Виды антропогенных нагрузок и уровни антропогенного преобразования водных объектов

Антропогенное воздействие на гидросферу суши, в том числе на подземные воды, возникает в результате использования питье­вой и технической воды. В России основными потребителями по­верхностных вод являются промышленность, которая использует около 35 % всей потребляемой воды из природных поверхностных источников, сельское хозяйство — 26 % и теплоэнергетика — 24 %. На коммунальное хозяйство расходуется около 4% воды, а на рыбное — всего 1 %. В то же время на долю подземных вод прихо­дится около 10 % общего водопотребления.

Развитие промышленности и необходимость орошения земель, растущие потребности в чистой питьевой воде привели к экологи­ческим проблемам. Среди них главными являются: истощение за­пасов и понижение уровня воды в поверхностных водоемах; изме­нение качества вод, вызванное загрязнением промышленными и сельскохозяйственными стоками, нефтепродуктами, тяжелыми ме­таллами и радиоактивными соединениями; термическое загрязне­ние и радионуклидное заражение водоемов; изменение режима рек и масштабов эрозионно-аккумулятивной деятельности; сейсмичес­кая активность искусственных водоемов; истощение биологичес­кой продуктивности водоемов; изменение уровня подземных вод, истощение их запасов и ухудшение качества.

Истощение запасов поверхностных и подземных вод. Этот про­цесс сопровождается обмелением водоемов и водотоков и пони­жением уровня подземных вод. Он определяется двумя факторами. Во-первых, это ежегодные безвозвратные потери воды в процессе использования ее в хозяйственных нуждах. В зависимости от каче­ства повторной очистки и существующих систем оборотного ис­пользования они составляют до 25 % ежегодного технологическо­го расхода воды. Вторым фактором, существенно влияющим на истощение запасов воды, является создание как отдельных водо­хранилищ, так и каскадов водохранилищ, в том числе в аридных областях, которые должны были решить определенные экономи­ческие задачи. В частности, с их помощью решаются проблемы водоснабжения населения прилегающих районов, орошения, сни­жения опасности наводнений и подтопления территорий, улуч­шения условий судоходства, рыболовства, рыбовоспроизводства и создания рекреационных зон.

Вместе с тем водохранилища оказались объектами безвозврат­ных потерь не только поверхностных, но и подземных вод суши, которые происходят за счет усилившегося испарения с поверхно­сти. Особенно сильно тенденция к сокращению запасов воды стала проявляться после начавшегося потепления климата.

Безвозвратные потери поверхностных вод стимулировали раз­витие некоторых региональных катастроф и среди них — катаст­рофа Аральского моря, уровень воды в котором в связи со сниже­нием общего количества поверхностного стока рек Амударьи и Сырдарьи, расходуемого на орошение, стал снижаться. Другой пример подобного рода — строительство в верховьях р. Или в кон­це 60-х годов XX в. Капчагайского водохранилища недалеко от г. Алма-Аты. Это привело к резкому снижению уровня озера Бал­хаш и к почти полной утрате его экономического значения. В на­стоящее время наблюдается обмеление многих рек, в том числе снижение уровня воды не только в системе каскада Волжских во­дохранилищ, но и в крупнейших водохранилищах Сибири и Даль­него Востока.

Изменение качества воды. Увеличение выбросов загрязненных промышленных, сельскохозяйственных и бытовых сточных вод привело к изменению качества воды. Кроме того, воды сильно за­грязняются нефтепродуктами и токсичными веществами.

Несомненно, что объемы промышленного использования вод суши зависят от структуры промышленных предприятий, типа и качества очистных сооружений и типа используемых технологий. Основными загрязнителями являются такие водоемкие промыш­ленные производства, как теплоэнергетика, черная и цветная ме­таллургия, машиностроение, нефтехимическая и деревообрабаты­вающая, пищевая и целлюлозно-бумажная промышленность. Осо­бенность коммунального хозяйства заключается в том, что почти 90 % воды используется для населения городов, имеющих центра­лизованные системы водоснабжения.

На территории России менее 50 % используемой воды очища­ется до нормативных требований. Остальные стоки сбрасываются или недостаточно очищенными, или полностью неочищенными. С ними в поверхностные воды, а затем через сложную систему природных каналов загрязнители попадают в подземные воды. Последние могут очищаться природными фильтрами. Однако по­верхностные воды не способны очищаться и в них в огромных количествах присутствуют токсичные органические соединения, твердые взвешенные частицы, нефтепродукты, тяжелые металлы, сульфаты, хлориды, соединения фосфора, азота и нитраты.

Только на территории Российской Федерации общий объем ежегодных загрязнений, поступающих в водоемы, превышает 50 млн т. Из них на долю сельскохозяйственных предприятий (фер­мы, молочно-перерабатывающие предприятия, сельскохозяйственные площади) приходится около 50 % загрязняющих веществ, ком­мунальной сферы — 35 % и промышленности — 10—15 %.

Снижение качества воды оказывает отрицательную роль на здо­ровье людей, негативно влияет на биологическую продуктивность водоемов. Наличие в поверхностных водах ряда соединений изме­няют их щелочно-кислотный потенциал, что приводит к усиле­нию химического выветривания и карстообразования.

Термическое загрязнение. С работой тепловых и атомных элект­ростанций связано термическое загрязнение воды. Основная масса воды, используемой в тепловой энергетике, предназначается для охлаждения турбин и генераторов. При этом около 5 % воды без­возвратно теряется, превращаясь в пар.

Широкое распространение начиная с середины XX в. получили специальные пруды-охладители на теплоэлектростанциях. Охлаж­дая систему турбин и генераторов, нагретые воды отводятся в пру­ды, в которых создаются благоприятные тепловые условия для мас­сового размножения фитопланктона. Происходит эвтрофикация воды.

Нередко поверхностные водоемы используют для захоронения вредных и радиоактивных веществ. Таковыми являются хвостохра-нилища на горнодобьшающих и обогатительных предприятиях. При переполнении таких хранилищ нередко создаются аварийные си­туации, а воздействие содержащихся в них соединений нарушает геохимическое равновесие и приводит к заражению местности.

Изменение режима рек и обмеление. Создание на реках искусст­венных водоемов, использование рек и водоемов в качестве транс­портных магистралей, по которым курсируют многотоннажные суда, а также изъятие воды для хозяйственных нужд приводят к существенному нарушению гидрологического режима рек, изме­нению места, времени и активности проявления геологических процессов — глубинной и бокивой эрозии, изменению твердого стока и объема взвешенного материала, русловой и пойменной аккумуляции, аккумуляции аллювиального материала в устьях рек. Это, в свою очередь, оказывает влияние на биологические усло­вия, изменяет характер воспроизводства рыбы и затрудняет судо­ходство. Быстрое накопление осадков на дне водохранилищ при изменении скорости руслового потока приводит к обмелению и вызывает необходимость проводить очистку русла, землечерпание, регулировать сток в районе гидротехнических сооружений и осу­ществлять инженерную защиту берегов.

Сейсмическая активность искусственных водоемов. В настоящее время имеется большое количество материалов, свидетельствую­щих об усилении сейсмической активности в районах созданных водохранилищ. Геологическая среда, находящаяся под акваторией водохранилища, существует под действием гравитационных сил. Горные породы под дном постоянно находятся под действием гра­витационных и тектонических сил напряженности. Под влиянием толщи воды наполняемого водохранилища, а также ежегодно на­капливаемого твердого стока, так как плотина преграждает пере­мещение взвешенного материала в сторону базиса эрозии, изме­няется напряженность пород дна водохранилища. Все это приво­дит к кратковременным смещениям по существующим на глубине разрывам и вызывает действие сейсмических волн, которые дос­тигают поверхности. Возникают землетрясения не только в сейс­мически активных областях, но и в пределах стабильных платформ. Эпицентры землетрясений располагаются на расстоянии ПО—215км от водохранилища, а очаги — на глубине 6—8 км. Активность и частота землетрясений усиливаются после достижения определен­ного уровня воды в водохранилище. Причем установлено, что час­тота вызываемых толчков в большинстве случаев связана не столько с положением уровня воды, сколько со скоростью и величиной перепада уровня воды в водохранилище. Наблюдения показывают, что периоды усиления и ослабления сейсмичности могут продол­жаться в течение нескольких лет.

Через год после сооружения на р. Колорадо в США плотины Гувер и заполнения водохранилища начались седсмические толч­ки. Только за десять лет произошло более тысячи слабых толчков. Лишь однажды, спустя 4 года после сооружения плотины, про­изошло сильное землетрясение, энергия которого соответствовала суммарной энергии всех предшествующих землетрясений.

На полуострове Индостан на р. Койна в 1961 г. началось запол­нение водохранилища объемом около 3 трлн м3. В 1967 г. произош­ло 8 —9-балльное землетрясение, в результате которого погибли 180 человек и еще 2000 человек получили ранения.

К моменту заполнения Нурекского водохранилища на р. Вахш (Таджикистан) было зарегистрировано 133 землетрясения. Очаги их располагались под водохранилищем вблизи плотины. В связи с перемещением центра нагрузки столба воды по мере заполнения водохранилища очаги землетрясения смещались.

Истощение биологической продуктивности. Уровень биологичес­кой продуктивности находится в полной зависимости от гидроло­гического режима (регулирование и снижение стока, изменение скорости и объема воды) и качества воды. Ухудшение этих показа­телей приводит к уменьшению пищевой базы и сокращению чис­ленности рыб в водоемах.

Изменение уровня подземных вод. Нерациональное использова­ние подземных вод, особенно артезианских бассейнов, откачка подземных вод с разных горизонтов для питья, промышленных и хозяйственных целей и орошения, с одной стороны, приводят к загрязнению территории, а с другой — уменьшают объем подзем­ных вод. В свою очередь, это приводит к подтоплению территории добычи, а также способствует опустыниванию водосборного бас­сейна.