Водные ресурсы структура. Временные циклы доступности воды

Содержание статьи

ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, вóды в жидком, твердом и газообразном состоянии и их распределение на Земле . Они находятся в естественных водоемах на поверхности (в океанах, реках, озерах и болотах); в недрах (подземные воды); во всех растениях и животных; а также в искусственных водоемах (водохранилищах, каналах и пр.).

Круговорот воды в природе.

Хотя общие запасы воды в мире неизменны, постоянно происходит ее перераспределение, и, таким образом, она является возобновимым ресурсом. Круговорот воды происходит под влиянием солнечной радиации, которая стимулирует испарение воды. При этом осаждаются растворенные в ней минеральные вещества. Водяной пар поднимается в атмосферу, где конденсируется, и благодаря силе тяжести вода возвращается на землю в виде осадков – дождя или снега . Бóльшая часть осадков выпадает над океаном и лишь менее 25% – над сушей. Около 2/3 этих осадков в результате испарения и транспирации поступает в атмосферу и лишь 1/3 стекает в реки и просачивается в грунт.

Сила тяжести способствует перераспределению жидкой влаги с более высоких участков на более низкие как на земной поверхности, так и под ней. Вода, первоначально приведенная в движение солнечной энергией, в морях и океанах перемещается в виде океанических течений, а в воздухе – в облаках.

Географическое распределение осадков.

Объем естественного возобновления водных запасов за счет атмосферных осадков различается в зависимости от географического положения и размеров частей света. Например, Южная Америка ежегодно получает почти втрое больше осадков, чем Австралия, и почти вдвое больше, чем Северная Америка, Африка, Азия и Европа (перечислены в порядке уменьшения годового количества осадков). Часть этой влаги возвращается в атмосферу в результате испарения и транспирации растениями: в Австралии эта величина достигает 87%, а в Европе и Северной Америке – лишь 60%. Остальная часть осадков стекает по земной поверхности и в конце концов с речным стоком достигает океана.

В пределах материков количество осадков также в значительной степени варьирует от места к месту. Например, в Африке, на территории Сьерра-Леоне, Гвинеи и Кот д"Ивуара ежегодно выпадает более 2000 мм осадков, на большей части центральной Африки – от 1000 до 2000 мм, но при этом в некоторых северных районах (пустыня Сахара и Сахель) количество осадков составляет лишь 500–1000 мм, а в южных – Ботсване (включая пустыню Калахари) и Намибии – менее 500 мм.

Восточная Индия, Бирма и часть Юго-Восточной Азии получают более 2000 мм осадков в год, а бóльшая часть остальной Индии и Китая – от 1000 до 2000 мм, при этом северный Китай – лишь 500–1000 мм. На территории северо-западной Индии (включая пустыню Тар), Монголии (включая пустыню Гоби), Пакистана, Афганистана и бóльшей части Среднего Востока ежегодно выпадает менее 500 мм осадков.

В Южной Америке годовое количество осадков в Венесуэле, Гайане и Бразилии превышает 2000 мм, бóльшая часть восточных районов этого материка получает 1000–2000 мм, но Перу и некоторые районы Боливии и Аргентины – лишь 500–1000 мм, а Чили – менее 500 мм. В расположенных севернее некоторых областях Центральной Америки выпадает свыше 2000 мм осадков в год, в юго-восточных районах США – от 1000 до 2000 мм, а в ряде районов Мексики, на северо-востоке и Среднем Западе США, в восточной Канаде – 500–1000 мм, тогда как в центральной Канаде и на западе США – менее 500 мм.

На крайнем севере Австралии годовое количество осадков составляет 1000–2000 мм, в некоторых других северных районах оно колеблется от 500 до 1000 мм, но бóльшая часть материка и особенно его центральные районы получают менее 500 мм.

На бóльшей части бывшего СССР также выпадает менее 500 мм осадков в год.

Временные циклы доступности воды.

В любой точке земного шара речной сток испытывает суточные и сезонные колебания, а также меняется с периодичностью в несколько лет. Эти вариации часто повторяются в определенной последовательности, т.е. являются цикличными. Например, расходы воды в реках, берега которых покрыты густым растительным покровом, обычно выше ночью. Это объясняется тем, что с рассвета до заката растительность использует грунтовые воды для транспирации, вследствие чего происходит постепенное сокращение речного стока, но его объем снова увеличивается ночью, когда транспирация прекращается.

Сезонные циклы водообеспеченности зависят от особенностей распределения осадков в течение года. Например, на Западе США дружное таяние снега происходит весной. В Индии зимой выпадает незначительное количество осадков, а в разгар лета начинаются обильные муссонные дожди. Хотя среднегодовой речной сток почти постоянен на протяжении ряда лет, экстремально высоким или экстремально низким он бывает раз в 11–13 лет. Возможно, это связано с цикличностью солнечной активности. Сведения о цикличности хода осадков и речного стока используются при прогнозе водообеспеченности и повторяемости засух, а также при планировании водоохранной деятельности.

ИСТОЧНИКИ ВОДЫ

Основным источником пресной воды являются атмосферные осадки, но для потребительских нужд могут также использоваться и два других источника: подземные и поверхностные воды.

Подземные источники.

Примерно 37,5 млн. км 3 , или 98% всей пресной воды в жидком состоянии приходится на подземные воды, причем ок. 50% из них залегает на глубинах не более 800 м. Однако объем доступных подземных вод определяется свойствами водоносных горизонтов и мощностью откачивающих воду насосов. Запасы подземных вод в Сахаре оцениваются примерно в 625 тыс. км 3 . В современных условиях они не пополняются за счет поверхностных пресных вод, а при откачке истощаются. Некоторые наиболее глубоко залегающие подземные воды вообще никогда не включаются в общий круговорот воды, и только в районах активного вулканизма такие воды извергаются в форме пара. Однако значительная масса подземных вод все же проникает на земную поверхность: под действием силы тяжести эти воды, двигаясь вдоль водонепроницаемых наклоннозалегающих пластов горных пород, выходят у подножий склонов в виде источников и ручьев. Кроме того, они откачиваются насосами, а также извлекаются корнями растений и затем в процессе транспирации поступают в атмосферу.

Зеркало грунтовых вод представляет собой верхний предел доступных подземных вод. При наличии уклонов зеркало грунтовых вод пересекается с земной поверхностью, и образуется источник. Если подземные воды находятся под большим гидростатическим давлением, то в местах их выхода на поверхность формируются артезианские источники. С появлением мощных насосов и развитием современной буровой техники извлечение подземных вод облегчилось. Для обеспечения подачи воды в мелкие колодцы, установленные на водоносных горизонтах, применяются насосы. Однако в скважинах, пробуренных на бóльшую глубину, до уровня напорных артезианских вод, последние поднимаются и насыщают вышележащие грунтовые воды, а иногда выходят на поверхность. Подземные воды перемещаются медленно, со скоростью нескольких метров за сутки или даже за год. Ими обычно насыщены пористые галечные или песчаные горизонты или относительно водонепроницаемые пласты глинистых сланцев, и лишь изредка они сосредоточены в подземных полостях или в подземных потоках. Для правильного выбора места бурения колодца обычно требуются сведения о геологическом строении территории.

В некоторых частях земного шара растущее потребление подземных вод имеет серьезные последствия. Откачка большого объема подземных вод, несопоставимо превышающего их естественное пополнение, приводит к нехватке влаги, а понижение уровня этих вод требует бóльших затрат на дорогостоящую электроэнергию, используемую для их извлечения. В местах истощения водоносного горизонта земная поверхность начинает проседать, и там осложняется восстановление водных ресурсов естественным путем.

В прибрежных районах чрезмерный забор подземных вод приводит к замещению пресной воды в водоносном горизонте морской, соленой, и таким образом происходит деградация местных источников пресной воды.

Постепенное ухудшение качества подземных вод в результате накопления солей может иметь еще более опасные последствия. Источники солей бывают как природными (например, растворение и вынос минералов из грунтов), так и антропогенными (внесение удобрений или чрезмерный полив водой с высоким содержанием солей). Реки, питающиеся от горных ледников, обычно содержат менее 1 г/л растворенных солей, но минерализация воды в иных реках достигает 9 г/л вследствие того, что они на большом протяжении дренируют территории, сложенные соленосными породами.

В результате беспорядочного сброса или захоронения токсичных химических веществ происходит их просачивание в водоносные горизонты, являющиеся источниками питьевой или ирригационной воды. В ряде случаев достаточно всего нескольких лет или десятилетий, чтобы вредные химические вещества попали в подземные воды и накопились там в ощутимых количествах. Однако, если водоносный горизонт был однажды загрязнен, для его естественного самоочищения потребуется от 200 до 10 000 лет.

Поверхностные источники.

Лишь 0,01% от общего объема пресной воды в жидком состоянии сосредоточена в реках и ручьях и 1,47% – в озерах. Для накопления воды и постоянного обеспечения ею потребителей, а также для предотвращения нежелательных паводков и производства электроэнергии на многих реках сооружены плотины. Наибольшие средние расходы воды, а следовательно, и наибольший энергетический потенциал имеют Амазонка в Южной Америке, Конго (Заир) в Африке, Ганг с Брахмапутрой в южной Азии, Янцзы в Китае, Енисей в России и Миссисипи с Миссури в США.

Естественные пресноводные озера, вмещающие ок. 125 тыс. км 3 воды, наряду с реками и искусственными водохранилищами являются важным источником питьевой воды для людей и животных. Они также используются и для орошения сельскохозяйственных земель, навигации, рекреации, рыболовства и, к сожалению, для сброса бытовых и промышленных стоков. Иногда вследствие постепенного заполнения наносами или засоления озера пересыхают, однако в процессе эволюции гидросферы в некоторых местах образуются новые озера.

Уровень воды даже в «здоровых» озерах может понижаться в течение года в результате стока воды через вытекающие из них реки и ручьи, из-за просачивания воды в грунт и ее испарения. Восстановление их уровня обычно происходит за счет осадков и притока пресной воды впадающих в них рек и ручьев, а также из родников. Однако в результате испарения накапливаются соли, поступающие с речным стоком. Поэтому спустя тысячелетия некоторые озера могут стать очень солеными и непригодными для обитания многих живых организмов.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДЫ

Потребление воды.

Водопотребление повсюду быстро растет, однако не только из-за увеличения численности населения, а также вследствие урбанизации, индустриализации и в особенности развития сельскохозяйственного производства, в частности орошаемого земледелия. К 2000 суточное мировое потребление воды достигло 26 540 млрд. л, или 4280 л на человека. 72% от этого объема расходуется на орошение, а 17,5% – на промышленные нужды. Около 69% ирригационных вод утрачено безвозвратно.

Качество воды,

используемой для разных целей, определяется в зависимости от количественного и качественного содержания растворенных солей (т.е. ее минерализации), а также органических веществ; твердых взвесей (ил, песок); токсичных химических веществ и патогенных микроорганизмов (бактерий и вирусов); запаха и температуры. Обычно пресная вода содержит растворенных солей менее 1 г/л, солоноватая 1–10, а соленая 10–100 г/л. Вода с большим содержанием солей называется рассолом, или рапóй.

Очевидно, что для навигационных целей качество воды (соленость морской воды достигает 35 г/л, или 35‰) не имеет существенного значения. Многие виды рыб приспособились к жизни в соленой воде, однако другие обитают только в пресной. Некоторые мигрирующие рыбы (например, лосось) начинают и заканчивают жизненный цикл во внутренних пресных водах, но бóльшую часть жизни проводят в океане. Одним рыбам (например, форели) жизненно необходима холодная вода, а другие (подобно окуню) предпочитают теплую.

В большинстве отраслей промышленности используется пресная вода. Но если такая вода является дефицитом, то некоторые технологические процессы, например охлаждение, могут протекать на основе использования низкокачественной воды. Вода для бытовых целей должна быть высокого качества, но не абсолютно чистой, так как такую воду слишком дорого производить, а отсутствие растворенных солей делает ее безвкусной. В некоторых районах земного шара люди еще вынуждены для повседневных потребностей использовать низкокачественную мутную воду открытых водоемов и родников. Однако в промышленных странах сейчас все города снабжаются водопроводной, отфильтрованной и прошедшей специальную обработку водой, которая соответствует хотя бы минимальным потребительским стандартам, особенно в отношении пригодности для питья.

Важной характеристикой качества воды являются ее жесткость или мягкость. Вода считается жесткой, если содержание карбонатов кальция и магния превышает 12 мг/л. Эти соли связываются некоторыми компонентами моющих средств, и таким образом ухудшается пенообразование, на выстиранных изделиях остается нерастворимый осадок, придающий им матовый серый оттенок. Карбонат кальция жесткой воды образует в чайниках и котлах накипь (известковую корку), которая сокращает срок их службы и теплопроводность стенок. Воду смягчают добавлением солей натрия, замещающих кальций и магний. В мягкой воде (содержащей менее 6 мг/л карбонатов кальция и магния) мыло хорошо пенится, она больше подходит для стирки и мытья. Такая вода не должна использоваться для орошения, так как избыток натрия вреден для многих растений и может нарушать рыхлую комковатую структуру почв.

Хотя повышенные концентрации микроэлементов вредны и даже ядовиты, их небольшое содержание может благотворно влиять на здоровье людей. Примером служит фторирование воды с целью профилактики кариеса.

Повторное использование воды.

Использованная вода не всегда утрачивается полностью, часть ее или даже вся она может быть возвращена в круговорот и вновь использована. Например, вода из ванны или душа по канализационным трубам попадает в городские очистные сооружения, где проходит обработку и затем используется повторно. Как правило, более 70% городских стоков возвращается в реки или подземные водоносные горизонты. К сожалению, во многих больших приморских городах муниципальные и промышленные сточные воды просто сбрасываются в океан и не утилизируются. Хотя такой способ избавляет от затрат на их очистку и возвращение в оборот, происходит потеря потенциально пригодной к употреблению воды и загрязнение морских акваторий.

При орошаемом земледелии посевы потребляют огромное количество воды, высасывая ее корнями и безвозвратно теряя до 99% в процессе транспирации. Однако при орошении фермеры обычно расходуют больше воды, чем необходимо для посевов. Часть ее стекает к периферии поля и возвращается в оросительную сеть, а остальная – просачивается в почву, пополняя запасы грунтовых вод, которые можно откачивать с помощью насосов.

Использование воды в сельском хозяйстве.

Земледелие – самый крупный потребитель воды. В Египте, где почти не бывает дождей, все земледелие основано на орошении, тогда как в Великобритании практически все сельскохозяйственные культуры обеспечиваются влагой за счет атмосферных осадков. В США орошается 10% сельскохозяйственных земель, в основном на западе страны. Значительная часть сельскохозяйственных угодий искусственно орошается в следующих азиатских странах: Китае (68%), Японии (57%), Ираке (53%), Иране (45%), Саудовской Аравии (43%), Пакистане (42%), Израиле (38%), Индии и Индонезии (по 27%), Таиланде (25%), Сирии (16%), Филиппинах (12%) и Вьетнаме (10%). В Африке, кроме Египта, существенна доля орошаемых земель в Судане (22%), Свазиленде (20%) и Сомали (17%), а в Америке – в Гайане (62%), Чили (46%), Мексике (22%) и на Кубе (18%). В Европе орошаемое земледелие развито в Греции (15%), Франции (12%), Испании и Италии (по 11%). В Австралии орошается ок. 9% сельскохозяйственных угодий и ок. 5% – в бывшем СССР.

Потребление воды разными культурами.

Для получения высоких урожаев требуется много воды: так, например, на выращивание 1 кг вишни расходуется 3000 л воды, риса – 2400 л, кукурузы в початках и пшеницы – 1000 л, зеленых бобов – 800 л, винограда – 590 л, шпината – 510 л, картофеля – 200 л и лука – 130 л. Примерное количество воды, затрачиваемое только на выращивание (а не на переработку или приготовление) пищевых культур, потребляемых ежедневно одним человеком в западных странах, – на завтрак ок. 760 л, на обед (ланч) 5300 л и на ужин – 10 600 л, что в целом за сутки составляет 16 600 л.

В сельском хозяйстве вода идет не только на полив посевов, но также на пополнение запасов подземных вод (чтобы предупредить слишком быстрое опускание уровня грунтовых вод); на вымывание (или выщелачивание) солей, накопившихся в почве, на глубину ниже корнеобитаемой зоны возделываемых культур; для опрыскивания против вредителей и болезней; защиты от заморозков; внесения удобрений; снижения температуры воздуха и почвы летом; для ухода за домашним скотом; эвакуации обработанных сточных вод, используемых для орошения (преимущественно зерновых культур); и переработки собранного урожая.

Пищевая промышленность.

Для переработки разных пищевых культур требуется неодинаковое количество воды в зависимости от продукта, технологии изготовления и доступности воды соответствующего качества в достаточном объеме. В США на производство 1 т хлеба расходуется от 2000 до 4000 л воды, а в Европе – лишь 1000 л и всего 600 л в некоторых других странах. Для консервирования фруктов и овощей требуется от 10 000 до 50 000 л воды на 1 т в Канаде, а в Израиле, где вода представляет собой большой дефицит, – только 4000–1500. «Чемпионом» по затратам воды является лимская фасоль, на консервирование 1 т которой в США расходуется 70 000 л воды. На переработку 1 т сахарной свеклы затрачивается 1800 л воды в Израиле, 11 000 л во Франции и 15 000 л в Великобритании. На переработку 1 т молока требуется от 2000 до 5000 л воды, а на производство 1000 л пива в Великобритании – 6000 л, а в Канаде – 20 000 л.

Промышленное водопотребление.

Целлюлозно-бумажная промышленность – одна из самых водоемких вследствие огромного объема перерабатываемого сырья. На производство каждой тонны целлюлозы и бумаги в среднем затрачивается 150 000 л воды во Франции и 236 000 л в США. В процессе производства газетной бумаги на Тайване и в Канаде расходуется ок. 190 000 л воды на 1 т продукции, производство же тонны высококачественной бумаги в Швеции требует 1 млн. л воды.

Топливная промышленность.

Для производства 1000 л высококачественного авиационного бензина необходимо 25 000 л воды, а автомобильного бензина – на две трети меньше.

Текстильная промышленность

требует много воды для замачивания сырья, его очистки и промывки, отбеливания, крашения и отделки тканей и для других технологических процессов. Для производства каждой тонны хлопчатобумажной ткани необходимо от 10 000 до 250 000 л воды, шерстяной – до 400 000 л. Изготовление синтетических тканей требует значительно больше воды – до 2 млн. л на 1 т продукции.

Металлургическая промышленность.

В ЮАР при добыче 1 т золотой руды расходуется 1000 л воды, в США при добыче 1 т железной руды 4000 л и 1 т бокситов – 12 000 л. Для производства железа и стали в США требуется примерно 86 000 л воды на каждую тонну продукции, но до 4000 л из них составляют безвозвратные потери (главным образом, на испарение), и, следовательно, примерно 82 000 л воды может быть использовано повторно. Водопотребление в черной металлургии значительно варьирует по странам. На производство 1 т чугуна в чушках в Канаде тратится 130 000 л воды, на выплавку 1 т чугуна в доменной печи в США – 103 000 л, стали в электропечах во Франции – 40 000 л, а в Германии – 8000–12 000 л.

Электроэнергетика.

Для производства электроэнергии на ГЭС используется энергия падающей воды, приводящая в движение гидравлические турбины. В США на ГЭС ежедневно расходуется 10 600 млрд. л воды .

Сточные воды.

Вода необходима для эвакуации бытовых, промышленных и сельскохозяйственных стоков. Хотя около половины населения, например США, обслуживается канализационными системами, стоки из многих домов все еще просто сбрасываются в отстойники. Но все бóльшая осведомленность о том, к каким последствиями приводит загрязнение воды через подобные устаревшие канализационные системы, стимулировала прокладку новых систем и сооружение водоочистных станций для предотвращения инфильтрации загрязняющих веществ в подземные воды и поступления неочищенных стоков в реки, озера и моря .

ДЕФИЦИТ ВОДЫ

Когда водопотребление превышает поступление воды, разница обычно компенсируется ее запасами в водохранилищах, так как обычно и спрос и поступление воды варьируют по сезонам. Отрицательный водный баланс формируется в условиях, когда испарение превышает количество осадков, поэтому умеренное снижение запасов воды – обычное явление. Острый дефицит наступает, когда приток воды оказывается недостаточным из-за продолжительной засухи или когда вследствие неудовлетворительного планирования потребление воды постоянно растет более быстрыми темпами, чем это ожидалось. На протяжении всей своей истории человечество время от времени страдало из-за нехватки воды. Чтобы не испытывать недостатка в воде даже во время засух, во многих городах и районах стараются ее запасать в водохранилищах и подземных коллекторах, но временами необходимы дополнительные водосберегающие мероприятия, а также ее нормированный расход.

ПРЕОДОЛЕНИЕ ДЕФИЦИТА ВОДЫ

Перераспределение стока направлено на обеспечение водой тех районов, где ее не хватает, а охрана водных ресурсов – на уменьшение невосполнимых потерь воды и сокращение потребности в ней на местах.

Перераспределение стока.

Хотя традиционно многие крупные поселения возникали близ постоянных водных источников, в настоящее время некоторые населенные пункты создают также в районах, которые получают воду издалека. Даже в тех случаях, когда источник дополнительного водоснабжения находится в пределах того же штата или страны, что и пункт назначения, возникают технические, экологические или экономические проблемы, но если импортируемая вода пересекает государственные границы, то число потенциальных осложнений возрастает. Например, распыление йодистого серебра в облаках приводит к увеличению количества осадков в одном районе, но это может повлиять на уменьшение осадков в других районах.

Один из масштабных проектов переброски стока, предложенный в Северной Америке, предусматривает отведение 20% избыточной воды из северо-западных районов в аридные области. При этом ежегодно перераспределялось бы до 310 млн.м 3 воды, сквозная система водохранилищ, каналов и рек способствовала бы развитию навигации во внутренних районах, Великие озера ежегодно получали бы дополнительно 50 млн.м 3 воды (что компенсировало бы понижение их уровня), и вырабатывалось бы до 150 млн. кВт электроэнергии. Другой грандиозный план переброски стока связан с сооружением Большого Канадского канала, по которому вода направлялась бы из северо-восточных районов Канады в западные, а оттуда – в США и Мексику.

Большое внимание привлекает проект буксировки айсбергов из Антарктики в аридные районы, например на Аравийский п-ов, что позволит ежегодно обеспечивать пресной водой от 4 до 6 млрд. человек или орошать ок. 80 млн. га земель.

Одним из альтернативных методов водоснабжения является опреснение соленой воды, главным образом океанической, и транспортировка ее к местам потребления, что технически осуществимо благодаря применению электродиализа, вымораживания и различных систем дистилляции. Чем крупнее опреснительная установка, тем дешевле обходится получение пресной воды. Но с увеличением стоимости электроэнергии опреснение становится экономически невыгодным. Его используют лишь в тех случаях, когда энергия легкодоступна и другие способы получения пресной воды нецелесообразны. Коммерческие опреснительные установки действуют на островах Кюрасао и Аруба (в Карибском море), в Кувейте, Бахрейне, Израиле, Гибралтаре, на о.Гернси и в США. В других странах были построены многочисленные демонстрационные установки меньшей мощности.

Охрана водных ресурсов.

Существует два широко распространенных способа сбережения водных ресурсов: сохранение существующих запасов пригодной к употреблению воды и приумножение ее запасов путем сооружения боле совершенных коллекторов. Накопление воды в водохранилищах предотвращает ее сток в океан, откуда она может быть вновь извлечена лишь в процессе круговорота воды в природе или путем опреснения. Водохранилища тоже облегчают водопользование в нужное время. Вода может храниться в подземных полостях. При этом не происходит потерь влаги на испарение, и сберегаются ценные земли. Сохранению существующих запасов воды способствуют каналы, не допускающие просачивание воды в грунт и обеспечивающие ее эффективную транспортировку; применение более эффективных методов орошения с использованием сточных вод; сокращение объема воды, стекающей с полей или фильтрующейся ниже корнеобитаемой зоны посевных культур; бережное использование воды на бытовые нужды.

Однако каждый из этих способов сбережения водных ресурсов оказывает то или иное воздействие на окружающую среду. Например, плотины портят естественную красоту незарегулированных рек и препятствуют аккумуляции на поймах плодородных илистых наносов. Предотвращение потерь воды в результате фильтрации в каналах может нарушить водообеспечение болот и тем самым неблагоприятно отразиться на состоянии их экосистем. Это может также препятствовать пополнению запасов грунтовых вод, влияя таким образом на водоснабжение других потребителей. А для уменьшения объема испарения и транспирации сельскохозяйственными культурами необходимо сокращать посевные площади. Последняя мера оправдана в районах, страдающих от нехватки воды, где при этом проводится режим экономии за счет сокращения расходов на ирригацию из-за высокой стоимости энергии, необходимой для подачи воды.

ВОДОСНАБЖЕНИЕ

Сами источники водоснабжения и водохранилища имеют значение лишь когда вода доставляется в достаточном объеме к потребителям – в жилые дома и учреждения, к пожарным гидрантам (устройствам для отбора воды на пожарные нужды) и другим объектам коммунального хозяйства, на промышленные и сельскохозяйственные объекты.

Современные системы фильтрации, очистки и распределения воды не только удобны, но и способствуют предотвращению распространения таких передающихся через воду болезней, как тиф и дизентерия. Типичная городская система водоснабжения включает забор воды из реки, пропуск ее через грубый фильтр для устранения основной массы загрязнителей, а затем через измерительный пост, где фиксируются ее объем и скорость течения. После этого вода поступает в водонапорную башню, откуда пропускается через аэрационную установку (где происходит окисление примесей), микрофильтр для удаления ила и глины и песчаный фильтр для удаления оставшихся примесей. Хлор, убивающий микроорганизмы, добавляется в воду в магистральной трубе перед поступлением в смеситель. В конечном итоге перед отправкой в распределительную сеть потребителям очищенная вода закачивается в накопительный резервуар.

Трубы на центральной водопроводной станции обычно чугунные, большого диаметра, который постепенно, по мере разветвления распределительной сети, уменьшается. От уличных водопроводных магистралей с трубами диаметром 10–25 см вода подается к отдельным домам по оцинкованным медным или пластиковым трубам.

Орошение в сельском хозяйстве.

Поскольку орошение требует огромных расходов воды, системы водоснабжения сельскохозяйственных районов должны иметь большую пропускную способность, особенно в аридных условиях. Вода из водохранилища направляется в облицованный, а чаще необлицованный магистральный канал и затем по ответвлениям в распределительные ирригационные каналы разного порядка на фермы. На поля вода выпускается разливом или по оросительным бороздам. Поскольку многие водохранилища расположены выше орошаемых земель, вода в основном течет под действием силы тяжести. Фермеры, которые сами запасают воду, откачивают ее из скважин прямо в арыки или накопительные водоемы.

Для полива дождеванием или капельного орошения, практикующегося в последнее время, используют насосы небольшой мощности. Кроме того, существуют гигантские центрально-стержневые ирригационные установки, откачивающие воду из скважин прямо посреди поля непосредственно в трубу, снабженную дождевальными приспособлениями и вращающуюся по кругу. Орошаемые таким образом поля с воздуха кажутся гигантскими зелеными кругами, некоторые из них достигают в диаметре 1,5 км. Такие установки обычны для Среднего Запада США. Они также используются в ливийской части Сахары, где из глубокого нубийского водоносного пласта откачивается более 3785 л воды в минуту.



Подробное решение Параграф § 16 по географии для учащихся 8 класса, авторов И.И. Баринова 2015

Вопросы в начале параграфа

1)Вспомните из курсов природоведения, ботаники, истории, предшествующих курсов географии, какую роль в жизни человека играет вода.

Вода – питье, удовлетворение бытовых нужд, необходимое сырье для промышленности, универсальный растворитель, составная часть всех живых организмов.

2)В каком состоянии вода находится в природе?

Вода в природе встречается в жидков, твердом и газообразном состоянии.

3)Что такое мировой круговорот воды? Какую роль в жизни и деятельности человека он играет?

Круговорот воды в природе (гидрологический цикл) - процесс циклического перемещения воды в земной биосфере. Значение круговорота воды велико, так как он не только объединяет части гидросферы, но и связывает между собой все оболочки Земли: атмосферу, гидросферу, литосферу и биосферу. Вода во время круговорота может быть в трех состояниях: жидком, твердом, газообразном. Она переносит огромное количество веществ, необходимых для жизни на Земле.

Вопросы в параграфе

*Как вы считаете, какие реки нашей страны наиболее богаты энергоресурсами? Почему вы так решили?

Реки Сибири обладают огромным гидроэнергетическим потенциалом. Именно здесь, на реках Енисей, Ангара - построены крупнейшие ГЭС. Это связано с их многоводность, значительными падением и уклоном.

*По карте определите, какие районы нашей страны богаты водными ресурсами, а какие бедны. Вспомните, откуда получают питание крупные реки России.

В целом страна хорошо обеспечена водными ресурсами, но по её территории распределены они крайне неравномерно, как в пространстве, так и во времени. Хорошо обеспечены этими ресурсами северные районы, Сибирь, реки этого региона обладают огромным гидроэнергетическим потенциалом. А наиболее освоенные регионы страны испытывают недостаток воды, особенно это, касается южной части европейской России. Затрудняет использование водных ресурсов и то, что больше всего воды реки несут в период весеннего половодья, а наибольшая потребность в воде ощущается летом. Реки бассейна Северного Ледовитого океана самые длинные и полноводные. Это - реки Лена, Енисей, Обь. Питание этих рек смешанное, преимущественно снеговое. Реки бассейна Тихого океана Основная - Амур с притоками - Зея, Бурея, Уссури. Питание преимущественно дождевое. Реки бассейна Атлантического океана. Это реки, впадающие в Черное, Азовское и Балтийское море. Такие как - Нева, Западная Двина, Днепр, Дон, Кубань. Питание преимущественно снеговое.

*Почему бывают наводнения на реках. Какие меры принимаются для борьбы с ними?

Продолжительные дожди, таяние снегов, прорыв плотин и водохранилищ. Наиболее эффективный способ борьбы с наводнениями на реках - регулирование речного стока путём создания водохранилищ. Они выравнивают сток реки, делая его больше летом и меньше весной, чем в его отсутствие. Для борьбы с наводнениями на морском берегу используются оградительные дамбы. Ещё одним способом борьбы с наводнениями является углубление перекатов и других мелей. Для защиты от наводнений при таянии льда на реках чаще всего применяют динамит (или иное взрывчатое вещество), взрываемый в определённых местах реки, который, уничтожая торосы, даёт возможность воде течь свободно и направить её по нужному направлению.

Вопросы в конце параграфа

1. Что такое водные ресурсы? Что надо знать, чтобы дать оценку водных ресурсов страны?

Водные ресурсы – поверхностны е и подземные воды, которые используются или могут быть использованы для водоснабжения населения, в сельском хозяйстве и промышленности. Для оценки необходимо знать распределение водных ресурсов по территории, их распределение по сезонам.

2. Укажите главные особенности водных ресурсов России.

Они крайне неравномерно распределены по территории, неравномерно и распределение стока по сезонам года, районы потребления и районы концентрации ресурсов разобщены.

3. Как влияет на водные ресурсы деятельность человека? Приведите положительные и отрицательные примеры?

Отрицательное влияние – загрязнение при строительстве ГЭС, судоходстве, сброс промышленных вод, вырубка леса усиливает неравномерность стока.

Положительное влияние – регулирование стока.

4. Какие меры принимаются в нашей стране по защите и охране водных ресурсов?

Установка очистных сооружений на предприятия облесение склонов и высадка лесополос, строительство водохранилищ в горных районах.

ИТОГОВЫЕ ЗАДАНИЯ ПО ТЕМЕ

1. Назовите все виды внутренних вод. Охарактеризуйте роль каждого из них в природе и хозяйственной деятельности.

Реки, озера, болота, подземные воды, ледники, многолетняя или вечная мерзлота, искусственные водохранилища и пруды, каналы. В реки осуществляется сток вод с суши. Крупные реки служат транспортными путями. Некоторые реки обладают гидроэнергопотенциалом. Реки, озера, водохранилища, подземные воды – это все источники для бытового водоснабжения, водообеспечения сельского хозяйства, промышленности.

В ледниках концентрируются значительные запасы пресных вод. зера регулируют сток рек. По ним проходят судоходные пути. На их берегах расположены многочисленные места отдыха. Озера активно влияют на другие компоненты природы. Они изменяют рельеф, формируя дно и берега. Наполняя свои котловины торфом, илом и солями, озера создают залежи полезных ископаемых.

Озера влияют на климат. Летом они умеряют жару, зимой смягчают холода, увлажняют берега испаряющейся с их поверхности влагой. Болота - важный источник питания рек и озер.

На болотах растет много полезных ягод: клюква, морошка. Они - естественная среда обитания многих животных. Поэтому сохранение болот важно для охраны и рационального использования богатств природы. Разнообразно и практическое использование болот. В болотах сосредоточено около 80% запасов торфа страны, который используется как сырье для химической промышленности и удобрение в сельском хозяйстве. Многолетняя мерзлота оказывает существенное воздействие как на природу, так и на жизнь и деятельность человека. Мерзлота влияет на растительность, так как постоянно охлаждает почву и приземный слой воздуха. Она ограничивает глубину проникновения в грунт корней растений, их водоснабжение. Поэтому в районах многолетней мерзлоты произрастают растения, имеющие неглубокую корневую систему.

Многолетняя мерзлота водонепроницаема, поэтому способствует заболачиванию территорий. При строительстве дорог, трубопроводов, зданий многолетняя мерзлота может оттаивать. Это грозит просадками и провалами грунта и разрушением построенных сооружений. Поэтому при строительстве многолетнюю мерзлоту нужно сохранять. Для этого дома и трубопроводы приподнимают над землей на специальных сваях, а дороги создаются на высоких защитных подушках из грунта.

3. Что такое режим реки? От чего он зависит? На что он влияет?

Режим реки - регулярные (суточные, годовые) изменения состояния реки, обусловленные физико-географическими свойствами ее водосборного бассейна, в первую очередь климатом. Режим реки проявляется в колебаниях уровней и расходов воды, времени установления и схода ледового покрова, температуре воды, количестве переносимых рекой наносов и др. Водный режим влияет на расход воды и сток.

4. Какие характеристики реки надо знать для использования ее ресурсов в хозяйстве?

Уклон, режим, величина стока.

5. Объясните причины образования многолетней мерзлоты. Как влияет многолетняя мерзлота на другие компоненты природы, на жизнь и деятельность человека?

Причина образования многолетней мерзлоты сильное промерзание грунтов, которое не оттаивает в течение долгого времени. Многолетняя мерзлота ограничивает глубину проникновения корней, что препятствует ведению сельского хозяйства. Воды, скапливающиеся в мерзлоте заболачивают местность. Образуются просадки, вспучивания. Мерзлота осложняет строительство дорого, зданий, добычу полезных ископаемых.

7. Докажите справедливость поговорки «Вода – это жизнь».

Роль воды в жизни человека неоспоримо высока. Она служит основой для хорошего функционирования всего организма. В воде находятся различные вещества, характер происхождения которых разнообразен, как органический, так и неорганический. Она составляет почти три четверти веса взрослого человека. Ведь именно вода создала Землю, сделала ее такой, как сейчас, породила жизнь. Больше того, вода – самое удивительное вещество на Земле, и чем больше мы о ней узнаём, тем больше поражаемся.

Вероятно, мало кто из вас задумывался над удивительными свойствами воды, и это, пожалуй, понятно: ведь вода повсюду окружает нас, она очень обычна на нашей планете. Вода занимает 3/4 поверхности Земли. Около 1/5 суши покрыто твердой водой (льдом и снегом), добрая половина ее всегда закрыта облаками, которые состоят из водяных паров и мельчайших капелек воды, а там, где никаких облаков нет, в воздухе всегда есть водяные пары. Очень обычна она на нашей планете, даже тело человека на 71 процент состоит из воды. При утрате 6-8% влаги от массы тела человек впадает в полуобморочное состояние, при потере 12% и выше процентов влаги наступает смерть.

Вода - это один из незаменимых источников существования любого живого существа на Земле. С развитием новейших технологий потребность в ней растет с каждым днем.

Водные ресурсы Земли: общая характеристика

Водные ресурсы мира (гидросфера) - это совокупность всех возможных источников воды на планете Земля. Не секрет, что любая сфера жизнедеятельности требует водных компонентов. Статистика показывает, что объем гидросферы достаточно большой - 1.3 млрд. км. Однако данная цифра не отражает достаточность воды в мире, поскольку стратегическую роль играет именно пресная питьевая вода, а ее количество колеблется от 2 до 2,6%.

В водные ресурсы мира (пресные) входят ледовые глыбы Антарктиды и Арктики, природные озера и горные реки. Однако получить полный доступ к этим источникам, к сожалению, невозможно.

Проблематика водных ресурсов мира

На данный момент только несколько государств мира достаточно обеспечены водой, а по статистическим сведениям, около 89 стран вообще страдают от водного дефицита. Роль воды трудно переоценить, а плохое ее качество - это причина 31% заболеваний на Земле. Проблемы водных ресурсов мира не должны игнорироваться ни одним государством мира, а оперативно и коллективно решаться.

С каждым годом потребность в воде возрастает, это напрямую связано с ростом населения и развитием экономики. Многие государства сейчас вводят новые методы получения воды, ее очистки, обогащения минералами. К сожалению, вода накапливается очень медленно, а потому относится к группе невосстанавливаемых ресурсов.

Использование воды в мире

Водные ресурсы на планете Земля расположены крайне неравномерно. Если экваториальные районы (Бразилия, Перу, Индонезия) и северные умеренные пояса обеспечены водой сверх нормы, то все тропические районы (составляют 63% всей площади земного шара) испытывают острую нехватку воды.

Использование водных ресурсов в мире, как правило, стабильное. Наибольший процент воды приходится на сельское хозяйство, тяжелую промышленность (металлургию, нефтепереработку, автомобилестроение, химическую и деревообрабатывающую индустрии). Не меньшую конкуренцию данным источникам использования составляют современные теплоэлектростанции. Несмотря на их дешевизну, получение энергии таким методом не только существенно сокращает количество целевой воды, но и загрязняет и делает непригодной к употреблению воду в ближайших водоемах.

Всемирный Водный Совет образован 1996 году при поддержке 50 стран мира и 300 международных организаций. Это универсальная международная платформа, основной целью которой является решение глобальных водных проблем. Для привлечения внимания международного сообщества Совет периодически проводит Всемирный Водный Форум. Раз в три года (22 мая) участники данной организации выдвигают компетентных специалистов и профессоров, которые предлагают новые методы решения настоящих и будущих проблем, демонстрируют имеющиеся показатели и прочие сведения о водных ресурсах.

Водные ресурсы мира составляют разнообразные источники: горы, океаны, реки, ледники. Абсолютное большинство из них предлагают воду низкого качества из-за природных и антропогенных факторов :

• стекание использованных (загрязненных) вод в реки и моря;
• использование пресной воды для бытовых нужд (мытье автомобилей в водоемах);
• попадание в водоемы нефтепродуктов и химикатов;
• несовершенная система очистки воды;
• бездействие органов охраны природной среды;
• отсутствие финансовых ресурсов.

Водные ресурсы мира лишь на 4% загрязняются от естественных источников. Это, как правило, выброс алюминия из земной коры.

Загрязненная вода - источник инфекционных заболеваний

Чистые пресные водные ресурсы стран мира в природе на данный момент существуют в практически недоступных источниках (ледники, горные озера), а потому люди чаще прибегают к очищению простой речной воды. Однако если она плохо обработана, то риск получения инфекционного заболевания чрезвычайно велик. Грязная вода - источник тяжелых, трудноизлечимых заболеваний, таких как тиф, туберкулез, холера, дизентерия, сап и др. В течение 18 и 19 веков большинство страшных пандемий начинались именно с употребления грязной воды.

Статистика в данном вопросе является достаточно неутешительной, поскольку около половины человечества страдает от плохой воды. Жители Африки и Средней Азии не только не имеют доступа к пресным водам, но и не имеют возможности очистить имеющиеся.

Всемирный день водных ресурсов

Всемирный день воды введен ООН в 1993 году и отмечается ежегодно 22 мая. Генеральный секретарь ООН в честь этого дня проводит различные форумы, совещания, круглые столы, собрания по поводу глобальных водных проблем. Также 22 мая статистики ООН демонстрируют очередные новые данные о росте или уменьшении уровня обеспеченности водными ресурсами в различных странах мира (география водных ресурсов мира).

Ежегодно выбирается новая тема, которая больше всего волнует международных потребителей. К ним относятся вопросы о количестве воды в современных водных бассейнах, водные заболевания, водные стихийные бедствия, дефицит водных ресурсов, пресные источники воды, проблемы водного обеспечения в городах.

Способы преодоления дефицита

Характеристика водных ресурсов мира показывает, что данный ресурс является невозобновляемым, поэтому большинство цивилизованных стран мира пытаются различными способами рационально использовать воду. К способам преодоления водного дефицита можно отнести:

1. Установление счетчиков, которые будут правильно и точно высчитывать количество использованной воды.

2. Создание прочной информационной базы, распространение информации о дефиците воды в обществе посредством СМИ, публицистики и др.

3. Усовершенствование канализационной системы.

4. Экономия. Простые правила экономии воды населением могут помочь существенно сократить ее расходы для более полезных целей.

5. Создание водохранилищ для пресной воды.

6. Введение санкций за нарушение водного законодательства.

7. Опреснение соленой или дезинтоксикация химическими средствами грязной воды. Если раньше для уничтожения микробов применялись агрессивные средства химической промышленности, то сейчас, как правило, распространены безвредные соединения йода или хлора.

Водные ресурсы играют немалую роль в жизни современного общества. Ее качество, количество, физическое состояние, температура и другие характеристики напрямую влияют на жизнедеятельность всего живого на планете Земля. Однако современное общество забросило этот ценный ресурс, а потому актуальным вопросом является создание действенного механизма очистки и рационального использования воды.

Водные ресурсы состоят из многих источников, однако все они составляют гидросферу. Ее неудовлетворительное состояние может привести к вымиранию людей, популяций животных, исчезновению растений, распространению инфекционных заболеваний.

Проблема воды в мире является насущной и требует оперативного вмешательства. Если международное сообщество будет игнорировать такие вопросы, то существует угроза полного дефицита водных ресурсов на планете.

Общий объем гидросферы Земли огромен и составляет почти 1,4 млрд. км Однако ресурсы пресной воды, необходимой человечеству, животным и растениям, составляют всего 2-2,5% этого объема. Мировое водопотребление в 1985 году составляло 4 тыс. км3, по прогнозам специалистов в 2000 году оно должно увеличиться до 6 тыс. км3. К тому же примерно половина всей используемой пресной воды (63%) расходуется безвозвратно, особенно в сельском хозяйстве. На водопотребление промышленное идет 27% от общего объема, на коммунально-бытовое - 6%, а на создание - всего 4%. Такое положение создает реальную угрозу возникновения дефицита пресной воды в глобальном .

Запасы пресной воды невелики, да и то большая часть ее находится в твердом состоянии в виде , и в горах. Эта часть пока еще практически недоступна для использования. Если этот лед равномерно распределить по Земле, он покроет ее слоем в 53 см, а если растопить, уровень поднимется на 64 метра.

Ценным источником пресной воды являются и озера, но распределены они по поверхности Земли неравномерно. В и в северной части пресная вода имеется в избытке, и на душу населения приходится 25 тыс. м в год. В поясах планеты, которые охватывают 1/3 суши, очень остро ощущается дефицит воды. Здесь на душу населения приходится менее 5 тыс. м в год, а сельское возможно только в условиях . Эти контрасты объясняются прежде всего климатическим своеобразием областей и характером их поверхности.

Пресная вода уже стала товаром мировой торговли: ее в танкерах, по дальним водопроводам. Например, импортируют такую воду из , - с , — из . Существуют проекты перекачки воды по водопроводам из и Антарктиды в , из в . Разрабатываются установки, где тепло атомных реакторов будет использоваться одновременно для опреснения воды и производства электроэнергии. Стоимость одного литра будет невысока, так как производительность установок очень значительна. Эта опресненная вода будет использоваться для полива.

Водные ресурсы Земли состоят из подземных и поверхностных вод планеты. Они используются не только людьми и животными, а также нужны для различных природных процессов. Вода (H2O) бывает в жидком, твердом или в газообразном состоянии. Совокупность всех водных источников составляет гидросферу, то есть водную оболочку, составляющую 79,8% поверхности Земли. Она состоит из:

• океанов;
• морей;
• озер;
• болот;
• искусственных водоемов;
• грунтовых вод;
• паров атмосферы;
• влаги в почве;
• снежных покровов;
• ледников.

Для того чтобы поддерживать жизнь, люди должны пить воду каждый день. Для этого подходит только пресная вода, но на нашей планете ее менее 3 %, но доступны сейчас только 0,3%. Самыми крупными запасами питьевой воды обладают Россия, Бразилия и Канада.

Использование водных ресурсов

Вода на Земле появилась примерно 3,5 млрд. лет назад, и ее невозможно заметить каким-либо иным ресурсом. Гидросферу относят к неисчерпаемым богатствам мира, к тому же ученые изобрели способ соленые воды делать пресными, чтобы их можно было использовать для питья.

Водные ресурсы необходимы не только для поддержания жизни людей, флоры и фауны, но и поставляют кислород в процессе фотосинтеза. Также вода играет ключевую роль климатообразования. Используют люди этот ценнейший ресурс в быту, в сельском хозяйстве и промышленности. Специалисты проведи подсчеты, что в больших городах в сутки человек расходует около 360 литров воды, и сюда входит использование водопровода, канализации, приготовление еды и напитков, уборка в доме, стирка, полив растений, мытье транспортных средств, тушение пожаров и т.п.

Проблема загрязнения гидросферы

Одной из глобальных проблем является загрязнение водных ресурсов. Источники загрязнения воды:

• бытовые и промышленные сточные воды;
• нефтепродукты;
• захоронение химических и радиоактивных веществ в водоемах;
• судоходство;
• твердые бытовые отходы.

В природе есть такое явление, как самоочищение водоемов, но антропогенный фактор настолько влияет на биосферу, что со временем реки, озера, моря восстанавливаются все труднее. Вода загрязняется, становится непригодной не только для питья и бытового использования, но и для жизни морских, речных, океанических видов флоры и фауны. Чтобы улучшить состояние окружающей среды, а в частности – гидросферы, необходимо рационально использовать водные ресурсы, их экономить и проводить охранные мероприятия водных объектов.