Водные ресурсы

Кафедра эргономики, экологии и трудового  права.

 

 

 «Водные  ресурсы»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург, 2013 

Вода

Вода́ (оксид водорода) — бинарное неорганическое соединение, химическая формула Н2O. Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного — кислорода, которые соединены между собой ковалентной связью. При нормальных условиях представляет собой прозрачную жидкость, не имеет цвета (в малом объёме), запаха и вкуса. В твёрдом состоянии называется льдом, снегом или инеем, а в газообразном — водяным паром. Вода также может существовать в виде жидких кристаллов.

Около 71 % поверхности Земли покрыто  водой (океаны, моря, озёра, реки, льды) — 361,13 млн км2. На Земле примерно 96,5 % воды приходится на океаны, 1,7 % мировых запасов составляют грунтовые воды, ещё 1,7 % на ледники и ледяные шапки Антарктиды и Гренландии, небольшая часть в реках, озёрах и болотах, и 0,001 % в облаках (образуются из взвешенных в воздухе частиц льда и жидкой воды). Бо́льшая часть земной воды — солёная, и она непригодна для сельского хозяйства и питья. Доля пресной составляет около 2,5 %, причём 98,8 % этой воды находится в ледниках и грунтовых водах. Менее 0,3 % всей пресной воды содержится в реках, озёрах иатмосфере, и ещё меньшее количество (0,003 %) находится в живых организмах. Вода имеет ключевое значение в создании и поддержании жизни на Земле, в химическом строении живых организмов, в формировании климата и погоды. Является важнейшим веществом для всех живых существ на планете Земля.

Физические  свойства воды

1. Вода в природе существует  в твердом, жидком и парообразном  состоянии. Это единственное вещество, которое мы можем наблюдать  в трех агрегатных состояниях. 

2. При переходе из жидкого  состояния в твердое другие  вещества сжимаются, так как  уменьшается расстояние между  молекулами; вода же ведет себя  совсем наоборот. Она при замерзании  теряет плотность и поднимается  на поверхность вместо того, чтобы  идти на дно. Образовавшийся  слой льда препятствует проникновению  холодного воздуха. В результате  вода подо льдом получает возможность  сохранять тепло и не превращаться  в лед. При таянии льда его  плотность увеличивается (с 0,9 до 1 г/см³). При плавлении, у большинства  веществ плотность уменьшается.

3. Значение поверхностного натяжения  воды больше, чем у любой другой  жидкости. Именно это свойство  влияет на процесс образования  дождевых капель, а, стало быть, и на круговорот воды в природе.  В противном случае пары воды, поднявшись в небо и обратившись  в облака, не смогли бы так  легко и просто превратиться  в капли, чтобы затем пролиться  дождем на землю.

4. Наибольшая температура кипения  среди всех веществ, встречающихся  в природе в жидком виде, - опять  у воды: около ста градусов  по Цельсию. Это обстоятельство  способствует замедлению процессов  испарения и помогает избежать  больших потерь воды.

5. По сравнению с другими жидкостями  вода обладает наивысшим показателем  электрического сопротивления.

6. При таянии льда его плотность увеличивается (с 0,9 до 1 г/см³). Почти у всех остальных веществ при плавлении плотность уменьшается.

7. При нагревании от 0 °C до 4 °C (точнее, 3,98 °C) вода сжимается. Соответственно, при остывании - плотность падает. Благодаря этому могут жить рыбы в замерзающих водоёмах: когда температура падает ниже 4 °C, более холодная вода как менее плотная остаётся на поверхности и замерзает, а подо льдом сохраняется положительная температура.

8. Высокая температура и удельная теплота плавления (0 °C и 333,55 кДж/кг), температура кипения (100 °C) и удельная теплота парообразования (2250 КДж/кг [1]), по сравнению с соединениями водорода с похожим молекулярным весом.

9. Высокая теплоёмкость жидкой воды.

10. Высокая вязкость.

Химические  свойства воды.

 
Вода является наиболее распространённым растворителем на Земле, во многом определяющим характер земной химии, как науки. Большая  часть химии, при её зарождении как  науки, начиналась именно как химия  водных растворов веществ. Сама по себе вода относительно инертна в обычных условиях, но её сильно полярные молекулы сольватируют ионы и молекулы, образуют гидраты и кристаллогидраты. Сольволиз, и в частности гидролиз, происходит в живой и неживой природе, и широко используется в химической промышленности. 
 
Химические названия воды.  
 
С формальной точки зрения вода имеет несколько различных корректных химических названий: 

1. Оксид водорода
2. Гидроксид водорода
3. Монооксид дигидрогена
4. Гидроксильная кислота
5. Оксидан (англ. oxidane)
6. Дигидромонооксид

Компоненты  гидросферы

 

Компоненты	Объем, тыс. км3	%
Океаны, моря	1 350 000	97,2
Неокеанические воды	39 000	2,8
в том числе:		100
Материковые льды	29 000	74,36
Грунтовые воды	9 700	24,87
Пресные озера	125	0,32
Соленые озера	100	0,26
Почвы и болота	40	0,10
Атмосфера	23	0,06
Реки и водохранилища	7	0,02
Биомасса животных и растений	4	0,01

 

Суммарные водные ресурсы РФ:

Водные ресурсы	Статические (вековые) запасы пресных  вод
	всего, км3/год	доля в запасах пресной воды,%
Реки	470	0,53
Озера	26500	29,80
Болота	3000	3,37
Ледники	15148	17,04
Подземный лед	15800	17,77
Подземные воды	28000	31,49
Почвенная влага	-	-
Итого	88918	100

Индекс  загрязнения воды

Для оценки качества воды в реках  и водоёмах их разделяют по загрязнённости на несколько классов. Классы основаны на интервалах удельного комбинаторного индекса загрязненности воды (УКИЗВ) в зависимости от количества критических  показателей загрязнённости (КПЗ). Значение УКИЗВ определяется по частоте и  кратности превышения ПДК по нескольким показателям и может варьировать  в водах различной степени  загрязненности от 1 до 16 (для чистой воды 0). Большему значению индекса соответствует  худшее качество воды.

Анализируются не меньше 15 показателей.

Обязательный список:

• Растворенный в воде кислород
• Биохимическое потребление кислорода - БПК5(О2)
• Химическое потребление кислорода - ХПК
• Фенолы
• Нефтепродукты
• Нитрит-ионы (NO2)
• Нитрат-ионы (NO3)
• Аммоний-ион (NH4+)
• Железо общее
• Медь (Cu2+)
• Цинк (Zn2+)
• Никель (Ni2+)
• Марганец (Mn2+)
• Хлориды
• Сульфаты

Расчет значения комбинаторного индекса  загрязненности и относительная  оценка качества воды проводятся в 2 этапа: сначала по каждому изучаемому ингредиенту  и показателю загрязненности воды, затем рассматривается одновременно весь комплекс загрязняющих веществ  и выводится результирующая оценка. Значение обобщенного оценочного балла  по каждому ингредиенту в отдельности  может колебаться для различных  вод от 1 до 16 (для чистой 0). Большему его значению соответствует более высокая степень загрязненности воды.

УКИЗВ рассчитывается как средний  обобщённый оценочный бал по всем анализируемым показателям.

Если  обобщённый оценочный бал по конкретному  показателю превышает 9, то такой показатель является критическим. При количестве критических показателей 6 и более вода без дальнейших расчётов относится к классу «экстремально грязная».

В методике расчёта приведена таблица, где  границы классов загрязнённости зависят от коэффициента запаса. Тот  же результат можно получить, если не менять границы в таблице, а  перед подстановкой разделить УКИЗВ  на коэффициент запаса 

Класс	Разряд	УКИЗВ /	название
1		< 1	условно чистая
2		1-2	слабо загрязнённая
3	a	2-3	загрязнённая
	б	3-4	очень загрязнённая
4	а	4-6	грязная
	б	6-8	грязная
	в	8-10	очень грязная
	г	10-11	очень грязная
5		больше 11	экстремально грязная

Эффект  суммации.

Эффект суммации - изменение вредного действия двух или более загрязняющих веществ при их совместном присутствии в атмосферном воздухе по сравнению с индивидуальным воздействием каждого вещества отдельно.

ПДК –  предельно допустимое воздействие  вредных веществ. Максимальная концентрация примесей, которая при периодическом  воздействии или на протяжении всей жизни чел. не оказывает на него или  на окр. среду в целом вредного влияния включая отдаленные последствия. С позиции экологии ПДК есть верхний предел лимитирующих факторов среды при которых их содержание не выходит за допустимые границы эк. ниши человека.

Нормативы ПДК устанавливается в законодательном  порядке или рекомендуется компетентными  учреждениями (комиссиями и т.п.). В  последнее время при определении  ПДК учитывается не только степень  влияния загрязнителей на здоровье человека, но и воздействие этих загрязнителей на диких животных, растения, грибы, микроорганизмы, а  также на природные сообщества в  целом. Нижние безопасные пороги не сущ. при воздействии канцерогенов и  ионизирующей радиации. Любое превышение ими привычных, природных фонов  опасно для животных организмов хотя бы генетически, в цепи поколений.

При наличии 2-х или более примесей возможно появление эффекта суммации –  качество окр среды будет соответствовать установленным нормативам при условии:

Максимальная  разовая величина ПДК не должна допускать  неприятных рефлекторных реакций чел. организма.

Среднесуточная  ПДК не должна допускать токсичного, канцерогенного, мутагенного воздействия.

Календарь экологических событий

Годы	Автор	Страна	Экологическая информация
2003	Джеральд Поллак	США	Обнаружил полностью новый способ очистить воду ( процесс, известный как “явление исключения частицы”). Он нашел, что частицы, растворенные в воде естественно, перемещаются от гидрофильной (влаголюбивой) поверхности, оставляя чистую воду.
1992	Эмото Массару	Япония	Провел эксперимент, в котором  доказал, что вода способна воспринимать информацию окружающей среды.
2002	Луи Рэй	США	Выполнил термолюминесцентный анализ растворов малых концентраций. Некоторые  из таких растворов не содержали  ни одной молекулы прежде растворённого  в них вещества. Между тем, их термолюминесцентный  «отпечаток» оставался таким  же, каким бы он был, если бы вещество было по-прежнему растворено в воде.
2006	Рустум Рой	США	Утверждал, что «структура воды» намного  более важна, чем химический состав, и что эта структура реагирует  на любое раздражение.
2004	Мартин Чаплин	США	Сообщил, что можно рассматривать  кластер воды как группу определённых молекул, способных покидать эту  структуру. Диктор добавил, что именно устойчивость кластерной структуры  подтвердила гипотезу о способности  воды запечатлевать и хранить  информацию.
2002	Константин Коротков	Россия	Изобрел прибор, позволяющий определять «энергетику воды», его работа основана на эффекте Кирлиан. Коротков проводил многочисленные эксперименты по воздействию на воду человеческих эмоций и установил, что положительные эмоции повышают «энергетику воды», а агрессия её понижает. Исследователь говорит то о структурировании водяных кластеров, то о структурировании водяных молекул.
2007	Герберт Клима	Австрия	Выяснил, что при произрастании  семян растений при использовании  «структурированной воды» ростки сои  показывали фотонное излучение в 6 раз  большее, чем при использовании  обычной воды.
2000	Леонид Извеков,	Россия	Фотографировал кристаллы воды (снежинки) и в результате отметил, что кристаллы  снега, полученного из водопроводной  воды, имеют несимметричную структуру, отличную от кристаллов снега чистой воды.
2003	Владимир Воейков	Россия	Высказал теорию о том, что природная  вода способна гореть, и что это  происходит по причине особой «структуры»  самой воды. Но горение воды более  растянутый процесс по сравнению  с обычным горением.
2007	Эмилио  Дель Джудиче	Италия	Когерентная квантово-электродинамическая  организация биохимических процессов.
2007	Расмус Гаупп - Бергхаузен	Германия	Показал взаимосвязь воды и вибрации.