Лекция №16 «экологические последствия загрязнения вод. Основные направления работ по охране и регулированию качества вод».

Эвтрофирование водоемов. Этот естественный процесс, характерный для всего геологического прошлого планеты, обычно протекает очень медленно и постепенно, однако в последние десятилетия, в связи с возросшим антропогенным воздействием, скорость его развития резко увеличилась.

Эвтрофикация – это повышение биологической продуктивности водных объектов в результате накопления в воде биогенных элементов под действием антропогенных или естественных (природных) факторов

Ускоренная, или так называемая антропогенная эвтрофикация связана с поступлением в водоемы значительного количества биогенных веществ – азота, фосфора и других элементов в виде удобрений, моющих веществ, отходов животноводства, атмосферных аэрозолей. В современных условиях эвтрофикация водоемов протекает в значительно менее продолжительные сроки – несколько десятилетий и менее.

Процессы антропогенной эвтрофикации охватывают в настоящее время

многие крупные озера мира – Великие Американские озера, Балатон, Ладожское, Женевское, а также водохранилища и речные экосистемы, в первую очередь малые реки.

Антропогенная эвтрофикация отрицательно влияет на пресноводные экосистемы, приводя к перестройке структуры трофических связей гидробионтов, резкому возрастанию биомассы фитопланктона благодаря массовому размножению сине-зеленых водорослей, вызывающих «цветение» воды, ухудшающих ее качества и условия жизни гидробионтов, выделяющих опасные для жизни животных и человека токсины.

Загрязнение рек. Россия обладает одним из самых высоких водных потенциалов в мире – на каждого жителя России приходится свыше 30 000 м³/год воды. Однако в настоящее время из-за загрязнения или засорения около 70 % рек и озер России утратили свои качества как источника питьевого водоснабжения (Государственный доклад «Вода питьевая, 1995).

Загрязнение вод в бассейне Волги, расположенном в центре европейской части России, как и во многих речных бассейнах, обусловлено переизбытком промышленных, транспортных, коммунальных и сельскохозяйственных стоков. В настоящее время в Волжском бассейне антропогенная нагрузка на водные ресурсы в 8 раз превышает нагрузку по стране в целом.

Высокий уровень загрязнения наблюдается практически во всех притоках Волги, в первую очередь в Оке и Каме. В реку Каму поступают стоки анилинокрасильного производства, в других местах стоки завода синтетического каучука привели к накоплению высокотоксичного металла ртути в донных отложениях водоемов. ПДК загрязняющих веществ (нефтепродукты, медь и фенолы) в большей или меньшей степени превышены на всех водохранилищах Волжского каскада.

Вода в Кубани по всей длине реки загрязняется за счет стоков с орошаемых сельскохозяйственных угодий.

Река Нева относится к типу «загрязненных» из-за сбросов неочищенных стоков Санкт-Петербурга и недостаточной водопропускной дамбы.

Серьезная экологическая проблема – восстановление водности и чистоты малых рек (рек длиной не более 100 км), наиболее уязвимого звена в речных экосистемах. Именно они оказались наиболее восприимчивыми к антропогенному воздействию. Непродуманное хозяйственное использование водных ресурсов и прилегающих земельных угодий вызвало их истощение ( нередко и исчезновение), обмеление и загрязнение. По малым рекам Европейского Севера, Сибири, Дальнего Востока, Камчатки и Сахалина до сих пор сплавляется лес, в том числе молевым способом.

Истощение и загрязнение подземных вод. Кроме поверхностных вод постоянно загрязняются и подземные воды, в первую очередь в районах крупных промышленных центров. Источники загрязнения подземных вод весьма разнообразны. Загрязняющие вещества могут проникать к подземным водам различными путями: при просачивании промышленных и хозяйственно-бытовых стоков из хранилищ, прудов-накопителей, отстойников; по затрубному пространству неисправных скважин: через скважины и карстовые воронки.

К естественным источникам загрязнения относят сильно минерализованные (соленые и рассолы) подземные воды или морские воды, которые могут внедряться в пресные незагрязненные воды при эксплуатации водозаборных сооружений и откачке воды из скважин.

Загрязнения подземных вод не ограничиваются площадью промышленных предприятий, хранилищ отходов и т.д., а распространяются вниз по течению потока на расстояния до 20 – 30 км и более от источников загрязнения. Это создает реальную угрозу для питьевого водоснабжения в этих районах. Загрязняющие вещества, находящиеся в подземных водах, могут выноситься фильтрационным потоком в поверхностные водоемы и загрязнять их.

Практически во всех крупных промышленных городах мира, в том числе в Москве, Санкт-Петербурге, Киеве, Харькове, Донецке и других городах, где подземные воды длительное время эксплуатировались мощными водозаборами, возникли значительные депрессионные воронки (понижения) с радиусами до 20 км и более. Так, например, усиление водоотбора подземных вод в Москве привело к формированию огромной районной депрессии с глубиной до 70-80 м, а в отдельных районах города – до 110 м и более.

По данным Государственного водного кадастра, в 90-е годы в России в процессе работы подземных водозаборов отбиралось свыше 125 млн. м³/сут

воды. В результате на значительных территориях резко изменились условия взаимосвязи подземных вод с другими компонентами природной среды, нарушилось функционирование наземных экосистем.

Интенсивная эксплуатация подземных вод в районах водозаборов и мощный водоотлив из шахт, карьеров приводят к изменению взаимосвязи поверхностных и подземных вод, к значительному ущербу речного стока, к прекращению деятельности тысяч родников, многих десятков ручьев и небольших рек.

В связи со значительным снижением уровней подземных вод осушаются заболоченные территории с большим видовым разнообразием растительности. Длительная интенсификация подземных водозаборов в определенных геолого-гидрологических условиях может вызвать медленное оседание и деформацию земной поверхности. Последнее негативно сказывается на состоянии экосистем, особенно прибрежных районов, где затапливаются пониженные участки и нарушается нормальное функционирование естественных сообществ организмов и всей среды обитания человека.

Истощению подземных вод способствует также длительный неконтролируемый самоизлив артезианских вод из скважин.

Изменения морских экосистем. Скорости поступления загрязняющих веществ в Мировой океан в последнее время резко возросли. Ежегодно в океан сбрасывается до 300 млрд. м³ сточных вод, 90 % которых не подвергается очистке. Экологические последствия загрязнения морских экосистем выражаются в следующих процессах и явлениях: нарушении устойчивости экосистем; прогрессирующей эвтрофикации; накоплении химических токсикантов в биоте; снижении биологической продуктивности, возникновении мутагенеза и канцерогенеза в морской среде, микробиологическом загрязнении прибрежных районов моря.

Обширные пространства России омываются рядом различных по природным условиям морей, расположенных в основном по периферии российской территории. Наиболее характерный показатель экологического состояния морей – степень их загрязнения.

Для упрощенной сравнительной оценки качества вод различных водных объектов (независимо от присутствия различных загрязняющих веществ), а также для выявления тенденции качества вод по годам используется индекс загрязненности водных объектов (ИЗВ), в расчетах которого учитывается концентрация загрязняющего вещества и определенное число показателей. При равенстве концентраций предпочтение отдается веществам, имеющим токсикологический признак вредности (рис. 6).

К факторам загрязнения морей относят: сбросы промышленных, бытовых и сельскохозяйственных отходов; потери нефти и нефтепродуктов при транспортировке, морском бурении, авариях танкеров и промывке судовых цистерн; свалка в море грунтов, изъятых при углублении судоходных каналов и береговых работах; ядерные испытания и разрушение затопленных в море контейнеров с радиоактивными и отравляющими веществами; атмосферные переносы загрязняющих веществ.

В море приносятся твердые, жидкие, в некоторых случаях газообразные загрязнители, в том числе синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ). Нитраты поступают больше всего в Азовское, Черное, Балтийское и Японское моря и сравнительно немного в Каспийское море. Приток СПАВ особенно велик в Японское, Балтийское и Черное моря. Фенолы в значительных количествах поступают в Японское и Балтийское моря.

Воды открытых районов и большинства прибрежных вод Каспийского моря относятся к «загрязненным», взморья реки Терек - к «грязным» (рис. 8).

Ухудшилось качество вод в районах Избербаша и Дербента – из «загрязненных» они переведены в «грязные». К наиболее загрязненным районам Каспийского моря относится акватория у Апшеронского полуострова, куда поступают стоки с таких крупных центров нефтехимии, как Баку и Сумгаит, где традиционно ведется добыча нефти в море.

Загрязненность вод Азовского моря вызвана главным образом посту-

плением загрязняющих веществ, значительную часть которых приносят стоки Дона и Кубани.

Наиболее характерная природно-экологическая черта Черного моря – отсутствие кислорода в его водах от горизонтов 100 – 200 м и до дна и постоянное содержание в них сероводорода. Глубоководная зона моря почти безжизненна (рис.8).

В Балтийское море загрязняющие вещества приносят в основном речные воды и береговой сток. Содержание тяжелых металлов в водах Финского залива превышает средние концентрации для меди в 10 раз, для ртути в 5 – 7 раз, свинца в 8 – 10 раз, кадмия в 3 – 4 раза, цинка в 3 – 4 раза.

Основная часть антропогенной нагрузки приходится на прибрежную зону моря, главным образом Двинского и Кандалакшского заливов и в меньшей степени Онежского залива. В результате загрязнения вод резко сократилось количество моллюсков жемчужниц в речных и морских водах.

В прибрежной зоне Баренцева моря концентрации нефтепродуктов превышают ПДК в десятки раз, фенолов – почти в 20 раз, наблюдается эвтро­фирование вод. В открытые районы моря загрязняющие вещества поступают из прибрежной зоны и приносятся из Норвежского моря Нордкапским течением, а далее Мурманским течением распространяются на восток, затем общей циркуляцией вод разносятся по морю.

Загрязнение вод Карского моря наиболее значительно в устьях рек и приустьевых участках моря. В результате лесосплава по рекам в прибрежных морских водах наблюдается скопление плавающей деловой древесины. Загрязнителями некоторых участков моря служат «свалки» грунта и «кладбища» кораблей в припортовых водах острова Диксон.

В море Лаптевых загрязнены в основном прибрежные воды и приустьевые участки.

Прибрежные воды Восточно-Сибирского моря обычно характеризуются сравнительно небольшим загрязнением. Повышенные концентрации тяжелых металлов наблюдаются в зонах влияния речного стока, который содержит отходы горно-обогатительных комбинатов. По степени загрязнения воды Восточно-Сибирского моря относятся к умеренно загрязненным.

В Чукотском море загрязнение повышено в портовых акваториях и на судоходных трассах. В целом арктические моря, за исключением некоторых районов, характеризуются величинами содержащихся в них загрязнителей, находящимися в пределах регионального фона.

Основные источники загрязнения Берингова моря – промышленные и бытовые стоки. В северо-западных и западных районах Берингова моря прибрежные воды характеризуются как грязные, несколько мористее распространены воды загрязненные, далее в открытых районах моря отмечаются умеренно загрязненные воды.

Значительная антропогенная нагрузка Охотского моря приходится на прибрежные воды в районе Магадана, и ее заметные, но различные величины охватывают локальные участки в разных районах моря.

Открытые пространства центральной части Японского моря относительно чистые. Прибрежная зона, особенно в районах, где расположены порты и промышленные центры, загрязнена наиболее значительно. Основные источники загрязнения – промышленные и бытовые стоки. Значительная часть загрязнителей выносится в прибрежные районы реками Партизанская, Артемовка и Раздольная.

В целом, моря, омывающие берега России, нуждаются в серьезной, продуманной защите от экологически вредного антропогенного влияния.

Под охраной вод понимают систему мер, направленных на предотвращение, ограничение и устранение последствий загрязнения, засорения и истощения вод (ГОСТ 17.11.01 – 77). Загрязнение означает присутствие веществ, вызывающих нарушение норм качества вод, засорение – накопление в воде посторонних предметов, а истощение – уменьшение минимально допустимого стока поверхностных вод или сокращение запасов подземных вод.

В систему мер по охране вод включены как законодательные, юридические, правовые и административные акты, регламентирующие деятельность человека посредством соблюдения установленных значений показателей, обеспечивающих благополучие водных объектов, так и организационно-технологические мероприятия, позволяющие их достигнуть.

Лучшим способом охраны вод является недопущение или сведение к минимуму их загрязнения. Наиболее общими и значимыми мероприятиями для поверхностных вод являются:

- совершенствование технологических процессов в промышленности в направлении снижения водопотребления, создания оборотных, повторных, многократных систем водоснабжения;

- разработка и внедрение малоотходных технологий;

- обеспечение полной биологической очистки и глубокой доочистки сточных вод населенных мест и промпредприятий;

- рациональное водопользование в сельском хозяйстве, включая обоснованность и режимность в применении удобрений и пестицидов;

- соблюдение водоохранных зон и правил хозяйственной деятельности в них;

- рациональное ведение хозяйства в пределах территории водосбора;

- соблюдение природоохранных норм добычи и разработки подземных ископаемых, их обогащения, транспортировки, включая нефть и продукты ее переработки;

- соблюдение правил производства буровых и строительно-монтажных работ в водоохранных зонах;

- предотвращение сброса любых отходов с судов и иных плавучихсредств;

- сокращение (а по возможности и предотвращение) поступления биогенных элементов (азота и фосфора);

- обеспечение постоянного контроля состояния и показателей состава водоемов.

Под регулированием качества понимают воздействие на факторы, влияющие на состояние водного объекта, с целью соблюдения норм качества воды. Первостепенным в этом направлении деятельности является решение проблем, связанных с обеспечением населения доброкачественной питьевой водой. Согласно Водного кодекса Российской Федерации (1995 г.) и Государственного доклада «О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации за 1993 – 1995 годы» для решения проблемы питьевого водоснабжения на территории РФ необходимо выполнение комплекса мер по следующим стратегическим направлениям:

1. Повышение надежности систем хозяйственно-питьевого водоснабжения, включая интенсификацию использования подземных вод, проведение мероприятий по охране поверхностных и подземных водных объектов (в том числе создание зон санитарной охраны и соблюдение регламентированного режима хозяйствования в этих зонах), реконструкцию и техническое перевооружение водопроводно-канализационного хозяйства и сопряженных с ними служб.

2. Совершенствование и развитие государственной системы управления и нормативно-правовой базы обеспечения населения качественной питьевой водой.

3. Совершенствование экономического механизма по обеспечению питьевого водоснабжения; усиление государственного контроля за состоянием источников питьевого водоснабжения.

4. Обеспечение механизмов целевого использования ресурсов питьевой воды и развитие государственного контроля ее потребления.

Под охраной подземных вод понимается комплекс мероприятий, направленных на сохранение и улучшение такого качественного и количественного состояния подземных вод, которое позволяет использовать их в народном хозяйстве. Загрязнение подземных вод взаимосвязано с состоянием окружающей природной среды: невозможно предотвратить их загрязнение, если отходы поступают в поверхностные воды, атмосферу, почвы, поскольку все составляющие биосферы тесно связаны круговоротом воды.

Охрана подземных вод включает:

- строгое соблюдение Закона об охране окружающей природной среды России и нормативных актов, особенно касающихся подземных вод;

- осуществление технических и технологических мер, направленных на уменьшение загрязнения окружающей среды и подземных вод, в том числе, сокращение количества различных промышленных отходов, создание безводных и малоотходных производств, оборотное водоснабжение, совершенствование методов очистки вод и соблюдение технологических регламентов эксплуатации очистных сооружений, очистка поверхностного стока и т.д.

- строгое соблюдение требований по порядку проведения разведки на подземные воды, по проектированию, строительству и эксплуатации водозаборов подземных вод;

- проведение водоохранных мероприятий по защите подземных вод.

Проведение специальных защитных мероприятий требует больших затрат, зачастую представляет собой сложную и громоздкую техническую систему, включающую обязательную очистку откачиваемых загрязненных вод. Поэтому в охране подземных вод наиболее важными являются предупредительные мероприятия, не допускающие их загрязнения.

Под истощением подземных вод понимается уменьшение их естественных и (или) искусственных запасов вследствие превышения расходования подземных вод над их питанием. Причинами подобного истощения могут быть вырубка лесов, распашка земель, спрямление и отвод рек, отбор подземных вод водозаборами, дренажами и т.д. При этом истощение может иметь временный (сезонный) и постоянный (из-за хозяйственной деятельности) характер.

Техническое пополнение запасов подземных вод осуществляется созданием плотин, дамб, запруд, прудов, регулирующих сток водотоков или атмосферный сток, путем перекачки вод из напорных горизонтов, задержки снеготаяния, применения биохимически очищенных сточных вод, уменьшения испарения, совершенствования способов полива и орошения сельхозугодий.