Восстановление и использование водных ресурсов

Мировые запасы воды и их вос­становление. Общие мировые запасы воды во всех ее агрегатных состояни­ях (пар, жидкость, лед) огромны. Ес­ли распределить их поровну, то на каждого жителя планеты пришлось бы по 280 млрд. литров (74 млрд. галлонов). Од­нако 97% водных ре­сурсов приходится на долю океанов, в которых вода слишком соле­ная и поэтому непригодна для питья, выра­щивания сельскохозяйственных куль­тур и промышленного использования, исключая охлаждение (рис.5-13,книга 1)

Оставшиеся 3% приходятся на до­лю пресной воды. Тем не менее челове­чество мо­жет использовать из этого ко­личества пресной воды лишь 0,003%, так как она либо сильно загрязнена, либо залегает на очень большой глуби­не и ее нельзя извлечь по приемлемым ценам, либо содержится в айсбергах, полярных льдах, в атмосфере и почве. Для большей наглядности предполо­жим, что весь водный запас планеты равен 100 литрам. Из этого количества пригодны к потреблению лишь 0,003 литра пресной воды, то есть половина чайной ложки.

Несмотря на столь незначительный объем пригодной к потреблению пре­сной воды, на каждого жителя Земли все еще приходится 8,4 млн. литров (2,2 млн. галлонов). Вода находится в непрерывном замкнутом процессе пе­ремещения, включающем накопление, испарение и перераспределение воды и известном как гидрологический цикл, или круго­ворот воды (рис.4-25,т. 1). Этот естественный процесс рециркуляции и очищения воды про­исходит до тех пор, пока мы не начнем потреблять воду интенсивнее, чем вос­полня­ются ее запасы, и пока мы не превысим доступный объем выброса разлагающихся или вообще не разла­гающихся отходов.

Поверхностный водосток. Суще­ствуют два источника пресной воды: грунтовые воды и поверхностный сток (рис.5-2). Те атмосферные осадки, ко­торые не просочились в землю и не возвратились в атмосферу в результа­те испарения и транспирации, назы­ва­ются поверхностной водой и пред­ставляют поверхностный сток — пре­сную воду, стекающую с определенной территории в ручьи, озера, болота и водохранилища. Тер­ритория, с кото­рой в главную реку и ее притоки стека­ют поверхностные воды, поступают наносы и растворенные в воде вещест­ва, называется водосбросом, или во­досброс­ным бассейном.

Доступен для использования, од­нако, не весь годовой сток. Часть сто­ка рек попадает в моря и океаны с та­кой скоростью, что его невозможно задержать. Какую-то часть не­обходи­мо оставить в реках для поддержания жизнедеятельности представителей ди­кой природы и для водообеспечения районов, расположенных в ни­зовьях рек. В отдель­ные годы сум­марный объем стока сокращается, так как осадков выпадает ниже нормы.

Рис.5-2. Основные звенья влагоборота в конкретном месте: поверхностный сток, впитывание и фильтрация а подземные водоносные горизонты, испарение и транс­пирация воды в атмосферу.

Грунтовые воды. Часть атмосфер­ных осадков просачивается в землю

накапливается там в виде почвенной воды, заполняя поры между частица­ми почвы и горных пород в верхних слоях земной коры (рис.5-2). В конеч­ном счете большая часть почвенной влаги возвращается в атмосферу в процессе испарения и транс­пирации.

Под влиянием силы тяжести про­сочившаяся вода медленно перемеща­ется вглубь. Там она заполняет поры и трещины в слоях песка, гравия, песчаника. Зона, в которой водой заполнены все поры, называется зоной насыщения. Водопрони­цаемые, насыщенные водой отложения называются водоносными горизонтами, а находящаяся в них вода — грунтовой водой.

Рис. 5-3. Система грунтовых вод.

Пополнение водоносных горизонтов происходит естественным путём за счет ат­мосферных осадков, проса­чивающихся через почву и горные по­роды в так назы­ваемую область пита­ния (грунтовых вод). Процесс этот происходит достаточно медленно (де­сятки и сотни лет) в отличие от более быстрого пополнения запасов поверх­ностных вод. Если темпы забора во­ды из водоносного горизонта превы­сят темпы ее накопления, грунтовые воды превратятся из медленно возобновимого ре­сурса в невозобновимый, если принять во внимание продолжи­тельность человече­ской жизни.

Подземные воды могут быть двух типов: безнапорные и напорные. Без­напорные грунтовые воды находятся выше слоя водонепроницаемой гор­ной породы, или глины. Верхняя гра­ница водоносного горизонта безна­порных грунтовых вод назы­вается зеркалом вод (рис.5-2 и 5-3). Под­земная вода подразделяется на грун­товую и почвенную. Грунтовая вода находится ниже, а почвенная выше зеркала вод. Зону, в которой нахо­дится почвенная вода, называют зоной аэрации. Пополнение запасов безнапорных вод происходит при просачивании воды через почву не­по­средственно в районе залегания грунтовых вод.

Для забора безнапорных грунто­вых вод требуются скважины, пробу­ренные в толщу водоносного горизон­та. Вода из скважины извлекается на поверхность насо­сами. В период за­тяжных дождей зеркало вод повыша­ется, а при продолжительных засухах опускается. Уровень воды пони­жается и тогда, когда вода извлекает­ся из скважины быстрее, чем ее запа­сы восполняются естественным пу­тем. В этом слу­чае в почве образуется безводное пространство, называемое конусовидной впади­ной (рис.5-4).

Напорные грунтовые воды фор­мируются между двумя водоупорны­ми слоями (например, глина или сла­нец) и находятся под избыточным гидростатическим дав­лением (рис. 5-3). Иногда давление столь высоко, что при вскрытии скважинами или колодцами вода самоизливается на поверхность. Такие колодцы носят назва­ние артезианских. В других скважинах давление ниже, и воду не­обходимо откачи­вать насосами.

Область питания напорных грун­товых вод может находиться за сотни километ­ров от места забора воды. По­этому темпы их естественного воспол­нения не зави­сят от количества атмо­сферных осадков, выпадающих в районе залегания напор­ных вод.

Использование воды в США и в мире. Критериями использования во­ды обычно служат показатели водоза­бора и водопотребления. В понятие от­бора воды входит извлечение воды из подземного или поверхностного источ­ника и ее транспортировка к месту ис­пользования. Потребление воды про­исходит в том случае, если ее нельзя повторно использовать в месте забора по тем или иным причинам (просачи­вание в землю, загрязнение растворившимися солями и другими загрязнителями).

Рис.5-4. Понижение уровня грунтовых вод и образование на местности конусовид­ной впадины в тех случаях, когда вода из колодца откачивается быстрее, чем по­полняется. Это явление известно как процесс интенсивной сработки подземных вод.

 

Показатели среднегодового водозабора различными индустриальными и разви­вающимися странами существенно отличаются друг от друга.

Рис.5-5. Общий водозабор в отдельных странах в 1984 г. (Источник: World Watch Institute and World Resourses Institute.)

Почти три четверти добыва­емой в мире воды идет на орошение. Остальная вода используется в про­мышленности, в коммунальном хозяй­стве, для охлаждения обо­рудования на электростанциях и т.д. Однако для каждой страны характерна своя прак­тика водопотребления (рис.5-6).

В США три четверти ежегодного водозабора приходится на долю рек, озер и во­дохранилищ, остальная часть выкачивается из подземных водонос­ных горизонтов. Около 80% воды идет в США на охлаждение оборудования на электростанциях и на орошение. Огромное количество воды требуется также для производства про­довольст­вия и различной промышленной про­дукции (рис.5-7). Однако в большин­стве случаев значительная часть этой воды может сохраняться и повторно исполь­зоваться.

Общий водозабор в США с 1950 г. более чем удвоился. Это увеличение объяс­няется ростом населения и горо­дов, повышением деловой активности, а также го­сударственными дотациями и, соответственно, низкими ценами на воду, не стиму­лирующими ее эконо­мию и повторное использование.

В США потребляется примерно четвертая часть добываемой воды, ос­тальные три четверти возвращаются в поверхностные или подземные источ­ники.

Структура потребления воды из­меняется в зависимости от характера ее использо­вания (рис.5-8) и регио­на. Например, в аридных и семиаридных районах Запада среднегодо­вое потребление воды на душу насе­ления в 10 раз ниже, чем в восточ­ных штатах.

В целом в мире в реки и озера воз­вращается для возможного повторно­го ис­пользования до 90% извлекаемой из них воды. При ирригации, однако, водопо­требление составляет 75%. Предполагается, что за период с 1985 по 2020 г. забор воды для ирригации удвоится в основном за счет роста на­селения в развиваю­щихся странах. В связи с быстрой индустриализацией этих стран примерно в 20 раз увели­чится и использование воды в про­мышленности и на электростанциях для охлаждения оборудования. Ожи­дается, что водозабор на коммуналь­ные услуги увеличится в пять раз.

Рис.5-8 Процентное распределение потребляемой воды в США. (Источник:Us Geological Survey.)

 

ПРОБЛЕМЫ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ

Дефицит воды. Некоторые специ­алисты полагают, что проблема обес­печения населения достаточным ко­личеством пресной воды является од­ной из наиболее серьезных долго­срочных проблем, стоящих перед че­ловечеством во многих рай­онах мира и в США. В 1970-х годах от засух ежегодно страдало в среднем 24,4 млн. человек, из которых 23 000 по­гибали. Эта тенденция сохранилась и в следующем десятилетии. Засуха на­ступает, когда возникает дефицит во­ды либо из-за того, что осадков выпа­дает меньше нормы, либо из-за нео­бычно жаркой погоды, следствием которой является повышенное испа­рение, либо из-за этих двух причин в ком­плексе.

Серьезные периодические засухи отмечаются по меньшей мере в 80 странах с аридным и семиаридным климатом. Эти страны, в которых проживает 40% населе­ния мира и ко­торые расположены большей частью в Азии и Африке, испытывают значи­тельные трудности в обеспечении на­селения продовольствием. В период с 1982 по 1986 г. от продолжительной засухи пострадала часть Африканского кон­тинента. Засуха привела к массово­му голоду и болезням, около 10 млн. человек вынуждены были покинуть свои жилища в отчаянных попытках найти пищу и воду.

В 1984 - 1988 гг. отмечались сильные засухи в некоторых районах Китая, Индии и Северной Америки. Летом 1988 г. от серьезной засухи, подобной той, что в 1930-х годах по­служила причиной пыльных бурь на Среднем Западе, пострадало 43% тер­ритории континентальной части США. В результате производство зерна в США сократи­лось на 31%, а потери урожая оцене­ны в 15 млрд. долларов. Таким обра­зом, эта засуха стала одной из самых разрушительных природных катаст­роф в ис­тории США.

Причиной засухи обычно является снижение среднегодовой суммы ат­мосфер­ных осадков, или необычайно высокая температура воздуха, или то и другое вме­сте. Однако воздействие засухи усугубляется быстрым ростом населения и нера­циональным исполь­зованием земель. Бедняки в большин­стве развивающихся стран, не имея другого выбора, вынуждены бороться за свое существование на подвержен­ной засухе земле. Чтобы раздобыть пищу и топливо, они вырубают де­ревья, возделывают малоплодород­ные почвы, превышают допустимые нагрузки на пастбища и выращивают сельскохозяйственные культуры на все более крутых, подверженных эро­зии склонах. Деградация земли в свою очередь приводит к еще более серьезным и продолжительным засу­хам, так как уменьшается объем до­жде­вой воды, поглощаемой, а затем медленно отдаваемой растительно­стью и почвой. Каждая новая засуха может привести к дальнейшей дегра­дации земли и опустыни­ванию, к уменьшению запасов продовольствия и топлива и усиле­нию бедности.

Промышленно развитые страны в аридных и семиаридных районах, где воз­можны периодические засухи, для забора воды из рек и ее транспорти­ровки в го­рода и промышленные цен­тры часто используют сеть каналов и тоннелей. Однако в период продол­жительной засухи уровень воды в ре­ках быстро падает. Возни­кающий в результате этого дефицит воды часто рассматривается как стихийное бедст­вие. В действительности эта катастро­фа вызвана деятельностью человека и является результатом попыток обес­печить проживание слишком большо­го количе­ства людей и домашнего скота в подверженных засухам райо­нах.

Почти 150 из 214 крупнейших рек мира используются одновременно по меньшей мере двумя государствами, а 12 из них — пятью или более страна­ми. В этих госу­дарствах проживает 40% населения планеты, и между ни­ми часто возникают споры о правах на пользование водой. Нехватка воды может стать причиной конфликта между странами, особенно на Ближ­нем Востоке. В 1967 г. Израиль раз­вязал войну отчасти из-за того, что арабские государства пытались отве­сти воду из реки Иор­дан. Стремлени­ем сохранить доступ к этой реке объ­ясняется в какой-то мере и продолжа­ющаяся оккупация Израилем Голанских высот и Западного берега р. Иордан.

Избыток воды. Некоторые стра­ны имеют достаточную среднегодо­вую сумму ат­мосферных осадков, но большую их часть они получают в од­но время года. В Ин­дии, например, 90% годового объема осадков прихо­дится на период с июня по сен­тябрь, на так называемый сезон муссонных дождей. Однако сток этих осадков на­столько стремителен, что большую его часть невозможно удержать и использовать. Кроме того, он является также причиной периодических на­воднений.

В 1970-х годах от сильных навод­нений пострадало 15,4 млн. человек. Ежегодно погибало в среднем 4700 человек, а материальный ущерб со­ставил несколько де­сятков млрд. дол­ларов. Эта тенденция сохранилась и в 1980-х годах.

Наводнения, подобно засухам, обычно считаются стихийным бедст­вием. Однако начиная с 1960-х годов причиной резкого увеличения числа погибших во время на­воднений и воз­росшего ущерба стала хозяйственная деятельность человека. Рас­пашка зе­мель, вырубка лесов, перевыпас и до­быча полезных ископаемых привели к уничтожению растительности и почв, задерживающих влагу. Урбанизация также увеличи­вает риск наводнений даже в резуль­тате умеренных дождей. Автомобиль­ные магистрали, автостоянки, торг­овые центры, административные и жилые здания и другие сооружения, уничтожая в городах растительность и почву, способствуют быстрому сто­ку дождевой воды.

Многие бедняки, не имея другого выхода, вынуждены жить на земле, которая под­вержена угрозе серьез­ных наводнений. Кроме того, есть люди как в развиваю­щихся, так и в промышленных странах, которые считают, что выгоды от прожива­ния в районах, подверженных наводнени­ям, перевешивают существующий риск. Города и пашни часто размеща­ются на поймах — плоских участках, расположен­ных вдоль рек, периоди­чески покрываемых водой. Поймы, как правило, имеют вы­сокоплодород­ные аллювиальные почвы и, кроме того, находятся вблизи источни­ков воды и транспортных путей.

Многие из более чем двух тысяч городов США (включая Новый Ор­леан в Луи­зиане, Финике в Аризоне, Таллахасси во Флориде и Гаррисберг в Пенсильвании) полностью или час­тично расположены на поймах, стра­дающих от наводнений в среднем каждые два-три года. Другие районы в зависимости от среднего интервала между наводнениями классифициру­ются как поймы, затапливаемые каж­дые 18, 25, 50 или 100 лет. Однако это лишь средний статистический по­казатель, так как в действительности сильные наводнения могут происхо­дить три раза в месяц в тече­ние пяти лет подряд или ни разу в течение не­скольких столетий. Предполагаемый в ближайшие 50 лет подъем уровня моря в связи с потеплением климата, вызванным парниковым эффектом, может привести к затоплению многих прибрежных городов и переувлаж­ненных земель.

Начиная с 1925 г. Корпус военных инженеров США, Служба охраны по­чвы и Бюро мелиорации израсходова­ли более 8 млрд. долларов на проекты по борьбе с наводнениями. В соответ­ствии с этими проектами спрямлялись и углублялись русла рек, строились плотины, водохранилища и дамбы. Проекты стимулировали людей осваи­вать земли, подверженные наводнени­ям. В результате ежегодный ма­тери­альный ущерб от наводнений увели­чился с 0,5 млрд. долларов в 1960-х го­дах до 3 млрд. долларов в 1980-х го­дах. Существует несколько эффектив­ных методов, позволяющих предотв­ратить или уменьшить причиняемый наводнениями ущерб.

Для снижения скорости поверхно­стного стока в пострадавших районах можно восстановить растительный по­кров. В городах можно создать систе­му прудов для сбора дождевой воды и ее последующего медленного спуска в реки. Дождевую воду можно также на­править по ливневым коллекторам в емкости и пруды для ее дальнейшего использования промышленностью.

Правительства должны составить перечень затопляемых во время навод­нений пойм, а мероприятия по зонированию земель призваны запретить на них опреде­ленные виды деятельности. Продавцы собственности в этих райо­нах обязаны ин­формировать вероят­ного покупателя о средней частоте на­воднений. Зонирование пойм в США в настоящее время возведено в ранг на­циональной политики

Наличие воды вдали от мест по­требления. В некоторых странах крупнейшие реки, на долю которых приходится большая часть годового стока, протекают вдали от районов земледелия и населенных пунктов, нуждающихся в воде. Самая боль­шая величина поверхностного стока по сравнению с другими континентами отмеча­ется в Южной Америке. При этом 60% этого стока приходится на крупнейшую в мире реку Амазонку, русло которой пролегает вдали от гу­стонаселенных районов.

Во многих развивающихся стра­нах бедняки вынуждены тратить большую часть дня на то, чтобы до­стать воду, причем вода часто берется в загрязненных ручьях и реках. Жен­щины и дети проходят по 16—24 км в день, неся наполненные водой тя­желые кувшины.

Зараженная питьевая вода. Зара­женная питьевая вода представляет одну из наиболее распространенных опасностей для жителей большей час­ти планеты. В 1983 г. Всемирная орга­низация здравоохранения (ВОЗ) под­считала, что 61% сель­ского и 26% го­родского населения развивающихся стран, то есть 1,5 млрд. человек, не име­ют доступа к безопасной питьевой воде. По оценкам ВОЗ, ежегодно от хо­леры, дизентерии, диареи и других передаю­щихся через воду болезней умирают по меньшей мере 5 млн. человек (в среднем 13 700 человек в день). Многим из них жизнь можно было спасти.

В 1980 г. ООН провозгласила предстоящее десятилетие десятилети­ем безопас­ной питьевой воды и сани­тарии. Официальные представители ООН призвали ин­дустриальные и развивающиеся страны израсходо­вать в течение этих 10 лет 300 млрд. долларов в целях обеспечения населе­ния Земли к 1990 г. чистой питьевой водой и адекватным санитарным об­служиванием. Ежегодно выделяемые на эту программу 30 млрд. долларов примерно равны той сумме, которую каждые 10 дней мир тратит на военные нужды. Определённый прогресс был достигнут, но к 1989 г. цель была ещё далека из-за нехватки фондов и невыполнения промышленно раз­витыми и развивающимися странами своих обязательств.

 

5-3. УПРАВЛЕНИЕ ВОДНЫМИ РЕСУРСАМИ

Методы управления водными ре­сурсами. Несмотря на то, что мы не можем уве­личить мировые запасы воды, мы можем ослабить остроту и снизить скорость рас­пространения проблем водных ресурсов за счет лучшей организации водоснабжения. Два основных подхода к управле­нию водными ресурсами заключают­ся в увеличении запасов пригодной к употреблению воды и снижении ее ненужных расходов и по­терь (табл. 5-1). Большинство специали­стов считают, что любой эффектив­ный план управления водными ре­сурсами должен объединять оба под­хода.

Проблемы водных ресурсов и возможные пути их решения в про­мышленных и раз­вивающихся странах, как правило, различны. Разви­вающиеся страны, независимо от на­личия достаточных запасов воды, редко располагают деньгами, необ­ходимыми для строительства водо­хранилищ и водопроводов. Люди в этих странах вынуждены се­литься в тех местах, где есть вода. Жители промышленно развитых стран предпо­читают районы с благо­приятным климатом, вода в которые поступает по дорого­стоящим водо­проводам. Некоторые выбирают сво­им местожительством пустыни и ожи­дают, что получат воду по низким це­нам. Другие заселяют поймы и наде­ются, что правительство предотвра­тит угрозу наводнений.

Строительство плотин и водохра­нилищ. Дождевую и талую воду мож­но аккуму­лировать в больших водо­хранилищах, которые создаются за плотинами, построен­ными на реках. Таким образом, улучшается водообеспеченность, так как пресные по­верхностные воды сохраняются для ис­пользования в сухой сезон.

Контролируя речной сток, плоти­ны снижают опасность наводнений в низовьях рек и дают людям возмож­ность жить на плодородных поймах крупнейших рек ниже плотин. Они также создают регулируемый запас во­ды для орошения аридных и семи­аридных земель, находящихся ниже плотины. Гидроэлектростанции, ис­пользуя энер­гию падающей воды, вы­рабатывают свыше 20% мировой элек­троэнергии. Вода явля­ется возобновимым не загрязняющим окружающую среду источником электроэнер­гии. Созданные за плотинами водохрани­лища могут использоваться для рекре­ации, например для купания, катания на лодках и рыбной ловли.

Однако выгоды, получаемые от строительства плотин и водохрани­лищ, необхо­димо соизмерять со сто­имостью их строительства (см. с. 142 — 143). Плотины стоят дорого. К тому же они порождают у их создателей и жителей пойм ложное чувство без­опасности, хотя при сильных наводнениях плотина может не удержать лави­ну воды. Водохранилища заливаются и, в зависимости от климата и практи­ки землепользования, становятся бес­полезными уже через 20 — 200 лет. За­топление зе­мель за плотиной вынуж­дает людей навсегда покидать свои до­ма, уничтожает об­ширные районы сельскохозяйственных угодий, дикую природу, водопады и живопис­ные пейзажи. Строительство гигантской плотины «Трех горловин» в Китае преду­сматривает полное затопление 10 и частичное 8 городов. Переселе­нию подлежит более 3,3 млн. человек.

Аккумуляция воды в водохрани­лищах за плотинами поднимает также уровень грунтовых вод, а это в свою очередь часто приводит к заболачива­нию близлежащих земель, снижает продуктивность сельскохозяйствен­ных угодий и лесов. В некоторых случаях, особенно в районах с семиаридным климатом, плотина может снизить, а не увеличить запасы пре­сной воды. Это происходит потому, что вода после строитель­ства плоти­ны, аккумулируясь в водохранилище, испаряется с его поверхности или просачивается в грунт. Испарение также способствует повышению соле­ности воды, снижая тем самым ее пригодность для орошения. Значи­тельный вес водной массы в водохра­нилищах усиливает вероятность тек­тонических процессов, вызывающих зем­летрясения.

Перекрывая естественное русло реки, плотина препятствует миграции рыб и уничтожает ее нерестилища. Именно плотины явились основной причиной снижения на 90% популя­ций лосося на северо-западе США.

Задерживая ил, который в естествен­ных условиях перемещался бы тече­нием реки, плотины лишают располо­женные в низовьях земли и эстуарии жизненно важных пи­тательных ве­ществ и снижают их продуктивность. По мнению некоторых энтузиа­стов, предпочитающих занятия спортом на открытом воздухе, плотина вытесняет более предпочтительные формы от­дыха на воде (каноэ, каяки, плоты, рыбалка на реках и ручьях) более «искусственными» формами отдыха (моторные лодки, парус­ные яхты и рыбалка на озере). Ошибки строителей, землетрясе­ния, саботаж или война могут приве­сти к разрушению плотины, что по­влечет гибель огромного коли­чества людей и нанесет значительный ущерб имуществу. В 1972 г. авария на пло­тине на реке Буффало-Крик, штат Западная Виргиния, унесла жизни 125 человек. Во время другой аварии в Рапид-Сити, штат Южная Дакота, погибло 237 человек, а матери­альный ущерб превысил 1 млрд. долларов. Согласно исследованию, проведенно­му в 1986 г. Федеральным агентством по действиям в чрезвычайной обстановке, в густо­населенных районах США имеется 1900 небезопасных плотин. Программы большин­ства штатов по обеспечению безопасности плотин, по оценке Агентства, не отве­чают предъявляемым к ним требова­ниям из-за несовершенных законов и сокращения бюджетов.

Проекты переброски вод. В раз­витых странах местные власти часто добива­ются увеличения запасов пре­сной воды в густонаселенных райо­нах, испытывающих дефицит воды, путем переброски вод из районов, бо­гатых водой. Примером может служить Калифорнийский план исполь­зования воды — крупнейшее в мире водохрани­лище и система водоснаб­жения. По этому плану вода перебра­сывается из богатых водой, но имею­щих низкую плотность населения се­верных районов Калифорнии в гус­то­населенные северные районы, но осо­бенно в аридные и семиаридные реги­оны Юж­ной Калифорнии (рис. 5-13).

Несмотря на то, что в Калифорнии имеется несколько крупных городов, потреб­ляющих огромное количество воды, около 85% добываемой в штате воды использу­ется сельским хозяйст­вом. Суть проблемы заключается в том, что в Калифорнии две трети ат­мосферных осадков выпадает в гор­ных районах севера, в то время как 80% воды используется в централь­ной и южной частях Калифорнии. В течение нескольких десятилетий жи­тели севера и юга враждуют по вопросу о том, как распределять воду в рамках Калифорнийского плана ис­пользования воды (см. С.148-149).

Другим примером крупномасш­табной переброски воды может служить Средняя Азия, где из стоков в Аральское море на орошение было взято столько воды, что озеро пере­сохло. В настоящее время огромное количество соли и песка разносится ветром на значительные расстояния, нанося ущерб сельскому хозяйству даже в Ин­дии. По оценкам советских ученых, данный проект переброски вод является одной из крупнейших экологических катастроф, вызванных деятельностью человека.

Выдвигались предположения о буксировке огромных айсбергов в за­сушливые рай­оны (такие, как Сау­довская Аравия и Южная Калифор­ния), с тем, чтобы после их таяния от­качивать пресную воду на берег. Од­нако технически это сделать сейчас практически невозможно, а стоимость проектов может оказаться слишком высо­кой.

Использование грунтовых вод. Проблему водообеспечения можно также решить за счет использования грунтовых вод. В США из подземных водоносных горизонтов из­влекается около половины литьевой воды (96% в сельской местности и 20% в горо­дах), 40% воды, используемой для орошения, и 23% всей используемой пресной воды. Во Флориде, на Гавай­ских островах, в штатах Айдахо, Миссисипи, Небраска и Нью-Мекси­ко поставки питьевой воды для насе­ления зависят от грунтовых вод более чем на 90%. Единственным местом в США, где никто не зависит от грун­товых вод, явля­ется округ Колумбия.

Однако чрезмерное использование грунтовых вод может вызвать или обострить следующие проблемы:

ª истощение водоносного слоя,

ª оседание почвы после того, как из нее будет выкачена вода,

ª вторжение в водонос­ные горизонты соленой воды,

ª за­грязнение грунтовых вод.

Истощение водоносного горизонта происходит тогда, когда вода из него извле­кается быстрее, чем пополняет­ся за счет атмосферных осадков. В настоящее время в США не восполня­ется четвертая часть извлекаемой грунтовой волы. В аридных и семиаридных районах Техаса на побережье Мексиканского залива не восполняется 77% выкачиваемой грунтовой во­ды. Проблема чрезмерного забора грунтовых вод на­блюдается также в некоторых районах обширного водо­носного горизонта Огаллала, проле­гающего широкой полосой под аграр­ными районами от штата Небраска на се­вере до северо-западного Техаса. Уровень грунтовых вод, как пра­вило, медленно поднима­ется, если сокращается забор воды.

Истощение водоносных горизон­тов является серьезной проблемой также для Се­верного Китая, Мехико и некоторых районов Индии. Наибо­лее эффективным реше­нием этой проблемы было бы снижение объемов потребляемой грунтовой воды за счет меньших потерь воды при орошении и прекращения выращивания сель­скохозяй­ственных культур в засуш­ливых районах.

В тех случаях, когда грунтовая во­да извлекается из водоносного гори­зонта быст­рее, чем восполняется, по­чва над этим горизонтом уплотняется и опускается, или оседает. В кали­форнийской долине Сан-Хуакин, где оседание почвы приняло широко­мас­штабный характер, повреждены до­ма, заводские постройки, трубопро­воды, ав­томагистрали и железнодо­рожное полотно. Некоторые районы опустились почти на 9 метров (30 фу­тов).

Соль проникает в водоносный го­ризонт в тех случаях, когда тот нахо­дится на морском побережье или вблизи материкового источника соле­ной воды, а вода из него выкачивает­ся быстрее, чем восполняется (рис. 5-15). Интрузия соленой воды может привести к загрязнению питьевой во­ды во многих городах, расположен­ных вдоль Ат­лантического побережья и Мексиканского залива (рис.5-14), в прибрежных районах Израиля, Си­рии и стран Персидского залива. Для США и многих развитых стран все большую угрозу представляет загряз­нение грунтовых вод в результате сельскохозяй­ственной и производственной деятельности человека, утечек химических веществ и т.д. Более под­робно этот вопрос будет рассмотрен в третьем томе.

Опреснение соленой воды. Уда­ление растворенных солей из мор­ской или слабосо­леной грунтовой во­ды представляется заманчивым сред­ством увеличения запасов пресной во­ды. Наибольшее распространение получили методы дистилляции и об­ратного осмоса. Кроме того, практи­куются замораживание соленой воды или про­пускание через нее электриче­ского тока.

Метод дистилляции предусматри­вает нагревание соленой воды до тех пор, пока из ее паров не образуется конденсат пресной воды, а соли не выпадут в твердый осадок. Метод об­ратного осмоса основан на прохожде­нии соленой воды под высоким дав­ле­нием через тонкую мембрану, про­пускающую молекулы воды и задер­живающую соль. На опреснительных заводах в аридных районах Ближне­го Востока и Северной Африки про­изводится около двух третей всей оп­ресненной воды в мире. Опреснение воды осуществляется также в некото­рых районах Флориды.

Общим для всех известных мето­дов опреснения является то, что все они требуют огромного количества энергии и, соответственно, больших капиталовложений. За счет опресне­ния соленой воды можно решить про­блему водообеспечения прибрежных городов в аридном климате, когда стоимость получения пресной воды любым мето­дом достаточно высока. Однако опресненная вода, очевидно, никогда не будет на­столько дешевой, чтобы ее можно было использовать для орошения обычных сель­скохо­зяйственных культур или удовлетво­рить потребности населения всего ми­ра в пресной воде. Тем не менее она может быть полезна при орошении ге­нетически вы­веденных сортов, кото­рые выживают в слабосоленой воде.

Еще одна проблема опреснения за­ключается в том, что перекачка опрес­ненной воды на берег и в глубь страны также требует огромных затрат энер­гии и денег. Кроме того, опреснитель­ные заводы вырабатывают горы соли, от которой нужно избавляться. Самым легким и дешевым способом было бы выбрасывать ее в море вблизи заводов, но это может привести к повышению концентрации соли и погубить пище­вые ресурсы в прибрежных водах (рис. 5-15, с.200, т. 1).

Засев облаков. В некоторых стра­нах, особенно в США, в течение мно­гих лет ве­дутся эксперименты по засе­ву облаков химическими веществами, с тем, чтобы в за­сушливых районах вы­звать дождь, а в горах — снегопад. Этот метод состоит в том, чтобы найти большое дождевое облако и с самолета или с земли обстрелять его специаль­ным химическим веществом, напри­мер йодистым серебром. Мельчайшие капельки воды, заключенные в обла­ке, сгруппируются вокруг частиц это­го вещества и образуют кусочки льда, достаточно большие для того, чтобы упасть на землю в виде осадков.

Метод этот, однако, не актуален в крайне засушливых районах, больше других нуждающихся в дожде, так как там редко образуются дождевые облака. Широкое применение данно­го метода может к тому же сказаться самым неожиданным и не­благоприят­ным образом на характере атмосфер­ных осадков и климате региона или мира в целом. Отрицательные по­следствия для здоровья людей, состо­яния дикой при­роды и сельского хо­зяйства может иметь и попадание больших количеств йодистого серебра в почвы и воды.

Еще одним препятствием для ис­пользования метода обработки до­ждевых облаков служит юридиче­ский спор о том, чьей собственностью является заключенная в обла­ках во­да. Например, в период засухи 1977 г. на западе США генеральный прокурор штата Айдахо обвинил вла­сти соседнего Вашингтона «в краже облаков» н пригрозил подать на них иск в Федеральный суд.

Бесполезные потери воды. По оценкам, в США теряется от 30 до 50% используе­мой воды. Эти цифры объясняют, почему многие специали­сты по водным ресурсам считают эко­номию воды наиболее быстрым и де­шевым способом организации допол­нительных поставок воды в нуждаю­щиеся в ней засушливые районы.

В США основной причиной потерь воды является искусственное сохране­ние низких цен на воду правительст­венными чиновниками, которые над­еются таким образом стимулировать экономический рост в стране, добить­ся повышения жизненного уровня на­селения и тем самым обеспечить себе перевыборы. До конца 1970-х годов на строительство крупных плотин и про­екты по переброске воды, особенно на Западе, использовались фонды феде­рального правительства. Эти субсиди­руемые проекты обеспечивали деше­вой водой фермы, промышленные предприятия и жилые дома. Бес­полез­ные потери воды поощряются также устаревшими правительственными за­конами, регулирующими использова­ние водных ресурсов (см. с. 152—153).

Низкие цены на воду являются единственным основанием для фермеров Аризоны вы­ращивать в центре пу­стыни такие влаголюбивые растения, как люцерна и хлопок. Они также по­зволяют жителям города Палм-Спрингс, Калифорния, сохранять зе­лень на газонах и 74 площадках для гольфа.

Однако бесплатных завтраков не бывает. Субсидии на воду оборачива­ются нало­гоплательщикам более высо­кими налогами. Тем не менее, так как эти косвенные рас­ходы не фигуриру­ют в ежемесячных счетах за пользова­ние водой, у ее потребителей мало сти­мулов беречь воду. Только повышение цен до уровня, который отражал бы реальную стоимость воды, явится мощным стимулом для ее экономии.

Другой причиной, объясняющей, почему в США расходуется воды больше, чем это необходимо, являет­ся разделение ответственности за уп­равление водными ресурсами любого водного бассейна между правительст­вами штатов и местными властями. Например, в метрополитенской тер­ритории Чикаго имеется 349 обособ­ленных сис­тем водоснабжения, кото­рыми на территории шести округов распоряжаются около 2000 местных правительственных организаций.

Резкой противоположностью это­му является региональный подход к управлению водными ресурсами в Англии и Уэльсе. Законом о водных ресурсах 1973 г. в Велико­британии создано 10 региональных агентств по управлению водными ресурсами на базе более чем 1600 обособленных ор­ганизаций, существовавших ранее. Границы от­ветственности новых агентств проходят по естественным границам водоразделов. При таком интегрированном подходе каждая ор­ганизация, отвечающая за управле­ние водными ресурсами, владеет, фи­нансирует и распоряжается всеми водными ре­сурсами и очистными станциями в своем регионе. В обязан­ности каждой из них вхо­дит контроль за чистотой воды, дренаж почвы, борьба с наводнениями,

⇐ Предыдущая45678910111213Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: