Экологические последствия антропогенного воздействия на гидросферу суши

Сели  являются быстродействующими катастрофическими  природными стихийными явлениями. Продолжительность  схода селя различна: от нескольких десятков минут до нескольких часов. Обычно сели проходят в течение 1-3 ч  волнами по 10-30 мин.

4 Экологические последствия антропогенного воздействия на гидросферу Суши

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 хвостохранилища на горнодобывающих  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 боковой  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 110-215 км 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 сейсмические 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.

5 Особенности загрязнения и изменения качества вод гидросферы суши

Естественные  речные и озерные воды обычно бывают достаточно приемлемого качества для  большинства потребителей и не требуют  значительной очистки. Антропогенное  вмешательство в гидросферу выражается в потреблении речных, озерных  и подземных вод и сбрасывании  сточных вод в существующую природную  дренажную систему. Фактически деятельность человека постепенно превращает реки из дренажных систем в сточные  канавы, иногда с достаточно высоким  уровнем загрязнения, часто превышающим  сотню ПДК по некоторым компонентам.

До  тех пор пока в речных бассейнах  преобладают природные геологические  процессы, речной сток переносит естественные растворенные вещества. Однако по мере возрастания антропогенной деятельности воды суши начинают расходоваться не только в качестве питьевых ресурсов, но и в промышленности и коммунально-бытовом хозяйстве. Это усиливает миграцию химических веществ и приводит к их концентрации в природных водах, что ухудшает их качество. Часто в природную среду попадают вещества сугубо антропогенного происхождения, посторонние для природных условий, с неблагоприятными свойствами и к тому же токсичные. Общее количество загрязняющих веществ в водах суши огромно.

Больше  всего воду потребляют энергетическая, химическая, целлюлозно-бумажная и  металлургическая отрасли промышленности.

Крупные города сбрасывают в местные водотоки аномально большие количества использованной и плохо очищенной воды. Весьма велик объем вод, стекающих после  полива и выпадения атмосферных  осадков с обработанных химикатами и удобрениями сельскохозяйственных земель.

Объем сброса сточных вод в водоемы  России в 1997 г. составил 59,3 км3. Из этого  количества в реки ежегодно сбрасывается примерно 30 км3 загрязненных сточных  вод, требующих 10-12-кратного разбавления, а для некоторых веществ —  50-200-кратного.

Загрязнение твердыми частицами. В реки, протекающие  через крупные города, попадает обычно такое же количество загрязнителей, которое поступает со значительно  больших неурбанизированных территорий. В книге С. П. Горшкова (1998) показано, что в США твердые частицы  считаются загрязнителями номер  один. Высокое содержание в воде глинистого материала резко снижает  ее качество. Она становится непригодной  для подачи в водораспределительные  системы. На гидростанциях от содержания в речной воде большого количества взвешенных частиц быстрее изнашиваются лопасти турбин. Ускоренное накопление наносов в руслах рек ухудшает условия судоходства. Аккумулятивные процессы влияют на состояние пристаней, гаваней и судовых путей. Избыток  наносов в реке приводит к быстрому заиливанию дна водохранилищ и фарватеров, а также к постепенной потере водорегулирующих функций водных систем. В замутненных водоемах понижается биологическая продуктивность. С  взвешенными частицами в адсорбированной форме переносятся и оседают на дно различные токсичные вещества.

Загрязнение нефтью, нефтепродуктами и хлоридами. Это явление свойственно большинству  материковых конечных водоемов, хотя переносчиками являются речные системы. Кроме пленок нефти, которые возникают  во время аварий на нефтепроводах  и речных судах, а также на добывающих предприятиях, в речные воды попадают бензпирен (ПДК = 5 мг/л) и другие ПАУ, особенно при сбросе стоков с нефтеперерабатывающих  и нефтехимических предприятий.

Распространено  загрязнение речных вод полихлорированными бифенилами (ПХБ), которые используют в трансформаторах, конденсаторах  и некоторых приборах и механизмах. В США ПХБ обнаружены практически  во всех реках, их наличие зафиксировано  в озерах. В частности, употребление рыбы из оз. Онтарио и р. Гудзон представляет опасность для людей, так как  в ее мышцах обнаружено до десятков миллиграмм ПХБ на 1 кг живой массы. У людей, получивших повышенные дозы ПХБ, отмечаются поражения нервной  системы и печени, а также развиваются  различные кожные заболевания.