйственных земель. В настоящее время суммарный полный объем эксплуатируемых и строящихся водохранилищ на земном шаре превышает 5000 км3, что равно приблизительно 11 % объема годового стока с поверхности суши. Сооружение водохранилищ приводит к преобразованию и перераспределению речного стока во времени и увеличению водных ресурсов района в меженные периоды и в маловодные годы. Вместе с тем водохранилища в результате затопления больших территорий значительно увеличивают испарение с водной поверхности, что уменьшает суммарные водные ресурсы регионов.
Дополнительные потери, связанные с испарением, в отдельных районах составляют значительную часть общего объема безвозвратного водопотребления. Объем дополнительных потерь при сооружении водохранилищ рассчитывают по разности испарения с водного зеркала водохранилища и с той же территории до затопления. Суммарный объем потерь воды на дополнительное испарение с водохранилищ для Земли в целом составляет примерно 70 км3/год.
Воздействие мелиорации на процессы формирования стока на водосборах. Преобразование водного баланса на водосборах, т. е. воздействие на процессы формирования стока (и тем самым на источники питания рек), происходит при проведении различных мелиорации и изменениях почвенно-растительного покрова. Преобразования растительного покрова под влиянием хозяйственной деятельности охватывают значительные площади. Леса вырублены на площади более 70 %, что должно было привести к дефициту испарения около 3000 км3 воды в год, несмотря на частичное возмещение его кустарниковыми и травянистыми ценозами. В перспективе вырубка леса на площади примерно еще 25 млн км2 может привести к дальнейшей убыли поступления воды в атмосферу примерно на 1200...1300 км3/год, что соответствует 10 % суммарного объема воды в атмосфере. Однако, осуществляя подобные преобразования, человек одновременно обогащает атмосферу водяными парами за счет испарения с орошаемых площадей и водохранилищ. В перспективе дефицит поступления воды в атмосферу, возникший в результате вырубки леса, в некоторой степени можно будет компенсировать, если увеличить площади орошения. Рост испарения, возможно, вызовет выпадение дополнительных осадков, что отчасти пополнит сток, но едва ли они будут значительными, так как орошаемые земли приурочены к аридным и полуаридным районам, где относительная влажность воздуха мала.
В зоне повышенного увлажнения главным фактором, оказывающим влияние на водный баланс, являются осушительные мелиорации. Осушение болот приводит к иссушению и осадке торфяной толщи. Сначала сток несколько возрастает, но в различных ландшафтах этот процесс происходит по-разному и зависит от последующего использования этих территорий. При создании на месте болот высокопродуктивных сельскохозяйственных угодий может оказаться, что для обеспечения транспирации необходимо будет периодически применять искусственное орошение. В целом любые меры по интенсификации земледелия и повышению урожайности, а следовательно, и транспирации ведут к перестройке водного баланса в сторону сокращения поверхностного стока.
Значительные изменения водного баланса характерны для городов. С одной стороны, застройка, искусственные покрытия, водостоки, уборка снега уменьшают инфильтрацию и способствуют увеличению поверхностного стока, с другой – откачка подземных вод и снижение пьезометрических уровней на десятки и даже сотни метров могут привести к уменьшению и даже практическому прекращению фунтового питания рек. В формировании локального «городского» водного режима большое значение имеют подпор грунтовых вод, создаваемый подземными сооружениями, уплотнение фунтов, что часто способствует затоплению подвалов, а иногда и конденсации влаги под зданиями.
Эффективно воздействуют на водный баланс лесомелиорации. Так, лесные полосы не только перехватывают весенний сток с полей, но и задерживают снег, уменьшая непродуктивное испарение. Травосеяние в сочетании с удобрениями также увеличивает инфильтрацию воды в почву и сокращает поверхностный сток.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему