Некоммерческое акционерное общество
АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ  ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Кафедра охраны труда и окружающей среды

ОХРАНА И РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ  
ВОДНЫХ РЕСУРСОВ И ПОЧВ

Конспект лекций
для студентов специальности 5В073100  – Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды

Алматы 2014 г.

СОСТАВИТЕЛЬ: канд. техн. наук, доцент Ф.Р.Жандаулетова  Охрана и рациональное использование водных ресурсов и почв. Конспект лекций для студентов специальности 5В073100 – Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды. - Алматы: АУЭС, 2013 -  62 с.

В конспекте лекций «Охрана и рациональное использование водных ресурсов и почв»  для студентов специальности 5В073100 – Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды приведено краткое изложение учебного материала, перечень рекомендуемой литературы

Табл. 3, рис. 2, библиогр. - 18 назв.

Рецензент: доц. Башкиров М.В.

Печатается по плану издания Некоммерческого акционерного общества «Алматинский университет энергетики и связи» на 2014 г.

© НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2014 г.

Содержание

Введение	4
Лекция 1. Влияние антропогенной деятельности на качество водных ресурсов	5
Лекция  2.  Мероприятия по предотвращению истощения и загрязнения природных вод и улучшению их качества	8
Лекция 3. Использование сточных вод	12
Лекция 4. Факторы давления на водные ресурсы	16
Лекция 5.  Охрана водных объектов и борьба с вредным воздействием вод	20
Лекция 6. Водохозяйственные мероприятия и их влияние на окружающую среду	24
Лекция 7. Экономическое обоснование водоохранных мероприятий. Оценка водоохранных мероприятий	28
Лекция  8.  Рациональное использование и охрана водных ресурсов как составная часть комплексной программы использования природных ресурсов и сохранения окружающей среды	33
Лекция  9. Речные бассейны Республики Казахстан	36
Лекция  10. Гидрологическое прогнозирование и его роль в водном хозяйстве	42
Лекция  11. Водопользование и водопотребление	45
Лекция  12.  Регулирование водных ресурсов	49
Лекция  13. Основные водохозяйственные проблемы Республики Казахстан	52
Лекция  14. Проблемы речных бассейнов Республики Казахстан. Бассейн Каспийского моря	56
Лекция  15. Влияние хозяйственной деятельности на земельные ресурсы	59
Список литературы	62

 

Введение

Сложившийся дефицит в Казахстане в водных ресурсах (около 60 % воды поступают из других стран), требует экономного использования в сельском хозяйстве как поверхностных, так и подземных вод. Эти воды, как правило, должны подвергаться предварительной обработке, чтобы удовлетворить требованиям, предъявляемым к их качеству.

Устанавливаемые требования к воде, зависят от роли ее использования, основными из которых являются хозяйственно-питьевое назначение и производственное водоснабжение. Самым основным требованием считается то, что питьевая вода, принимаемая человеком внутрь не нарушала нормального функционирования организма, т.е она должна быть безопасной в физиологическом отношении, а также безвредной для здоровья человека в токсикологическом плане. Качество воды природных источников определяется наличием в ней веществ неорганического и органического происхождения, а также микроорганизмов и характеризуется физическими, химическими, бактериологическими и биологическими показателями. К физическим показателям относятся мутность, прозрачность, цветность, температура, запах, вкус, привкус и электропроводность. К химическим относятся сухой остаток, активная реакция, щелочность, содержание газов, хлоридов, сульфатов, железа, фтора, солей жесткости, некоторых ядовитых и радиоактивных веществ. К бактериологическим  относятся общая бактериальная загрязненность, а также содержание в воде бактерий кишечных палочек (коли-индекс). Биологические показатели определяются наличием водных организмов (планктон, бентос). Вода не должна иметь постороннего запаха. Интенсивность запаха устанавливается по шкале от 0 до 5 баллов с отсутствием запаха-0, очень слабый-2, заметный-3,

Допускается к употреблению вода с интенсивностью запаха со шкалой не более 2 балла. Мутность (прозрачность) воды согласно существующему ГОСТу не должна превышать 1.5 мг/л, что означает содержание в ней взвешенных частиц органического и минерального происхождения.

Допустимые концентрации в питьевой воде веществ, влияющих на свойства, не должны превышать следующие нормативы (мг/л): сухой остаток – 1000-1500, хлориды – 350, сульфаты – 500, железо – 0.3-10, марганец-0.1, медь – 1.0, цинк – 5, остаточный алюминий – 0.5.

Допустимые концентрации токсических веществ, преимущественно встречающихся в природных водах и добавляемых к воде в процессе ее обработки, не должны превышать (мг/л): бериллий – 0.0002, молибден – 0.5, железо – 1, нитраты – 10.

При использовании воды в промышленности она, кроме указанных требований должна быть безвредной для здоровья обслуживающего персонала, ухудшать качества продукции, вызывать коррозии аппаратуры и оборудования, и снижать технико-экономические показатели производственного процесса.

Лекция 1.  Влияние антропогенной деятельности на качество водных ресурсов

 

Цель лекции: ознакомление с общими сведениями об основных источниках загрязнения вод, качества и методах анализа природных и сточных вод

Основные источники загрязнения вод.

Качество вод обусловлено как природными, так и антропогенными факторами. Наибольшее влияние на качество воды оказывает антропогенная деятельность, проявляющаяся в интенсивном развитии промышленности, энергетики, сельского хозяйства, транспорта и коммунального хозяйства. При этом основными источниками загрязнения являются: промышленные и хозяйственно-бытовые сточные воды, диффузные источники загрязнения (минеральные удобрения, ядохимикаты, дымовые выбросы и др.).

Большой вред водоемам причиняют промышленные стоки, содержащие токсические вещества, действующие пагубно на водные экосистемы. Наибольшее количество загрязнений при отсутствии требуемой степени очистки поступает от нефтеперерабатывающей, химической, целлюлозно-бумажной, металлургической, текстильной и других отраслей промышленности. Объем и состав промышленных стоков зависит от производственной мощности каждого предприятия и принятой на нем технологии.

В условиях дельнейшей интенсификации сельскохозяйственного производства все большее значение уделяется внесению удобрений и использованию различных пестицидов. Однако при внесении удобрений и особенно при использовании ядохимикатов не всегда учитывается отрицательное влияние их на качество воды в водоемах и водотоках. Значительный ущерб могут причинять тепловые и атомные электростанции, сбрасывающие тепловые воды в природные и искусственные водоемы, нарушая термический, гидрохимический и гидрологический режимы.

Немаловажное значение в ухудшении качества природных вод имеют загрязнения, поступающие из атмосферы. В отдельных случаях они составляют до 15-20% общей нагрузки водоема загрязнениями. К числу загрязнителей природных вод следует также отнести водный транспорт, лесосплав и соответствующие ему работы, отвалы горных разработок и др. На качество воды в значительной степени оказывают влияние и водохозяйственные мероприятия, в том числе различные мелиоративные работы. Особенно на гидрохимический и гидробиологический режимы водотоков и водоемов, создание водохранилищ. К коммунальным сточным водам относятся, фекальные стоки как организованные и сосредоточенные, так и неорганизованные и рассредоточенные.  Существенную роль играют ливневые стоки, концентрация загрязнений в которых особенно в начальный период, может достигать весьма больших величин.

Загрязняющие вещества могут быть разделены: минеральные, органические и бактериальные.

Минеральные загрязнения: песок, глина, растворы и эмульсии солей, кислот, щелочей, минеральных масел и другие вещества.

Органические загрязнения могут быть растительного и животного происхождения. Различают легкоокисляемые соединения, например, хозяйственно-бытовые, пищевые и другие сточные воды и тяжелоокисляемые растворы, как правило, продукты химической промышленности.

Бактериальные загрязнения: различные микроорганизмы в виде дрожжевых и плесневых грибков и бактерий, в том числе болезнетворных. Последние имеют исключительно животное происхождение.

Из всех видов загрязнений наиболее распространены нефтепродукты и фенольные соединения, которые оказывают отрицательное воздействие на воду и живые водные организмы даже в малых концентрациях.

Загрязнение водоемов поверхностно-активными моющими веществами (СПАВ) приводит к образованию стойкой пены и существенному ухудшению санитарных показателей. Наибольшую опасность для природных вод и живых организмов представляют радиоактивные отходы. Поэтому их сброс в водоемы недопустим.

Все вредные вещества влияют на органолептические, общесанитарные, токсические и рыбохозяйственные качества воды, изменяя ее физические свойства (прозрачность, окраска, запах и пр.) и химический состав. При этом появляются плавающие образования и отложения, новые бактерии, вирусы, грибки. В результате качество воды рек и водоемов может оказаться непригодным для водопотребления и водопользования.

Методы оценки качества воды водных объектов.

Качество воды водных объектов оценивается по физико-химическим, биологическим и микробиологическим показателям, анализ которых позволяет установить соответствие или несоответствие рассматриваемого водотока, водоема требованиям, предъявляемым водопотребителям - водопользователями, согласно действующим законодательным актам. Критерием оценки допустимости загрузки водных источников веществами загрязнения являются предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в водных объектах, а также их общесанитарная характеристика. Требования, предъявляемые к качеству воды рек, озер, морей, разработаны в виде ПДК для источников водоснабжения, водоемов, расположенных в пределах населенных пунктов в зоне отдыха, а также  для водных объектов рыбохозяйственного значения. В Казахстане правила допускаемых сбросов загрязненных веществ (сточных вод и пр.) определены для каждого производства, города или поселка, исходя из ПДК вредных веществ в зоне водопользования – водопотребления.

Методы анализа природных и сточных вод.

Качество     природных    и   сточных   вод   оценивают   по  их  физико-

химическим и микробиологическим показателям, а природные воды – еще и по гидробиологическим признакам. Состав показателей, которые подлежат определению, назначают с учетом местных условий согласно действующим правилам и поставленной задаче. Все группы вредности, определяющие качество воды водных объектов, представлены общесанитарными, органолептическими, токсическими и биологическими показателями.

Прозрачность воды зависит от ее цвета и мутности. Мерой светопропускания служит высота водяного столба, сквозь который можно еще наблюдать белую доску определенных размеров или прочесть шрифт определенного типа. Результаты указывают в сантиметрах, отмечая этим способ измерения.

Цветность воды определяют в нефильтрованной пробе воды сравнением анализируемой пробы со стандартной окраской, создаваемой в растворе хлорплатинатом калия и хлористым кобальтом или раствором двухромовокислого калия и сернокислого кобальта.

Общее содержание примесей – сумма всех растворенных и взвешенных в воде веществ, которые находят выпариванием пробы воды, высушиванием осадка при 105⁰С до постоянной массы и последующем взвешиванием.

Растворенные вещества – вещества, определяемые выпариванием профильтрованной пробы, высушиванием осадка при 105⁰С до постоянной массы и взвешиванием.

Взвешенные вещества – вещества, остающиеся на фильтре при фильтрации. Их определяют либо непосредственно после фильтрации пробы высушиванием при 105⁰С осадка до постоянной массы и взвешиванием, либо косвенно по разности между общим содержанием примесей и количеством растворенных веществ.

Величину реакции воды pH устанавливают колориметрическим или электрометрическим методами измеряя потенциал, возникающий на измерительном электроде. Наиболее точный – электрометрический метод.

Растворенный в воде кислород находят йодометрическим методом, основанном на реакции растворенного кислорода с гидроокисью марганца. Быстрым и достаточно точным является электрометрический метод с применением автоматически действующего прибора (зонт), работающего на диффузионно-электрохимическом принципе (имеет мембрану, электроды и раствор электролита). Результат определения растворенного кислорода выражают в миллиграммах О₂ на 1 л воды .

Биохимическое потребление кислорода (БПК) определяют стандартным методом разбавления в первоначально или соответственно разбавленной пробе по разности между содержанием кислорода до и после инкубации при стандартных условиях (продолжительность инкубации 5,7 или 20 суток при  +20⁰С без доступа воздуха и света).

 

 

 

Аммиак определяется методом непосредственного колориметрического измерения в питьевых и поверхностных водах с реактивом Нисслера, либо методом отгонки с колориметрическим или объемным окончанием (определение в поверхностных и сточных водах). Содержание аммиака выражают в мг N на 1л.

Нитриты в питьевых, поверхностных и сточных водах определяют с помощью колориметрического метода с сульфаниловой кислотой и Н-нафтиламином. Содержание нитритов выражают в мг N на 1л.

Общее количество сапрофитных бактерий определяют при температуре выращивания  +37⁰С, которые характеризует прямое потребление бактериями органических веществ. Бактерии группы кишечных палочек являются индикаторными показателями фекального загрязнения. Характеристики дают в воде коли-титра или коли-индекса. Первый из них характеризует наименьший объем в миллилитрах, в котором обнаруживается одна колония бактерий. Коли-индекс дает обратное значение коли-титра.

Загрязнение рек и водоемов вредными веществами.

Значительный объем загрязнений сбрасывается со сточными водами городов и поселков и промышленных предприятий. Сток в течении времени (суток, недели, года) происходит неравномерно имея, как правило, суточные максимумы (утренний и вечерний) и глубокий ночной минимум. Состав сточных вод зависит от источника загрязнения и изменяется во времени, причем суточные колебания содержания различных ингредиентов составляют 3-4 и более раз. Загрязнения, содержащиеся в сточных водах, можно делить на нерастворенные, коллоидные (частицы от 0,1 до 0,001 мм)  и растворенные вещества. Бактериальное состояние рек и водоемов зависит от содержания в них болезнетворных (патогенных) и индикаторных бактерий, указывающих на возможность наличия в сточных водах патогенных микробов. В городских сточных водах содержится до 40% взвешенных, до 10-20% коллоидных и до 40-50% растворенных веществ.

При оценке качества природных вод нужно знать поступающую в них нагрузку загрязнений. Для хозяйственно-бытовых сточных вод количество загрязнений на одного жителя в сутки определяется согласно СНиП в граммах: для взвешенных веществ – 65; для БПКп до 60-75; для азота аммонийных солей - 8-9; для фосфатов - 1,7; для хлоридов - 9.

Процессы самоочищения обусловлены совокупностью действия многих факторов, к числу которых относятся солнечная радиация, деятельность микроорганизмов и водной растительности.

 

Лекция  2.  Мероприятия по предотвращению истощения и загрязнения природных вод и улучшению их качества

Цель лекции: изучение наиболее радикальных путей охраны водных ресурсов от истощения и загрязнения, обеспечивающих сброс сточных  вод   в

реки и водоемы, основных способов улучшения качества воды.

На протяжении всей истории развития общества взаимоотношения человека и природы характеризуются извлечением из нее ценных составляющих, необходимых для существования и развития людей. Это находит свое выражение в производстве сельскохозяйственной продукции, разработке полезных ископаемых и выпуске промышленных товаров, заготовке лесоматериалов и ценной растительности, ловле рыб, охоте на животных и птиц. Все это приводит к нарушению природных сообществ и их постепенному истощению.

Практически до последнего времени человечество не заботилось о восстановлении природного потенциала, не задумываясь над тем, что он не неисчерпаем и что его саморегулирующая способность не беспредельна.

В значительной мере это относится к водным ресурсам суши, интенсивное использование которых в отдельных районах, способствовало их интенсивному истощению и загрязнению. Дальнейшее развитие общества немыслимо без строгого проведения системы социальных, экологических и технико-экономических мероприятий, необходимо не допустить серьезных экологических изменений в природных экосистемах и создать условия для их нормального функционирования в течение длительного времени. Особое значение в связи с этим имеет установление предельно возможных нагрузок антропогенного воздействия, как на отдельные элементы природных сообществ, так и на их комплексы.

Прогрессирующее загрязнение окружающей среды и в первую очередь природных вод, обусловлено не только все возрастающими масштабами промышленного и сельскохозяйственного производства, ростом городов, но и в значительной степени несовершенством их технологий.

Существуют три основных пути по борьбе с загрязнением окружающей среды: создание безотходных производств, допускающих утилизацию всех остающихся отходов; сокращение количества сырья, расходуемого для выпуска единицы продукции и, следовательно, дает возможность уменьшить общий объем вредных выбросов; очистка всех выбросов в биосферу, что сопряжено со значительными затратами на строительство и эксплуатацию очистных сооружений, а также с необходимостью утилизации остающихся после этого отходов.

Постоянно действующая система по осуществлению комплекса мер, направленных на предотвращение истощения и загрязнения водных ресурсов, должна включать в себя следующие взаимосвязанные разделы: экологизацию промышленного, сельскохозяйственного производства и городского хозяйства; очистку природных и сточных вод; мелиоративные мероприятия.

1. В основе экологической технологии производства различных видов продукции, надлежит придерживаться следующих рекомендаций: размещать новые объекты в соответствии с наличными водными ресурсами и допустимыми  экологическими  нагрузками  на   природную  среду; сокращать

удельное водопотребление; переходить к системам оборотного водоснабжения и последовательного использования воды в пределах одного предприятия; использовать отработанные воды для нужд других предприятий; внедрять раздельные системы очистки сточных вод; извлекать ценные составляющие из отходов производства и сточных вод;  применять меры экономического воздействия путем введения платы за потребляемую и сбрасываемую воду.

Наиболее радикальный путь охраны водных ресурсов от истощения и загрязнения - это прекращение сброса сточных вод в реки и водоемы.

2. В современных условиях имеет большое значение очистка  природных и сточных вод. Возможно, что в перспективе по мере непрерывного совершенствования безотходных производств роль основной очистки отработанных вод будет несколько снижаться, но тем не менее она сохранит свое значение доочистки сбросных вод в реализации комплексной программы охраны водных ресурсов от загрязнений.

3. Особое место в предотвращении истощения и загрязнения природных вод принадлежит комплексу мелиоративных мероприятий. По своему характеру они различны, а осуществление большинства из них требует значительных средств и времени. К числу мелиоративных мероприятий относятся: наиболее полное использование биоклиматического потенциала каждой области с целью получения достаточно высоких и устойчивых урожаев; размещение посевов культур с учетом водообеспеченности речных бассейнов, областей и районов; оптимизация использования удобрений и пестицидов в целях обеспечения надлежащего уровня сельскохозяйственного производства и предотвращения загрязнения поверхностных и подземных вод; уменьшение потерь воды на фильтрацию, испарение и непроизводственные сбросы;  внедрение наиболее прогрессивных способов увлажнения почв; рациональное использование водохранилищ и поддержание в них надлежащего качества воды, осуществление комплексной программы по борьбе с вредным воздействием наводнений, селевых потоков, оползней, водной эрозии и т.д.;  проведение лесоохранных мер.

Основные способы улучшения качества воды.

Способы улучшения качества воды и состав водоочистных сооружений зависит от требований, которые предъявляет потребитель к качеству воды и от качества природной воды. Эти требования состоят в следующем: запах и привкус при температуре 20⁰С не более 2 баллов; цветность по платино-кобальтовой шкале не более 20; прозрачность по шрифту не менее 30 см;  мутность не более 2 мг/л; общая жесткость воды не более 7 мг.экв/л.

В питьевой воде должно быть: свинца не более 0,1 мг/л; мышьяка не более 0,05 мг/л; фтора не более 1,5 мг/л; меди не более 3,0 мг/л; цинка не более 5,0 мг/л. В 1 мл воды общее число бактерий, определяемое числом колоний после 24-часового выращивания, при 37⁰С  не более 100, а число кишечных палочек в 1 л воды не более трех; содержание железа и марганца не

более 0,03 мг/л; активная реакция воды рН должна быть в пределах 6,5-9,5; в воде должны отсутствовать хлорфенольные запахи.

Оптимальная температура хозяйственно-питьевой воды 7-10⁰С; (предельно допустимая 35⁰С). В воде используемой для питьевого водоснабжения, сухой остаток должен не более 1000 мг/л; содержание хлоридов не должно превышать 350, а сульфатов - 500 мг/л.

Основные способы улучшения качества воды для хозяйственно-питьевых целей: осветление; обесцвечивание; обеззараживание.

Осветление воды - удаление из нее взвешенных веществ. В зависимости от требуемой степени осветления применяют: отстаивание воды в отстойниках, в гидроциклонах; осветление воды путем пропуска ее через слой ранее образованного взвешенного осадка и так называемых осветлителях со взвешенным осадком; фильтрование воды через слой зернистого фильтра или фильтрование через сетки и ткани.

Для достижения требуемого эффекта осветление воды в отстойниках, осветлителях и на фильтровальных аппаратах с зернистой фильтрующей загрузкой в целях интенсификации процесса, т.е. воздействию солей многовалентных металлов. Попутно при этом вода значительно обесцвечивается.

Обесцвечивание воды - устранение или обесцвечивание различных окрашенных коллоидов или растворенных веществ. Для этой цели воду подвергают коагулированию, применяют различные окислители (хлор, азот, перманганат калия) и сорбенты (активный уголь).

Обеззараживание воды проводят для уничтожения, содержащихся в ней болезнетворных бактерий и вирусов. Чаще всего применяют хлорирование воды, а также и другие способы обеззараживания (озонирование, бактерицидное облучение и др.). 

Методы и установки для деминерализации вод.

Для опреснения соленых вод применяются и находят все большее распространение дистилляция, ионный обмен, вымораживание и электроанализ.

Процесс дистилляции - это испарение высокоминерализованной воды с последующей конденсацией пара, в результате чего получается пресная вода. Одноступенчатая испарительная установка состоит из парового котла, испарителя, теплообменника для конденсации пара, насосов, трубопроводов, контрольно-измерительных приборов, расширителей и др. Многоступенчатые испарительные установки - это несколько последовательно работающих испарителей. Пока метод дистилляции относительно дорог, а установки сложны в эксплуатации.

Использование осадка сточных вод. Использование осадка (ила), образующегося в процессе обработки сточных вод, имеет большое значение для сельского хозяйства и для зеленых насаждений городов. При этом хозяйства могут получать его на станциях очистки сточных вод бесплатно.

В составе осадков городских сточных вод содержатся 50-85% органических веществ, из которых 80 состоит из углеводов, жироподобных и белков. Содержание органического вещества в сброженном осадке уменьшается до 50%.

Зрелый осадок безвреден в санитарном отношении и используется в качестве удобрения. По своим показателям осадок не уступает навозу. Он легко гумунизируется и увеличивает водопроницаемость почвы. Содержание в осадке биогенных элементов зависит от содержания сухого вещества, характера очистки сточных вод и пр.

Использование осадков сточных вод зависит в значительной мере от выращиваемых культур. Рекомендуют использовать осадок для удобрения лугов и зерновых культур. Особенно эффективно использование осадка на минеральных почвах, бедных гуминовыми веществами, если удобрять угодья не чаще одного раза в пять лет. Рекомендуется за пять лет вводить в почву не более 20 т сухого вещества осадка на 1 га. При этом следует учитывать характер и степень очистки сточных вод, вид культур, содержание токсических веществ.

 

Лекция 3.  Использование сточных вод

Цель лекции: ознакомить с видами сточных вод, используемых для орошения, теплых вод для сельского хозяйства и  рыбоводства.

В настоящее время общие площади орошения сточными водами в Казахстане составляют 8-10 тыс. га (было 30-35 тыс. га). Несколько медленное развитие систем земледельческих полей орошения (ЗПО) объясняется слабой изученностью многих технико-экономических и экологических аспектов данной проблемы, недостаточным опытом эксплуатации систем ЗПО в различных зонах, необходимостью создания зимних накопителей, отсутствием согласованных межведомственных СНиП, малым числом специалистов, хорошо знакомых с проектированием, строительством и эксплуатацией систем.

Виды сточных вод, используемых для орошения.

Для орошения сельскохозяйственных культур на ЗПО можно использовать хозяйственно-бытовые, производственные и смешанные сточные воды, т.е. есть практически все виды жидких стоков. При решении вопроса о возможности использования сточных вод, в особенности производственных, нужно учитывать: состав стоков, климатические данные,  рельеф и гидрогеологические условия; почвенный покров и растительность,  гидрогеологическую и химическую характеристику водоприемника;  сельскохозяйственное использование ЗПО, режим орошения и ряд других факторов. Хозяйственно-бытовые и коммунальные смешанные воды небольших городов и поселков считается пригодным по своему составу для орошения в различных природных условиях.

Считается, что смешанные сточные воды крупных городов, прошедшие биологическую очистку, пригодны для подачи на ЗПО, т.к. требования по ПДК к воде, сбрасываемой в водоприемник, значительно выше, чем в оросительной воде.

Как рекомендуют правила по охране вод и технические условия по проектированию канализации, отдельные предприятия или цехи, где образуются сточные воды, опасные для загрязнения водоприемников или почвы, должны иметь локальные очистные сооружения, а сильно токсичные отходы нужно уничтожать или захоронять. Пригодными и полезными для удобрительного орошения признаны промышленные стоки: консервных; сахарных; крахмально-паточных; спиртовых; пивоваренных; дрожжевых; молочных заводов.

Стоки сахарных заводов содержат много органических веществ и по удобрительной эффективности могут быть отнесены к средней категории. В них содержатся: азота (N) - 40-50 мг/л; калия (К) - 60-70 мг/л; фосфора (Р) -   3-6мг/л.

Стоки крахмальных заводов характеризуются повышенной концентрацией взвешенных и растворенных веществ, а также кислой реакцией: азота (N) - 85-105 мг/л; калия (К) - 100-280 мг/л; фосфора (Р) -          10-50 мг/л. Высокая концентрация этих стоков требует 2-3 - кратного их разбавления или известкования почв.

Стоки молочных заводов вполне пригодны для орошения и не требуют особой их подготовки: азота (N) - 35мг/л; калия (К) - 25мг/л; фосфора (Р) –        17 мг/л; кальция (Са) – 150 мг/л.

Стоки мясокомбинатов имеют значительные колебания концентрации (N, Р, К в среднем 290:100:140), поэтому их необходимо разбавлять, предварительно отстаивать, а также подвергать биологической очистке. Использовать эти стоки для ЗПО рекомендуется при выращивании трав для производства витаминной травяной муки.

Стоки спирто-водочных и дрожжевых заводов (N, Р, К в среднем 200:300:480) трудно поддаются биологической очистке на сооружениях и могут использоваться для орошения после 1,5-2 кратного разбавления при условии периодического известкования почвы в зонах достаточного и избыточного увлажнения.

Менее богаты удобрительными веществами (N, Р, К - 30:10:100) стоки пивоваренных, солодовых и консервных (плодоовощных) заводов.

Стоки текстильных предприятий по своему химическому составу пригодны для орошения. Так как содержание в них фосфора и азота незначительно, то их эффективно использовать на ЗПО для разбавления животноводческих стоков (жидкого навоза).

Подготовка сточных вод для орошения.

Перед подачей на орошение, также как перед сбросом в водоприемник,

все хозяйственно-бытовые и смешанные городские стоки, согласно нормативам должны проходить полную подготовку, а также обработку осадка сточных вод.

В зависимости от особенностей стоков, их физико-механических свойств и химического состава в системе очистки могут отсутствовать отдельные элементы (например, жироловки), но включаться дополнительные сооружения или установки для удаления из стоков специфических компонентов, для нейтрализации, разбавления, устранения или охлаждения воды.

На небольших объектах поселковой канализации в районах со среднегодовой температурой выше 0⁰С вместо биофильтров применяют биологические пруды (БП). Для более северных районов БП используются сезонно при температуре воды выше +4⁰С. Различают проточные (ступенчатые) и контактные БП, получившие название БОКС (биологические оксидационные контактные стабилизационные). Вследствие успешного взаимодействия различных гидробиологических факторов обеспечивается более эффективная очистка стоков. После окончания цикла в БОКС прудах сточные воды санитарно безопасны и эпидемиологически безвредны. Глубина сточных прудов 1-1,5 м, соотношение длины и ширины в плане 2:1 и 3:1. Расчетные нагрузки по БПК₅ до 250 - 300 кг/га в сутки. Зависит она от климатических условий и числа ступеней принимают обычно 2 - 4.

Глубина наполнения контактных прудов 0,5 - 0,8 м, время пребывания в них стоков 8 - 10 сут., нагрузки по БПК от 60 до 120 кг/га. Эти пруды устраивают секциями, каждая из которых рассчитана на прием одного - двухсуточного объема стока.

Организация оборотного водопользования на ЗПО, безусловно, снижает санитарные требования по предварительной очистке сточных вод от загрязнителей биогенного происхождения, но повышает требования к химическому составу стока с тем, чтобы в почве не происходило накопление вредных компонентов до токсичных концентраций.

Схемы земледельческих полей орошения.

Выбор площадей для устройства ЗПО и схем расположения их элементов определяется следующими факторами: природные условия;  хозяйственное использование территории, современное состояние и перспективы развития сельского хозяйства, его эффективность, наличие рабочей силы и опыта орошения, наличие транспортных связей и источников энергосбережения;  характеристика сбрасываемых сточных вод; данные о комплексном использовании водных ресурсов в бассейне данного водоприемника, состав водопользователей и перспективы их развития, объемы водопотребления и водоотведения, прогнозы качества воды, наличие рекреационных водоохранных зон, число водопользователей в промышленности, сельском, лесном или рыбном хозяйстве.

Как правило, для размещения ЗПО рекомендуют использование площади с уклонами 0,0005-0,01 (до 0,03), характеризующиеся низким плодородием и высокими фильтрационными свойствами почвогрунта.

Существующие ЗПО бывают трех видов:

1) обеспечивающие прием и орошение сточными водами в течение всего года;

2) обеспечивающие прием сточных вод в регулирующие резервуары и использование только в период вегетации;

3) обеспечивающие прием и орошение только в вегетационный период.

Комплексное значение ЗПО заключается в повышении плодородия почв и урожайности сельскохозяйственных культур и сочетается с доочисткой сточных вод. Все это обеспечивает защиту природных вод от загрязнения.

Основная задача проектирования общей схемы ЗПО заключается в том, чтобы в каждом конкретном случае, при определенном сочетании рассмотренных ранее факторов выбрать наиболее оптимальный вариант компоновки схемы, соответствующий требованиям рационального использования и охраны природных ресурсов.

При определенном режиме орошения сточными водами, кроме водного баланса почв и удобрительной способности стоков (N, Р, К) их обычно проверяют по ПДК токсичных и вредных веществ, поступающих со стоками в почву. Это прежде всего относится к слаборазбавленным стокам.

Следует отметить, что расчеты водного баланса должны учитывать не только зону аэрации, но и зону грунтовых вод. Поливные нормы в вегетационный период назначаются, как для обычного орошения. Они зависят от влагоемкости почв, техники поливов, периода вегетации и колеблются от 200 до 1000 м³/га. Оросительные нормы по отдельным культурам на ЗПО часто назначают на 20-50% выше, чем при обычном орошении.

Использование теплых вод для сельского хозяйства.

Интенсивное развитие тепловой и атомной энергетики связано с расходованием большого количества воды, значительная часть которой сбрасывается обратно в реки, озера и водохранилища, вызывая их термическое загрязнение и нарушение водных экосистем.  Поэтому максимальная утилизация обработанного тепла - актуальная задача.

Вода, необходимая для работы тепловых и атомных электростанций, в основном расходуется на выработку пара в котлах и конденсацию отработанного пара. Кроме того, они расходуются на охлаждение пара, масла, газа, воздуха, подшипников и при работе на твердом топливе - для гидравлического удаления золы и шлама. Как правило, все отработанные воды энергетических объектов пригодны для орошения.  При сборе их в водоемах температура верхних слоев воды на 8 - 15⁰С выше температуры придонных слоев. Эта разница во многом зависит от параметров водохранилища, климатических особенностей, времени года, объемов и температуры поступающих стоков. Поэтому более целесообразно воду для орошения забирать из верхних слоев водоемов и водохранилищ.

В зависимости от местоположения электростанций и параметров установленного на ней оборудования температура отработанных вод изменяется в следующих пределах: зимой 10-20⁰С; весной 20-25⁰С; летом 35-40⁰С. Положительное влияние теплых вод на прорастание культур наиболее заметно в весенний и осенний периоды, что объясняется дефицитом тепла в это время года. При поливе теплой водой не рекомендуется допускать значительную разницу температур воздуха, воды и почвы. Это угнетающе действует на многие растения.

Использование теплых вод для рыбоводства.

Как показал опыт последних лет, отработанные воды тепловых и атомных электростанций могут успешно использоваться и для нужд рыбного хозяйства во внутренних водоемах. Наиболее перспективными направлениями в развитии рыбоводства с использованием теплых вод следует считать: создание полносистемных рыбоводных хозяйств индустриального типа с бассейнами, сетчатыми сетками, цехами для инкубации икры и цехами, обеспечивающими производство живого корма. В этих хозяйствах осуществляется непрерывная технология получения посадочного материала и выращивания рыбы на протяжении всего года; использование водохранилищ - охладителей в качестве нагульных прудов для теплолюбивых рыб (карп и др.); организация питомников по выращиванию посадочного материала для товарных хозяйств;  создание высоко производственных прудовых хозяйств.

 

Лекция 4.  Факторы давления на водные ресурсы

 

Цель лекции: ознакомить с мероприятиями и системами управления качеством вод и водными ресурсами, а также проведением объективной оценки водохозяйственной обстановки, которые помогут в целом снизить давление на водные ресурсы.

Водозабор и водопотребление.

Ежегодно возобновляемые ресурсы речного стока в стране составляют в среднем 100,5. В таблице 4.1 представлена сравнительная таблица использования вод (млн. м³).

Качество воды и пути ее улучшения.

Дальнейшее развитие промышленного производства требует ряд неотложных мер: первое – уменьшение загрязнения на единицу продукции; второе – сокращение сброса сточных вод в водные объекты вплоть до полного прекращения.

 В комплексе мер по первому направлению должны осуществляться мероприятия по совершенствованию технологии производства, созданию повторно-оборотных и замкнутых систем водоснабжения, расширения использования водооборотных систем.

По второму направлению необходимо максимально использовать очищенные сточные воды коммунально-бытовых и  промышленных  объектов

в местах их формирования, их образования на нужды промышленного производства, подготовленные коммунально-бытовые, промышленные и животноводческие стоки на земледельческих полях орошения.

Снижение показателей минерализации в воде рек связано с комплексом водоохранных мероприятий в орошаемом земледелии. Полностью исключить сброс в реку коллекторно-дренажных вод невозможно, из-за сложности технических решений.

Таблица 4.1   -  Сравнительная таблица использования вод (млн. м³)

В целях улучшения качества речной воды необходимо использовать дренажные воды в местах их формирования, реконструкции и строительство коллекторных сетей и каналов для отведения этих стоков в безопасные зоны.

Для улучшения качества речной воды необходимо требовать от сельхозпредприятий упорядочить и нормализовать использование минеральных удобрений и ядохимикатов в сельскохозяйственном производстве.

В число мероприятий, обеспечивающих снижение минерализации речной воды, должно быть включено опреснение части коллекторно-дренажного стока. Биологический метод очистки коллекторно-дренажных вод представляется наиболее перспективным.

Использование больших объемов коллекторно-дренажных вод в местах их формирования должно сопровождаться их подготовкой. Для этих целей наиболее перспективный метод электрохимической активации воды. При его использовании происходит диминерализация воды до 24-32%, с удалением иона магния до 100%, сульфатов до 29%, хлоридов до 26%.

Для предотвращения загрязнения поверхностных вод пестицидами необходимо прекратить использование  в сельском хозяйстве препаратов, содержащих ртуть и мышьяк, ДДТ, бутофос и др. Необходимо развивать работы по внедрению биологических методов защиты растений.

Основные мероприятия и рекомендации, обеспечивающие снижение загрязнений водных ресурсов:

- определение и уточнение роли и ответственности правительственных органов, водохозяйственных организаций и других заинтересованных сторон в области качества водных ресурсов;

- определение потребностей и минимальных требований к экологическим попускам в бассейнах и низовьях рек;

- совершенствование существующих систем управления водой на основе интегрированного управления речными бассейнами;

- разработка бассейновых планов действий в области ИУВР, включая качество воды;

- совершенствование и гармонизация водного законодательства, с сопредельными странами в бассейнах трансграничных рек;

- разработка вопросов, связанных с экономической оценкой вод и платы за водопользование;

- определение размеров ущерба для водных объектов и размеров компенсации за загрязнение и истощение вод;

- внедрение международных требований по контролю качества воды и обеспечение минимального санитарно-экологического стока;

- сокращение потерь воды путем реконструкции оросительных систем, совершенствования техники полива, применения технологий повторного использования дренажной воды;

- создание водоохранных зон вдоль рек и других водных объектов;

- обеспечение поддержки принципов интегрированного управления водными ресурсами (ИУВР) со стороны общественности, информирование населения, создание специальных образовательных программ.

Система управления качеством вод и водными ресурсами должна обеспечить:

- проведение объективной оценки водохозяйственной обстановки в бассейне реки;

- анализ альтернативных направлений бассейновой экологической и экономической политики и необходимых изменений структуры производства и потребления с целью надежного обеспечения экономики и населения качественной питьевой водой;

- функционирование комплексной системы мониторинга вод;

- формирование целевых программ улучшения и сохранения качества вод, как на региональном, так и на бассейнах рек, эффективность механизмов их реализации;

- эффективное использование механизмов регулирования использования вод, включая экономические и административные;

- образование и информирование широких слоев населения с целью большого понимания значения воды и мотивация населения на действия по сохранению и восстановлению качества вод.

Основными принципами управления качеством вод и водными ресурсами признаны:

- принцип устойчивости – водохозяйственная деятельность должна быть направлена на удовлетворение потребностей нынешнего поколения без ущерба для будущих поколений;

- принцип экосистемного подхода;

-  принцип неразрывности вод одного речного бассейна в пространстве и во времени: бассейновая интеграция и территориальная координация;

- принцип относительности;

- экономическая оправданность;

- техническая соразмерность;

- принцип предусмотрительности – должно быть обеспечено как можно меньшее воздействие хозяйственной деятельности на состояние вод;

- принцип предосторожности – меры по предупреждению возможного вредного воздействия хозяйственной деятельности на состояние вод не должны откладываться на том основании, что исследования не установили в полной мере причинно-следственные связи между этими воздействиями с одной стороны и влияния этих воздействий на состояние вод с другой стороны;

- принцип «водопользователь платит»;

- принцип превентивности - предупредить вредное воздействие хозяйственной деятельности на состояние вод легче, чем потом бороться с последствиями этого воздействия.

Снижение потребления воды.

Наибольший объем воды расходуется на орошение земель. Вторым    по

величине потребления воды служит промышленно-энергетический комплекс. Для экономии водных ресурсов в промышленно-энергетическом комплексе необходимо внедрить маловодные технологии и оборотное водоснабжение. При осуществлении указанных мероприятий потребность в воде промышленно-энергетического комплекса может быть снижена вдвое.

Удельные средневзвешенные расходы воды брутто на один гектар орошаемой площади на современном этапе составляет 14,87, нетто – 9,5 тыс. м³ на гектар. Средневзвешенный КПД оросительных систем составляет 0,68   с колебаниями от 0,55 до 0,80.

При осуществлении технических решений средневзвешенный КПД систем может быть доведен до 0,75. В этих целях на действующих земляных каналах необходимо осуществить строительство бетонных и железобетонных облицовок, покрытий с использованием грунтовых и полимерных экранов. Внутрихозяйственную сеть в земляных каналах заменить лотками и трубопроводами. Важнейшим мероприятием, обеспечивающим экономию воды в орошении, служит совершенствование техники полива. В этих целях необходимо максимально использовать средства механизации и автоматизации полива и другие. Важнейшим направлением в экономии водных ресурсов является рациональное использование коллекторно-дренажного стока, величина которого в бассейне Аральского моря оценивается порядка в 30-35 км³ в год. Утилизация дренажного стока должна проводиться в направлениях создания каскадных систем орошения с использованием его в местах формирования.

 

Лекция 5.  Охрана водных объектов и борьба с вредным воздействием вод

Цель лекции: ознакомить студентов с проблемами водопользования и водоохраны  в Республике Казахстан.

Охрана водных объектов.

Водные объекты подлежат охране от: природного и техногенного загрязнения вредными опасными химическими и токсическими веществами и их соединениями, теплового, бактериального, радиационного и другого загрязнения; засорения твердыми, нерастворимыми предметами, отходами производственного, бытового и иного происхождения; истощения.

Водные объекты подлежат охране с целью предотвращения: нарушения экологической устойчивости природных систем; причинения вреда жизни и здоровью населения; уменьшения рыбных запасов и других водных животных; ухудшения условий водоснабжения; снижения способности водных объектов к естественному воспроизводству и очищению; ухудшения гидрологического и гидрогеологического режима водных объектов; других неблагоприятных явлений, отрицательно влияющих на физические, химические и биологические свойства водных объектов.

Охрана водных объектов осуществляется путем: предъявления общих требований по охране водных объектов ко всем водопользователям, осуществляющим любые виды пользования ими; предъявления специальных требований к отдельным видам хозяйственной деятельности;  совершенствования и применения водоохранных мероприятий с внедрением новой техники и экологически, эпидемиологически безопасных технологий;  установления водоохранных зон, защитных полос водных объектов, зон санитарной охраны источников питьевого водоснабжения; проведения государственного и других форм  контроля  за  использованием   и охраной водных объектов; применения мер ответственности за невыполнение требований по охране водных объектов.

Центральные и местные исполнительные органы областей (города республиканского значения, столицы) в соответствии с законодательством Республики Казахстан принимают совместимые с принципом устойчивого развития меры по сохранению водных объектов, предотвращению их загрязнения, засорения и истощения, а также по ликвидации последствий указанных явлений.

Физические и юридические лица, которых влияет на состояние водных объектов, обязаны соблюдать экологические требования, установленные экологическим законодательством Республики Казахстан, и проводить организационные, технологические, лесомелиоративные, агротехнические, гидротехнические, санитарно-эпидемиологические и другие мероприятия, обеспечивающие охрану водных объектов от загрязнения, засорения и истощения.

Загрязнением водных объектов признается сброс или поступление иным способом в водные объекты предметов и загрязняющих веществ, ухудшающих качественное состояние и затрудняющих использование водных объектов.

В целях охраны водных объектов от загрязнения запрещается:

- применение ядохимикатов, удобрений на водосбросной площади водных объектов. Дезинфекционные, дезинсекционные и дератизационные мероприятия по водосбросной площади и зоне санитарной охраны водных объектов проводятся по согласованию с уполномоченным органом в области санитарно-эпидемиологического благополучия населения;

- сброс и захоронение радиоактивных и токсичных веществ в водные объекты;

- сброс в водные объекты сточных вод промышленных, пищевых объектов, не имеющих сооружений очистки и не обеспечивающих в соответствии с нормативами эффективной очистки;

- проведение на водных объектах взрывных работ, при которых используются ядерные и иные виды технологий, сопровождающиеся выделением радиоактивных и токсичных веществ;

 

 

Охрана водных объектов от засорения.

Засорением водных объектов признается попадание в них твердых, производственных, бытовых и других отходов, а также взвешенных частиц, в результате чего ухудшается гидрологическое состояние водного объекта и затрудняется водопользование.

Сброс в водные объекты и захоронение в них твердых, производственных, бытовых и других отходов запрещается.

Не допускается засорение водосбросных площадей водных объектов, ледяного покрова водных объектов, ледников твердыми, производственными, бытовыми и другими отходами, смыв которых повлечет ухудшение качества поверхностных и подземных объектов.

Охрана водных объектов от истощения.

Истощенностью водных объектов признается уменьшение минимально допустимого уровня стока, запасов поверхностных вод и сокращение запасов подземных вод.

В целях предотвращения истощенности водных объектов физические и юридические лица, пользующиеся водными объектами, обязаны: не допускать сверхлимитного безвозвратного изъятия воды из водных объектов; не допускать на территории водоохранных зон и полос распашки земель, купания  и санитарной обработки скота, возведения построек и ведения других видов хозяйственной деятельности, приводящих к истощению водных объектов;  проводить водоохранные мероприятия.

Водоохранные мероприятия, направленные на предотвращение водных объектов от истощения, проводимые физическими и юридическими лицами, предварительно согласовываются с уполномоченным органом в области использования и охраны водного фонда, уполномоченным государственным органом в области охраны окружающей среды и уполномоченным органом по изучению и использованию недр.

Водоохранные зоны и полосы водных объектов и водохозяйственных сооружений.

Для поддержания водных объектов и водохозяйственных сооружений в состоянии, соответствующем санитарно-гигиеническим и экологическим требованиям, для предотвращения загрязнения, засорения и истощения поверхностных вод, а также сохранения животного и растительного мира устанавливаются водоохранные зоны и полосы с особыми условиями пользования.

Водоохранные зоны, полосы и режим их хозяйственного использования устанавливаются местными исполнительными органами областей  по согласованию с уполномоченным органом в области использования и охраны водного фонда на основании утвержденной проектной документации, согласованной с уполномоченным органом в области охраны окружающей среды, центральным уполномоченным органом по управлению земельными ресурсами, а в селеопасных районах дополнительно и с центральным исполнительным органом Республики Казахстан по чрезвычайным ситуациям.

В лесах, расположенных на водоохранных зонах и прибрежных защитных полосах, осуществление рубок главного пользования запрещается. Разрешается проведение рубок промежуточного пользования и других лесохозяйственных мероприятий, обеспечивающих охрану водных объектов.

Предоставление в пользование лесов водоохранных зон осуществляется по согласованию  с  уполномоченным  органом  в   области   использования   и

охраны водного фонда в соответствии с лесным и водным законодательством Республики Казахстан. Правила установления водоохранных зон и полос утверждаются Правительством Республики Казахстан.

Зоны санитарной охраны.

В целях охраны вод, используемых для питьевого водоснабжения, лечебных, курортных и иных оздоровительных нужд населения, местными исполнительными органами областей (города республиканского значения, столицы) устанавливаются зоны санитарной охраны.

Порядок установления зон санитарной охраны и санитарных защитных полос определяется уполномоченным органом в области санитарно-эпидемиологического благополучия населения.

Водные объекты, на которых в результате хозяйственной деятельности или природных процессов происходят изменения, угрожающие здоровью населения, животному и растительному миру, состоянию окружающей среды, могут объявляться зонами чрезвычайной экологической ситуации или экологического бедствия. Чрезвычайная экологическая ситуация на водных объектах или бассейнах рек и месторождениях подземных вод объявляется Правительством Республики Казахстан.

Земельные участки в водоохранных зонах и полосах водных объектов и водохозяйственных сооружений могут быть предоставлены во временное пользование физическим и юридическим лицам в порядке, установленном законодательным актом Республики Казахстан о земле, с условием соблюдения установленных требований к режиму хозяйственной деятельности. Государственный контроль за соблюдением требований к режиму хозяйственной деятельности на водоохранных зонах и полосах осуществляется уполномоченным органом в области использования и охраны водного фонда, уполномоченным государственным органом в области охраны окружающей среды, центральным уполномоченным органом по управлению земельными ресурсами в пределах их компетенции.

Особенности охраны подземных водных объектов.

Физические и юридические лица, производственная деятельность которых может оказать вредное влияние на состояние подземных вод, обязаны вести мониторинг подземных вод и своевременно принимать меры по предотвращению загрязнения и истощения водных ресурсов и вредного воздействия вод.

На водосборных площадях подземных вод, которые используются или могут быть использованы для питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения, запрещается размещение захоронений радиоактивных и химических отходов, свалок, кладбищ, скотомогильников и других объектов, влияющих на состояние подземных вод. Запрещается орошение земель сточными водами, если это влияет или может повлиять на состояние подземных вод.

Малые водные объекты и особенности их охраны. К малым водным объектам относятся естественные водные объекты, имеющие следующие размеры: по замкнутым водным объектам - с площадью водного зеркала до десяти гектаров; по рекам - водотоки длиной до двухсот километров.

Использование водных ресурсов малых водных объектов, как правило, осуществляется в порядке общего водопользования. Использование водных ресурсов малых водных объектов в порядке специального водопользования возможно после изучения уполномоченным органом в области использования и охраны водного фонда последствий такого водопользования на их состояние и при наличии положительного заключения государственной экологической экспертизы. В целях предотвращения истощения, загрязнения и деградации малых водных объектов в бассейновых программах комплексного использования и охраны водных объектов и в региональных программах местных исполнительных органов областей отдельно предусматривается комплекс мероприятий по их защите и восстановлению.

 

Лекция  6.  Водохозяйственные мероприятия и их влияние на окружающую среду

 

Цель лекции: изучение факторов и закономерностей водопотребления и водоотведения в городе и в отраслях экономики, принятие водохозяйственных мероприятий для защиты окружающей среды.

Общая оценка последствий гидротехнического строительства.

Среди разнообразных видов антропогенной деятельности создание водохозяйственных систем приводит, как правило, к наиболее заметным изменениям в природных условиях. Эти изменения обусловлены масштабами осуществленных мероприятий, физико-географическими условиями рассматриваемого района и совокупностью ряда обстоятельств, в числе которых большое значение имеют социальные факторы.

Интенсивное развитие водохозяйственного строительства, нашло выражение в создании крупных гидроузлов многоцелевого назначения и сопутствующих им больших водохранилищ, в прокладке каналов значительной протяженности с расходами воды до нескольких сотен кубометров в секунду, в орошении и осушении массивов площадью в сотни тысяч гектаров. Возрастают объемы перераспределения речного стока и ведется подготовка Казахстан межрегиональному перераспределению водных ресурсов.

Ряд существенных крупных водохозяйственных мероприятий повлек за собой заметные изменения в окружающей среде, а в некоторых случаях вызвал отрицательные необратимые процессы в природных экосистемах.

Последствия, вызываемые гидротехническим строительством, могут быть как положительными, так и отрицательными. Положительное влияние обычно    определяется     народнохозяйственным     значением     построенной

системы, в первую очередь ее ролью в улучшении условий жизни населения и развития экономики данного района.

Все изменения в окружающей среде, вызываемые водохозяйственными мероприятиями, следует прежде всего различать по территориальному признаку. При этом можно выделить три характерных зоны: отъема или искусственного аккумулирования воды; транзита воды; доставки и распределения воды.

Последствия водохозяйственного строительства могут проявляться непосредственно и косвенно. К числу первых относятся изменения водного баланса, затопление берегов и дна рек при создании водохранилищ, изменения гидрологического, гидрохимического и гидробиологического режима рек, озер, водохранилищ и т.д. Косвенные последствия возникают через более продолжительный период времени с начала эксплуатации водохозяйственной системы и заключаются в изменении растительности, животного мира, усыхании болот, небольших водоемов и водотоков, снижении или повышении уровней подземных вод. Отрицательные последствия водохозяйственной политики бывают обратимыми и необратимыми. Под первыми из них подразумевают такие, ликвидация и локализация которых возможна с использованием известных мер при соответствующих финансовых затратах. Необратимые последствия характеризуются возникновением интенсивно развивающихся процессов, сопровождающихся разрушением сообщества существующих природных экосистем.

Влияние водохранилищ на природные условия.

Создание водохранилищ позволяет обеспечить аккумулирование речного стока и его регулирование во времени для нужд различных водопользователей. В настоящее время в Казахстане имеется свыше 180 водохранилищ объемом более 1 млн. м³ каждое. При этом их общий объем превышает 90 км³. Как правило, все крупные искусственные водоемы предназначены для многолетнего использования.

Водохранилища обладают многофакторными связями с окружающей средой, которая в свою очередь, оказывает влияние на их режим. Характер изменения природных условий обусловлен физико-географическими особенностями района, параметрами водохранилища  и режимом его эксплуатации.

Наиболее заметное влияние на окружающую среду оказывают крупные водохранилища с полным объемом больше 1 км³ и площадью зеркала свыше 100 км²  - Бухтарма, Капшагай, Шардара.

Затопление и подтопление территорий.

Наиболее заметное влияние проявляется при затоплении значительных площадей, большая часть которых была занята сельскохозяйственными или лесными угодьями. Компенсация их довольно часто связана с затруднениями, вследствие     чего     сельскохозяйственному      производству       причиняется

 соответствующий ущерб. При создании водохранилищ различают зоны постоянного и временного затопления, а также зону подтопления. Зона постоянного затопления навсегда исключается из прежнего хозяйственного использования, но одновременно земля, находясь под водой, начинает выступать в новом качестве. Она создает материальные ценности в виде электроэнергии, вырабатываемой гидростанциями, рыбной продукции, выращенной в водохранилище, дополнительной сельскохозяйственной продукции, полученной за счет орошения и т.д.

Зона временного затопления включает в себя площади, находящиеся в затопленном состоянии в течение непродолжительного времени. Обычно это земли, расположенные выше НПУ, которые можно использовать под сенокосы и пастбища или для других целей.

Образование зон подтопления связано с подъемом уровня подземных вод после затопления водохранилища. Этот процесс протекает очень медленно и обусловлен фильтрационными свойствами грунтов, режимом уровней водохранилища и притоком грунтовых вод извне. Ширина зоны подтопления в ряде случаев может быть значительной. Повышение уровня грунтовых вод сопровождается заболачиванием земель, подтоплением ряда объектов, ухудшением санитарных условий местности. Одновременно с этим наблюдается смена растительных ассоциаций и изменение животного мира.

Русловые процессы.

Частые колебания уровней в водохранилище и связанное с этим переувлажнение масс грунта вызывают размывы и обрушение берегов; эти процессы усиливаются и динамическим воздействием волн. Наиболее характерны указанные явления для начального периода эксплуатации, особенно во время штормов когда обрушивается большие объемы грунта. В дальнейшем эти процессы постепенно затухают.

Повышение уровня подземных вод при затоплении вызывает оползневые явления, особенно в условиях лессовидных грунтов.

Осаждение наносов в верхнем бьефе существенно уменьшает их годовой сток ниже гидроузла. Кроме того, прекращение поступления мельчайших наносов в нижний бьеф снижает плодородие пойменных земель, что вызывает необходимость внесения искусственных удобрений.

 

 

Гидрологический режим.

Создание водохранилищ обеспечивает выравнивание колебаний среднегодового стока, что имеет положительное значение. Достаточные регулирующие емкости позволяют уменьшать расходы в период паводков, вследствие чего сокращаются затопления в нижнем бьефе, а в меженный период дополнительные попуски из водохранилища обеспечивают несколько повышенные по сравнению с естественными условиями уровни и расходы воды. Одновременно с этим могут происходить размывы в нижнем бьефе, интенсивность которых обусловлена напором, расходами и скоростью течения, а также типом грунтов, слагающих русло реки, что наносит ущерб сельскому и рыбному хозяйству.

Образование водохранилищ сокращает амплитуду колебаний уровней, как внутри сезонов, так и на протяжении года. Это относится к большинству гидроузлов на равнинных реках. Последствием создания водохранилищ является общее замедление водообмена в речной системе, что приводит к серьезным изменениям гидрохимического и гидробиологического режимов.

Существенно меняется температурный режим зарегулированного речного стока. Весной в нижний бьеф поступает более холодная вода, а осенью и зимой – более теплая. Заметные перемены происходят и в ледовом режиме. Удлиняется период ледостава, увеличивается толщина льда на 10-20% по сравнению с естественными условиями. По сравнению с первоначальными условиями существенно возрастают потери на испарение. Существенны также потери на фильтрацию в чаше водохранилищ.

Изменение климата.

Изучение влияния водохранилищ на климат пока находится в начальной стадии, поэтому результаты отдельных наблюдений не могут претендовать на исчерпывающую полноту. Установлено, что степень этого влияния зависит от географического расположения водохранилища, его объема, средней глубины, площади зеркала. Водоемы, созданные в южных широтах способствуют частичному преобразованию существующего ландшафта. Наиболее крупные из них вызывают незначительное снижение среднегодовой температуры воздуха и особенно средней за вегетационный период. Иногда наблюдается некоторое увеличение количества атмосферных осадков, что благоприятно для сельского хозяйства. Более заметные изменения вносят водохранилища, созданные  в северных широтах: повышение общей увлажненности и снижение континентальности местного климата. Создание крупных водоемов на севере иногда вызывает сокращение продолжительности вегетационного периода в зонах, прилегающих к ним, что оказывает неблагоприятное влияние на условия роста сельскохозяйственных культур.

Качество воды.

В отличие от водохранилищ каналы переброски стока отличаются более сложным сочетанием источников их загрязнения. Обычно эти трассы имеют большую длину, в пределах которой располагается сравнительно немного

очистных сооружений и пунктов контроля качества воды. На всем протяжении канала в него могут смываться загрязнения с поверхности прилегающих земель и поступать неучтенные промышленные и бытовые стоки. С учетом приведенных обстоятельств самоочищающая способность канала постепенно начнет ухудшаться. Поэтому поддержание надлежащего качества воды по трассам переброски речного стока – сложная задача.

Влияние орошения на природные условия.

Общеизвестными являются положительные последствия развития орошения. В их числе следует назвать расширение границ культурного земледелия с целью получения высоких гарантированных урожаев, а также  удовлетворение потребностей сопутствующих участников мелиоративных комплексов, в частности водоснабжения, рыбоводства и рекреаций. Значительны и социальные последствия мелиоративного строительства, выражающиеся в повышении материального и духовного уровня жизни людей. Вместе с тем быстрый рост орошаемых массивов начинает оказывать все более заметное влияние на природную среду. Одним из видов отрицательного влияния орошения на окружающую среду является рост объемов возвратных вод. В этих водах содержатся различные соли, вымываемые из почвогрунтов, а также удобрения, пестициды и животноводческие стоки.

Сокращение расходов рек вследствие развития орошения и сопутствующих водопользователей в сочетании с ростом минерализации возвратных вод и действием других антропогенных факторов заметно способствует общему снижению качества природных вод. Примером в этом орошении могут быть реки – Сырдарья, Амударья, Талас, Шу и др.

 

Лекция 7. Экономическое обоснование водоохранных мероприятий. Оценка водоохранных мероприятий

 

Цель лекции: определение экономической эффективности использования водных ресурсов и проведение водоохранных мероприятий.

Денежная оценка природных ресурсов важный компонент в теории оптимального функционирования экономики страны. Известно, что водные ресурсы – государственная собственность. Однако это не означает, что они не должны иметь денежные оценки. Бесплатное пользование природными ресурсами в дальнейшем не может быть допущено.

Вопросами эффективного использования и охраны водных ресурсов в последние годы уделяется все большее внимание. Мероприятия, направленные на совершенствование использования и охраны водных ресурсов, в особенности в районах, для которых необходима дальная переброска вод, требует выполнения большего объема строительных работ. Поэтому особенностью  водохозяйственных  объектов  является  значительная

капиталоемкость, длительные сроки строительства и освоения.

Определение экономической эффективности использования водных ресурсов и проведение водоохранных мероприятий состоит в сопоставлении затрат на эти мероприятия с получаемыми от них результатами. Такого рода сопоставления необходимы прежде всего для определения общей экономической эффективности. Выбирают этот вариант путем определения сравнительной экономической эффективности, которую можно найти либо по приведенным капитализированным затратам:

З = К + ИТн ,

(1)

где К, И – капитальные вложения, ежегодные издержки соответственно;

Т_н - нормативный срок окупаемости дополнительных капитальных вложений (Т_н=8,3 года)

Либо по приведенным к одному году затратам:

Зн = И + ЕнК,

(2)

где Е_н – нормативный коэффициент эффективности (Е_н=Т_н^-1),

в настоящее время Е_н=0,12.

Технический вариант, имеющий минимальное значение приведенных затрат З_н или З признается наилучшим.

При определении общей экономической эффективности используют показатель срока возврата капитальных вложений:

Ω = К/П ≤ Ωн.

(3)

Или коэффициент общей экономической эффективности (рентабельности):

r = 1/Ω = П/К ≥ rн,

(4)

где н – индекс, обозначающий нормированную величину.

Для  действующих объектов общую экономическую эффективность определяют как отношение годовой прибыли к среднегодовым фондам (основным и оборотным). Показателем общей экономической эффективности для проектируемых объектов считают коэффициент рентабельности.

Нормативный коэффициент рентабельности не установлен, но по некоторым отраслям народного хозяйства его принимают от 0,10 до 0,16 в зависимости от специализации хозяйств.

Для расширяющихся предприятий необходимо, чтобы коэффициент рентабельности этого предприятия был не ниже, чем до расширения или реконструкции.

При оценке водоохранных мероприятий, имеющих своей целью борьбу с загрязнениями вод и другими водами ущерба от изменения качества воды, можно применять показатели экономической эффективности капитальных вложений, учитывающие снижение убытков.

Сравнительная экономическая эффективность вариантов водоохранных мероприятий.

Сравнительная экономическая эффективность определяется при планировании и проектировании водохозяйственных объектов с учетом охраны окружающей среды с целью выбора оптимального варианта.

Обязательным условием при определении сравнительной экономической эффективности является приведение сравниваемых  вариантов к сопоставительному виду по материальному эффекту, т.е. по объему продукции, ее составу и качеству; по функциям сравниваемых вариантов сооружений; по эффекту защитных мероприятий; по объему и степени очистки вод и т.д.

Основным способом определения сравнительной экономической эффективности капитальных вложений является исчисление суммы приведенных затрат, состоящих из единовременных капитальных вложений и годовых издержек, а критерием эффективности служит минимум расчетных затрат. Расчетные затраты З можно определять за нормативный срок окупаемости дополнительных капитальных вложений Т_н или за один год. В первом случае суммируют капитальные вложения  К и годовые издержки И за нормативный срок окупаемости Т_н, а во втором – годовые издержки и капитальные вложения, умноженные на коэффициент сравнительной экономической эффективности Е_н=Т_н^-1.

 Исходными данными при определении сравнительной экономической эффективности служат только капитальные вложения и издержки производства по всем сравнительным вариантам. В отличие от исходных данных, требующихся при определении общей экономической эффективности, для сравнительной эффективности нет необходимости в данных о стоимости продукции или выполняемой работы, поскольку она должна быть одинаково во всех сравнительных вариантах.

Расчетные затраты З определяют по формулам:

З = К+Тн И,

(5)

З = И+Ен К.

(6)

В настоящее время для определения сравнительной экономической эффективности предусмотрено применение    восьмилетнего нормативного срока окупаемости и коэффициента сравнительной экономической эффективности соответственно – 0,12.

Следует иметь в виду, что полученные суммы расчетных затрат – условные величины, имеющие значение лишь для сравнения и выбора вариантов. Их нельзя использовать в сметах и других материалах.

Показатели сравнительной экономической эффективности чаще всего используют при решении отдельных производственных задач, а также для выбора водоохранных мероприятий.

При определении экономической эффективности капитальных вложений, в особенности по крупным водохозяйственным объектам, для осуществления которых требуется длительное время, необходим учет фактора времени, т.е. сроков освоения капитальных вложений, с одной стороны и срок вывода объекта на проектный уровень получения продукции и прибыли – с другой.

Обозначив через К_t капитальные вложения в год t, приняв число лет строительства водохозяйственного объекта равным t_c и назначив год проведения τ, можно вычислить приведенные капитальные вложения Кτ по формуле:

Кτ  = ,

(7)

где Е_в – нормативный коэффициент, учитывающий потери в производстве из-за омертвления капитальных вложений.

Величина Е_в до сих пор в технико-экономических расчетах не нормирована. Доказано лишь, что она должна быть с нормативной величиной коэффициента сравнительной эффективности. Ряд специалистов полагают, что Е_в = Е_н, но есть сторонники другой точки зрения, считающие что Е_в <  Е_н. Рекомендуется принимать Е_в=0,8 Е_н.

В первый год эксплуатации водохозяйственных объектов и функционирования водоохранных мероприятий ежегодно издержки изменяются на ∆И_t. Предположим, что коэффициент Ев можно использовать  для приведения величин ∆И_t.

Если обозначив год начала эксплуатации через t_э, а год вывода объекта на проектный уровень t*, то формула приведения ежегодных издержек И_τ будет иметь вид:

.

(8)

Денежная оценка использования и охраны водных ресурсов.

Для обеспечения более целесообразного и эффективного использования водных ресурсов большую роль играет их экономическая оценка.

В условиях хозрасчетных отношений важнейшим мероприятием по стимулированию экономного и эффективного использования водных ресурсов является введение платы за воду.

Плата за воду должна способствовать повышению эффективности производственно-хозяйственной деятельности предприятия   с учетом факторов охраны окружающей среды.

Охрана водных ресурсов от загрязнения пока слабо стимулируется экономическими методами. Недостаточно разработана система тарифов за сброс сточных вод в канализационную сеть в зависимости от степени загрязнения водных ресурсов.

Тариф на очистку стоков на кооперированных или районных очистных сооружениях Ц предлагает определить по формуле:

 

где И – материальные издержки на очистку стоков;

Р – оплата труда;

е₁ – норма чистого дохода, пропорциональна оплате труда;

е₂ – норма чистого дохода, пропорциональна основным и оборотным производственным фондам;

К – коэффициент, учитывающий эффективность фондов;

Ф – производственные фонды;

Л – надбавки к тарифу или льготы за улучшение экономических параметров работы очистных сооружений.

Затраты на водообеспечение З_в находят по формуле:

где З_вс – затраты на водоснабжение, очистку и отведение сточных вод;

Э_о – экономическая оценка воды в бассейне.

 В тех районах, где водные ресурсы ограничены, экономическая оценка воды может быть определена по затратам на замыкающие мероприятия или по оценке воды как природного ресурса.

Тогда Э_о=Э_з, где Э_з – затраты на замыкающие мероприятия для пополнения водного ресурса. При необходимости переброски водных ресурсов из других водохозяйственных систем или бассейнов затраты на замыкающие мероприятия определяют по формуле:

где З_р – затраты на регулирование стока в реке, откуда ведется переброска;

З_п - затраты на переброску водных ресурсов.

Лекция  8.  Рациональное использование и охрана водных ресурсов как составная часть комплексной программы использования природных ресурсов и сохранения окружающей среды

Цель лекции: дать оценку рациональности использования воды для хозяйственно-питьевых и производственных нужд.

Основой развития человеческого общества является рациональное использование и охрана природных ресурсов, среди которых особое место занимают поверхностные и подземные воды суши. Быстрый рост производства и населения мира связан с увеличением расходования воды, что вызывает необходимость осуществления широкого круга мер по рациональному распределению ее, а также по предотвращению истощения водных ресурсов и охране их от загрязнения.

Знание всех особенностей присущих комплексному использованию и охране водных ресурсов, является крайне необходимым для инженерно-тех-нических работников, деятельность которых в той или иной степени связана с водой. Комплексная программа использования природных ресурсов в последние годы стала формироваться из тенденции активного применения экономических методов регулирования и использования природных ресурсов. Речь идет, в первую очередь, о введении платы за использование природных ресурсов.

Подобные механизмы существуют в международной практике управления природопользованием (США, Япония, Польша) и подтвердили свою эффективность.

Под этот принцип подводилась соответствующая нормативно-правовая и методическая база, а также решались вопросы управления и контроля. Формирование экономического механизма природопользования в условиях рыночной экономики будет происходить в следующих направлениях:

1) учет и социально-экономическая оценка природно-ресурсного потенциала и экономического состояния территории, планирование охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов, финансово-кредитный механизм природопользования;

2) экономическое стимулирование (установление налоговых, кредитных и иных льгот предприятиям и организациям), платность природопользования, экономическое воздействие на нарушителей природоохранительного законодательства;

3) совершенствование организационно-экономических методов природопользования.

Роль воды в человеческой деятельности как фактора повышения эффективности общественного производства.

Водные ресурсы до недавнего времени считавшиеся неисчерпаемыми и

доступными, довольно быстро перешли в категорию ресурсов, нехватка которых будет самым серьезным образом препятствовать устойчивому экономическому развитию, а в ряде районов мира быть главной причиной конфликтных ситуаций между отдельными государствами.

Вода, участвуя во всех сферах жизнедеятельности человека и как незаменимый компонент аграрного и индустриального производства, экологического равновесия природной среды, становится самым ценным ресурсом, которым обладает страна.

Масштабы водных ресурсов вовлекаемых в хозяйственный оборот ежегодно растет.

Доля пресной воды в общем объеме мировых вод около 2,5% или 31-35 млн. км³. Но эти воды, заключенные в ледниках, находящиеся в виде атмосферной и почвенной влаги, недоступны для освоения и их объем превышает 99,7%.

Таким образом, человечество условно располагает 0,3% или 97 тыс. км³ пресных вод, которые могли быть использованы для   хозяйственно - экономи-

ческих целей. Однако этот объем пресных вод, относящийся к так называемым возобновляемым водным ресурсам, также недоступен, во многих частях мира формируется в виде муссонов, дождей, вызывая катастрофические наводнения с большими разрушениями населенных пунктов, объектов инфраструктуры.

Если расходование водных ресурсов будет расти такими темпами, которые были свойственны последним десятилетиям, то можно с уверенностью говорить, что мир ждет глобальный дефицит воды.

Ученые установили, что напряженность с водой наступает, когда доступные водные ресурсы меньше 1,7 тыс. км³ на человека, а дефицит их возникает при показателе менее 1,0 тыс. км³ в год. Сегодня более чем 230 млн. человек проживает в странах, которые отнесены к странам, имеющим непокрываемый дефицит в воде. В 11 странах Ближнего Востока и Северной Африки на душу населения приходится всего 500 м³ водных ресурсов в год, и они отнесены в категории стран с «абсолютным водным дефицитом».

По прогнозу, в связи с ростом численности населения, число таких стран будет быстро расти. Ежегодно рост мирового населения составляет 90-94 млн. человек и соответственно должно увеличиваться потребление воды на хозяйственно-питьевые цели, производство продуктов питания, промышленной продукции и др. Поскольку объем доступных возобновляемых водных ресурсов относительно постоянен, то в расчете на душу населения он уменьшается.

Так, если в 1950 году эта величина в среднем составляла 33,0 тыс. м³, то в 1993 году сократился до 8,5 тыс. м³ на человека в год (почти в 4 раза). Этот показатель в 2000 году по регионам по сравнению с 1950 годом сократился в Африке с 20,6 до 5,1; Азии с 9,6 до 3,3; Европе с 5,9 до 4,7;  Северной Америке с 37,2 до 17,5; Латинской Америке с 105,0 до 28,3 тыс. м³ на человека в год. Почти 40% населения мира, большинство которых проживают

в развивающихся странах, уже сталкивается с серьезными проблемами, вызванными недостатком воды. К середине настоящего столетия уже 65% мирового населения соприкоснется с водной проблемой, если не принимать действенных мер. Сток рек и подземных вод составляет в среднем за год около 41100 км, или 8% общего объема воды совершающего круговорот на земле. По отношению к количеству осадков, выпадающих на суше, сток равен 36,4%. Это отношение принято называть коэффициентом стока, величина его изменяется в зависимости от физико-географических условий того или иного района.

Общее уравнение водного баланса в пределах всего земного шара может быть представлено в виде следующего равенства:

где  U_o, U_c, — испарения из поверхности океана и суши;

O_o, O_c, — осадки на поверхности океана и на поверхности суши.

Распределение природных вод по территории Республики Казахстан.  Запасы пресной воды.

Казахстан отличается большим разнообразием природно-климатических условий. Основная часть его территории расположена в аридной зоне и имеет крайне ограниченные водные ресурсы. Водные ресурсы всех речных бассейнов практически полностью вовлечены в хозяйственное использование. Дефицит водопотребления усугубляется большой изменчивостью стока и территориальной неравномерностью его распределения.

Наиболее развита гидрологическая сеть на севере и на востоке. В центральной части Казахстана, занятой пустынными пространствами, основными водными артериями являются немноговодные источники. К югу, в предгорных и горных районах, густота речной сети увеличивается и достигает своего наибольшего развития на южной и юго-восточной окраинах. Сток рек южной и восточной зон Республики формируется за счет таяния льдов, снегов. Сток же рек Северного, Западного и Центрального Казахстана в большинстве случаев, за счет зимних осадков. Основной фазой водного режима рек Казахстана, за исключением южных и юго-восточных областей, является весеннее половодье, на которое приходится большая часть или весь годовой сток. Многие мелкие реки в летне-осенний и зимний сезоны пересыхают и перемерзают.

Водные ресурсы поверхностных речных вод Республики в средний по водности год оцениваются в 100,5 млрд. м³, из которых 56,5 млрд. м³ формируются на территории Казахстана и 44,0 млрд. м³ поступает из сопредельных территорий (КНР, Республики Узбекистан, Республики Кыргызстан и Российской Федерации). Удельная водообеспеченность равна 36,4 тыс. м³/км²  и 6,0 тыс. м³ на одного человека в год.

Поверхностные водные ресурсы по территории распределены неравномерно и колеблются по годам и внутри года, и обуславливают неравномерную водообеспеченность областей Республики. Наиболее водообеспечена Восточно-Казахстанская область - 290 тыс. м³/км³, наименее Атырауская, Кзылординская области и в особенности Мангыстауская область - 0,36 тыс. м³/км³.

На территории республики имеются 3700 озер площадью зеркала более 1 км²  и 17 озер площадью, превышающих 100 км³, общий объем воды в озерах достигает 190 мрд. м³, из которых на долю пресных озер приходится около 10%. В целях аккумулирования зимнего и весеннего стока рек в Казахстане построено 180 водохранилищ общей емкостью около 90 мрд. м³.

По данным гидрогеологических органов Республики Казахстан утвержденные запасы подземных вод равны 17,3 мрд.м³ в год, из них по категории А+В=11,9 мрд. м³. Из них в настоящее  время объем   используемых

подземных вод составляет около 2,0 мрд. м³.

С учетом степени современного совершенствования перспективного использования, и исключая гидравлически связанную часть их с речными стоками, возможным к использованию можно принять до 7 мрд. м³ в год.

Оценку народнохозяйственной необходимости разработки тем необходимо определять численными кри­териями, простейшим из которых является критерий эко­номической эффективности (формула 13):

kэ = Эп/Зи,

(13)

где Э_п — предполагаемый экономический эффект от внедрения;

З_и — затраты на научные исследования.

Чем больше значение k_э, тем эффективнее тема и вы­ше ее народнохозяйственная эффективность. Однако критерий k_э не учитывает объем внедряемой продукции, период внедрения, поэтому более объектив­ным является критерий, вычисляемый по формуле 14:

kэ = Cг√T/3o,

(14)

где С_г — стоимость продукции за год по­сле освоения научного исследования и внедрения в про­изводство;

Т — продолжительность производственного внедрения в годах;

3_о — общие затраты на выполнение научного исследования, опытное и промышленное осво­ение продукции и годовые затраты на ее изготовление по новой технологии.

Лекция  9. Речные бассейны Республики Казахстан

Цель лекции: ознакомить с речными бассейнами Республики Казахстан.

Балхаш-Алакольский речной бассейн.

1) Общая характеристика Балхаш-Алакольского бассейна (БАБ): территория - 400 тыс. км²; координаты - 73-83⁰ ВД, 43-48⁰ СШ; численность населения - 2,8 млн. чел.; расселение — городское население 1,7 млн. чел. в 35 городах и поселках городского типа,  сельское 1,1 млн. чел. - 1050 сельских населенных пунктов; крупные города — Алматы, Талдыкорган, Балхаш; площадь сельхозугодий — 31,0 млн. га.; административное устройство: Алматинская область, части Карагандинской, Жамбылской и Восточно-Казахстанской областей.

2) Водные ресурсы Балхаш-Алакольского бассейна.

Поверхностные водные ресурсы: более 50 тысяч рек и мелких водотоков, 95% водного стока сосредоточено в 450 реках;  около 24 тыс. озер и искусственных водоемов; основная водная артерия бассейна — р. Или, главные озера —  водоприемники: оз. Балхаш, оз. Алаколь.

Трансграничные водные ресурсы — 50% от общего объема (КНР).

Тобол-Торгайский речной бассейн.

В зону обслуживания Тобол - Торгайского БВУ входит Костанайская область и Иргизский региональный участок Актюбинской области, в пределах бассейнов рек Тобол, Торгай и Иргиз. Общая площадь обслуживаемой территории составляет 283 тыс. км². Численность населения в зоне обслуживания 1050,0 тыс. чел, 3,7 человек/км². В зоне обслуживания насчитывалось (на 01.01.2006 г.) 19 районов, 4 города и 297 сельских акиматов.

Главными водными артериями ТТБВУ являются реки Тобол, Торгай и Иргиз с их притоками. Насчитываются длиной от 10 до 50 км – 290 водотоков; реки длиной до 100 км – 21; до 200 км – 13; 300 км- 4; до 500 км – 2 (Убаган, Уй); до 1000 км – 2 (Торгай, Иргиз) и более 1000 км – 1 (Тобол).

По характеру поверхности делят на четыре района: Зауральское плато, Костанайская равнина, Торгайская столовая страна, Западная окраина казахской складчатой страны. В пределах ТТБВУ находится более 5000 озер, суммарная площадь которых составляет около 3% общей площади территории БВУ. 80% озер имеют площадь зеркала менее 1 км², около 20% озер в северной части и 60% в южной части относятся к соленым водоемам. Самые крупные водохранилища и озера – 3 (Верхнее-Тобольское водохранилище с емкостью – 816 млн. м³, Каратомарское водохранилище с емкостью – 586 млн. м³ и озеро Кушмурун с емкостью выше 500 млн. м³ и площадью (зеркало 460 км²); с емкостью озер до 500 млн.м³ – 7 озер и до 100 млн. м³ – 8 озер, остальные мелкие.

Иртышский речной бассейн.

В бассейне р. Иртыш проживает 2,5 млн. человек. Здесь расположены крупные промышленные центры: Усть-Каменогорск, Семипалатинск, Павлодар, не говоря уже о многочисленных малых городах и поселках.

Из реки Иртыш по каналу им. К.И. Сатпаева осуществляется водоснабжение Центрального Казахстана, включая столицу республики г. Астану.

Река Иртыш — как водный объект, является трансграничной рекой и имеет статус особо государственного значения. В бассейне Иртыша насчитывается 788 рек, из них 13 рек протяженностью более 200 км и 775 рек (протяженностью менее 200 км), которые относятся к категории малых рек, общей протяженностью 17,7 тыс. км. Самым крупным притоком р. Иртыша на территории Казахстана является р. Бухтарма, ее длина 405 км, среднемноголетний сток 243 м^З/сек, площадь водосбора 15485 км², в ее бассейне учтено 124 реки суммарной длиной 2919 км.

Второй по водности приток Иртыша — река Уба, длиной 286 км. Среднемноголетний расход реки 170 м^З/сек, площадь водосбора 9952 км^З. В бассейне реки Убы учтено 92 реки суммарной длиной 1998 км. К средним рекам так же относятся р. Курчум, р. Ульба.

Реки Южного Алтая менее многоводны, чем реки правобережья. Наиболее крупные реки — Каба, Алкабек. Еще меньшая водность у левобережных притоков Иртыша — Чар, Кендерлык, Уйдене, Кандысу, Большая Буконь, Кокпекты, Кызылсу. Среднемноголетняя водность рек бассейна составляет 33,8 км³ в год.

В Восточном Казахстане насчитывается 1967 озер общей площадью 896 км², объемом около 6,8 км³ (без оз. Алаколь, Сасыкколь). Из общего количества озер области — 91 имеет площадь более 1 км².

Особое место из всех озер Восточного Казахстана занимает озеро Маркаколь. На территории Павлодарской области насчитывается 398 озер площадью более 11 км², из которых 74 пресных, остальные соленые.

Наиболее крупным естественными водоемами с площадью зеркала более 50 км² являются соленые озера Кынызак, Жалаулы, Аги булат, Маралды, Шурексор и другие. Из пресных озер наиболее крупными являются озера Сабындыколь, Жасыбай, Тмуберты, Аумикуль, Карасук, Айнак, Такенсор.

Максимальное наполнение Бухтарминского водохранилища наблюдалось во второй декаде июля месяца 1994 года и объем его составил 47,51 км³. Минимальный объем 18,81 км³ (мертвый объем).

Объем попуска в 2005 году по предварительным расчетам составил 16,89км³. Объем Бухтарминского водохранилища на 1 января 2006 года — 34,18 км³, на 1 января 2005 года 32,13 км³.

Усть-Каменогорское водохранилище находится в 1 км выше по течению от впадения в реку р. Иртыш левого притока р. Аблайкетка. Водохранилище русловое, регулирование стока недельно - суточное. Назначение водохранилища — комплексное. Принято в промышленную эксплуатацию 1961 года. Объем водохранилища при НПУ равен 655 млн. м³. Максимальнос колебание уровня воды — 1 м.

Площадь зеркала 38 км², протяженность береговой линии 180 км. В состав сооружений гидроузла входят: бетонная плотина, здание приплотинного типа с 4 агрегатами мощностью 332 MВт и одно отверстие для холостого сброса, судоходный шлюз шахтного типа.

Объем попуска в 2005 году составил 17,22 км³. Шульбинское водохранилище находится в 3 км выше села Баженово. Водохранилище русловое, ведет сезонное регулирование боковой приточности на участке между Бухтарминской и Шульбинской ГЭС. Назначение водохранилища комплексное. В состав сооружений гидроузла входят русловое здание с 6 агрегатами мощностью 702 МВт, совмещенное с 12 донными водосбросами, земляная русловая плотина и судоходный шлюз. Гидроузел Шульбинской ГЭС построен в 1987 году.

Арало-Сырдарьинский речной бассейн.

Арало-Сырдарьинское бассейновое водохозяйственное управление, являясь территориальным подразделением Комитета по водным ресурсам МСХ РК, осуществляет свою деятельность по государственному управлению, регулированию использования и охраны водных ресурсов на территории 250 тыс. км² бассейна реки Сырдарья, общая площадь которого составляет 444 тыс. км² (остальная территория принадлежит Республикам Кыргызстан Таджикистан и Узбекистан). Арало-Сырдарьинский водохозяйственный бассейн  охватывает территорию Кызылординской и Южно-Казахстанской   областей, которые почти  полностью размещены в бассейне реки Сырдарья и входят в четыре ее водохозяйственнные районы: среднего течения - Голодная степь Республики Казахстан с площадью - 2,0 тыс. км², Чирчик - Ангрен -Келесский (ЧАКиР) - с площадью 12 тыс. км², Арысь-Туркестанский (АрТур) - с площадью 28 тыс. км² и нижнее течение - с площадью 208 тыс. км², которые относятся к зоне пустынь, климатическими особенностями которой является резкая континентальность, высокие летние температуры, весьма ограниченное количество атмосферных осадков, ветра северо-восточного и северного направления. В этих условиях водное хозяйство является одним из базовых отраслей, от успешного функционирования которого зависит стабильность всей экономики, жизнеобеспечение населения и устойчивость окружающей природной среды.

В зоне деятельности Арало-Сырдаринского БВУ насчитываются 120 малых рек и 18 водохранилищ. Река Сырдарья главная водная артерия бассейна. В верхнем течении она  протекает по территории Киргизии, Таджикистана, Узбекистана, где используется на нужды промышленности, сельского хозяйства, а также  населения и принимает их сточные воды. На территории Южно-Казахстанской области принимает 2 притока - реки Келес,  Арысь и коллекторно-дренажные воды с рисовых и хлопковых полей. Ниже впадения р. Келес, р. Сырдарья зарегулирована Шардаринским водохранилищем, которое внедрялось, как и все водохранилища Нарын-Сырдаринского каскада с приоритетной целью водообеспечения сельского хозяйства.

Отличительной особенностью водного хозяйства данного региона является комплексный характер использования водных ресурсов. Основным потребителем воды является орошаемое земледелие – свыше 90% всего используемого объема. Сложность проблемы по управлению водными ресурсами реки Сырдарьи заключается в ее межгосударственном характере, специфической особенностью которой можно назвать то обстоятельство, что около 125 лет река протекала в пределах территории одного государства - сначала  Российской империи, а затем-Советского Союза. Примером неразумного управления водным ресурсом реки Сырдарья может служить обнаженное дно Аральского моря.

Шу-Таласский речной бассейн.

Шу-Таласский гидрографический бассейн расположен, в основном, на территории Жамбылской области и частично Созакского района Южно-Казахстанской области.

Главные реки Шу, Талас являются трансграничными, сток которых, в основном, формируется на территории Кыргызской Республики (КР). Река Шу - площадь бассейна – 67,5 тыс. км², в том числе на территории Казахстана – 40,9 тыс. км²; протяженность реки – 1186 км, в том числе на территории Казахстана – 850 км; годовой сток – 6,64 км³, из них формируется в РК – 1,64 км³. Река Талас - площадь бассейна – 52,7 тыс. км², в том числе на территории Республики Казахстан – 41,27 тыс. км²; протяженность реки – 661 км, в том числе на территории Республики Казахстан – 444 км.; годовой сток – 1616 млн. м³; из них формируется в РК –92 млн. м³.

Водные ресурсы трансграничных рек Шу и Талас являются одним из важнейших факторов, обеспечивающих устойчивое социально-экономическое развитие и экологическое равновесие на территориях обоих бассейнов.

Урало-Каспийский речной бассейн.

Урало-Каспийский гидрографический бассейн расположен на западной части РК, охватывающий территорию четырех областей: Атырауской, Актюбинской, Западно-Казахстанской и Мангыстауской, площадь которых составляет 733 км². В регионе проживают более 2 млн. населения. Основное направление экономики – это разработка и добыча нефтегазовых месторождений, сельское и рыбное хозяйство.

В Урало-Каспийском бассейне имеются более 20 крупных и средних рек, более 40 водохранилищ объемом более одного миллиона м³ каждое, сотни малых рек длиной более 10 км, тысячи речушек длиной до 10 км, а также Казахстанская часть Каспийского моря. Протяженность береговой линии казахского побережья составляет 1600 км или 23% от общей длины береговой линии Каспийского моря.

Основные реки бассейна – Урал, Кигач (дельтовый рукав р. Волги), Большой   и  Малый  Узени,  Орь,  Илек,  Чаган   и   другие   являются   транс-

граничными реками. Если водный фонд Урало-Каспийского бассейна составляет 28 км³, не считая воды из сопредельной территории РФ поступает 21,3 км³ или 76% от всего водного фонда.

Особенностью Урало-Каспийского бассейна является то, что половина поверхностного стока воды сосредоточена в реке Кигач, которая протекает по территории Казахстана лишь в своей устьевой части, в связи с чем существенно ограничивается использование ее стока. Поэтому, основной водной артерией Урало-Каспийского бассейна является река Урал, у которой из 12,4 км³ 10,4 км³ формируется на территории РФ.

С территории РФ к нам поступает сток в среднем 10,4 км³ ежегодно, в то же время с нашей территории поступает на территорию РФ по рекам Орь и Илек около 0,625 км³ воды.

По рекам, как Большой и Малый Узени ежегодно поступает из РФ около 0,3 км³. Кроме этого, на договорной основе, т.е. на платной основе Западно-Казахстанская область получает по Саратовскому каналу и Паласовской ООС РФ – 12 млн. м³ воды.

Нура-Сарысуский речной бассейн.

Река Нура берет начало в центральной части Казахского мелкосопочника в горах Кзылтас на высоте 1100-1250 м над уровнем моря и впадает в бессточное озеро Тениз (Тенгиз) на отметке около 304 м. Общая длина реки 978 км, площадь водосбора 60,8 тыс. км². Основная часть годового стока проходит в период половодья. Река протекает через  Коргалжынские озера и впадает в озеро Тенгиз. На этой территории в 1958 году был создан Коргалжынский Государственный заповедник общей площадью 243,2 тыс. га. С 01.01.2004 года заповедник Коргалжын отнесен к охраняемым территориям категории 1 а МСОП - строго охраняемый природный заповедник. В настоящее время ему придан статус зоны мирового наследия.

Река Сарысу: общая длина реки 761 км, площадь водосбора 82 тыс. км² .

Все реки бассейнов рек Нура и Сарысу имеют преимущественно снеговое питание. Поэтому почти весь годовой сток на водотоках проходит весной – от 100% почти на всех мелких и средних притоках до 85% на основных реках.

Водные ресурсы.

Водные ресурсы территории складываются из поверхностного стока рек, поступлений иртышской воды, запасах в озерах и подземных вод.

Сток рек. Средний многолетний сток р. Нуры у с. Романовское (створ с наиболее высокой водностью реки) составляет 0,68 млрд. м³. В многоводные годы, обеспеченностью 1% (1 раз в 100 лет) расчетный годовой сток реки превышает 3 млрд. м³. В маловодные годы обеспеченностью 95% сток снижается до 0,12 млрд. м³. В бассейне Сарысу наибольший естественный сток наблюдался на гидропосту р. Сарысу - урочище Каражар – 237 млн. м³/год. Но для рек бассейна характерно снижение стока в низовьях после выхода потока из зоны формирования. Канал имени К. Сатпаева (Иртыш-Караганда). По данным службы эксплуатации канала в 2004 году из Иртыша было подано на нужды водопотребителей Павлодарской и Карагандинской областей, а также города Астаны, 312 млн. м³.

Сточные воды. Непосредственно в Нуру в 2004 году поступило 33,2 млн. м³, в Шерубайнуру 1,6 млн. м³, в приток Шерубайнуры р. Сокыр – 66,5 млн. м³ сточных вод. В реки Каракенгир и Жезды сброшено 24,7 млн. м³ с очистных сооружений г.г. Жезказгана и Сатпаева. Всего в бассейнах Нуры и Сарысу поступило 126 млн. м³ сточных вод.

Ишимский речной бассейн.

Ишимское бассейновое водохозяйственное управление занимает территорию от Центрального Казахстана, Акмолинской и Северо-Казахстанской областей общей площадью 245 тыс. км², где охватывает 85% от общей площади территории бассейна. Население 1750,9 тыс. человек, из них городское – 1720 тыс. человек. Среднемноголетний годовой сток – 2,6 км³. Располагаемый водный фонд бассейна 5,3 км³. Всего 7515 озер – 2,3 км³, водохранилища – 1,4 км³, ежегодный забор воды – 230 млн. м³, из них  подземных – 40 млн. м³.

Река Ишим берет голову из горы «Нияз» Осакаровского района Карагандинской области. Общая протяженность реки 2460 км, из них по Казахстану протекает 1940 км, является трансграничной рекой, которая является притоком Иртыша. Река по территории Казахстана зарегулирована четырьмя водохранилищами, Ишимским емкостью 8,6 млн. м³, Вячеславским объемом – 411 млн. м³, Сергеевским - 693 млн. м³ и Петропавловским водохранилищем объемом – 19,4 млн.м³. Годовой сток реки Ишим на границе РФ пост Долматова с 1995 по 2005 год составил от 400 млн. до 4100 млн. м³ воды. Из верхней части, основного русла Ишим, приток Актасты, Мойылды и Мигер в основном наполняет Вячеславское водохранилище.  Приток Колутон, Жабай, Терсакан, Аккалбулук, Иманбулук и другие притоки в основном наполняют Сергеевское водохранилище, после проектного набора объема автоматическим образом излишняя вода транзитом проходит в Россию.

Лекция  10. Гидрологическое прогнозирование и его роль в водном хозяйстве

Цель лекции: ознакомить с современными условиями функционирования различных водохозяйственных систем и комплексов во многом зависящими от достоверности прогнозов природных явлений.

Все большее значение прогнозирование в особенности элементов водного баланса: поверхностного стока, осадков и испарения, будет приобретать в будущем в связи с возрастающим значением еще более рационального и экономического использования воды.

Существующая система прогнозирования дает долгосрочные и краткосрочные прогнозы:

Долгосрочные прогнозы, предсказываемые на несколько месяцев вперед, позволяют планировать наиболее оптимальное распределение водных ресурсов, особенно в районах с напряженным водохозяйственным балансом. В частности, это бывает необходимо для попусков воды в нижний бьеф гидроузлов, (р. Иртыш), чтобы обеспечить интересы природного комплекса (Ишима), сельского и рыбного хозяйства, гидроэнергетики и судоходства, а так же при распределении водных ресурсов и назначения режимов работы водохранилищ в бассейне Сырдарьи, Или и др. рек. Сведения о предполагаемом притоке в водохранилище позволяют эффективнее использовать его полезный объем. Так, если предполагает большой приток, то следует обеспечить сработку водохранилища до наступления весеннего паводка, что позволить устранить холостые сбросы воды и расходовать ее запасы достаточно эффективно. Если приток по прогнозу незначителен, что заранее ограничивают сработку, чтобы к концу прохождения паводка водохранилище было бы заполнено до максимальной отметки. В этом случае можно будет заранее принять меры по частичному ограничению потребностей

в воде отдельных участников водохозяйственного комплекса.

Долгосрочные прогнозы дают возможность своевременно принять меры по уменьшению убытков, причиняемых вредным воздействием вод. Сюда относятся наводнения, засухи, селевые потоки, зажоры и заторы льда на реках и т.д. Для определения створов речной сети приводятся экстремальные уровни и расходы воды, соответствующие наиболее опасным периодам, что позволяет детализировать схему защитных мероприятий и принимать достаточно обоснованное решение по борьбе с водной стихией.

Краткосрочные прогнозы содержит информацию о предполагаемом состоянии водных ресурсов на несколько дней вперед. Эти прогнозы в основном используют для оперативных решений, обеспечивающих наиболее рациональное использование воды или безопасную эксплуатацию водохозяйственных систем и отдельных их элементов.

К наиболее важным прогнозам относятся: прогнозы месячного, квартального и сезонного притоков воды ко всем крупным водохранилищам комплексного и энергетического назначения; прогнозы стока рек в районах орошаемого земледелия за вегетационный период и более кратковременные;  долгосрочные прогнозы максимальных уровней рек во время весенних и летне-осенних паводков; краткосрочные прогнозы уровней расходов рек на протяжении паводков; прогнозы начала ледостава и вскрытия водотоков и водоемов.

Водохозяйственные балансы составляются обычно для рек или их участков, в пределах которых предполагается осуществление различных водохозяйственных комплексов. Для того, чтобы сопоставить имеющиеся водные ресурсы с запросами различных отраслей народного хозяйства и природного комплекса, составляют водохозяйственные балансы (см. рисунок 1).

В целях упрощения схемы рассмотрим все составляющие применительно к правобережной части территории. Соответствующими стрелками условно обозначены следующие величины:

W5 = W1 – W3 + W4;

(15)

W₁ - общий расход воды, потребляемый различными отраслями народного хозяйства;

W₂ - общий возвратный расход воды, который поступает обратно в реку (после использования);

W₃ - часть возвратного расхода воды, который может быть использован повторно в границах 1 района; этот расход может быть представлен W₃ = а W₂, где "а" - некоторый коэффициент, равный 0.1 - 0.5;

 

Рисунок 1 –  Составляющие водохозяйственного баланса

I, II - номера районов, для которых разрабатываются водохозяйственные балансы.

W₄ - наименьший допускаемый расход в реке, устанавливаемый исходя из требований санитарии, судоходства, отдыха и для разбавления сточных вод;

W₅ - требуемый минимальный расход воды на рассматриваемом участке реки, который должен поддерживаться в маловодный год  с  обеспеченностью

95%;

W₆ - общие потери воды на расчетном участке в пределах I района:

W6 = W1 - W2.

(16)

Поступление воды в данную территорию может быть представлено в виде:

V1 = V1' + V1" + V1'" + V1"",

(17)

где V₁' - естественный приток поверхностных и подземных вод с соседних водосборов;

V₁" - поступление возвратных вод с вышерасположенных участков;

V₁"' - поверхностный и подземный стоки, формируемые в границах собственного водосбора;

V₁"" - переброска воды из соседних речных бассейнов.

Общий объем воды, который может быть получен за счет использования водохранилищ, расположенных в границах рассматриваемого района, обозначим через V₂  (см. формулу 18)

V2 = V2’ – V2’’ + V2’’’,

(18)

где: V₂’ - сработка водохранилищ;

V₂’’ - наполнение водохранилищ;

V₂’’’ - потери воды на фильтрацию и испарение.

Таким образом, общий объем зарегулированного стока:

V3 = V1 – W3.

(19)

Расход воды в русле реки, который будет поступать в район II:

V4 = V3 – W6.

(20)

Избыток располагаемого стока сверх наименьшего допускаемого расхода в реке:

V5 = V4 - W4.

(21)

Все большее значение приобретают прогнозы качества воды в особенности для речных бассейнов с интенсивным использованием водных ресурсов.

Детальнейшее совершенствование и развитие системы прогнозирования будут базироваться на расширении исследований по изучению: продолжительности и интенсивности снеготаяния; формирования поверхностного и подземного стока, теплообменных процессов в природных водах и атмосфере и т.д.

 

Лекция  11. Водопользование и водопотребление

 

Цель лекции: ознакомить с классификацией водопользования,  особенностью формирования и факторы влияющие на водопотребление.

К водопользователям относятся участники ВХК, использующие природные воды как сырые, в состав включают – промышленные, сельскохозяйственные, питьевое водопотребление, ирригацию.

К водопользователям относятся участники ВХК, использующие воды как среда обитания, в качестве путепровода, в состав включают – лесосплав, водный транспорт. Водопользование – это использование воды без отбора, в результате чего не создаются возвратные воды.

Основные показатели водопользования:

- степень изменения режима рек и водотоков по отношению к естественному и степень влияния на качество воды в реках.

По отношению к гидроэнергетике – это обстоятельство проявляется в повышении уровня вод в верхнем бьефе и уменьшении такого в нижнем,  интенсивной сработке уровней воды в осенне-зимний период, осветлении вод в верхних бьефах и размыве речного дна рек после плотин, изменению температурного режима воды.

У водной рекреации – это проявляется в загрязнении нефтепродуктами акватории рек и водоемов от моторных лодок и теплоходов, а также бытовыми отходами, поступлении в воду дополнительных органических веществ при корме рыб, купании.

Водопотребление – использование воды с отбором из реки, в результате чего образуются возвратные воды. Основные показатели водопотребления: полное и безвозвратное потребление воды для орошаемого земледелия; степень возврата (в орошаемом земледелии процент возврата воды в реку составляет 20-30%);  степень влияния на качество воды в реке.

Водохозяйственный комплекс.

Под водохозяйственным комплексом следует понимать систему технических и социально-экономических мероприятий по использованию водных ресурсов в интересах развития участников этого комплекса исходя из запросов народного хозяйства.

В современном представлении каждый водохозяйственный комплекс должен удовлетворять следующим основным условиям: наиболее рационально обеспечить запросы участников комплекса как по количеству используемой воды, так и по ее качеству; не допускать ухудшение природных условий и гарантировать охрану водотоков и водоемов от загрязнения и истощения; обеспечить наиболее высокую экономическую эффективность для всех участников комплекса; гарантировать надежную систему эксплуатации всей совокупности водохозяйственных сооружений.

Водоснабжение городов и сельских населенных пунктов.

Вода в коммунальном хозяйстве расходуется для удовлетворения питьевых и других нужд населения, работы разливных предприятий бытового обслуживания, поливки улиц, в противопожарных целях.

По мере роста плотности населения и культуры городов и населенных пунктов возрастает и количества воды, расходуемой на одного жителя. Нормы хозяйственно-питьевого водопотребления устанавливаются в соответствии с действующими нормативами в зависимости от численности населения и степени благоустроенности зданий. Водопотребление в населенных пунктах меняется в течение года. Наибольшие объемы воды расходуются в летнее время, когда население часто пользуются ваннами и душами и производится поливы улиц и зеленых насаждений.

Расходование воды в течение суток также неравномерно. Наибольшее количество воды потребляется в середине дня и наименьшее ночью. С каждым годом возрастает общая протяженность коммуникаций сельскохозяйственного водоснабжения. В Казахстане построено около             20 тыс. км магистральных и более 30 тыс. км внутри поселковых и локальных трубопроводов, много насосных станций, очистных сооружений и установок по улучшению качества воды. Наиболее крупными групповыми водопроводами являются — Ишимский, Булаевский, Нуринский, Селетинский и ряд других. Канал Иртыш-Караганда наряду с обеспечением потребностей

промышленных центров поднял воду для населения сельских районов.

Водопользование в промышленности.

Развитию промышленного производства сопутствуют увеличение водопотребления. Кроме прямоточного водоснабжения промышленных предприятий, принимают различные схемы оборотного водоснабжения           (см. рисунок  2), которые обеспечивают значительную экономию природных вод.

1 - цех; 2 - насосная станция; 3 - напорный трубопровод; 4 - спе­циальные сооружения для охлаждения воды; 5 - трубопровод подачи «свежей» воды;    6 - самотечный трубопровод; 7 - первая группа насосов; 8 - вторая группа насосов; 9- напорный трубопровод; 10- самотечный трубопровод.

Рисунок 2 - Схема оборотного водоснабжения промышленного предприятия

Таким образом, вода, используемая в производстве, - составная часть выпускаемой продукции (полностью или частично). Кроме того, ее можно использовать и на вспомогательные цели, обеспечивая производственный процесс.

Многие отрасли промышленности используют воду в качестве основного элемента производственного процесса: энерго- или теплоносителя, рабочей среды и т.д.; для ряда производства вода необходима как технологический компонент - при варке, разбавлении, выщелачивании, кристаллизации. Большинство химических предприятий используют воду как реагент; при изготовлении изделий из цемента, глины, извести вода является компонентом. На территориях промышленных предприятий вода необходима также и для непроизводственных целей: санитарно - гигиенических условий, для пожаротушения.

Предприятия черной и цветной металлургии, химической, целлюлозно-бумажной и др. отраслей промышленности являются более водоемкими. Одновременно увеличивая и количество отработанной воды, содержащей соли цинка, свинца, никеля, фторидные и другие соединения; попадая в водоприемники, она загрязняет их.

Отходы нефтеперерабатывающей промышленности образуют на поверхности водоемов пленку, препятствующую проникновению кислорода. Для сокращения и предотвращения загрязнения природных вод необходимо кардинальное изменение технологических схем циркуляции воды на предприятиях. Значительные объемы воды потребляются тепловыми (ТЭС) и атомными (АЭС) электростанциями, которые оказывают влияние на водные экосистемы, и в первую очередь на их тепловой режим. Для защиты водных источников от тар называемого теплового загрязнения необходимо активнее внедрять на ТЭС системы оборотного водоснабжения.

В промышленности особое место занимает гидроэнергетика, являющаяся основным водопользователем речного стока. Гидростанции все больше удовлетворяют потребности в энергии в часы пик. Необходимые расходы воды для тепловых электростанций обычно определяются на 1 квт установленной мощности расходуются от 0,16 до 0,45 м³/ч воды. Большие значения относятся к малым турбинам среднего давления, а меньшие величины — к крупным турбинам высокого давления. Современные агрегаты рассчитаны на сверхкритические параметры пара при температуре его 580-600⁰С и при давлении 240-260 кПа. Принимая мощность тепловой электростанции 2400 МВт и средний расход воды на 1 кВт равным 0,15 м³/ч, получим общий расход 100 м³/с (целая река).

Для обеспечения водоснабжения современных крупных тепловых электростанций их стараются расположить на берегах крупных рек, водохранилищ в прибережной морской зоне. При этом схема водоснабжения может быть прямоточной.

Однако в ряде случаев тепловые электростанции приходится располагать непосредственно у месторождений топлива и очень часто в условиях ограниченных водных ресурсов (Экибастузская ГРЭС), что вызывает необходимость перехода к оборотным системам водоснабжения.

Использование водной энергии.

Существенную роль в энергетическом балансе страны играют гидроэлектрические станции, которые по сравнению с другими электростанциями обладают значительными преимуществами: прежде всего, отпадает постоянная необходимость добычи, подвозки, подготовки и подачи топлива, обеспечиваются лучшие условия для охраны водных ресурсов и природы. В отличие от других энергетических ресурсов гидроэнергия не иссякает, а постоянно возобновляется.

Величина мощности, развиваемой потоком, может быть определена по зависимости:

(23)

где Q - средний годовой расход реки (м³/с) на данном участке реки;

H - падение реки на участке, (м).

Гидростанции отличаются возможностью полной автоматизации, высоким коэффициентом гидроресурсов, большой маневренностью оборудования малыми трубопроводами при эксплуатации.

Себестоимость электроэнергии, вырабатываемой ГЭС, намного меньше себестоимости энергии, получаемой от тепловых и атомных электростанций.

При строительстве гидростанции решается много хозяйственных задач. Плотины, создающие напор на гидростанциях, образуют водохранилища. Вода из них расходуется для выработки электроэнергии, орошения, обводнения и водоснабжения. Подъем воды, позволяет использовать их для судоходства, а периодические попуски воды вниз по течению дают возможность поддерживать требуемые для судов глубины.

Водные рекреации.

Восстановление сил человека, израсходованных в процессе трудовой деятельности, осуществляется в период отдыха — рекреации. Потребности населения в рекреации возрастают с углублением научно — технической революции. Зоны активной рекреационной деятельности людей определяются побережьями морей, озер, рек, водохранилищ. При анализе составляющих водного хозяйства рекреацию следует рассматривать как важного участника водохозяйственного комплекса и проводить соответствующую технико-экономическую оценку этого вида водопользования.

 

Лекция  12.  Регулирование водных ресурсов

 

Цель лекции: представить виды регулирования водных ресурсов.

Формы регулирования водных ресурсов весьма многообразны. Рассмотрим различные формы регулирования водных ресурсов.

Объем воды из рек и водоемов производится для удовлетворения потребностей водоснабжения, рыбоводства, орошения, обводнения и энергетики. Для этого сооружают водозаборы в виде шлюзов - регуляторов при небольших расходах воды или же плотины с рядом пролетов, перекрываемых затворами. Такие устройства обеспечивают самотечную подачу воды к местам ее потребления. Для этих же целей довольно часто приходится строить насосные станции.

Водохранилища являются более распространенным видом регулирования стока. Возведение плотин и дамб дает возможность аккумулировать большие объемы воды, используемые многими участниками водохозяйственного комплекса.

Переброски стока из других бассейнов осуществляется для покрытия дефицита водных ресурсов в районах с возрастающими потребностями в воде. Эта форма регулирования стока получает все большее распространение, особенно при реализации перспективных водохозяйственных планов. Транспортировка воды из одного речного бассейна в другое решается посредством каналов и туннелей в сочетании с различными гидротехническими сооружениями.

Аккумулирование местного стока чаще всего проводится в зонах неустойчивого и недостаточного увлажнения с тем, чтобы использовать поверхностный сток со сравнительно небольших водосборов в периоды весеннего снеготаяния и летне-осенних дождей. Для этого строят невысокие плотины или дамбы или же устраивают низкие земляные валы, которые образуют так называемые лиманы. Обычно объем собранной воды расходуется в течении одного сезона для орошения и рыбоводства. Иногда к этой форме мероприятий относят и снегозадержание, выполняемое в виде снежных валов, способствующих задержке талых вод. Лианы и снегозадержание обеспечивают однократное или влагозарядное орошение.

Изменение морфометрических элементов рек часто называют регулированием рек. Оно проводится чаще всего в интересах судоходства для обеспечения необходимых размеров поперечного сечения и радиусов закругления речных русел; иногда это бывает необходимо при строительстве осушительных систем и выполнении некоторых других гидротехнических работ. Регулирование рек выполняется различными путями. В случае недостаточных глубин производят углубление и расчистку дна. При значительной извилистости русла прибегают к его спрямлению на отдельных участках, а иногда и на значительном протяжении. Для создания достаточно устойчивой и правильной формы поперечного сечения потока строят   различ-

ные выпрямительные сооружения в виде струенаправляющих и водостеснительных дамб.

Проведение перечисленных мероприятий по регулированию рек всегда сопровождается значительными изменениями в их режиме, отвечающими интересам водопользователей.

Регулирование водных ресурсов в пределах речного бассейна или его части не должно вызывать ухудшения природных условий, и в первую очередь гидрологического режима рек и водотоков.

Регулирование водных ресурсов водохранилищами.

Ввиду больших колебаний речного стока во времени, зависящих от метеорологических условий и необходимости удовлетворения интересов различных отраслей народного хозяйства, приходится создавать водохранилища. Они в наилучшей степени обеспечивают регулирование водных ресурсов, накапливая их в периоды паводков и давая возможность рационально использовать их во время маловодья.

При проектировании, создании и эксплуатации водохранилищ различают следующие виды регулирования стока: суточное; недельное;  сезонное или годичное; многолетнее; специальные.

При суточном регулировании производится перераспределение сравнительно равномерного притока воды в течение суток для удовлетворения изменяющихся потребностей участников водохозяйственного комплекса. Суточное регулирование весьма распространенно, оно обеспечивает в первую очередь запросы гидроэнергетики, судоходства и водоснабжения. В часы с малым потреблением вода аккумулируется в водохранилище и расходуется в часы с наибольшей потребностью. Обычно при этом виде регулирования уровень воды в водохранилище к концу суток занимает исходное положение.

Суточное регулирование позволяет значительно уменьшить пропускную способность и мощность водозаборных сооружений предназначенных для водоснабжения различных объектов, что в свою очередь, дает возможность снизить затраты на строительство.

Недельное регулирование имеет целью обеспечить неравномерное потребление воды в течение недели. Соответственно производятся накопления притекающих объемов и расходование их в наиболее напряженные дни. Это весьма важно для энергетики и водоснабжения, для которых выходные и праздничные дни характеризуются резким сокращением потребления энергии и воды. Вместе с тем в навигационный период в эти дни могут потребоваться дополнительные объемы на шлюзование в связи с большим числом пассажирских и туристических судов. Сезонное или годичное, регулирование производится для перераспределения стока из многоводных сезонов года в маловодные. Многолетнее регулирование позволяет выравнивать сток на протяжении ряда лет. При этом происходит накопление воды в многоводные годы и расходование ее в маловодные годы.

Этот вид регулирования по сравнению с рассмотренными раннее является наиболее совершенным и в наилучшей степени удовлетворяет противоречивые запросы различных участников водохозяйственного комплекса. При многолетнем регулировании полный цикл колебаний уровней завершается на протяжении ряда лет, поэтому к концу каждого года они не будут возвращаться к первоначальному положению. Для многолетнего регулирования, по сравнению с другими видами регулирования, нужны гораздо большие полезные объемы. Это объясняется тем, что приходится выравнивать колебания стока не только в пределах одного года, но и на протяжении ряда лет.

Специальное регулирование может осуществляться в различных формах. Оно проводится, прежде всего, в тех случаях, когда график потребления воды некоторыми участниками водохозяйственного комплекса не является определенным. В частности, это относится к лесосплаву, для которого помимо суточного и недельного регулирования приходится осуществлять дополнительные попуски воды, с тем, чтобы поддержать нужные глубины и скорости течения. Большое значение имеет перерегулирование стока в пределах речного бассейна (пример: бассейн р. Сырдарьи). Так, водохранилища, расположенные в верховьях реки, могут, как правило, использоваться для нужд гидроэнергетики, поскольку там можно обеспечить большие напоры.

Комплексный гидроузел.

Под комплексным гидроузлом следует понимать совокупность гидротехнических сооружений, предназначенных для планомерного удовлетворения запросов всех участников водохозяйственного комплекса.По мере развития народного хозяйства и все возрастающего спроса на воду происходит постепенное усложнение комплексных гидроузлов; непрерывно совершенствуются их элементы, разрабатываются более прогрессивные конструкции.

Основой большинства комплексных гидроузлов является плотина, которая создает напорный фронт, образующий водохранилище. Длина, высота и поперечные размеры плотин назначают исходя из топографических, геологических и гидрологических условий в соответствии с требованиями ведущих участников водохозяйственного комплекса; чаще всего это гидроэнергетика, орошение, водоснабжение и природный комплекс.

При решении вопросов гидроэнергетики в состав напорного фронта входит здание гидростанции. Подвод воды к нему со стороны верхнего бьефа осуществляется через водоприемные отверстия, а отвод воды в нижний бьеф - через отсасывающие трубы.

В состав комплексных гидроузлов, учитывающих запросы орошения, входят также водозаборные сооружения. Они могут быть выполнены в виде шлюза-регулятора или водосливной плотины, размещаемых в голове ирригационного канала, берущего свое начало в  непосредственной   близости

от гидроузла (Кзыл-Кумский канал Шардаринского гидроузла).

В случае невозможности самотечной подачи воды для орошения на берегу образованного водохранилища размещают насосные станции различной мощности (Капшагайский гидроузел). Аналогично решаются проблемы водообеспечения промышленных предприятий, расположенных в зоне водохранилища.

Переброска водных ресурсов из других бассейнов.

По мере развития народного хозяйства все заметнее ощущается дефицит воды и в первую очередь в крупных промышленных районах. Удовлетворение потребностей за счет местных весьма ограниченных водных ресурсов не дает желаемых результатов, вследствие чего приходится осуществлять переброску стока на различные расстояния. Она может проводиться из одного речного бассейна в другой или же из реки в безводные районы.

Примером переброски стока могут служить канал Иртыш-Караганда, Большой Алматинский канал.

Осуществление перераспределения стока связано с решением большого комплекса весьма сложных задач. В их числе вопросы изменения качества воды и климата по трассам перебросок, а также в устьях рек, из которых  будет осуществляться забор воды; наиболее рациональное использование перераспределяемых водных ресурсов; всемерного уменьшения потерь воды в пути; сельскохозяйственного освоения новых земель и др.

 

Лекция 13. Основные водохозяйственные проблемы Республики Казахстан

 

Цель лекции: дать концепцию и стратегию национальной водохозяйственной политики, наиболее важные программы и проекты по ее реализации.

По некоторым оценкам, через 30 лет около трети населения земного шара будут испытывать постоянную нехватку воды.

Причины этого очевидны: рост потребности по мере интенсивного увеличения численности населения; ухудшение качества существующих водных запасов в результате загрязнения среды; увеличение потребности в воде стремительно развивающихся промышленности и сельского хозяйства.

Общемировое потребление пресной воды ежегодно возрастает на 2-3%.

Известно, что запасы пресной воды не безграничны. Поэтому в условиях возрастающей потребности в ее количестве и увеличения разнообразия видов ее использования необходимость охраны водных ресурсов и рационального управления ими становится как никогда актуальной. Ведь серьезные разногласия по поводу использования скудеющих запасов воды могут в итоге привести к не менее серьезным конфликтам между странами.

Все настойчивее становятся требования повысить качество окружающей среды и снизить риск для здоровья людей.

В мире, более 1 млрд. человек не имеют возможности пользоваться безвредной для здоровья водой, а 1,7 млрд. человек живут в недопустимых санитарных условиях. Загрязненная и зараженная вода ежегодно становится причиной гибели миллионов (3 млн.) людей. Поскольку загрязнение воды представляет собой серьезную и повсеместно распространенную проблему, ее очистка является делом первостепенной важности. Этот процесс напрямую связан с целым комплексом научных, технических, экономических и политических факторов и не имеет национальных, региональных и международных границ.

Выявленные тенденции показывают, что в настоящее время в ряде регионов назревает водный кризис. Его приближение наиболее ощутимо на Ближнем Востоке и в Северной Африке, где годовое потребление воды на душу населения составляет – 1247 м³, если сравнить его с 18742 м³ в Северной Америке и 23103 м³ в Латинской Америке, в Казахстане 2500-2700 м³. В ближайшем будущем главным препятствием развитию сельскохозяйственного производства (и др.) во многих районах станет нехватка воды, а не земли.

Во многих странах дефицит воды объясняется ее расточительным использованием водных ресурсов. Потери воды вследствие утечек, фильтрации и ненадлежащего учета составляют от 40 до 60 %.

Для сохранения запасов пресной воды требуется скоординированная деятельность множества различных организаций. Помочь в преодолении некоторых из этих препятствий могут просвещение, подготовка кадров и укрепление местных организаций и руководящих учреждений.

Экономические, политические, экологические и социальные аспекты проблемы.

В грядущем тысячелетии, осуществляя программу устойчивого развития, нам предстоит выработать новый подход к проблеме использования водных ресурсов, с тем, чтобы преодолеть эти ошибки, ликвидировать нищету и сохранить окружающую среду.

Этот новый подход должен: обеспечить целостное решение количественного и качественного аспектов проблем комплексного водопользования; объединить в единое целое земледелие и рациональное потребление водных ресурсов; признать воду в качестве экономического достояния и поощрять мероприятия по ее рациональному использованию;  способствовать внедрению новых разработок и подходов, предусматривающих участие всех заинтересованных сторон; уделять особое внимание деятельности направленной на улучшение условий жизни и качества окружающей среды.

Реализация такого подхода позволит укрепить практику речными бассейнами. Обеспокоенность по поводу количества и качества воды, которые рассматривались раздельно, должна стать единой проблемой всего мирового сообщества, требующей согласованного регулирования и решения.

Для осуществления нового подхода потребуются: стратегии, которые должны разрабатываться не для отдельных направлений, а для всего комплекса; оперативные мероприятия, которые должны быть нацелены не на исправление, а на предупреждение; инвестиции, которые должны быть не дополняющими, а стратегическими; технические достижения, которые должны быть не экспериментальными, а активно внедренные в повседневную практику.

Стратегии.

Проблемы водопользования должны решаться системно. Следует прекратить практику управления водохозяйственной деятельностью в отдельных секторах, исходя из конкретных видов использования воды. На смену ей должна прийти комплексная система рационального использования водных ресурсов. Если мы хотим, чтобы эта система работала устойчиво, крайне важно добиться координации между различными секторами пользователей.

Оперативные мероприятия.

При новом подходе особое значение придается, прежде всего, на предотвращение возникновения проблем и более эффективно использовать имеющиеся средства. Кроме того новый подход предполагает экономное использование различных ресурсов и сведение к минимуму затрат на проведение дорогостоящих восстановительных мероприятий.

Вступающие в противоречие потребности в ограниченных водных ресурсов приводит к региональным, международным и местным конфликтам. Серьезной   причиной  конфликта   становится   трансграничное   загрязнение

водоемов, поскольку оно существенно влияет на пригодность воды к использованию.

Изменения в системе стимулирования выступают важным рычагом политики, поощряя более рациональное использование водных ресурсов. С помощью хорошо организованной системы стимулирования можно легко добиться предотвращения и уменьшения промышленного загрязнения. Необходимо содействовать мероприятиям, направленным на предупреждение загрязнений – сбросов и выбросов,  а не на ликвидацию их последствий. Для этого необходимо внедрять экологически чистые технологии, сводить к минимуму количество производимых отходов, применять оборотное и повторное использование очищенных и неочищенных стоков, соблюдать самые современные нормы технического производства и эксплуатации оборудования.

Инвестиции должны стать частью долговременных стратегий развития как для государственного, так и для частного сектора. Они должны, сбалансировано направляться как на осуществление предупредительных мероприятий с целью предотвращения  дальнейшей деградации   окружающей

среды, так и на мероприятия по восстановлению уже деградировавших экосистем. Важным принципом является возмещение издержек на использование водных ресурсов и предоставление услуг.

По оценкам Всемирного банка, в следующем десятилетии (2001-2010 гг.) общемировой объем инвестиций во все сферы водохозяйственной деятельности составит не менее 600 млрд. долларов.

Население земного шара быстро растет с 5,3 млрд. в 1990 г. до, как минимум, 8 млрд. в 2025 г. Это требует больше продуктов питания, а  следовательно и воды для орошения. В то же время требования на воду для коммунальных нужд, для промышленности также повышаются благодаря экономическому росту. С другой стороны, имеющиеся запасы питьевой воды подвергаются загрязнению коммунальными и промышленными стоками, сельскохозяйственными химикатами и неправильным использованием земель, которые уменьшают имеющиеся запасы воды.

Общее состояние и тенденции.

Республика Казахстан имеет ограниченные водные ресурсы. Во всех речных бассейнах, кроме Иртышского, наблюдается непокрываемый дефицит водных ресурсов. Они полностью вовлечены в хозяйственное использование и исчерпаны. Бассейны таких крупных рек, как Иртыш, Или, Сырдарья, Шу, Талас, Урал являются трансграничными, сток которых формируется на территории России, Китая, Узбекистана, Кыргызстана. Дефицит по среднемноголетней водности составляет  - 6,6 км³, при 95% обеспеченности (маловодный засушливый год) – 18,3 км³, из них по бассейнам рек: по Сырдарье – от 1,2 до 3,5 км³; по Уралу – от 1,7 км³; по Иртышу – с учетом будущего  обеспечения   Центральных  и  Северных   областей   и   увеличения

водозаборов на территории КНР – до 5 км³; по рекам Каратал, Тентек, Шу, Талас, Нура, Сарысу – до 2 км³.

Общий объем водопотребления по Казахстану за 1995 год составил 35,64 км³, из них: водоотведение – 8,78 км³; безвозвратное водопотребление – 26,86 км³. Основной причиной повышенного водопотребления является несовершенство техники и технологии производства и как результат большая водоемкость на единицу продукции. В административно-территориальном разрезе основные объемы забора пресной воды (км³), осуществляются в границах: Кызылординской 5,0-5,2; Южно-Казахстанской 4,5; Павлодарской 3,69; Жамбылской 3,66; Алматинской областей, включая г. Алматы 3,2-3,5.

Коммунально-бытовое водопотребление.

На коммунально-бытовые нужды ежегодно расходуется 1.3 км³. Наблюдается тенденция увеличения удельного расхода воды на одного жителя, что вызвано ростом ее потерь из-за неудовлетворительного технического состояния систем водоснабжения, недостаточно эффективными организационно-экономическими мерами по экономии воды.

Промышленное использование воды.

Промышленный сектор потребляет в среднем около 5 км³ воды в год,

при водозаборе 5.8-7.8 км³. Наибольший удельный вес в водозаборе имеют предприятия теплоэнергетики, цветной металлургии, нефтяной промышленности. Водопотребление промышленного сектора сократилось с 5.7 до 4 км³ с соответствующим снижением выпуска продукции почти по всем предприятиям республики. Расход свежей воды на единицу продукции остается высоким по причине недостаточного уровня использования повторно - оборотного водоснабжения, неудовлетворительного водопотребления.

Сельское хозяйство.

Основная доля использования воды в республике приходится на сельскохозяйственное производство – 65-75% от общего используемого объема по отраслям экономики. В целом по стране имеется 2,3 млн. га орошаемых земель, 955 тыс. га земель лиманного орошения и около 60 млн. га обводненных пастбищ. На орошение в среднем ежегодно забирается до 22 км³ воды.

 

Лекция 14. Проблемы речных бассейнов Республики Казахстан. Бассейн Каспийского моря

 

Цель лекции: ознакомить с проблемами национальной водохозяйственной политики.

Поверхностный сток Урала в среднем за год составляет 10,6 км³, и соответственно, 5,9 и 2,3 км³ в годы 75 и 95% обеспеченности. Из подземных источников в бассейне Урала забирается около 0,7 км³. Сток Куры в водохозяйственном балансе принимается равным 26,9 км³, а   сток  75  и   95%

обеспеченности -  соответственно 23,5 и 19,5 км³. Средний многолетний сток Волги в створе Волгоградского гидроузла оценен в 253 км³, соответственно, сток 75 и 95% обеспеченности оказался равным 223 и 187 км³. В настоящее время в бассейне Волги используется около 6 км³ подземных вод.

Использование подземных вод в бассейне равно примерно 2 км³. Поверхностный сток Терека составляет для среднего года 11 км³, сток 75 и 95% обеспеченности соответственно 10,1 и 7,8 км³. Использование подземных вод в бассейне оценивается величиной 0,3 км³.  Сток Сулака составляет 5,6 км³ в среднем году и 5,0 и 4,3 км³ в годы, соответственно, 75 и 95% обеспеченности (см. таблицы 14.1 и 14.2).

Устьевая часть реки Урал – уникальный природный комплекс – подвержена воздействию колебаний фонового уровня Каспия и антропогенных изменений в бассейне реки.

Река Урал относится к типу рек с преобладающим весенним половодьем. Основная часть стока (более 70%) поступает в весенний период (апрель - июнь).

Таблица 14.1 - Безвозвратные изъятия стока в бассейнах основных рек, впадающих в Каспийское море, км³/год

Река	Водоснабжение и рыбоводство	Орошение (75%)	Переброска в другие районы	Испарение с поверхности водохранилищ
Волга	8,2	13,0	7,1	8,1
Терек	1,8	4,3	0,4	-
Сулак	0,1	1,0	-	0,0
Кура	2,2	15,0	2,2	1,3
Урал	1,1	1,6	-	0,2
Итого	13,4	34,9	9,7	9,6

Таблица 14.2 - Водные ресурсы основных рек, впадающих в Каспийское море, км³/год

Река	Использование подземных вод	Поверхностный сток	Суммарные водные ресурсы
Волга	5,70	253,0	258,70
Терек	0,30	11,00	11,30
Сулак	0,01	5,60	5,61
Кура	1,97	26,90	28,87
Урал	0,70	10,60	11,30
å	8,68	307,10	315,78

Устьевая часть р.Урал и проток Кигач и Шароновка.

Гидрологический режим в устьевой области формируется под воздействием реки и моря, устьевой области вниз по течению уменьшается влияние реки и увеличивается  - моря.

Максимальные расходы наблюдаются в период весеннего половодья, чаще всего во второй половине мая. Наименьшие расходы отмечаются зимой, как правило, перед или в конце ледового периода.

Максимальный годовой расход 1% обеспеченности за период 1958-1993 гг. равен 2420 м³/с, наименьший за год расход той же обеспеченности 113 м³/с в естественном режиме, за 1936-1967 гг. эти величины соответственно были равны 7370 и 87,3 м³/с.

Средний расход воды естественного периода, поступающий в вершину устьевой области р. Урал (с.Тополи – пос.Махамбет), равнялся 278 м³/с, при нарушенном режиме его величина составила 253 м³/с. За период с 1980 по 1992 гг. средний годовой расход равен 275 м³/с.

Около 85% от всего стока в Каспийское море (см. таблицу 14.3) поступает северной части его бассейна, в пределах которой находятся крупнейшие реки Волга и Урал.

В море впадает около 160 рек, но основной объем стока приносят в море Волга (до 80%), Урал (около 5%), Терек, Сулак, Самур (в сумме до 5%), Кура (около 6%). Сток рек иранского побережья, малых рек Кавказа и прочих составляет 4-5%.В приходной части водного баланса поверхностный приток составляет в среднем 74-85%, в том числе на долю волжского стока приходится в среднем 65%, поэтому колебания уровня моря в значительной степени обусловлены его изменчивостью. Среднемноголетние годовые значения составляющих водного баланса Каспийского

О продолжительности современного повышения уровня моря сказать трудно, так как ретроспективный анализ данных об уровне не дает однозначного ответа. В пользу гипотезы о кратковременном характере современного повышения уровня моря свидетельствует неоднократно наблюдавшийся и ранее повышенный уровень поверхности. После этих подъемов обычно следовали не менее резкие спады уровня. Если же исходить из гипотезы существования квазивековых циклов изменения уровня моря, то можно предположить, что современный его подъем представляет собой переход к эпохе высокого положения, так как общая тенденция снижения уровня продолжалась уже более 100 лет. Ответить на поставленные вопросы с достаточной определенностью не представляется возможным: по существу они связаны со сверхдолгосрочным прогнозом не только регионального, но и глобального климата, оказывающего различное влияние на условия формирования и многолетнюю изменчивость составляющих водного баланса Каспийского моря.

Озеро Балхаш.

Бассейн озера Балхаш занимает 353 тыс. км² и размещается на территории Алматинской (Талдыкурганской), частично Восточно-Казахстанской      (Семипалатинской),  Карагандинской   (Жезказганской)     и

Жамбылской областей.

В бассейне сосредоточено 35% всех водных ресурсов Казахстана и представлены поверхностными и подземными водами. Среднемноголетние поверхностные водные ресурсы бассейна озера Балхаш составляют 24,3 км³, в том числе – р. Или – 18,1 км³, реки Восточного Балхаша – 6,2 км³. Прогнозные эксплуатационные ресурсы пресных подземных вод составляют – 308 м³/с или 9,7 км³, в том числе утвержденных ГКЗ и ТКЗ – 4,8 км³.

Озеро Балхаш достигало за среднемноголетний период, до зарегулирования стока р. Или, только 15,1 км³ (или 62%). Остальной сток расходовался: на водопотребление народным хозяйством – 16%; на потери в зоне рассеивания – 10%; испарение в дельтах рек – 12%. В целом по бассейну водозабор на орошение за 1987 год равен 7,0 км³ и общий объем безвозвратного водопотребления в современных условиях – 5,6 км³. Поэтому оценка дается ориентировочно: на границе с КНР – 12,5 км³; в пределах Казахстана – 5,7 км³; всего – 18,2 км³.

В естественном состоянии (условно до 1965 г.) водный баланс озера Балхаш поддерживался стоком горных рек в объеме 23,8 км³/год, большая часть которого – 17,4 км³/год составляет сток р. Или, а остальная часть – 6,4 км³/год приходится на сток восточных рек: Каратал, Аксу, Лепсы и Аягуз,  стекающих за исключением последней, со склонов Джунгарского Алатау. Из этого объема водных ресурсов только 14,9 км³/год достигало озера Балхаш, где полностью расходовалось на испарение.

Остальная часть водных ресурсов в объеме 8,9 км³/год расходовалась в естественной гидрографической сети: на поддержание водно-болотных угодий уникальной дельты р. Или – 3,2 км³; на подержание приречных тугайных зарослей, заливных лугов, а также небольших площадей орошения в бассейне р. Или – 2,5 км³; восточных рек – 3,2 км³.

Лекция 15. Влияние хозяйственной деятельности на земельные ресурсы

Цель лекции: ознакомить с земельными ресурсами и земной поверхностью,  с основными видами отходов, их краткой характеристикой.

Литосфера – это твердая оболочка Земли (глубиной около 200 км), под которой находятся мантия и ядро. Возраст Земли – около 4,5 млрд. лет. Поверхность нашей планеты составляет 510 млн. км. При этом большая ее часть – 361 млн. км покрыта водой. Общая площадь суши – около 148 млн. км, примерно 15 млн. кмприходится на ледники, остальная часть – пространство обитания, из нее примерно одна треть – леса, еще столько же приходится на сельскохозяйственные угодья. Территория СНГ занимает 22,3 млн. км, территория Казахстана занимает 2,72 млн. км. Удельный вес сельскохозяйственных земель в общей площади составляет по странам: в СНГ

– 27%, США –53, Франции – 63, Канаде – 7, Аргентине – 65, ФРГ – 50, Бразилии – 28, Индии – 60, Японии – 6, Китае – 40 [2].

Функциональные особенности использования земли определили ее место среди природных ресурсов. Она является исходной материальной основой благосостояния членов общества, пространственным базисом для размещения производительных сил и расселения людей, основой для нормального протекания воспроизводственных процессов всех факторов экономического роста – трудовых, материально-технических и природных. Основной задачей почв является сохранение целостности почвенного покрова, поддержание плодородия для обеспечения постоянно растущего населения продуктами питания. Для характеристики земельных ресурсов как средства производства важное значение имеют региональный и территориальный аспекты. Наиболее высокий процент использования суши для сельского хозяйства – в Европе, в СНГ, в Казахстане – самый низкий, хотя площадь велика, но почвы менее плодородные.

Почвенный покров Казахстана. Республика Казахстан занимает 9-е место в мире по размерам территории (272,5 млн. га), включающим лесостепные, степные, полупустынные и пустынные зоны. Разнообразие почв Казахстана обусловлено широтной зональностью, усилением аридности климата с запада на восток, геолого-геоморфологическими особенностями разных частей территории. Земельные ресурсы, которыми располагает РК, при их рациональном использовании и улучшении способны обеспечить производство разнообразной сельскохозяйственной продукции в объемах, удовлетворяющих внутренние и экспортные потребности.

Роль и развитие лесных ресурсов. Особую  роль  в  формировании  почв играют растения вообще и леса, в частности. Мир растений насчитывает более 500 тыс. видов. Из всех типов растительного покрова Земли и всех категорий  естественных природных ресурсов нашей планеты самыми распространенными и наиболее ценными являются леса. Леса, занимая значительную часть земной поверхности, являются гигантской биологической фабрикой планеты, в которой постоянно происходит выработка кислорода, что позволяет существовать всему человечеству и всему живому на Земле. 1 га леса дает от 3 до 5 т. кислорода, перерабатывает около 6 т. углекислого газа, осаждает 30 – 60 т. пыли в год. Количество осадков над лесами на 10 – 30% больше, чем в других местах (из-за конденсации влаги над ними). Любой лес увеличивает запас воды в почве (за счет снежного покрова) в 1,5 – 2 раза, снижает поверхностный сток до 10 раз, фильтрует воду (повышает ее прозрачность, улучшает цвет, запах). Лес – источник древесины, сырье для химической, пищевой, медицинской промышленности.

Общая площадь лесов мира, согласно оценкам Лесного Департамента ФАО ООН, составляет 4061 млн. га, а лесопокрытая – 3620 млн. га. Казахстан характеризуется слабой лесисостью (3,7%), тогда как лишь для защиты пашни

лесной фонд должен составлять 2- 4%. Средняя лесистость суши составляет 27%, запас древесины в лесах – 337 млрд. куб. метров, из которых 127 млрд. куб. м приходится на древесину хвойных пород. За последние 10 тыс. лет лесопокрытая площадь на Земле сократилась на 1/3, уступая место зерновым культурам, пастбищам и городам.

Основные виды отходов, их краткая характеристика, принципы классификации отходов.

Под отходами, по Н. Ф. Реймерсу, понимают в общем случае непригодные для производства данной продукции виды сырья, неупотребимые остатки, вещества и энергию. Отходы при добыче полезных ископаемых могут быть бытовыми (ТБО), промышленными (ТПрО).

Промышленные отходы (или отходы производства) – это остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, образовавшиеся при производстве продукции или выполнении работ и утратившие полностью или  частично   потребительс-

кие свойства. К ТПрО можно отнести и отходы потребления – изделия и машины, утратившие свои потребительские свойства в результате физического или морального износа.

Бытовые отходы – твердые вещества, не утилизируемые в быту, образующиеся в результате амортизации предметов быта и самой жизни людей. В последнее время к ТБО относят и твердую составляющую коммунально-бытовых сточных вод, их осадок.

По фазовому состоянию их делят на жидкие, твердые или смесь твердой, жидкой и газовой фаз (выброс газов в атмосферу через трубы считается эмиссией производства, а не отходами).

В зависимости от объема отходы делятся на крупнотоннажные и малотоннажные. Например, ил после использования в аппаратах биологической очистки воды на нефтеперерабатывающем заводе является крупнотоннажным отходом.

По влиянию на окружающую среду различают вредные и безвредные отходы. Прогрессивное развитие индустрии и научно-технический прогресс приводят как к количественному, так и к качественному увеличению потребления минеральных ресурсов. Современный мир из недр Земли ежегодно  извлекает до  100 млрд. т. руды,  стройматериалов, топлива  (4 млрд. т. нефти и газа, 2 млрд. т. угля),  рассеивает до  92 млн. т. минеральных удобрений и 2 млн. т. ядохимикатов.

Наиболее важными следствиями таких масштабов потребления минерального сырья и состояния его использования являются прогрессирующее исчерпание ряда видов сырья и топлива, возрастающее накопление твердых отходов и увеличивающееся в связи с этим экономический ущерб народному хозяйству и загрязнение биосферы. В атмосферу выбрасывается более 200 млн. т. оксида углерода,   53 млн. т. оксидов азота,  50 млн. т.  углеводородов, 146 млн. т.  диоксида серы, 250 млн. т. пыли. В водоемы сбрасывается ежегодно 32 млрд. м неочищенных вод, а в мировой океан – до 10 млн. т. нефти. Порядка 7 млн. га почвы каждый год становится непригодными для земледелия. В Казахстане до 30 млн. га сельскохозяйственных земель засолено, заболочено или подтоплено грунтовыми водами.

Отходами производства являются остатки сырья, материалов и полуфабрикатов, образовавшиеся в процессе производства продукции, утратившие исходные потребительские свойства, а также вещества, улавливаемые при очистке отходящих технологических газов и сточных вод.

Основными поставщиками твердых отходов являются: энергетика (зола и шлаки, образующиеся при сжигании твердого топлива); черная и цветная металлургия (шлаки, формовочная земля, коксовые остатки); угледобывающая промышленность (отвалы); деревообрабатывающая отрасль хозяйства (опилки, стружки); химическая промышленность (химические вещества в широком ассортименте, в том числе фосфогипс и др.).

Список литературы

1. Панов В.П. Теоретические основы защиты окружающий среды.- М.: Высшая школа, 2008 – 248 с.

2. Гидрохимические показатели состояния  окружающей среды. Под ред. Т.В. Гусева. -  М., 2006. - 366 с.

3. Воронов Ю.В., Яковлев С.В. Водоотведение и очистка сточных вод.-  М.: Ассоциации строительных  вузов, 2006. - 704 с.

4.Обзор «Водные ресурсы Казахстана в новом тысячелетии».- Алматы, 2004.-132 с.

5. Авраменко И.М. Основы природопользования. - Ростов - на- Дону, 2004.-320 с.

6. Экологические проблемы и энергосбережение. под ред. В.Д.Карминский. - М., 2004. – 268 с.

7. Проект отраслевой программы «Водосбережение». - Астана: МООС, 2004.

8. Серов Г.П. Техногенная и экологическая безопасность в практике деятельности предприятий. - М., 2007.- 309 с.

9. Степановских А.С. Охрана окружающей среды. – Алматы, 2008. – 400 с.

10. СНиП РК 4.01.-02-2001 (СНиП 2.04.02.-84) Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. - Астана, 2002.

11. СНиП РК 4.01.-03-2002 (СНиП 2.04.03-85) Канализация. Наружные сети и сооружения. - Астана, 2003.

12. Концепция экологической безопасности Республики Казахстан. МООС. – Астана, 2004.

13. Водный кодекс Республики Казахстан. - Астана:БИКО, 2012. - 64 с.

14. Сайт http://www. aipet. kz/student/sillabus/index. Htm

Сводный план 2013 г., поз. 305

Жандаулетова Фарида Рустембековна

ОХРАНА И РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ 
ВОДНЫХ РЕСУРСОВ И ПОЧВ

Конспект лекций
для студентов специальности
5В073100  – Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды

Редактор Н.М.Голева
Специалист по стандартизации  Н.К.Молдабекова

Подписано в печать __.__.__.
Тираж 50 экз.
Объем  3,9  уч.-изд. л.
Формат 60х84 1/16
Бумага типографская №1
Заказ     . Цена 1950 тг.

Копировально-множительное бюро
некоммерческого акционерного общества
«Алматинский университет энергетики и связи»
050013 Алматы, Байтурсынова, 126