Методы очистки водных ресурсов

В разделе, посвященном изменению климата и его последствиям, уже обсуждались вопросы влияния изменения климата и роста уровня океана на прибрежные системы. Ширина прибрежной полосы, на которую будет влиять рост уровня моря, складывается из:

• зоны прямого затопления вследствие повышения среднемноголетнего уровня моря;
• величины отступания береговой линии вследствие разрушения берега;
• зоны затопления при нагонах и штормах.

Напомним, что изменение климата означает изменение не только его средних, но и крайних, т.е. катастрофических показателей, включая такие, как рост повторяемости и интенсивности штормов и штормовых нагонов воды. Ожидается, что уровень Мирового океана к 2100 г. поднимется на 20-86 см, а в среднем на 50 см, с соответствующим неблагоприятным воздействием на прибрежные системы. На песчаных пляжах с установившимся профилем равновесия изменение уровня океана на 1 см означает изменение расположения кромки воды в плане приблизительно на 1—1,5 м. Рост уровня на 0,5 м будет означать перемещение кромки воды не менее чем на 50 м. Уже сейчас, вследствие подъема уровня воды в течение XX столетия, 70% песчаных берегов мира находятся в состоянии разрушения.

Антропогенные преобразования природно-хозяйственных систем морских побережий относятся к наиболее интенсивным в мире. Численность населения этих территорий и его плотность не только уже высока, но и продолжает увеличиваться. При этом прирост населения в прибрежных зонах больше, чем прирост на внутриконтинентальных территориях вследствие преимущественной миграции людей к побережьям.

Чем ближе к границе раздела между водой океана и сушей, тем обычно больше плотность использования земли и, соответственно, выше деградация земель береговой полосы. Конфликтная ситуация на побережьях возникает также вследствие развития туризма, требующего чистой воды и чистого побережья значительной ширины и протяженности.

Мы уже обсуждали в предшествующем разделе вопросы загрязнения вод прибрежной зоны. Около 90% загрязнений, поступающих с суши, включая бытовые сточные воды, биогены и токсичные вещества, остаются в прибрежных водах. Большая часть плодородных сельскохозяйственных земель располагается к прибрежной зоне, вызывая интенсивное их использование с сопутствующими экологическими проблемами, такими как увеличение стою соединений биогенов и пестицидов.

Следует напомнить, что за последнее столетие антропогенные преобразования прибрежных систем протекают в условиях медленного, но неуклонного роста уровня океана, что дополнительно вызывает значительные хозяйственные проблемы.

Прибрежные экосистемы, находясь среди богатейших в мире, с точки зрения биологического разнообразия, оказываются под угрозой существенного нарушения, и даже разрушения примерно на половине берегов мира. Оценка риска деградации морских побережий была выполнена в Институте мировых ресурсов в Вашингтоне. Для анализа были выбраны пять индикаторов: города с населением более 100 тыс. чел,; крупные порты; плотность населения прибрежной зоны; плотность дорог; плотность нефтяных и газовых трубопроводов. Индикаторы были затем объединены в индекс. Результаты оценки представлены в табл. 1.

Таблица 1

Протяженность берегов мира, находящихся под угрозой риска неблагоприятных последствий антропогенной деятельности (%)

В настоящее время основными действующими силами в эволюции прибрежных систем в масштабе от лет до десятилетий являются антропогенные факторы, тогда как более долгосрочные изменения (в масштабе от десятилетий до столетий) вызваны природными факторами, хотя, возможно, и спровоцированными действиями человека (изменения климата и уровня моря).

При анализе очень сложных систем широкое применение получают методы интегрированной оценки, объединяющие знания широкого круга дисциплин с целью глубокой оценки ситуации и разработки соответствующей стратегии. Например, анализ сверхсложной проблемы изменения климата с выработкой рекомендаций по необходимым действиям осуществлялся на основе метода интегрированной оценки. Очень большая сложность структуры прибрежных систем, их взаимосвязей с внешним окружением и значительная степень неопределенности их эволюции также требуют применения методов интегрированной оценки, чтобы на их основе разрабатывать и осуществлять стратегию интегрированного управления устойчивым развитием этих областей. Этот подход применяется также и для интегрированной оценки состояния внутренних морей.

Режим внутренних морей отличается замедленным водообменом с Мировым океаном, а для морей-озер (Каспийского и Аральского) и его полным отсутствием. Особенности внутренних морей сильно зависят от процессов, протекающих на обширных пространствах бассейнов этих водоемов. Значительный приток речных вод во внутренние моря в сочетании с ослабленным водообменом с Мировым океаном, вследствие особенностей их морфологии, обусловливает пониженную соленость вод внутренних морей, в 2-3 раза меньшую, чем океаническая. Вынос загрязнений с водосборов со стоком рек оказывает серьезнейшее влияние на геоэкологическое состояние внутренних морей. Они испытывают возрастающую антропогенную нагрузку па всю акваторию, особенно на побережья.

Наличие внутренних морей — отличительная особенность России. Они неразрывно связаны с ее внутриконтинентальными территориями, и их режим в значительной степени есть следствие природных и во все усиливающейся степени антропогенных процессов на территориях речных бассейнов. К ним относятся моря Европейской части страны, испытывающие наибольшую антропогенную нагрузку, — Балтийское, Черное, Азовское, крупнейшее озеро мира Каспийское море, а также Белое море.

Россия не располагает морскими побережьями значительной протяженности в густонаселенных районах страны, но все эти побережья относятся к внутренним морям. Это часть побережья Финского залива и Балтики и часть Черноморского. Азовского и Каспийского побережий. Ценность их невероятно высока для страны в целом. Тем более необходима разработка стратегии их развития с учетом долгосрочных интересов России. Общероссийской задачей должно стать также интегрированное развитие Тихоокеанских побережий России, в особенности Японского моря. Необходима также разработка стратегии устойчивого использования обширнейшей прибрежной зоны морей Северного Ледовитого океана.

В особенности следует иметь в виду влияние ожидаемого подъема уровня Мирового океана. Для этого события имеются три стратегии хозяйственного поведения (П. А. Каплин):

1. Отступление с побережья, если затраты на защитные сооружения превышают стоимость защищаемого имущества.
2. Защита побережья, а для северных и восточных малонаселенных побережий защита отдельных городов, в том случае, когда стоимость теряемого национального богатства превышает затраты на защиту.
3. Защита уникальных объектов независимо от стоимости затрат на защиту (Санкт-Петербург и др.).

Анализ ожидаемых ситуаций привел к следующим сценариям действий:

»    Балтийское побережье России необходимо защищать.

» В Приморском крае, Сахалинской, Камчатской, Мурманской и Архангельской областях необходимо защищать города и другие крупные населенные пункты.

» На малонаселенных побережьях Карелии, Ненецкого, Ямало-Ненецкого и Таймырского автономных округов, а также Якутии, Чукотского и Корякского АО целесообразна стратегия «переноса социально-экономического потенциала» с побережья в глубь суши.

1.3.1. Проблемы Балтийского моря

Это крупнейший водоем мира с солоноватой водой. Его площадь 370 тыс. км? и объем 21 тыс. км3. Площадь бассейна Балтики 1,7 млн. км2. Общий речной сток в морс составляет около 450 км15.

С запада, через Датские проливы, в Балтику поступает высокосоленая и богатая кислородом пода из Атлантики. Это происходит нерегулярно, в результате сильных западных ветров. За XX столетие было около 90 вторжений соленой воды, но с 1983 до 1992 г. не было ни одного. В январе 1993 г. в море поступило из Атлантики 300 км³ весьма соленой воды, половина которой была насыщена кислородом. Такие вторжения способствуют улучшению состояния моря, в особенности водных масс, занимающих глубоководные впадины. Впадины имеют глубины до 250-260 м и разделены порогами глубиной всего лишь 18-25 м.

Сложный рельеф дна и причудливый контур береговой линии предопределяют разнообразие гидрологических и гидрохимических условий моря, от почти пресноводных Ботнического и Финского заливов до высокосоленых проливов в западной части Балтики и от приемлемою состояния воды в центральной части моря у его поверхности до временами заморного состояния (т.е. состояния отсутствия растворенного кислорода) в некоторых глубоководных впадинах.

В бассейне моря проживает около 120 млн. чел., преимущественно в южной и юго-восточной частях бассейна, из них 80 млн. чел. живут в прибрежной зоне. Вследствие экономической деятельности как на побережье, так и в бассейне увеличивается загрязнение воды моря. Непосредственными причинами являются сбросы бытовых и промышленных стоков и рассеянного сельскохозяйственного загрязнения. Это приводит к эвтрофикации моря, снижению концентрации кислорода в воде, накоплению токсических веществ в пищевых цепях, снижению рыбных ресурсов и численности водоплавающей птицы и морских животных.

Состояние Балтики есть отражение сложной комбинации факторов, как природных, так и антропогенных.

Стратегия регулирования состояния Балтийского моря заключается в развитии сотрудничества между всеми странами бассейна моря. Первое соглашение о сотрудничестве было принято в 1974 г. в Хельсинки. Была создана Комиссия по защите морской среды Балтийского моря, разрабатывающая и координирующая осуществление совместных программ. Центральной задачей текущей экологической программы является сокращение нагрузки от точечных источников загрязнения. На 1996 г. идентифицированы 132 «горячих точки» особенно значительных источнике» загрязнения в пределах бассейна и ведется работа по сокращению сбросов из них. Есть основания полагать, что состояние моря может быть сохранено и даже улучшено, но это требует дальнейших согласованных усилий всех стран бассейна.

1.3.2. Проблемы Черного моря

Площадь Черного моря 420 тыс. км2, его средняя глубина 1300 м, а наибольшая — 2212 м; объем воды моря составляет 547 тыс. км3. Средняя величина речного стока в Черное море — 346 км3 в год, из них Дунай дает 200 км3. Черное море занимает глубокую тектоническую впадину с континентальным шельфом, развитым лишь о северо-западной части моря. Через пролив Босфор происходит обмен вод: более пресная черноморская вода уходит по поверхности в Мраморное и далее в Средиземное море, а у дна пролива и Черное море втекает более соленая и, следовательно, более плотная вода Мраморного моря. Босфор играет роль порога, вызывающего разделение вод Черного моря по вертикали.

Поверхностные воды Черного моря отделены от основной толщи слоем с повышенным градиентом плотности. Вследствие этого воды глубоководной части моря практически лишены возможности обмена с верхними слоями. На большие глубины не поступает кислород, а тот, что был, полностью израсходован на окисление органического вещества. Под действием силы тяжести на дно осаждается органическое вещество, продуцируемое в верхнем аэробном слое. В бескислородной среде под действием бактерий происходит разложение органики с образованием сероводорода. В результате около 90% массы моря занимает зона без кислорода, а из жизненных форм в ней развиты анаэробные бактерии. Средняя глубина верхней границы сероводородной зоны составляет 120-130 м с колебаниями от 60 до 210 м. Это важнейшая геоэкологическая граница Черного моря.

В научной и популярной печати появлялись предположения о возможности выхода значительных масс сероводорода на поверхность моря, а оттуда в атмосферу. Такое событие действительно грозило бы серьезными экологическими неприятностями и даже катастрофой. Однако исследования показали, что со стороны основной сероводородной зоны опасность Черному морю не грозит. Природные процессы в нем находятся в определенном динамическом равновесии. Препятствием для подъема верхней границы сероводородной зоны является слой повышенного градиента плотности. Для его разрушения необходимо, чтобы соленость поверхностного слоя моря возросла на 2-3%, что в настоящее время маловероятно.

Воды Дуная — важнейший источник эвтрофирования и загрязнения Черного моря. Огромное количество и широкий спектр промышленных, сельскохозяйственных и бытовых загрязняющих веществ, в том числе биогенов, органики, нефтепродуктов, солей тяжелых металлов, пестицидов и других загрязняющих веществ, приходящих со стоком или абсорбируемых на взвешенных наносах, осаждается в устье Дуная и на всем шельфе. Там же весьма высоко и бактериальное загрязнение.

Вследствие превышения скорости потребления кислорода над скоростью его поступления в водную толщу на шельфе северо-западной части моря возникают локальные анаэробные очаги сероводородного заражения на глубинах от 8-10 до 35-38 м. Они не связаны с основной сероводородной зоной открытой части моря. Во время сгонных ветров зараженные сероводородом воды направляются к берегу и, достигнув участков с глубинами менее 3 м, выходят на поверхность, что ведет к массовой гибели рыбы. Именно загрязнение вод Черного моря, а не их сероводородное заражение представляет наибольшую опасность для геоэкологического состояния моря.