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 около.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.
Рис.1. Выход подземного источника на поверхность
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 большую 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 больших 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.
Рис.2. Пресноводное озеро Байкал
Естественные пресноводные озера, вмещающие около.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.
Чтобы представить, как много воды на Земле, нужно для начала представить, как может выглядеть объем воды в один кубический километр. Именно в такой величине измеряются запасы воды на земле. Итак, объем всей воды на нашей планете – 1500 000 000 км3. Неслучайно, Землю называют голубой планетой, из космоса ее видят голубым шаром с пятнами суши. Запасы пресной воды составляют около 10% от общего запаса, и только малая часть пресной воды находится в поверхностных водах. Основной запас пресной воды находится в земной коре. Там сосредоточено порядка 190 млн. км3. Иногда подземные воды находятся на расстоянии десятков-сотней километров от поверхности земли – подземные воды глубокого залегания . Такая вода находится под значительным давлением под землей. Реки, озера, источники и другие воды, которые находятся в близости к поверхности земли, называются поверхностными водами . Такие воды обладают существенным отличием от вод глубокого залегания – доступность, такие воды легко добывать, а часто они сами скапливаются в различных резервуарах и колодцах. Однако такие воды менее защищены от загрязнения, так как постоянно контактируют с почвой. Еще один массив пресной воды, сложный в добывании, но являющийся огромным резервом для землян (20-30 млн.км3) сосредоточен в ледниках Антарктиды, Гренландии, островов Ледовитого океана. Пресная вода также содержится в выпадающих из атмосферы осадках - дождь и снег. Также люди научились опреснять воду морей и океанов, однако пока это практикуется мало. Хотя в некоторых восточных странах в уборных можно встретить морскую воду, но использование в таких целях скорее исключение, чем закономерное развитие.
Основными источниками пресной воды были и остаются реки и озера. Самым крупным озерным водохранилищем считается озеро Байкал, которое содержит 20 тыс. км3 воды. Вода этого озера считается самой чистой озерной водой, в ней очень низкий процент растворенных и взвешенных минеральных веществ, практически отсутствуют органические примеси, но много кислорода. Вода Байкала настолько чистая, что можно легко рассмотреть камни, лежащие даже на глубине 40 м.
Пресную воду делят на два типа по химическому составу: собственно пресная и минеральная вода.
Пресная вода никогда не встречается в природе абсолютно чистой, являясь универсальным растворителем, всегда содержит в себе некоторый процент минералов и загрязнений, поэтому должна эффективно очищаться перед употреблением в пищу. Водопроводная вода проходит некоторую очистку перед поступлением к нам в дома, однако чаще всего этого недостаточно, поэтому следует использовать бытовые фильтры очистки воды.
- Минеральные лечебные воды с минерализацией свыше 8г/л, такая вода должна приниматься по назначению врача.
- Минеральные лечебно-столовые воды с минерализацией от 2 до 8 г/л. Их можно использовать в качестве напитка, но не в больших количествах. Рекомендуется также предварительно проконсультироваться с врачом. Среди популярных у нас лечебно-столовых вод можно выделить Нарзан и Боржоми.
- Минеральные столовые воды, содержащие 1-2 г/л минеральных элементов.
- Столовые воды с минерализацией менее грамма.
Минеральная вода делится на четыре группы по содержанию в ней минеральных компонентов:
Свои лечебные качества минеральная вода приобретала в течение долгого периода, обогащаясь целебными минералами от особых пород, расположенных рядом с подземными резервуарами воды. По своему рН показателю бывает кислой, щелочной или нейтральной. В названии воды заложен также основной состав, например, хлоридно-натриевая или хлоридно-сульфатная.
Подземные воды.
Артезианские источники – это водные источники глубокого залегания. Они хорошо защищены от воздействия промышленных, сельскохозяйственных и бактериальных загрязнений. Чтобы получить доступ к артезианской воде используются специальные бурильные установки, к скважине опускаются стальные трубы, которые под воздействием мощных насосов выводят артезианскую воду на поверхность через трубопровод. Во время доставки воды на поверхность в нее могут проникать загрязнения, также такая вода нередко может содержать неблагоприятный минеральный состав для человека. Поэтому такую воду необходимо очищать, применяя промышленные или бытовые фильтры.
Родниковая вода – вода из родников и ключей, которые проделывают путь к поверхности земли из земных недр. Такая вода может быть пресной или минеральной. Нередко в наших широтах рядом с крупными родниками строились храмы, а родник облагораживался, чтобы людям было удобно набирать воду. Сейчас родники могут закрываться, так как качество воды значительно портится из-за близлежащих загрязнений почвы. В крупных городах с особенно грязной водой, пользуется спросом бутилированная родниковая вода, которую берут из мест, расположенных далеко за чертой города, заводов и свалок. Качество такой воды регулярно контролируется санитарными службами. Однако использовать бутилированную воду, конечно же, не так удобно, эффективно, как водопроводную воду, очищенную качественными фильтрами для воды.
Поверхностные воды.
Колодезная вода до сих пор активно используется в сельской местности, шурф не более 10 метров иногда может обеспечить всю деревню водой. В использовании такой воды таится большая опасность: через почву в колодезную воду попадают все виды сельскохозяйственных отходов (пестициды, нитриты, нитраты, тяжелые металл).
На бытовые нужды человека обычно тратиться не более 10% из всей используемой пресной воды, промышленность и сельское хозяйство использует оставшиеся 90%. Например, чтобы получить килограмм сахара, человек тратит около 200 л. воды, на производство килограмма синтетической резины около 2400л. Ежегодно мировые расходы увеличиваются, в бытовых условиях люди используют технику, которая расходует больше воды – например посудомоечные машины тратят в два раза больше воды на одну загрузку, чем когда человек моет посуду вручную. Развитие промышленности также влечет за собой дополнительные траты.
Перед тем как вода из озер, рек и подземных источников поступает в использование, она проходит обработку, после промышленного или бытового использования, вода также очищается, чтобы вернуться в реки и озера. Водопроводная вода обычно уже неоднократно использовалась до того, как попасть к нам в дом.
Очевидно, что самым удобным способом получения воды остаются реки и озера. Люди всегда стремились строить свои города вблизи крупных рек и озер, так и сейчас потребности городов в воде обслуживаются поверхностными водами. Бурение глубинных скважин, которые бы смогли снабжать большими объемами воду крупные города, может привезти к экологической катастрофе. Недостаточное количество водных ресурсов пресной воды в некоторых районах мира рано или поздно приведет к обращению к мировым океанским запасам воды и активной практике опреснения воды используя
Водоснабжение дома состоит из источника воды, системы подачи воды, фильтров и сантехнических приборов в доме. Самый хороший источник воды - артезианская скважина глубиной от 100 м. Но получить разрешение на сооружение такой скважины очень сложно и дорого. Поэтому обычно бурят одну такую скважину на целый поселок. Дальше вода накапливается в водонапорной башне и подается на участки (в дома) по летнему (надземному) или нормальному (подземному) водопроводу.
Водоснабжение представляет собой систему сложных сооружений для забора воды из природных источников, очистки ее, хранения необходимых запасов и подачи потребителю воды соответствующего качества.
Источники водоснабжения делятся на поверхностные и подземные. К поверхностным источникам, которые могут быть использованы в целях водоснабжения, относятся реки и водохранилища. К подземным источникам относятся воды почвенные и грунтовые, межпластовые (артезианские) и родники (ключи).
Вода из поверхностного источника содержит различные примеси - минеральные и органические вещества, а также бактерии. К минеральным примесям относятся частицы песка, глины, ила, растворенные в воде соли, железо, к органическим - гниющие вещества растительного и животного происхождения. Появление в воде бактерий - возбудителей разных болезней - связано с попаданием в реки и озера сточной воды из жилых поселков и городов. Речные воды, как правило, содержат большое количество взвешенных веществ, особенно в период паводков, а также органических веществ, микроорганизмов, в том числе болезнетворных бактерий, и небольшое количество солей. Санитарные качества речной воды часто бывают низкими, вследствие загрязнения ее поверхностными стоками. В водохранилищах вода содержит меньше взвешенных частиц, но она недостаточно прозрачна. Воды пресных озер большей частью прозрачны, но иногда бывают загрязнены поверхностными стоками.
Подземной является значительная часть воды, выпавшей на землю в виде осадков и просочившейся сквозь почву. Она проникает вглубь земли, растворяет отдельные породы и заполняет поры между частицами водоносных пластов и свободное пространство до водонепроницаемых грунтов: глины, гранита и мрамора. Подземные воды залегают на различной глубине.
Верховодка - подземные воды, которые накапливаются в верхних слоях почвы, неровностях и углублениях водонепроницаемых грунтов и не образуют сплошного водоносного слоя . Верховодка обычно встречается на небольшой глубине и используется для устройства сельских срубовых колодцев, используемых для поливов садов и огородов. Вода в колодце стоит на одном уровне с водой в грунте. В летний период колодцы иногда могут пересыхать. Верховодка легко загрязняется поверхностными стоками и непригодна для водоснабжения загородного дома.
Грунтовые (безнапорные) воды залегают в сплошном водоносном слое , под которым находится верхний водонепроницаемый слой грунта. Вода в питьевых срубовых деревенских колодцах, прорытых в водоносном слое, стоит на том же уровне, что и вода в водоносном слое. Эта вода может быть использована для водоснабжения. Колодцы опущенные в водоносный слой пересыхают крайне редко.
Артезианские (напорные) воды находятся в глубоких водоносных слоях , которые залегают между водонепроницаемыми грунтами. По сути, это уже не озеро, а река или море воды. Если в водоносном слое присутствует большое давление - вода из скважины бьет фонтаном.
Ключевые воды - это грунтовые воды, которые находят естественный выход на поверхность земли. Ключи бывают нисходящие, когда выходят на земную поверхность сверху в результате обнажения водоносных пластов, например, на склонах оврагов и балок, и восходящие, когда они выходят на земную поверхность снизу из напорных слоев.
Вода, применяемая для хозяйственно-питьевых нужд населения, должка удовлетворять следующим санитарно-гигиеническим требованиям: быть прозрачной, невредной для здоровья, не содержать болезнетворных бактерий, не иметь запаха и привкуса. Этими качествами обладает вода подземных источников (ключи и особенно «артезианские» воды). Такая вода может быть подана потребителям без очистки. Однако подземные источники часто содержат много солей и обладают значительной жесткостью. Воды подземных источников с растворенными солями кальция, хлористого натрия, извести называются жесткими; они требуют умягчения, т. е. удаления излишнего количества растворенных солей (жесткая вода подземных источников - скорее правило, нежели исключение).
Вода – единственное вещество, которое в природе присутствует в жидком, твердом и газообразном состояниях. Значение жидкой воды существенно меняется в зависимости от местонахождения и возможностей применения.
Пресная вода шире используется, чем соленая. Свыше 97% всей воды сосредоточено в океанах и внутренних морях. Еще около 2% приходится на долю пресных вод, заключенных в покровных и горных ледниках, и лишь менее 1% – на долю пресных вод озер и рек, подземных и грунтовых.
Кончилось время, когда пресную воду рассматривали как бесплатный дар природы; рост дефицита, увеличивающиеся затраты на содержание и развитие водного хозяйства, на охрану водоемов делают воду не только даром природы, но и во многом продуктом человеческого труда, сырым материалом в дальнейших процессах производства и готовым продуктом в социальной сфере.
В августе 2002 года в Йоханнесбурге состоялся всемирный саммит, посвященный устойчивому развитию. На саммите прозвучала и стала достоянием СМИ статистика, вызывающая тревогу:
· 1,1 млрд. человек уже не имеет безопасную питьевую воду;
· 1,7 млрд. проживает в местах, испытывающих дефицит пресной воды;
· 1,3 млрд. человек живет в условиях крайней бедности.
Если учесть, что глобальное потребление пресной воды с 1990 по 1995 год возросло в 6 раз, при двукратном росте населения, то проблема с пресной водой со временем будет все более усугубляться.
Прогноз же на 2025 год – просто пугает: из каждых трех человек, двое будут испытывать недостаток пресной воды, поэтому изучение условий ее воспроизводства – актуальнейшая задача.
Колоссальные ресурсы чистой и пресной воды (около 2 тыс. км3) заключены в айсбергах, 93% которых дает материковое оледенение Антарктиды.
Это значит, что основная часть общемировых запасов пресной воды как бы законсервирована в ледниковых покровах земного шара. При этом в первую очередь имеются в виду ледниковые покровы Антарктиды и Гренландии, морские льды Арктики. Только за один летний сезон, когда наступает естественное таяние этого природного льда, можно было бы получить более 7000 км 3 пресной воды, а это количество превышает все мировое водопотребление.
С точки зрения перспектив использования ледников в качестве резерва пресной воды особый интерес представляют ледники Антарктиды. Это относится как к ее материковому ледниковому покрову, который во многих местах выдвигается в окружающие материк моря, образуя так называемые выдвижные ледники, так и к огромным шельфовым ледникам, являющимся продолжением этого покрова. Всего шельфовых ледников в Антарктиде 13, причем основная их часть приходится на выходящее к Атлантике побережье Западной Антарктиды и Землю Королевы Мод, тогда как в Восточной Антарктиде, выходящей к пространствам Индийского и отчасти Тихого океанов, их меньше. Ширина пояса шельфовых ледников в зимнее время достигает 550-2550 км.
Мощность ледяного покрова Антарктиды в среднем около 2000 м, в Восточной Антарктиде она достигает максимума - 4500 м. За счет этой толщи льда средняя высота материка 2040 м, что почти в три раза превышает среднюю высоту всех остальных континентов (рис. 1).
Рис. 1. Разрез через Антарктиду от моря Амундсена до моря Дэйвиса
Шельфовые ледники Антарктиды представляют собой плиты шириной в среднем 120 км, толщиной у материка 200-1300 м, а у морского края 50-400 м. Средняя высота их составляет 400 м, а высота над уровнем океана – 60 м. В целом такие шельфовые ледники занимают почти 1,5 млн км 2 и содержат 600 тыс. км 3 пресной воды. Это означает, что на них приходится всего 6 % общего объема ледниковой пресной воды на Земле. Но в абсолютных показателях их объем в 120 раз превышает мировое водопотребление.
С покровными и шельфовыми ледниками Антарктиды непосредственно связано образование айсбергов (от нем. eisberg – ледяная гора), которые откалываются от края ледника, отправляясь, так сказать, в свободное плавание по Южному океану. По имеющимся расчетам, в общей сложности от выдвижных и шельфовых ледников Антарктиды ежегодно откалывается от 1400 до 2400 км 3 пресной воды в виде айсбергов. Антарктические айсберги распространяются по Южному океану в пределах 44–57° ю. ш., но иногда достигают и 35° ю. ш., а это широта Буэнос-Айреса.
Запасы пресной воды в ледниках Гренландии значительно менее велики. Тем не менее и от ее ледяного панциря ежегодно откалываются и затем выносятся в Северную Атлантику примерно 15 тыс. айсбергов. Самые крупные из них содержат десятки миллионов кубометров пресной воды, достигая в длину 500 м, а в высоту 70– 100 м. Основной сезон распространения этих айсбергов длится с марта по июль. Обычно они не спускаются ниже 45° с. ш., но в этот сезон появляются и значительно южнее, создавая опасность для судов (вспомним гибель «Титаника» в 1912 г.) и для буровых нефтяных платформ.
В результате постоянного «сбрасывания» айсбергов в Мировом океане одновременно дрейфуют примерно 12 тыс. таких ледяных глыб и гор. В среднем антарктические айсберги живут 10–13 лет, но гигантские, длиной в десятки километров, могут плавать многие десятилетия. Идея транспортировки айсбергов с целью дальнейшего их использования для получения пресной воды появилась еще в начале XX в. В 50-х гг. американский океанолог и инженер Дж. Айзекс предложил проект транспортирования антарктических айсбергов к берегам Южной Калифорнии. Он же подсчитал, что для обеспечения этого засушливого района пресной водой в течение года потребуется айсберг объемом в 11 км 3 . В 70-х гг. XX в. французский полярный исследователь Поль-Эмиль Виктор разработал проект транспортирования айсберга из Антарктиды к берегам Саудовской Аравии, причем эта страна учредила даже международную компанию, предназначенную для его осуществления. В США аналогичные проекты разрабатывала мощная организация «Рэнд корпорейшн». Интерес к этой проблеме стали проявлять и в некоторых странах Европы, и в Австралии. Технические же параметры транспортирования айсбергов были разработаны уже довольно детально.
После обнаружения при помощи искусственного спутника подходящего айсберга и его доразведки при помощи вертолета на айсберге сначала должны быть установлены специальные плиты для крепления буксирных тросов. По возможности айсбергу должна быть придана более обтекаемая форма, а его носовой части – форма корабельного форштевня. Чтобы уменьшить таяние льда, под дно айсберга должна быть подведена пластиковая пленка, а по бокам натянуто полотно с грузилами внизу. Транспортировать айсберг следует с учетом морских течений, строения океанского дна, конфигурации береговой линии.
Рис. 2. Возможные маршруты транспортирования айсбергов (по Р. А. Крыжановскому)
Само транспортирование айсберга длиной 1 км, шириной 600 м и высотой 300 м должно быть осуществлено при помощи пяти-шести океанских буксиров мощностью по 10–15 тыс. л. с. В этом случае скорость транспортирования составит примерно одну милю (1852 м) в час. После доставки к месту назначения айсберг должен быть разрезан на куски – блоки толщиной примерно по 40 м, которые будут постепенно таять и позволят снабжать пресной водой по плавающему водопроводу тот или иной пункт на побережье. Таяние айсберга будет продолжаться примерно один год.
Для географа особенно интересен вопрос о выборе путей транспортирования айсбергов (рис. 2). Естественно, что по экономическим соображениям наиболее предпочтительна доставка антарктических айсбергов к относительно близко расположенным районам Южного полушария – в Южную Америку, Южную Африку, Западную и Южную Австралию. К тому же лето в этих районах наступает в декабре, когда айсберги как раз распространяются дальше всего на север. Академик В. М. Котляков считает, что главным местом «отлова» столовых айсбергов для Южной Америки может стать район шельфового ледника Росса, для Южной Африки – шельфового ледника Ронне-Фильхнера, а для Австралии – шельфового ледника Эймери. При этом путь до берегов Южной Америки составит примерно 7000 км, а до Австралии – 9000 (рис. 23). Все проектировщики полагают, что при таком транспортировании айсбергов необходимо будет использовать холодные океанические течения: Перуанское и Фолклендское у берегов Южной Америки, Бенгельское у берегов Африки и Западно-Австралийское у берегов Австралии. Значительно сложнее и дороже обойдется транспортирование антарктических айсбергов в районы Северного полушария, например к берегам Южной Калифорнии или Аравийского полуострова. Что же касается гренландских айсбергов, то их целесообразнее всего было бы транспортировать к берегам Западной Европы и к восточному побережью США.
Рис. 3. Оптимальные маршруты транспортирования айсбергов в Антарктике (по В.М. Котлякову). Цифрами обозначены: 1 – маршруты транспортирования айсбергов; 2 – объемы айсбергов, ежегодно откалывающихся от каждых 200 км длины берега (длина стрелки в 1 мм соответствует 100 км 3 льда); 3 – места обнаружения айсбергов
Нельзя забывать и о том, что айсберги как источники пресной воды представляют собой международное достояние. Это означает, что при их использовании должно быть разработано специальное международное право. Учитывать нужно и возможные экологические последствия транспортирования айсбергов, а также их пребывания в месте назначения. По существующим оценкам, айсберг средних размеров в районе своей стоянки может снизить температуру воздуха на 3–4 °C и оказать негативное воздействие на сухопутные и морские экосистемы, тем более что из-за огромной осадки ледяной горы ее зачастую нельзя будет подвести к берегу ближе чем на 20–40 км.
Существуют и другие проекты использования пресной воды ледяного покрова планеты. Предлагают, например, использовать энергию АЭС для обеспечения таяния ледника на месте его нахождения с последующей поставкой пресной воды по трубопроводам. Уже в 1990-х гг. российские специалисты разработали проекты «Чистый лед» и «Айсберг», которые составили единый проект «Чистая вода», включенный в международную программу «Человек и океан. Глобальная инициатива». Оба проекта фигурировали на Всемирной выставке «ЭКСПО-98» в Лиссабоне в качестве самых необычных научно-технических экспонатов.
На Земле множество источников воды, но не все природные воды могут служить источником водоснабжения населения. Выбор источника водоснабжения населенных мест – сложная задача, требующая всестороннего изучения и тщательного анализа водных ресурсов в каждой конкретной местности и особенно характеристик природных вод.
К открытым поверхностным водоемам относятся океаны, моря, озера, реки, болота и водохранилища. Вода морей и океанов не может быть использована в качестве источника водоснабжения без предварительной специальной дорогостоящей обработки, поскольку в ней содержится до 35 кг различных солей в одной тонне воды.
Поэтому для целей водоснабжения населенных мест используют другие источники – реки, озера и водохранилища. В странах СНГ централизованное водоснабжение в объеме около 8 км 3 /год в основном осуществляется из поверхностных источников - 83%. Главное значение имеют воды рек и пресных озер.
В зависимости от климатических и погодных условий в той или иной местности водность рек и озер из года в год меняется. Меняется она и в пределах года: в весенний период повышается, а летом и зимой значительно падает. В периоды весенних паводков вода имеет высокую цветность, низкую щелочность, содержит большое количество взвешенных веществ, различных ядохимикатов, бактерий, приобретает привкусы и запахи. При цветении водоемов в летний период вода приобретает самую неожиданную окраску и очень своеобразные запахи – рыбный, травяной, плесневый, огуречный и даже фиалковый.
Речная вода, как правило, содержит небольшое количество минеральных солей и отличается относительно небольшой жесткостью. Все физико-химические свойства речной воды, ее бактериальный и биологический состав зависят от распространенных по водосборной площади веществ и загрязнений. Все поверхностные воды сначала промывают леса и луга, поля и застроенную территорию, а лишь затем попадают в реки. В реках осуществляются процессы самоочищения под воздействием разбавления водой водоема, биологического разложения загрязнений и осаждения наиболее крупных взвесей на дно. Биологические процессы происходят под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов и простейших, населяющих водоем, с участием растворенного в воде кислорода и солнечного света.
Используемые для водоснабжения озера также характеризуются высокой цветностью и окисляемостью вод, наличием планктона в теплые периоды года, низкой минерализацией и малой жесткостью. Вода озер содержит повышенное количество биогенных веществ, способствующих массовому развитию фитопланктона и летнему цветению, которое обусловливает снижение прозрачности воды, появление характерных запахов и образование дефицита растворенного кислорода.
Искусственные водоемы – водохранилища и речные моря также являются источниками водоснабжения. В мире построены водохранилища с полезным суммарным объемом около 2300 км 3 .
Водохранилища – это водоемы с замедленным водообменом, поэтому для них характерно постепенное ухудшение качества воды. Запасы пресных вод содержатся также в болотах. Они являются не только хранилищами пресной воды, питающими ручьи и пруды, но и играют роль естественного фильтра при очистке загрязненных вод.
Болота играют огромную роль в природном равновесии - во время весенних разливов они накапливают влагу и отдают ее в засушливые периоды года. Около 3/4 мировых запасов пресной воды находится в кристаллическом состоянии в виде льдов Арктики и Антарктиды и высокогорных ледников. Общий объем льда на Земле равен 27 млн. км 3 , что соответствует 24 млн. км 3 воды.
Подземные воды
В верхней части земной коры, на разной глубине под почвой, находятся обширные запасы подземных вод. Эти воды местами пропитывают рыхлые или трещиноватые горные породы, образуя водоносные пласты. Большую часть подземных вод в верхних водоносных пластах создают просачивающиеся через почву и грунт атмосферные осадки. Некоторая часть подземных вод может образоваться в результате соединения выделившихся из магмы кислорода и водорода. Такие воды названы ювенильными, впервые вступающими в общий влагооборот земного шара. Достоверных сведений об объеме этих вод в общем балансе влаги на Земле нет.
Общее количество пресных подземных вод, заключенных в земной коре, подсчитать трудно, однако исследователями установлено, что их на земном шаре гораздо больше, чем поверхностных. К естественным запасам подземных вод обычно относят объем свободной, химически не связанной воды, движущейся главным образом под влиянием силы тяжести в порах и трещинах горных пород. В земной коре, до глубины 2000 м, всего 23,4 млн. км 3 соленых и пресных подземных вод. Пресные воды, как правило, залегают до глубины 150 – 200 м, ниже они переходят в солоноватые воды и рассолы. По расчетам гидрогеологов до глубины 200 м объем пресных подземных вод составляет от 10,5 до 12 млн. км 3 , что более чем в 100 раз превышает объем пресных поверхностных вод.
Подземные воды отличаются высокой степенью минерализации. Однако минерализация их зависит от условий залегания, питания и разгрузки водоносных слоев. Если подземные воды залегают выше уреза воды в реках и стекают в эти реки, то эти воды пресные. Если же они находятся ниже уровня речных долин и залегают в мелкозернистых или глинистых песках, они обычно более минерализованные. Бывают случаи, когда нижние водоносные пласты обладают большей водопроницаемостью, чем залегающие выше, тогда и вода там более пресная по сравнению с водой вышележащих горизонтов. Подземным водам присущи постоянство температуры (5 … 12°С), отсутствие мутности и цветности, высокая санитарная надежность. Чем глубже водоносный слой и чем он лучше перекрыт сверху водонепроницаемыми пластами, тем чище его вода, лучше ее физические свойства, ниже температура, меньше в ней бактерий, которые в чистых грунтовых водах могут отсутствовать, хотя возможность загрязнения и этих вод в принципе не исключена. С гигиенической точки зрения подземные источники считаются лучшими источниками питьевого водоснабжения.
7. Реки твоей малой Родины – Донбасса
Направление движения вод в реках определяет рельеф местности. Для рек нашего края водоразделом является Донецкий кряж, проходящий по линии автодороги Донецк – Горловка. На северном склоне кряжа, недалеко от г. Ясиноватой, берёт начало река Кривой Торец, входящая в бассейн реки Северский Донец. Между станцией Ясиноватая и городом Донецком, у села Яковлевка, из двух небольших ручьев образуется исток реки Кальмиус, впадающей в Азовское море.
На западном склоне кряжа в балке Волчьей, возле железнодорожных станций Желанная и Очеретино, начинается река Волчья, которая является притоком реки Самары, впадающей в Днепр.
Густота речной сети в Донбассе невелика. Если в среднем по Украине на один квадратный километр площади приходится 0,25 километра рек, то в бассейне Северского Донца – 0,15 километра. Все реки равнинные, степные. Нрав у них спокойный, сдержанный. Основным поставщиком воды, пополняющим реки, озёра и подземные источники, являются атмосферные осадки. Количество выпадающих на сушу осадков зависит от удалённости территории от океана. В средних широтах, где расположен Донбасс, выпадает осадков всего от 400 до 500 миллиметров. Климат нашего края считается полусухим. Основная масса осадков приходится на период с апреля по ноябрь, с максимумом в июне-июле. Летом бывают кратковременные ливневые дожди. Зимой выпадает всего 25 – 30% осадков от суммы годовых, именно они являются основными источниками пополнения запасов грунтовых вод и искусственных водохранилищ. Мешают накоплению воды в Донбассе сильные, преимущественно восточные ветры – суховеи, продолжительность которых в отдельные годы достигает 160 дней.
В среднем за год на территории Донецкой и Луганской областей поступает с осадками 21,28 - 26,60 кубических километров воды, значительная часть их испаряется, особенно с поверхностей водоёмов - от 650 до 950 миллиметров воды в год.
Северский Донец - главная река нашего края, давшая ему название и играющая важную роль в его экономике. Название реки составлено из двух слов. Донец - от слова «дон» из языка скифов и аланов, означающего - текущая вода, река. Донец - это небольшой Дон. Северский потому, что берёт своё начало там, где в древней Руси было удельное Северское княжество.
Характеристика реки: длина от истока до впадения в Дон 1053 километра, в пределах Донбасса - 370 км; ширина в среднем течении 60-110 метров; средняя глубина 1,5- 2,2 м, на плёсах - 3-4 м, в омутах и ямах - 6-8 м, на перекатах - 0,7 - 1 метр. Падение реки всего 0,18 метра на километр, что типично для равнинных рек с медленным течением. Питание - в основном от талых вод. Северский Донец протекает по Белгородской, Харьковской, Донецкой, Луганской и Ростовской областям.
Северский Донец является основным источником водоснабжения Донецкой области. С этой целью в 1953 - 1958 годах построен канал Северский Донец - Донбасс протяжённостью 130 км. У посёлка Райгородок была построена русловая плотина, с помощью которой подняли уровень воды на 5 метров, благодаря чему вода самотёком поступает к насосной станции первого подъёма. Канал проходит по водоразделу рек Казённый Торец, Бахмут и Крынка и заканчивается в Донецке в Верхнекальмиусском водохранилище. В летнюю пору река пополняется из регулирующих Печенежского и Краснооскольского водохранилищ, расположенных в Харьковской области. В настоящее время пропускная способность канала достигает 43 кубометров в секунду. В год потребителям подаётся 600 - 654 миллиона кубометров воды.
Река Айдар - один из самых крупных притоков Северского Донца, берёт начало в Белгородской области. Название происходит от татарских слов «аи» - белая и «дар» - река. Длина Айдара 264 километра, площадь бассейна 7420 квадратных километров. Долина реки широкая, живописная, покрыта лесами. В отдельных местах к самой воде подходят меловые обнажения.
В Айдар впадают более 60 рек общей протяжённостью 850 километров. Самые значительные из них - Лозовая, Белая, Лозная, Серебрянка, Белая Каменка и Студёнка . Питают реку многочисленные родники, расположенные главным образом у подножия высокого правого берега.
Река Лугань берёт начало северо-восточнее Горловки и впадает в Северский Донец возле Станично-Луганского, её длина 198 километров. Вода собирается с площади 3740 квадратных километров, а приносят её 218 рек общей протяжённостью 1138 километров. Главные притоки - Лозовая, Скелевая, Картомыш, Санжаровка, Ломоватка, Камышеваха, Ореховая, Белая, Ольховая. Название речек исходит от лугов, которые в былые времена были очень обширными и богатыми в пойме этой реки. На реке Лугань сооружено три крупнейших водохранилища - Луганское, площадью 220 гектаров с полезным объёмом 8,6 миллиона кубометров,
Мироновское , площадью 480 гектаров с полезным объёмом 20,5 миллиона кубометров иУглегорское водохранилище с площадью зеркала 1500 гектаров и объёмом 163 миллиона кубометров.
На реке Белой построено Исаковское водохранилище площадью 300 гектаров и объёмом воды 20,4 миллиона кубометров, а на реке Ольховой - Елизаветское водохранилище площадью 140 гектаров и объёмом 6,9 миллиона кубометров.
Река Деркул - левый приток Северского Донца в Луганской области, она служит естественной границей между Украиной и Россией. Название реки от тюркских слов «дере» - долина и «куль» - озеро, то есть «долина озёр». Второе толкование названия от слов «дар» - яр, долина, теснина, ущелье и «кул» - водоём, речка - река, протекающая в теснине.
И действительно, в верховье реки, во многих местах с запада, к ней подходят меловые возвышенности, буквально тесня её. Длина Деркула 165 километров, площадь бассейна - 5180 квадратных километров. Главные притоки - Белая, Лозная, Бишкань, Чугина, Полная.
Река Красная названа так потому, что в обнажениях на её правом берегу есть выходы красных и жёлтых глин, её длина 124 километра, площадь бассейна 2720 квадратных километров. В неё впадают 16 речек общей протяжённостью 295 километров, 35 наиболее крупные из которых Гнилая, Дуванка, Кобылка и Мечётная - обычные степные речки.
Название реки Казённый Торец происходит от названия народа - торки, жившего в Х-Х1 веках в бассейне Северского Донца. Казённой речку назвали потому, что её средняя часть протекала по казённым, то есть государственным землям. Казённый Торец имеет длину 129 километров и площадь бассейна 5410 квадратных километра, у него два притока - правый Кривой Торец длиной 88 километров и левый - Сухой Торец длиной 97 километров.
На притоке Кривого Торца - речке Клебан-Бык - сооружено питьевое водохранилище ёмкостью около 30 миллионов кубометров. На притоке Маячка имеется Краматорское водохранилище площадью 0,4 квадратных километра и полезным объёмом 1,4 миллиона кубометром воды.
Река Бахмут имеет длину всего 88 километров и площадь водосбора 1680 квадратных километров. Название имеет два толкования - от татарского имени Магомет или Махмуд, второе от тюркского слова «бахмат» - низкорослая татарская лошадь. В прошлом река была судоходной. Когда-то на территории бассейна Бахмута простирались воды Пермского моря. Со временем море мелело, влага испарялась и на дне оставалась соль. Запасы каменной соли, спрессованной под толщей земли в Артёмовской впадине, огромны, здесь добывается 43% каменной соли в СНГ.
Среди рек, непосредственно впадающих в Азовское море, наиболее крупная - Миус, её длина 258 километров, площадь бассейна - 6680 квадратных километров. Самые крупные притоки - Нагольная, Крепенькая, Миусик и Хрустальная, а всего их - 36 рек общей протяжённостью 647 километров.
В основе названия тюркское слово «миус, миюс» - рог, угол. Оно указывает на извилистость реки или на угол, который образуется при слиянии Миуса и его правого притока - Крынки .
Вода Миуса, Миусика и Крынки, а также других притоков широко используется для питьевого и промышленного водоснабжения. На реке Миус построено Грабовское водохранилище площадью 170 гектаров и объёмом воды 12,1 миллиона кубометров, а на реке Миусик - Яновское водохранилище площадью 80 гектаров и запасом воды - 4,6 миллиона кубометров.
Крынка - правый приток Миуса, длина реки 227 километров. Название реки объясняют наличием у её истока большого количества криниц. Крынка проложила своё русло поперёк складчатых структур, что определило характер её долины: она узкая, с крутыми склонами, здесь нередко встречаются выходы горных пород. Русло реки извилистое, ширина от 5 до 20 метров, глубина от 1-2 до 3-4 метров. На порогах образуются перекаты глубиной всего 10-50 сантиметров. Течение в этих местах быстрое, слышно, как бурлит поток.
Притоками Крынки являются реки Булавин и Ольховка . На реке Крынка имеется несколько водохранилищ - Зуевское , площадью 250 гектаров и объёмом воды 6,9 миллиона кубометров, Ханжёнковское , площадью 480 гектаров и объёмом 18,5 миллиона кубометров; на реке Ольховке - Ольховское водохранилище объёмом 24,7 миллиона кубометров; на реке Булавине - Волынцевское водохранилище.
Река Кальмиус имеет длину 209 километров и площадь бассейна 5070 квадратных километров. Название реки имеет два толкования - от тюркских слов «кил» - волос и «миюс» - рог, то есть река «тонкая, как волос, и извилистая, как рог». Второе толкование от 36 тюркского слова «каль» -золото, то есть золотая. По Кальмиусу и его притокам когда-то добывали цветные металлы. На берегах этой реки расположен город Донецк - крупный промышленный, научный и культурный центр Украины. До пятидесятых годов XX столетия Кальмиус протекал по Донецку небольшим ручейком, затем русло его расчистили и построили на нём Верхнекальмиусское водохранилище.
Водность Кальмиуса небольшая, недалеко от устья, у села Приморское расход воды составляет 6,23 кубометра в секунду. Однако у реки удобное расположение, поэтому Кальмиус и практически все его притоки стали одним из главных хранилищ пресной воды для промышленности и сельского хозяйства. В бассейне реки построено 11 крупных водохранилищ общим объёмом 227 миллионов кубометров, среди них - Старобешевское, Верхнекальмиусское, Павлопольское .
Из Кальмиуса забирается для нужд промышленности и сельского хозяйства около 212 миллионов кубометров воды в год. У Кальмиуса есть два правых притока - Мокрая Волноваха и Сухая Волноваха , а также река Кальчик , которая сливается с ним в границах города Мариуполя за несколько километров до впадения в Азовское море.
На реке Кальчик построено одно из крупнейших в Донбассе Старокрымское водохранилище площадью 620 гектаров и объёмом 47,8 миллиона кубометров воды.
По западным районам Донецкой области - Александровскому, Добропольскому, Красноармейскому, Великоновосёлковскому, Марьянскому, а также по значительной территории Волновахского и Ясиноватского районов протекают реки, которые несут свою воду к Днепру. Здесь находится основная часть бассейна реки Волчьей с притоками Сухие Ялы и Мокрые Ялы, а также верховья Самары и её притока Быка .
Хозяйственное значение реки Волчьей, хотя она является всего лишь притоком Самары, очень велико. Длина реки 323 километра, площадь бассейна 13300 квадратных километров. В её верховьях находится Карловское водохранилище объёмом свыше 25 миллионов кубометров - регулятор воды для центральных и южных районов Донецкой области. Второе водохранилище - Кураховское - снабжает водой Кураховскую ГРЭС. Река Самара имеет длину 220 километров, площадь бассейна 26000 квадратных километров, она судоходна до города Павлограда Днепропетровской области. Недалеко от Доброполья протекает левый приток Самары - река Бык . Воды этих двух рек в основном используются для орошения полей.
