2.2. Водні ресурси та їх раціональне використання

Основні екосистеми біосфери

Наземні екосистеми біосфери об’єднують в три основних типи: 1) наземні біоми; 2) прісноводні екосистеми; 3) морські екосистеми.

Прісноводні екосистеми

Прісноводні континентальні екосистеми розподіляють так: екосистеми стоячих водоймищ і водотоків.

До континентальних стоячих водоймищ належать екосистеми озер, ставків і калюж. Залежно від стану циркуляції (переміщування) озерних вод озера розподіляють на:

мономіктичні холодні озера арктичної й альпійської областей з одним літнім періодом циркуляції;

мономіктичні теплі озера субтропічних областей з одним зимовим періодом циркуляції;

диміктичні озера помірних областей з двома – весняним і осіннім – періодами циркуляції;

полімікитчні озера тропічних областей з численними періодами циркуляції;

олігоміктичні озера тропічних областей з рідкими і нерегулярними періодами циркуляції.

За рівнем трофності, як зазначалося вище, озера поділяють на оліготрофні (як правило, глибокі, з підвищеними берегами, бідні на мінеральний азот і фосфор, вода в них прозора, синього або зеленого кольору); автотрофні (невеликої глибини, багаті на азот і фосфор, багатство організмів призводить до виснаження кисню і зеленувато-коричневого забарвлення води, має широкий пояс прибережної рослинності); дизтрофні (неглибокі озера з берегами, порослими торфоутворюючою рослинністю, вода мало прозора, бурого кольору, має кислу реакцію). Ці типи озер можуть мати перехідні стадії. Наприклад, від оліготрофного до евтрофного через мезотрону стадію.

До екосистеми водотоків належать екосистеми потоків, річок і рік, їх різних ділянок – від витоків до самого гирла. Вони активно взаємодіють із екосистемами, які входять до їхнього басейну.

Екосистеми світового океану

Характерною особливістю океанічних екосистем є: а) глобальність розмірів і величезні глибини, заповнені життям; безперервність (усі океани пов’язані один з одним; б) постійна циркуляція (наявність сильних вітрів, які дмуть протягом року в одному і тому ж напрямку, наявність глибинних течій); в) панування різних хвиль і приливів, що зумовлює помітну періодичність життя угруповань, особливо в прибережних зонах; г) солоність і сильна буферність; д) наявність розчинених біогенних елементів, які є лімітуючи ми факторами, що визначають розміри популяції.

Все населення водних біогеоценозів (близько 200 тис. видів), як і наземних, розподіляють на продуцентів, консументів і редуцентів. За способом пристосування та приуроченістю до певного субстрату водних тварин і рослин об’єднують в три великих комплекси: планктон )плавно дрейфують з водними масами); бентос (живуть на дні чи у грунті); нектон (активно плаваючі – риби, головоногі молюски, а також ссавці – дельфіни, кити, ластоногі).

Екосистеми океанів відзначаються своєю великою продуктивністю, відіграють важливу роль гігантських регуляторів клімату Землі.

Структура та екологічні функції гідросфери

Гідросфера – водна оболонка земної кори, яка представлена сукупністю океанів, морів і водних об’єктів суші (річок, озер, боліт, підземних вод), включаючи накопичення води в кріофазі (вічні сніги та льодовики) (табл.2.1).

Таблиця 2.1. Водні ресурси і гідросфера

Водні ресурси	Об’єм води	У % до загального об’єму
Загальні запаси води на континентах:	8300	0,635
прісні озера	123	0,009
солоні озера і внутрішні води	100	0,008
річки	1,23	0,001
вода в ґрунті і підґрунті підземні води до глибини 800 м	65 4000	0,005 0,31
підземні води більших глибин	4000	0,31
льодовики і льодові покриви	28500	2,15
вода в атмосфері	12,7	0,001
океани	1300000	97,2
Уся гідросфера	1345101,93	100

Гідросфера тісно пов’язана з іншими геосферами Землі. Вода на Землі знаходиться в безперервному русі. Кругообіг води об’єднує всі частини гідросфери, утворюючи у цілому замкнену систему: океан – атмосфера – суша. Він забезпечує активність водообміну, яка змінюється в силу неоднорідності різних частин гідросфери.

Вода – найбільш розповсюджена неорганічна сполука на нашій планеті. Вода є основою всіх життєвих процесів. Живі організми містять до 80-90% води у своїй біомасі і втрата ними 10-20% води призводить їх до загибелі. Організм людини приблизно на 70% складається з води. Для нормального здійснення функцій організму необхідно близько 2 літрів води на добу. Вода була оптимальним середовищем для виникнення і розвитку перших найпростіших живих організмів. Вчений Дж. Бернал зробив припущення, що життя зародилося в зоні морського прибою – на межі трьох сфер (літосфери, гідросфери і атмосфери).

За підрахунками академіка Л.О.Зенкевича, у морських водоймах зустрічаються представники 90% всіх класів нині існуючих тварин, у прісних водоймах – 42% і на суші лише 24%.

Виникнення первинної гідросфери на Землі датується не пізніше 4 млрд. років тому. По мірі розвитку життя вода збагачувалася киснем. Сучасний вміст розчинених твердих речовин і газів у воді – результат тривалої еволюції гідросфери.

Головною складовою гідросфери є Світовий океан – сукупність океанів і морів. Океанічна вода складає 98% усієї маси гідросфери і займає більше 70% земної поверхні. Роль океану в житті біосфери величезна: в ньому відбувається основна кількість хімічних реакцій, які зумовлюють виробництво біомаси і самоочищення біосфери.

З поверхні Світового океану щорічно випаровується до 5 х 10 км³ води, що складає 86% усієї вологи, яка надходить в атмосферу. Клімат Землі залежить від водних просторів і вмісту водяної пари в атмосфері. Навесні і взимку в океанах здійснюється значне перенесення тепла, запасеного влітку, до полюсів, а взимку – до екватора. Це обумовлює ослаблення широтних контрастів температури. А швидкі перепади температури, які з різних причин виникають в атмосфері, Світовий океан згладжує, в цілому стабілізуючи глобальний клімат.

Загальний діапазон солоності водойм земної кулі дуже великий. Звичайно солоність визначається кількістю грамів солі на 1000 мл води і позначається ‰ – проміле. Залежно від кількості солей, розчинених у воді, розрізняють такі категорії водойм: прісні, або олігогалінні, з солоністю 3‰; солонуваті, або мезогалінні, з солоністю до 16-30‰; солоні, або пірогалінні, солоність яких коливається від 30 до 70‰; пересолоні, або ультрагалінні, з солоністю від 70 до 280‰.

Концентрація розчинених в морській воді солей становить близько 35‰ і більше, причому за хімічним складом 99,9% їх складають десять іонів: натрій (близько 11 г на 1 л), калій, хлор (близько 20 г на 1 л), бром, фтор, магній та ін. Співвідношення головних іонів упродовж мільйонів років залишається постійним, незважаючи на безупинний обмін речовин між океаном і сушею.

Відомі водойми, в яких вмістом солей майже такий, як у дистильованій воді. Таким чином є, зокрема, сфагнові болота, вода яких має солоність не більше 0,01-0,02‰. Поряд з цим зустрічаються внутрішні водойми, солоність яких значно перевищує солоність морської води. Прикладом яких є Ельтон і Баскунчак, солоність яких дорівнює 210-250‰. Солоність Мертвого моря становить 260‰. У Тамбуканському озері на Кавказі солоність досягає навіть 347‰. Це максимально відома цифра солоності внутрішніх водойм земної кулі. Ці дві крайні величини – 0,01‰ та 347‰ і визначають собою загальний діапазон солоності природних водойм, у межах якої можливе життя. Ступінь солоності визначає видовий склад живого населення водойм.

Річки регулярно оновлюють воду гідросфери – 1 раз за 30 тис. років. За час існування нашої планети вода Світового океану і підземної частини гідросфери пройшли через річки більше 100 тис. разів.

Таблиця 2.2. Найбільші річки світу

Річка	Басейн, тис. км²	Максимальна довжина, км	Середньорічний приток у гирло, м³
Амазонка	7180	6516	180000
Конго	3822	4700	42000
Міссіпі-Міссурі	3221	6109	17545
Об з Іртишем	2975	5570	1584
Ніл	2881	6482	19500
Ла Плата	2650	4700	19600
Єнісей	2605	5550	16400
Лєна	2480	4270	5700
Нігер	2092	4030	35000
Янцзи	1970	5800	12500

Водні ресурси беруть участь у кругообігу «океан – атмосфера – земля – океан» і мають здатність відновлюватися. В природі працює гігантський механізм, який повертає прісну воду, що стікає з материків в океани і моря, на сушу.

К ругообіг води

Кругообіг води, або гідрологічний цикл, має основні риси кругообігу хімічних елементів, він також збалансований у масштабах усієї земної кулі і приводить в рух енергію.

На рис. 2.1 наведено обсяг окремих частин гідросфери Землі та зв’язаної води земної кори. Слід відзначити, що понад 90% наявної на Землі води перебуває в гірських породах, які утворюють земну кору, і у відкладах на поверхні Землі. Ця вода вступає в гідрологічний цикл, який відбувається в біогеоценозах дуже рідко: лише в момент вулканічних викидів. Тому цю воду можна не брати до уваги, коли мова йде про переміщення води поблизу поверхні Землі.

Рис. 2.1.Обсяг складових гідросфери Землі та зв’язаної води земної кори (тис. км³)

Переміщення води з місця на місце в масштабах планети відбувається головним чином між океаном і сушею. При цьому змінюється її агрегатний стан (перетворення рідкої фази в тверду, пароподібну, і навпаки), що дає змогу підтримувати рівновагу між сумарним випаровуванням і випаданням опадів на планеті. Підраховано, що з поверхні землі лише за 1 хв. випаровується близько 1 млрд т води і стільки ж випадає назад у вигляді опадів. Відзначимо, що понад 86% вологи надходить в атмосферу за рахунок випаровування із поверхні Світового океану і менше 14% - за рахунок випаровування із суші.

Опади, які випадають на поверхню суші, перевищують випаровування і транспірацію в наземних місцезростаннях. Відповідно кількість опадів, які випадають на поверхню океанів, менша тієї кількості води, яка випаровується з їхньої поверхні. Більша частина водяних парів, перенесених вітрами із океанів на сушу, конденсується над гірськими районами і в тих місцях, де швидше нагрівання і охолодження суші створює вертикальні потоки повітря. Чистий потік атмосферних водяних парів від океанів до суші утворюється водою, яка стікає із суші у басейн океанів.

Для того щоб «запустити» гідрологічний кругообіг, необхідна енергія. Її можна підрахувати, перемноживши енергію, яка потрібна для випаровування 1 г води, на сумарне річне випаровування із поверхні Землі. Одержаний результат відповідає приблизно 1/5 частині загального надходження сонячної енергії на Землю.

Важливим показником кругообігу води є водообмін. В океанах, наприклад, він відбувається під впливом течій. Вважають, що для повного водообміну у Світовому океані потрібно приблизно 60 років, Атлантичному – 50, Індійському – 40, а Тихому океані найбільше – 100 років.

Надзвичайно активний водообмін у ріках. Одноразовий обіг води в руслах рік Землі оцінюється приблизно в 1200 км³, а сумарний річний стік – 38800 км³ / рік.

Таким чином, обмін руслових стічних вод відбувається кожні 0,031 року, тобто кожні 11 діб, або 32 рази протягом року. Якщо врахувати, що ріки сполучають багато озер і водосховищ, які сповільнюють водообмін, то загальна активність обміну поверхневих вод суші буде становити 7 років.

Життя на Землі підтримується не лише за рахунок води, що знаходиться у рідкому стані, але й тієї, що сконцентрована у вигляді атмосферної пари. Вода, яка міститься у повітрі у вигляді пари, відповідає в середньому шару завтовшки 2,5 см, рівномірно розподіленому по всій поверхні Землі. Кількість річних опадів становить в середньому 56 см, що в 25 разів більше тієї кількості вологи, яка міститься в атмосфері. Отже, водяні пари, які постійно знаходяться в атмосфері, - так званий атмосферний фонд, - щорічно здійснюють кругообіг 25 разів. Вміст води в Груні, ріках, озерах і океані в сотні тисяч разів більший, ніж в атмосфері. Однак вода протікає через обидва ці середовища із однаковою швидкістю, оскільки випаровування дорівнює випадінню опадів. Середня тривалість переносу води у її рідкій фазі поверхнею Землі становить 3650 років, тобто в 100 тис. Разів більше, ніж тривалість перенесення її в атмосфері.

Водні ресурси. Загальні відомості

У поняття «водні ресурси» у широкому його розумінні входять води річок, озер, водосховищ, каналів, морів і океанів, підземні та ґрунтові води, вода гірських і полярних льодовиків, атмосферні води. Крім того, до цього поняття відносять також самі водні об’єкти, тобто річки, озера, моря та ін. Вони використовуються для судноплавства, гідроенергетики, рибного господарства, відпочинку, туризму тощо без вилучення з них води.

Про кількість водних ресурсів судять за об’ємами води в різних частинах гідросфери (табл.2.3). Із загальних запасів води на Землі на Світовий океан припадає 96,5%. Практичний інтерес для задоволення потреб людей являють води річок. їх одномоментний об’єм дуже малий, однак у кругообігу вологи він відтворюється протягом року в середньому приблизно 23 рази і в зв’язку з цим оцінюється у 47 тис.км³ на рік, або при вираженні через шар стоку - 315 мм і через модуль стоку - 10 л/с з 1 км². Величина річкового стоку суттєво змінюється по території: від 10-20 мм/рік в аридних районах до 9000 мм/рік і більше в окремих дуже зволожених гірських масивах.

Річкові водні ресурси складаються з двох нерівноцінних, різних за походженням частин: підземної і поверхневої. Перша постійна, стабільна і тому, як правило, не вимагає регулювання. Разом з тим вона в цілому характеризує відновлювані запаси підземних вод зони активного водообміну. Глибинні підземні води, що містяться нижче рівня дренування річками, беруть незначну участь у сучасному кругообігу води, мають застійний характер і тому найчастіше мінералізовані, іноді сильно. Поверхнева частина річкового стоку дуже мінлива і для використання, як правило, потребує регулювання.

Таблиця 2.3. Об’єм води і активність водообміну різних частин гідросфери Земної кулі

Частина гідросфери	Об’єм води, тис.км3	Частка об’єму, %		Тривалість умовного водообміну
		всіх вод	прісних вод
Світовий океан океан	1338000	96,5*	-	2500 років
Підземні води	23700	1,72*	30,9*	1400-10000 років
Льодовики	26064	1,74*	68,7	9700 років
Озера	176	0,013	0,26	17 років
Ґрунтова волога	16,5	0,001	0,05	1 рік
Води атмосфери	12,9	0,001	0,037	8 діб
Болота	11,5	0,0008	0,033	5 років
Водосховища	6,0	0,0004	0,016	0,5 року
Річки	2,0	0,0002	0,006	16 діб

* Округлені дані.

Валове зволоження території взагалі характеризує річний відновлюваний запас ґрунтової вологи.

Теоретично водні ресурси невичерпні, оскільки вони відновлюються в процесі кругообігу. Ще в недалекому минулому вважалося, що води на Землі так багато, що, за винятком окремих посушливих районів, людям не слід турбуватися про те, що її може не вистачити. Однак споживання води зростає такими темпами, що перед людством дедалі частіше і частіше виникає проблема чистої води.

Вода є одним з найважливіших компонентів біосфери, основою життя на Землі; від її нестачі чи надлишку гинуть люди і навіть цілі народи та цивілізації. У наш час природні гідрологічні, гідрометеорологічні, гідрохімічні, гідрогеологічні, гідробіологічні та інші процеси, в яких бере участь вода, змінюються під впливом діяльності людини. Одними з основних видів антропогенного впливу на стан і режим водних ресурсів та водних об'єктів є характер землеробства на водозбірних площах, регулювання стоку, промислове, сільськогосподарське та комунальне водопостачання. Збільшуються об’єми стічних вод і маса забруднюючих речовин у них.

Успіхи землеробства, застосування мінеральних добрив, хімічних засобів боротьби з шкідниками сільськогосподарських культур та бур’янами, застосування потужних машин, велика частка просапних культур, іншими словами, привнесення енергії (все вищенаведене можна перерахувати в одиниці енергії), мало на меті збільшення врожаїв. Але це збільшення не пропорційне внесеній енергії, а після деякої межі зі збільшенням останньої відбувається різке падіння врожайності, погіршення родючості ґрунту, розпад екосистем не лише сільськогосподарського поля, а й екосистем, взаємопов’язаних із територією водних об'єктів і т.п. Великі масштаби забруднення ґрунтових і поверхневих вод нітратами, отрутохімікатами, важкими металами (як домішками мінеральних добрив) та тваринницькими стоками.

Надмірна зарегульованість водного режиму разом із згаданими факторами, урбанізацією, зведенням лісів тощо призводить до порушення водного циклу. Поряд з руйнуванням режиму стоку через інтенсивне використання підземних вод їх рівень в окремих місцях значно (до 100 м) знизився, тобто змінився і режим вод у підземній сфері. Нарешті зміна клімату внаслідок парникового ефекту може спричинити виникнення та розширення аридних зон у різних регіонах світу. Однак ані ймовірність, ані масштаб цих процесів сьогодні не можуть бути достовірно оцінені.

Кількісне виснаження водних ресурсів – це лише одна сторона проблеми. Інша – якісне їх «виснаження», тобто забруднення вод. У наш час забруднюється більше води, ніж використовується. Один кубометр забраної, а потім повернутої до джерела забрудненої води, псує у п’ять-десять разів, а іноді й більше чистої води. Крім того, в забруднених водах дедалі більше виявляють речовини, яких немає у природі і, які вона не може знешкодити. Ці забруднення, як наприклад ДДТ та її похідні, поширюються і завдають значної шкоди всьому живому, не виключено що й на генетичному рівні.

Для самоочищення та самовідновлення природі необхідний час, а інтенсифікація людської діяльності не дає цього часу водним ресурсам. І все при тому, що в світі не вистачає води для питного водопостачання. За даними Всесвітньої організації охорони здоров’я, в країнах, що розвиваються, протягом 1980-1990 рр. одержали належне водопостачання 1348 млн. чол. Найкращих результатів досягнуто в Азії та Океанії, де за цей час воду одержали понад 1 млрд. чол. У той же час в Африці, у напівпустелі Сахель (на південь від Сахари) кількість населення, яке не має належного питного водопостачання, збільшилася на 29%. За прогнозами цієї організації в 2010 р. належного питного водопостачання буде позбавлено понад 1 млрд. міських жителів. Сьогодні третина населення Землі відчуває нестачу питної води.

Згадані проблеми, пов’язані з водними ресурсами, характерні також і для України, де вже є усі ознаки екологічної катастрофи, зумовлені насамперед станом водних ресурсів.

Які ж основні ідеї можна покласти в основу концепції відродження нормального природного чи близького до нього стану водних і навколоводних екологічних систем?

Такою ідеєю може бути встановлення на державному рівні статусу кожного водного об’єкта (річки, озера і т.п.) як біологічної системи. Будь-які види використання водойм слід вважати менш важливими. Воно може вестися в межах, що не порушують нормального функціонування екосистеми, яка забезпечує належну чистоту вод та відтворення біологічної продукції.

В одні ресурси та їх збереження

Необхідні для життєдіяльності усього живого водні ресурси – це солона вода океанів і морів, прісна вода озер, рік і підземних джерел. Величезний осяг води зосереджено у льодовиках – приблизно 30 млн м³. Суттєва доля водяної пари утворюється в процесі природного випаровування поверхневої води.

Наша країна, як ніяка інша, багата водними ресурсами. Проте, на жаль, багато озер заболочуються, річки міліють, а іноді й зовсім зникають. Рідко де можна зустріти на озері або річці прекрасне сніжно-біле латаття – індикатор чистої води. Багато річок несуть непомірне навантаження. Можна було би говорити про усі річки, але зупинимося на одній з них – Волзі. Проблеми Волги – це проблеми не тільки усіх річок Росії, але й усієї планети у цілому.

Порівняно недавно – у середині ХХ ст.. за роки «великого будування» - Волга, одна із найбільших річок Європи, стала каскадом водосховищ. Тепер багато хто розуміє, що таке перевтілення обертається серйозними бідами.

За даними Інституту літосфери РАН, більша частина волзького басейну знаходить у критичному стані. Щорічно у Волгу надходить понад 300 млн. т мінеральних речовин, 64 тис. т фенолу, понад 100 тис. т сполук заліза, понад 6 млн. т сульфату, більше як 10 млн. т хлоридів тощо. У басейн Волги у 1990 р. було скинуто 23,3 км³ стічної води. З них зовсім неочищених – 1,9, мало очищених – 9,6, так званих нормативного очищення, а на справді також недостатньо очищених – 1,6 км³. Основна маса забрудненої води, як не дивно, надходить через мережу комунального господарства, а на долю промислових відходів припадає менше половини. Зменшення обсягів прісноводного стоку із завершенням будівництва Нижегородського і Куйбишевського водосховищ і забруднення води призвели до того, що за останні 35 років вилов риби у Волого-Каспійському регіоні зменшився у вісім разів. Судака стало менше у 24 рази, ляща – у 4,5, оселедця – у 16 разів. Риба гине в основному через те, що кількість фенолу, іонів міді, цинку, нафтопродуктів і пестицидів у волзькій воді за останні роки перевищує припустимі норми в десятки і сотні разів. А з кінця 70-х років ХХ ст.. різко збільшився вміст азоту, фосфору і органічних сполук.

Очевидно, якщо вода у Волзі буде чистою, то і риба у ній не переведеться. Чи багато людей знають, що для риби вода повинна бути більш чистішою, ніж питана. Воду, придатну для риби, люди у відповідності з встановленими нормами можуть вживати для пиття. Ми маємо прагнути до того, щоб на питну воду було встановлено ті ж норми, що і для риби.

Які ж же матеріальні збитки, завдані Волзі будівництвом цілого комплексу ГЄС? Щорічні втрати через недоотримання продукції при затопленні понад 1 млн. га сільськогосподарської землі оцінюють у 16 млр. дол., а через втрати рибних запасів – у 4-6 млр. дол. Якщо врахувати ці втрати, то по собівартості електроенергії діючі ГЄС стануть невигідними, у порівнянні, наприклад, навіть із ТЄС. Але припинити їх роботу і одночасно спустити воду неможливо – енергія потрібна усім. Отже, необхідно шукати способи реконструювання ГЄС таким чином, аби вони завдавали мінімальну школу природі.

Забруднюються і підпадають під антропогенний вплив не тільки води річок, але й ґрунтовні води, насамперед різними видами відходів. Використовувані протягом тривалого часу способи захоронення побутових і промислових відходів ґрунтувалися на тому, що міграція відходів малоймовірна і з часом вміщувані у них сполуки окислюються, гідролізуються або переробляється бактеріями у нешкідливі продукти. Проте результати досліджень показують, що певні види відходів слабко розкладаються і здатні мігрувати, а частина їх переробляється бактеріями не у нешкідливі, а у токсичні речовини. Забруднюючі речовини від різних джерел можуть поширюватися у поверхневих шарах земної кори на великі відстані від джерел забруднення і надходити у водоносні шари.

Існує декілька способів збереження водних ресурсів:

• оптимальна комбінація хімічного і біологічного очищення стічної води;

• використання додаткових засобів очищення стічної води, які містить особливо стійкі речовини;

• впровадження озонування води задля її обеззаражування;

• окислення забруднювальних речовин при високій температурі і високому тиску;

• високотемпературне спалювання відходів і обробка їх адсорбентами та іонообмінними смолами;

• циклічне використання води у процесі тепло відводу від різних механізмів і агрегатів;

• повернення у промисловий цикл цінних речовин, наприклад, металів, що викликають забруднення ґрунту і води;

• створення замінників пестицидів, що швидко розкладаються.

Успішне вирішення проблеми збереження навколишнього середовища, у тому числі, і водних ресурсів, залежить не тільки від учених, які пропонують ефективні засоби очищення води, але й усіх людей, усвідомлюючи необхідність бережливого ставлення до природи.

М оніторинг водного басейну

Водний басейн є складовою біосфери і тісно пов’язаний з усіма її компонентами. Це стосується, в першу чергу, найважливіших процесів, які забезпечують умови підтримання стаціонарного стану біосфери, тобто кругообігу речовини і розподілення в її компонентах енергії та інформації. В свою чергу, водний басейн є джерелом питної води, яку використовує людина, а масо- та енергопотоки у водних екосистемах формують і забезпечують існуючу життєдіяльність компонентів їх біотичної складової. Деформація інтенсивності і спрямованості зазначених потоків під потужним антропогенним тиском призводить до суттєвих змін у функціонуванні екосистем водного басейну. Одним з найважливіших джерел антропогенного тиску на водний басейн є безпосередні скиди в нього великої кількості стічних вод. Їх кількість сьогодні перевищує 5% загального сумарного водного стоку, а кількість хімічних речовин, що додатково надходять у водойми, досягає 20% усіх хімічних речовин, якими насичений водний басейн. Крім того, за рахунок забруднення грунтів і повітря з ґрунтовими та дощовими водами у водойми додатково потрапляє майже така ж кількість забруднювачів (хімічні добрива, отрутохімікати, біогенні та комунальні забруднювачі тощо). Ці обставини в основному і визначають весь комплекс підходів до організації моніторингу водного басейну України.

На жаль, технологічний процес водного моніторингу грунтується на окремих, не пов’язаних між собою блоках, що значно знижує його ефективність. Моніторинг продовжує базуватись на відомчій основі. Так, контролем за станом окремих об’єктів водного басейну, оцінкою їх екологічного та санітарно-гігієнічного стану джерел постачання питної води займаються служби Гідромету, Міністерства охорони здоров’я, Водгоспу, Мінагропрому, Мінекології. Такий підхід до моніторингу водного басейну не виключає дублювання робіт, що проводяться, орієнтує їх на вирішення завдань, що визначаються відомчими інтересами, тощо. Крім того, така організація робіт виключає застосування єдиного методичного підходу до систем контролю за об’єктами водного моніторингу, здійснення їх комплексної екологічної оцінки та застосування сучасних потужних методів прогнозування екологічного стану. Це, в свою чергу, не дає змоги здійснити підхід до реалізації єдиної, економічно обгрунтованої водоохоронної політики в Україні.

Як уже зазначалося, за своєю природою джерела забруднювачів, на яких повинна бути зосереджена основна увага, головним чином поділяються на дві характерні групи. Це, по-перше, безпосередні скиди у водний басейн стічних вод, пульп, твердих відходів. По-друге, це забруднення, яке надходить з атмосферного повітря і територій водозборів водного басейну. Організація системи контролю реєстрації забруднюючих речовин, що поступають з першої групи джерел, не є великою проблемою. Вже сьогодні більша частина основних джерел безпосередніх викидів у водний басейн контролюється самими підприємствами та відповідними водоохоронними службами. В своїй роботі вони можуть бути скоординовані та переведені, де це доцільно, на сучасні автоматизовані системи контролю.

Реєстрація забруднень, що надходять з оточуючого водний басейн природного середовища (атмосферне повітря і території водозборів) потребує модернізації і застосування цілого арсеналу сучасних засобів та методів контролю. Мова йде про те, що всі забруднення і в першу чергу ті, що надходять з навколишнього середовища, можна класифікувати за їх фазово-дисперсними характеристиками. Класифікація забруднювачів, залежно від поставлених завдань, дає змогу здійснювати цілеспрямований вибір методів і засобів контролю як забруднень, що надходять з навколишнього середовища, так і тих, що перебувають у водному басейні. Це надає можливість здійснити оптимізацію всієї системи контролю або її підсистем, залучити в необхідній мірі сучасні і високопродуктивні дистанційні засоби моніторингу та провести економічний аналіз з метою вибору найбільш ефективного варіанту з найменшою його вартістю. Основою для оптимізації роботи вказаних підсистем моніторингу може слугувати перелік антропогенних факторів залежно від видів і ступеня антропогенних навантажень, наведений в табл.2.4.

У реальних умовах відмічається велика кількість одночасно діючих на водні об’єкти факторів, які і впливають на їх загальний екологічний стан. В результаті, змінюється режим функціонування гідробіонтів водної екосистеми і, як наслідок, якості води, біологічної продуктивності і деградації водойм. Характер і ступінь негативного впливу, екологічні наслідки, що виникають, залежать від рівня антропогенного тиску. Як правило, цей тиск формується кількома факторами і реакція у відповідь є результатом спільного впливу, з якого визначити вагомість головного (або головних) фактора (факторів) дуже важко. Слід зазначити, щодо ряду таких факторів і донині не існує кількісних характеристик та навіть методів їх визначення. Це не дає змоги у повному обсязі визначати масштаби участі окремих факторів у формуванні якості води, в тому числі санітарно-біологічного стану її на окремих ділянках річки, побудованих на ній водосховищ та інших водних об’єктів. Тут потрібне залучення для оцінок нових методів (наприклад, ентропійні оцінки), які б надавали можливість комплексно оцінювати вплив на водну систему факторів як хімічної, так і фізичної природи.

Тому вирішення всього комплексу питань щодо побудови в Україні засад екобезпечної політики потребує перебудови існуючої і створення ефективної системи моніторингу водного басейну. Для цього вже сьогодні необхідно зосередити увагу на розв’язанні цілої низки завдань щодо спільного алгоритму, який акумулює в собі наступні позиції.

• Середовище, що підлягає контролю, включає в себе значний прошарок довкілля. Це складові довкілля – об’єкти по горизонталі: ріки, водосховища, озера України, Чорне і Азовське моря. По вертикалі: приводний прошарок (у тому числі атмосферне повітря, атмосферні опади), поверхневі води (в тому числі водна товща, завислі речовини і водна біота), донні відкладення, підземні води.

• Згідно з визначеним об’єктом, який повинен підлягати контролю, потрібно вимірювати нижчезазначені параметри. В приводному прошарку – переважно метеорологічні параметри та показники забруднення атмосфери, які можуть бути класифіковані за фазово-дисперснимй показниками, наведеними в таблиці 28. У поверхневих водах слід вимірювати окремі гідродинамічні та гідрометеорологічні показники і забруднення. Вони можуть бути поділені на групи відповідно до класифікації забруднювачів за їх фазово-дисперсними характеристиками, що наведена в зазначеній таблиці. В донних відкладеннях визначають їх фазово-дисперсні характеристики, вміст стабільних і нестабільних елементів та хімічних сполук, а також вміст органічних речовин. У підземних водах – рівень залягання, тиск, вміст забруднюючих речовин, рН.

Таблиця 2.4. Антропогенні фактори, що впливають на якість води у водних об’єктах

Сільське господарство	Комунальне господарство
Обсяги і характер використання земель у межах водозбору. Наявність і функціонування водоохоронних зон. Коефіцієнт лісистості території. Зрошування і скид зрошувальних вод. Об’єми і якість меліоративних вод.	Режим використання водних запасів, коливання рівня, інтенсивність водообміну і проточності. Каскадність і місцезнаходження в каскаді водосховищ. Об’єми використаної води, що не повертається до водойм.
Поверхневий стік	Промисловість
Ступінь урбанізованості території. Об'єми і склад стічних вод. Атмосферні опади і стік з міських територій, автострад, летовищ тощо.	Інтенсивність використання води: ГЕС і ГАЕС, рибогосподарства та виробництва аквакультури, рекреації. Об'єми та хімічний склад води і аерозолів, що викидаються ТЕС, АЕС, металургійними, хімічними та іншими заводами. Показники теплових скидів та вміст різних домішок, підтоплення

• Окремі блоки системи моніторингу реалізуються в рамках шести міністерств і відомств України (Гідромет, Міністерство охорони здоров’я, Водгосп, Держкомресурси, Мінагропром та Мінекології). Це, як вже зазначалося, не дає можливості виключити дублювання, перейти на загальну методичну та інструментальну базу, задіяти, де це доцільно, більш продуктивні дистанційні методи (наприклад, аерокосмічні) та автоматизовані системи контролю, підвищити ефективність загальної системи моніторингу водного басейну.

Сьогодні виникла нагальна потреба позбутися вказаних недоліків за рахунок впровадження багаторівневої системи моніторингу водного басейну. Поряд з перебудовою системи контролю необхідно також оптимізувати структурно (див. табл. 2.5) і методично роботу блоку відпрацювання природоохоронних рішень, який повинен складатись з таких засобів:

• прийому та реєстрації інформації (в тому числі дистанційного зондування, а також тих даних, що надходять від контактних вимірювань, біотестування по радіо- і телеканалах);

• системи міжвідомчої обробки, попереднього аналізу та розподілення між користувачами інформації у прийнятному для них вигляді;

• виявлення недоброякісної інформації та усунення помилок у системі моніторингу;

• банків даних, що передбачають збирання інформації у вигляді, прийнятному для робіт по відпрацюванню природоохоронних рішень на регіональному, державному та міждержавному рівнях.

Таблиця 2.5. Структура і завдання водного моніторингу

Рівень	Засоби контролю	Засоби і рівні прийому і обробки	Завдання, що вирішуються
Перший (держав- ний)	аерокосмічні засоби на морських та річкових суднах	Республікан- ський центр і термінали, які використову- ють екологічну інформацію.	Вирішення стратегічних еколо- гічних завдань; екологічне забез- печення господарських рішень, що приймаються; реалізація ресурсоохоронної політики.
Другий (регіона- льний)	Засоби на малій авіації, річкових суднах, автономних платформах.	Регіональний центр і термінали, які використову-ють екологічну інформацію	Забезпечення: регіонального і районного водокористування; ефективного використання трудових ресурсів; оптимального розміщення підприємств; виявлення першочергових водоохоронних задач та виклю- чення кризових явищ.
Третій (район- ний)	Автоматизовані системи та місцеві датчики обладнання	Місцеві центри і термінали, що використовують екологічну інформацію

Водоохоронні проблеми орієнтуються на комплекс проблем, які пов’язані з експертизою підприємств, що будуються, та існуючих господарських об’єктів, визначення шляхів оздоровлення водних об’єктів з вичерпаною екологічною місткістю, визначення та впровадження у життя найбільш виправданих з екологічної точки зору адміністративних, господарських і технічних рішень у водоохоронній практиці тощо.

У зв’язку з цим може використовуватись запропонована методична основа вищезгаданих підходів до комплексної екологічної оцінки. Це дасть можливість зводити всі фактори антропогенних навантажень на водний басейн до єдиного кількісного показника, а також підготувати необхідний перелік експериментальних даних і даних натурних досліджень для визначення статистичних показників стану водного басейну. Такий підхід надає змогу визначати оцінку ризику щодо можливих змін якості води. В свою чергу, кількісні оцінки ризику змін у водній екосистемі сприяють прогнозуванню ризиків виникнення кризових явищ в усій зоні негативного впливу і виявлення можливих екологічних збитків та порушень щодо встановлених медико-гігієнічних та екологічних нормативів. На кінцевому етапі така організація моніторингу водного басейну дає можливість започаткувати ефективну природоохоронну політику як в державі, так і в її окремих регіонах.

О сновні споживачі води.

Способи зниження витрат

Підраховано, що середньорічне споживання води на кожного мешканця Землі становить 800 м³ (мається на увазі увесь обсяг – побутовий і господарчий). І це у середньому. У розвинутих країнах кожну добу витрачається 3-5 тис. л води, тобто на рік 1,2-2 тис. м³ на людину. Основними споживачами прісної води є сільське господарство, промислове виробництво, включаючи енергетику і комунальне господарство. З інших галузей народного господарства можна виділити водний транспорт і рибне господарство.

Ще не так давно водні ресурси вважали невичерпними, а забруднення води стоками не враховувалося так само як і те, що не уся вода придатна для використання. Наразі стан прісної води погіршується, а її потреби збільшуються.

Які ж способи зниження витрат води?

Насамперед необхідно розділити воду для комунально-побутових потреб і для промисловості. Вода питної якості не повинна йти на технічні потреби – це надто дорого і недоцільно. Вважається, що збільшення доходів на 1% вимагає збільшення використання електроенергії на 2,7%, якщо мова йде про питну воду. Спеціалісти стверджують, що на пиття людині в день необхідно приблизно 1 л води і цю воду – високої якості – спеціально готують, розливають в одно- або п’ятигалонні ємності й продають. За різними оцінками, від 60 до 70% американців постійно споживають цю воду. В розвинених країнах розділ питної і технічної води значно зменшує її витрати.

Структуру споживання води мешканцями США відображено на рис. 2.2. З певними корективами це можна віднести й для мешканців великих міст Росії.

Рис. 2.2 Структура споживання води мешканцями США

Для зменшення витрат питної води необхідно:

• встановити на неї підвищений тариф для промислових споживачів і оптимальний для населення. Встановити водоміри і брати платню за реальне споживання, а не порожню трубу.. так наприклад, з мешканців у США – за 1 м³ у різних штатах беруть від 0,1 до 1 дол.;

• виключити витікання воли на магістральних трубопроводах;

• знизити витікання в помешканнях за рахунок удосконалення арматури і підвищення культури населення.

В системах міського водогону втрати води сягають 30%, а в деяких містах і більше. Недарма наразі у Швеції, наприклад, стали використовувати здувні бачки, а в Англії – бачки нової конструкції з автоматикою. У США у 1994 році було прийнято спеціалізований закон, який вимагає з метою економії води в будинках встановлювати змивні бачки об’ємом 5л замість 15.

На жаль, у нас над цим мало замислюються. Наприклад, ми тримаємо кран відкритим коли чистимо зуби, розглядаємо себе у дзеркалі тощо. Дарма витікають десятки літрів питної води. У Парижі це вдарило би по кишені: там м³ води коштує 6 франків при середній зарплатні у 5000 франків.

Промислове водоспоживання має йти шляхом удосконалення технології з метою зменшення водоємності виробництва.

Раніше на це не звертали уваги і наразі для видобування 1 т вугілля використовують 1-2 м³ води, а для виробництва 1 т джинсової тканини – до 800 м³ води! Ще більше води вимагають підприємства енергетики: для ТЕС у 2,5 МВт на рік необхідно біля 1,5 х 10 м³ води. Дуже важливим є подальше впровадження водооборотних систем і, де це можливо, переходити на порівняно дешеву технічну воду.

А нтропогенні наслідки водокористування

Відсутність еколого-механічних механізмів водокористування та регулювання господарської діяльності, а також науково обґрунтованих критеріїв оцінки екологічно припустимого навантаження на водні ресурси призвела до різного кількісного та якісного виснаження водоресурсного потенціалу в басейні р. Дніпро, виникненню низки великих економічних та соціальних проблем, які вимагають невідкладних рішень.

Необхідно також врахувати забруднення водоймищ під час їх рекреаційного використання. У період масового відпочинку у водоймища потрапляють стоки із значною кількістю органічних та біогенних речовин. Так, у дні з піковим рекреаційним навантаженням ці кількості забруднень дорівнюють таким, що надходять з очищеними побутовими стічними водами міста на 25-30 тисяч населення.

Масовий відпочинок є однією з причин погіршення бактеріологічного складу води. Це особливо несприятливо, якщо водосховище одночасно служить джерелом питного водопостачання населення.

Щоб жити, людині потрібно на добу, як ми уже зазначали, 2-3 л води. У кліматичних умовах середньої смуги нашої країни добова потреба у воді складає приблизно 2,3-2,7 л.

Значення води не вичерпується вживанням її для пиття та приготування їжі. Вода витрачається й на інші потреби. Витрати води на душу населення - один із основних показників добробуту народу.

Пряме визначення хвороботворних мікробів – справа дуже складна й трудомістка. Тому питання про доброякісність води у бактеріальному відношенні вирішують опосередкованим методом: шляхом визначення кількості кишкових паличок віл води. Кишкова паличка не є збудником якогось захворювання, вона нешкідлива для людини. Але її наявність у воді свідчить про забруднення виділеннями людей та тварин та про можливість ураження води хвороботворними бактеріями.

Чим більше кишкових паличок міститься у воді, тим більше вірогідність одночасної присутності у ній хвороботворних мікробів. Якщо кишкових паличок немає або їх дуже мало, то у воді немає й інших мікробів, які викликають інфекційні захворювання. Згідно сучасних вимог, віл питної води допускається не більше 3 кишкових паличок, тобто так званий колі-індекс повинен бути не більше 3. Протилежна величина (кількість кубічних сантиметрів води, в якій знаходять одну кишкову паличку) називається колі-титром. Бездоганна у бактеріальному відношення вода повинна мати колі-титр не менше 300.

Велику роль в оцінцюванні питної води відіграють її органолептичні властивості: запах, смак, прозорість та колірність, які людина визначає за допомогою органів чуття. Питна вода не повинна мати стороннього запаху, присмаку, мутності, кольору, навіть якщо речовини, що їх зумовлюють, самі собою нешкідливі. Людина має захисну реакцію відчуття відрази до води з незвичним запахом чи смаком.

Завислі речовини, які присутні в природній воді, погіршують її смак. Крім того, вони є сприятливим середовищем для розвитку хвороботворних бактерій. У водогінній воді допускається не більше 1,5 мг/л таких речовин.

У природній воді є мінеральні солі. Вода вважається доброю, якщо мінералізація не перевищує 1000 мг/л. Вода з великим вмістом солей належить до солоних і непридатна для пиття. Дуже мала мінералізація води (до 100 мг/л) також погіршує смак води, а позбавлену солей (дистильовану) воду взагалі вважають шкідливою - вона порушує травлення і діяльність залоз внутрішньої секреції. Мікрочастка міді надають воді деяку мутність, заліза - червонуватий колір. Підвищений вміст заліза у воді надає їй неприємного болотного смаку. Допустимий вміст заліза у воді - до 0,3 мг/л.

У малих концентраціях мідь виявляють у підземних водах. Вона не є кумулятивною отрутою. Концентрація міді 1,5 мг/л відчутна на смак. Гранично допустима концентрація прийнята на рівні 1 мг/л.

У природних підземних водах цинк зустрічається у невеликих концентраціях. Добова потреба цинку не перевищує 16 мг. Хронічні отруєння цинком невідомі. За концентрації цинку 30 мг/л вода набуває кольору молока, за концентрації 10 мг/л вона каламутна. Гранично допустимою є концентрація 5 мг/л.

Іноді в питній воді зустрічається багато солей хлористоводневої та сірчаної кислот (хлориди та сульфати), які надають воді солоного та сіркосолоного присмаку. Вживання такої води призводить до порушення діяльності системи травлення. Воду, яка містить понад 350 мг/л хлоридів і більше 50 мг/сульфатів, вважають шкідливою для здоров’я.

У природних підземних водах марганець є у вигляді гідрокарбонатів та інших добре розчинних солей. Разом з тим перманганат калію застосовують у практиці водопостачання як реагент: він добре усуває сторонні присмаки і запахи, які зумовлені різними органічними сполуками, а також знижує вміст заліза та марганцю. Перманганат калію використовують і як альгіцидний засіб – він забезпечує загибель водоростей, які забивають фільтри або зумовлюють появу запахів та присмаків у воді. Окрім дезодоруючої та альгіцидної дії, перманганат калію справляє бактерицидний ефект.

У технологічному процесі семивалентний марганець переходить у дво- та чотиривалентну форму. Чотиривалентний марганець практично нерозчинний у воді і затримується на фільтраційних установках, а залишкові кількості двовалентного марганцю можуть виявлятись у питній воді.

Вивчення впливу семивалентного іону марганцю на органолептичні властивості води розкрило його провідну - зміну забарвлення води. За цією ознакою граничною є концентрація перманганату калію 0,1 мг/л. За концентрації марганцю у воді 0,5 мг/л опущена в неї біла тканина набуває коричнюватого відтінку.

Токсичність марганцю не залежить від валентності іонів. Не діючою концентрацією усіх сполук марганцю (за впливом на здоров’я людей) є концентрація 2 мг/л у перерахунку на іон.

На водогінних станціях як коагулянт широко застосовують сульфат алюмінію. У разі коагуляції надлишковими дозами цього коагулянту мутність води може зростати. Коли вміст залишкового алюмінію у воді на рівні 0,5 мг/л, мутність води змінюється. Надлишкові концентрації алюмінію надають воді неприємного в’язкого присмаку.

Порогова концентрація, встановлена за зміною смаку води, для хлориду алюмінію дорівнює 0,5 мг/л. Ця концентрація не змінює прозорості води. Гранично допустима концентрація залишкового вмісту алюмінію у питній воді дорівнює 0,5 мг/л.

Гексаметафосфат та гриполіфосфат натрію в концентраціях, які передбачається використовувати для постійної обробки питної води (10-20 мг/л), не впливають на її запах, колір та активну реакцію. Обидві речовини в концентрації понад 5 мг/л під час нагрівання та кип’ятіння водогінної води утворюють стійку каламуть. Речовини не характеризуються виразною токсичністю та кумулятивними властивостями.

Шкідливість гексаметафосфату та триполіфосфату натрію при нормуванні їх у питній воді - органолептичний: утворення каламуті під час нагрівання. Як гігієнічний норматив прийнято концентрацію обох речовин на рівні 33,5 мг/л.

З інших мікроелементів, які спричиняють захворювання у людини, можна назвати свинець. Відомі випадки отруєння свинцем внаслідок використання свинцевих труб для водогону.

Радіоактивний хімічний елемент урай належить до VI групи періодичної системи. Він є найважчим з хімічних елементів, які беруть участь у будові земної кори, і досить поширений порівняно з іншими елементами таблиці Д.І.Менделєєва. Уран є складником біосфери, міститься в усіх рослинах, тваринах і організмах в ультрамікроскопічних кількостях, його відносять до нормальних компонентів протоплазм клітини. У зв’язку з великим періодом напіврозпаду (2,47-4,51 *10 років) уран має малу радіоактивність.

Одним із важливих результатів теоретичної та експериментальної розробки принципів гігієнічного нормування є встановлення принципів сумації дії малих концентрацій речовин (з однаковим характером дії), які присутні у воді. Уразі виявлення у воді кількох речовин (за винятком фтору, нітратів, радіоактивних речовин) сума концентрацій, виражена у частках від максимально допустимих концентрацій кожної речовини окремо, не повинна перевищувати 1. У стандарті зазначено, як, де і коли проводять лабораторно-виробничий контроль якості питної води. Передбачено також загальнодержавний контроль, який здійснює санітарно-епідеміологічна служба Міністерства охорони здоров’я України.

Без будь-якого перебільшення можна сказати, що високоякісна вода - одна з обов’язкових умов збереження здоров’я людей. Смачна вода істинний земний дар. І на охороні її стоїть державний стандарт.