Глава 2. Водные ресурсы
2.1. Водные ресурсы и их особенности
Под водными ресурсами гидросферы подразумевают пригодные для использования в хозяйственной деятельности воды: морские, речные, озерные, подземные, почвенные, лед горных и полярных ледников, воды искусственных водоемов и водяные пары без связанной воды, входящей в состав живого вещества.
Ресурсы поверхностных и подземных вод подразделяются на единовременные стационарные и возобновляемые, которые определяют водный баланс Земли.
Возобновляемые ресурсы составляют динамическую (подвижную) часть биосферного круговорота воды, благодаря которому все виды гидросферы возобновляются с определенной скоростью. Поэтому если научиться использовать воду в объеме возобновления ее в круговороте воды в биосфере, то источники водных ресурсов станут практически неисчерпаемыми.
Поверхностные воды сосредоточены в акватории Мирового океана и в континентальных водоемах.
Мировой океан образован собственно океаном и его периферическими частями – морями. Среди последних принято выделять окраинные моря, широко сообщающиеся с океаном (Баренцево, Карское, Восточно-Сибирское и др.); внутренние моря, почти со всех сторон окруженные сушей (Черное, Азовское, Красное, Средиземное), и межостровные моря, располагающиеся между архипелагами и островами (Карибское, Филиппинское и др.).
Средняя глубина Мирового океана – 3760 м, максимальная – 11 024 м (Мариинская впадина). Мировой океан населен древней флорой и фауной, насчитывающей свыше 200 тыс. видов. Из всех известных 63 классов животных 52 обитают в Мировом океане. Суммарная биомасса Мирового океана равна приблизительно 3–4 млрд т сухого вещества. Геохимическая активность единицы биомассы гидросферы в 1000 раз больше, чем на суше; количество органического вещества, фотосинтетически создаваемого в морях, лишь немногим меньше, чем на суше.
Континентальные водоемы расположены в углублениях суши, они могут быть естественными и искусственными. Естественные водоемы представлены реками, озерами, болотами и ручьями, искусственные водоемы – каналами, водохранилищами и прудами. В большинстве своем континентальные водоемы пресные, реже встречаются солоноватые и редко – соленые (некоторые бессточные озера типа Эльтон и Баскунчак). В континентальных водоемах насчитывается 13 классов растений и обитает 19 классов животных.
Общая классификация пресных вод в соответствии с СТБ 17.06.02-02-2009 «Классификация поверхностных и подземных вод» дана в табл. 2.1.
Таблица 2.1. Общая классификация пресных вод
Основная масса континентальных водных ресурсов на планете сосредоточена в реках и составляет 38,8 тыс. км3. Количество воды, протекающее в единицу времени через поперечное сечение реки, называется ее расходом. Годовой расход характеризует водность реки. Самая многоводная река мира Амазонка имеет годовой расход 175 000 м3, Волга – 7700 м3, Енисей – 19 800 м3. Реки являются посредниками в процессах водообмена между сушей и Мировым океаном, так как через них возвращается в океан та испарившаяся вода, которая выпала на сушу в виде осадков. Ежегодно реками выносится в океан порядка 42 тыс. м3 воды. Ежегодный вынос воды реками называется жидким стоком, кроме него реки обладают твердым стоком – вынос речными водами всевозможных твердых частиц, стоком растворенных веществ и биостоком – вынос речными водами различных организмов и продуктов их жизнедеятельности. Годовой твердый сток всех рек мира составляет (0,13 – 0,14) · 108 т, сток микроэлементов – 0,36 · 108 т, органического вещества – 7,2 · 108 т и минеральных коллоидов (кремний, железо, алюминий) – 1,75 · 108 т. Поэтому реки также играют огромную геохимическую роль в биосфере.
Реки, озера и пруды относятся к возобновляемым водным ресурсам. В табл. 2.2 представлены приблизительные данные о пресноводной части гидросферы.
Таблица 2.2. Пресные воды гидросферы (Логинова, Лопух, 2011)
Распределение и потребление воды по территории земного шара весьма неравномерно. Наибольшее количество поверхностных и подземных пресных вод используется на нужды сельского хозяйства, некоторых отраслей промышленности и питьевого водоснабжения в экономически развитых странах.
В табл. 2.3 показано ориентировочное распределение воды и ее потребление по континентам.
Таблица 2.3. Распределение воды и ее потребление по континентам (Логинова, Лопух, 2011)
По величине формируемого стока территория СНГ естественным образом делилась на регионы, принадлежащие к водосборным бассейнам трех океанов или их частей. Наибольший речной сток формируется на западном, северном и восточном склонах территории бывшего СССР, а также в бассейнах Балтийского моря и Тихого океана.
Для оценки реальных запасов водных ресурсов необходимо учитывать следующие характеристики, которые возникают при их использовании в хозяйственной деятельности и могут ограничивать водопотребление:
♦ неравномерность размещения по территории региона (страны);
♦ изменение водности по сезонам года и годам;
♦ потребности в ресурсе хозяйственной деятельности в целом и по отраслям;
♦ степень загрязнения водных объектов сточными водами и иными загрязнителями (в том числе радиоактивными);
♦ загрязнение верхних горизонтов подземных и грунтовых вод, используемых для целей питьевого водоснабжения и в сельском хозяйстве.
По степени водообеспеченности страны Европейской части СНГ разделены на три зоны: высокой, средней и низкой (недостаточной) обеспеченности.
Зона высокой обеспеченности занимает около половины территории и характеризуется образованием болот и заболоченных земель.
Зона средней обеспеченности включает Центральную Россию и Урал, Республику Беларусь.
Зона низкой, или недостаточной, обеспеченности включает юг Украины, Крым, Донбасс, Заволжье и т. д., в ней водные ресурсы составляют несколько процентов от всех запасов и для обеспечения водопотребления необходима переброска воды из других речных бассейнов.
Водные ресурсы характеризуются специфическими особенностями, отличающими их от других природных ресурсов – земли, недр, лесов. Для всех видов запасов воды характерны высокая динамичность и взаимосвязь, что объясняется объективными процессами круговорота воды в природе. Благодаря этим свойствам существует возможность многократного и многоцелевого, а также рационального использования определенных объемов водных ресурсов.
Учитывая большое значение водных ресурсов для жизни общества, их можно рассматривать в виде водохозяйственной инфраструктуры, обслуживающей производственную и социальную сферы общественной деятельности.
Водные ресурсы как производственная инфраструктура не производят ни предметов труда, ни продуктов питания, а лишь создают благоприятные условия для развития материального производства.
Функциональное назначение водных ресурсов как социальной инфраструктуры связано с созданием социальных условий для жизнедеятельности людей в результате удовлетворения потребностей в воде с целью повышения уровня жизни. Как социальная инфраструктура водные ресурсы косвенным образом влияют на процесс материального производства, создают важные условия для расширенного воспроизводства, роста производительности труда.
Как инфраструктура водные ресурсы включают в себя сложные отношения между органами управления экономикой страны в целом и отдельными территориями, предприятиями, определяющими состояние, перспективы и эффективность использования водных ресурсов в составе мероприятий, обеспечивающих хранение воды как природного ресурса, а также между сопредельными государствами на основании заключенных международных договоров и соглашений.
Исходя из этого, введено понятие водохозяйственная система государства (ВСГ), отражающее всю совокупность существующих отношений в обществе. Эта система представляет собой специфический вид социально-экономических отношений, сложившихся между органами управления водным хозяйством; отраслями экономики; потребителями и пользователями водных ресурсов; местными органами власти отдельных регионов и территорий; населением страны; созданием и эксплуатацией водохозяйственных сооружений, обеспечением охраны вод в процессе использования водных ресурсов.
В соответствии с СТБ 17.06.02-02-2009 классификация поверхностных вод проводится по основным признакам, характеристикам, категориям, отражающим природные особенности, которые выражаются качественными (сравнительными) и количественными показателями. Основные признаки и характеристики поверхностных вод приведены в табл. 2.4. Каждая характеристика подразделяется на категории, показывающие различие в размерах или условиях режима, водообмена и пр.
Таблица 2.4. Признаки и характеристики поверхностных вод
Водоем – поверхностный водный объект в углублении земной поверхности, характеризующийся замедленным течением воды (проточный) или полным его отсутствием (Водный кодекс Республики Беларусь, 2015). Водоемы имеют наибольшее значение для организации рекреации и рекреационной деятельности.
Поверхностный водный объект – естественный или искусственный водоем, водоток, постоянное или временное сосредоточие вод, имеющее определенные границы и признаки гидрологического режима (Водный кодекс Республики Беларусь, 2015; табл. 2.5).
Таблица 2.5. Классификация водоемов
Следует иметь в виду, что чем меньше номер разряда, тем больше по размерам и водности объект и, следовательно, тем благоприятнее условия формирования количества и качества воды, ведения соответствующей рекреационной деятельности.
Подземный водный объект – сосредоточение вод в недрах, имеющее определенные границы, объем и признаки режима подземных вод и состоящие из одного или нескольких водоносных горизонтов (Водный кодекс Республики Беларусь, 2015).
В основу классификации подземных вод также положены разнообразные признаки (табл. 2.6).
Таблица 2.6. Признаки и характеристики подземных вод
Каждая характеристика подразделяется на категории, показывающие различие в размерах или условиях режима, характере водообмена и пр.
К гидрологическим признакам, отражающим степень загрязнения или истощения подземных вод, относятся глубины залегания уровня воды и кровли водоносного горизонта, фильтрационные параметры, характер водообмена, термический режим, степень минерализации. Классификация подземных вод, заключенных в водоносных горизонтах, месторождениях или бассейнах подземных вод, приведена в табл. 2.7.
Таблица 2.7. Классификация подземных вод
В данной классификации также выделяются группы и подгруппы, каждой подгруппе в зависимости от значения характеристики присваивается разряд. Чем меньше номер разряда, тем больше размер и водность водоносных пород, благоприятнее условия формирования качества и количества воды.
Все водные ресурсы подлежат учету и государственному правовому регулированию.
В хозяйственной деятельности любой территории осуществляется многоцелевое использование водных ресурсов. Значительными потребителями воды являются города и населенные пункты, промышленность, строительство, энергетика, сельское хозяйство, водный транспорт и рыбное хозяйство. Эти и другие отрасли экономики являются участниками водохозяйственной системы и в результате своей производственно-экономической деятельности создают водохозяйственные комплексы (ВХК) – сложные сооружения многоцелевого назначения, включающие плотины, электростанции, шлюзы, водохранилища и т. д. Водохозяйственные комплексы предназначены для решения нескольких задач: производства электроэнергии, обеспечения работы промышленности, сельского хозяйства, транспорта, поставок воды для городов, населенных пунктов, создания условий для жизни, труда и отдыха людей.
Характеристика и оценка рекреационного использования водных ресурсов Беларуси дана в гл. 6 настоящего пособия.
Использование и охрана водных ресурсов любой территории регламентируется рядом государственных законов и других нормативных правовых актов (НПА) не только в области водопотребления и водоотведения, но и во многих смежных областях: промышленной и экологической безопасности, медицине, санитарии и эпидемиологии, сельском хозяйстве и др.
В Беларуси этим целям служат законодательная и нормативная техническая база в области учета, использования и охраны вод, о чем будет сказано ниже.
2.2. Водопользование, водопотребление и водоотведение
2.2.1. Водопользование
Водопользование – использование водных ресурсов и (или) их воздействие на водные объекты при осуществлении хозяйственной или иной деятельности (Водный кодекс Республики Беларусь, 2015).
По видам и срокам водопользование подразделяется на общее, специальное и обособленное.
Общее водопользование осуществляется юридическими и гражданскими лицами безвозмездно и без получения правоустанавливающих документов. Условия общего водопользования на водных объектах устанавливаются местными исполнительными и распорядительными органами.
К специальному водопользованию относятся:
♦ изъятие поверхностных вод с применением водозаборных сооружений;
♦ добыча подземных вод с применением водозаборных сооружений, в том числе самоизливающихся буровых скважин;
♦ сброс сточных вод в окружающую среду с применением гидротехнических сооружений и устройств, в том числе через систему дождевой канализации;
♦ сброс сточных вод в окружающую среду после очистки на сооружениях биологической очистки в естественных условиях (на полях фильтрации, полях подземной фильтрации, в фильтрующих траншеях, песчано-гравийных фильтрах), а также через земляные накопители;
♦ изъятие поверхностных вод передвижными устройствами для поливомоечных работ на объектах, расположенных на землях общего пользования населенных пунктов, для орошения сельскохозяйственных земель;
♦ регулирование водных потоков с применением гидроузлов, плотин и других водоподпорных сооружений;
♦ добыча (изъятие) вод для ликвидации чрезвычайных ситуаций и (или) их последствий;
♦ устранение подтопления, заболачивания земель;
♦ добыча подземных вод попутно с добычей других полезных ископаемых;
♦ проведение мероприятий по защите водоносных горизонтов.
Специальное водопользование осуществляется на основании разрешений или комплексных природоохранных разрешений, выдаваемых территориальными органами Минприроды, за исключением таких целей, как:
♦ изъятие поверхностных вод в объеме 5 м3/сут и менее с применением водозаборных сооружений;
♦ добыча подземных вод в объеме 5 м3/сут и менее с применением водозаборных сооружений, в том числе самоизливающихся буровых скважин;
♦ сброс сточных вод в окружающую среду гражданами (за исключением индивидуальных предпринимателей).
Выдача разрешений на специальное водопользование, комплексных природоохранных разрешений на добычу подземных вод с применением водозаборных сооружений, в том числе самоизливающихся буровых скважин, осуществляется на основании выдаваемых уполномоченной организацией, подчиненной Минприроды, заключений о возможности добычи заявленных водопользователями объемов подземных вод.
В разрешениях на специальное водопользование и в комплексных природоохранных разрешениях устанавливаются нормативы допустимых сбросов химических и иных веществ в составе сточных вод и условия осуществления специального водопользования, в том числе объемы:
♦ добычи (изъятия) вод;
♦ получения воды от других водопользователей;
♦ передачи воды другим водопользователям;
♦ использования воды по целям;
♦ потерь воды;
♦ сброса сточных вод в окружающую среду, в том числе через систему канализации.
Порядок выдачи разрешений на специальное водопользование, внесения в них изменений и (или) дополнений, продления срока, прекращения их действия и выдачи дубликатов, а также порядок выдачи комплексных природоохранных разрешений, внесения в них изменений и (или) дополнений, продления срока, прекращения их действия и выдачи дубликатов устанавливаются Советом Министров Республики Беларусь.
Обособленное водопользование подразделяется:
♦ на обособленное водопользование поверхностными водными объектами (их частями) для хозяйственно-питьевых, гидроэнергетических нужд и нужд обеспечения обороны;
♦ обособленное водопользование прудами-копанями, расположенными в границах земельных участков, предоставленных в установленном порядке юридическим лицам, гражданам, в том числе индивидуальным предпринимателям, и технологическими водными объектами.
Поверхностные водные объекты (их части) в обособленное водопользование для хозяйственно-питьевых, гидроэнергетических нужд и нужд обеспечения обороны могут быть предоставлены также юридическим лицам.
Однако не предоставляются в обособленное водопользование для хозяйственно-питьевых, гидроэнергетических нужд и нужд обеспечения обороны поверхностные водные объекты (их части), расположенные полностью или частично на территории населенных пунктов, а также в иных случаях, предусмотренных законодательными актами.
Обособленное водопользование поверхностными водными объектами (их частями) для хозяйственно-питьевых, гидроэнергетических нужд и нужд обеспечения обороны осуществляется на основании государственного акта на право обособленного водопользования, в котором указываются цель, условия и сроки обособленного водопользования.
Форма государственного акта на право обособленного водопользования устанавливается Советом Министров Республики Беларусь.
Получение государственного акта на право обособленного водопользования не исключает необходимости получения разрешения на специальное водопользование или комплексного природоохранного разрешения.
После предоставления водного объекта (его части) в обособленное водопользование может осуществляться пользование им только с согласия водопользователей, которым было установлено право на обособленное водопользование, кроме случаев ликвидации чрезвычайных ситуаций и их последствий.
Специальное и обособленное водопользование является платным, за исключением привлечения этих водных ресурсов к ликвидации чрезвычайных ситуаций и (или) их последствий.
Классификация водопользований составляется по целям использования воды, видам и срокам водопользования, характеру использования воды, способу использования поверхностных и (или) подземных вод, характеру и степени воздействия водопользований на поверхностные воды. Классификационные категории целей использования воды отражают хозяйственное и природоохранное значение водопользований, тогда как другие классификационные категории отражают особенности взаимосвязи водопользователей с объектами водного фонда.
В соответствии с Водным кодексом Республики Беларусь и СТБ 17.06.02-01-2009 «Гидросфера. Классификация водопользований» по целям использования воды выделяют такие виды водопользования, как: питьевые нужды населения и работников организаций; хозяйственно-бытовые нужды населения и работников организаций; лечебные и курортно-оздоровительные цели; сельскохозяйственные нужды (кроме орошения); орошение; промышленные нужды (кроме гидроэнергетики); нужды гидроэнергетики; нужды водного транспорта и лесосплава; рыбохозяйственные нужды; отведение сточных и других вод; переброска стока; рекреационные и спортивные цели; прочие нужды.
Классификация водопользователей по видам и срокам водопользования рассмотрена выше.
Классификация водопользований по характеру использования воды включает такие понятия, как:
♦ водопользование, при котором используется вещество с особыми свойствами и которое включает водопользование, цели которого определены правилами общего, специального и обособленного водопользования;
♦ водопользование, при котором вода используется как среда обитания (рыбохозяйственные нужды);
♦ водопользование, при котором используются масса и энергетический потенциал воды (нужды гидроэнергетики, лесосплав).
По способу использования поверхностных и (или) подземных вод водопользование классифицируется следующим образом:
♦ с изъятием воды и с ее возвратом;
♦ с изъятием воды без ее возврата;
♦ без изъятия воды.
По характеру воздействия на поверхностные воды выделяют:
♦ водопользование с воздействием на количественные характеристики поверхностных вод. Включает водопользования, оказывающие прежде всего воздействие на объем речного стока. Мерой оценки воздействия может служить безвозвратное водопотребление для бассейна или участка водного объекта, определяемое как разность между объемом воды, забираемой для использования в пределах рассматриваемого бассейна или участка и объемом сточных и других вод, отводимых в речную сеть данного бассейна или участка за рассматриваемый период времени;
♦ водопользование с воздействием на качество воды поверхностных вод. Данный вид охватывает водопользования, оказывающие воздействие на общефизические, химические, биологические, микробиологические или радиационные показатели качества поверхностных вод. Мерой оценки такого воздействия для участка бассейна водного объекта может рассматриваться изменение соответствующих показателей во входном и замыкающих створах данного участка за рассматриваемый период времени;
♦ водопользование с воздействием на количественные и качественные характеристики поверхностных вод. Включает все виды водопользования, оказывающие воздействие на объем речного стока и на общефизические, химические, биологические, микробиологические или радиационные показатели качества поверхностных вод.
По степени воздействия на поверхностные воды водопользование подразделяется на три категории опасности (табл. 2.8).
Таблица 2.8. Граничные условия для деления водопользователей на категории опасности по степени воздействия на поверхностные воды (СТБ 17.06.02-01-2009)
Воздействие водопользований на поверхностные воды оценивается в зависимости от следующих критериев:
♦ количественного и качественного состава загрязняющих веществ, отводимых с производственной площадки водопользователя;
♦ максимальной кратности превышения значений фактической средней концентрации загрязняющих веществ в сточных водах, отводимых с производственной площадки водопользователя, по отношению к значениям предельно допустимой концентрации соответствующих загрязняющих веществ в воде рыбохозяйственных водных объектов;
♦ размещения водопользователя в водоохранной зоне водного объекта.
Число условных баллов для определения категории опасности водопользований рассчитывается в соответствии с СТБ 17.06.02-2009.
Основным условием водопользования, учитывая состояние всех имеющихся мировых и региональных ресурсов гидросферы, является его рациональность.
В нашей стране рациональное природопользование является обязательным требованием НСУР-2030, Водного кодекса Республики Беларусь, иных законодательных и нормативных технических актов в области охраны окружающей среды и ведения экономической деятельности.
2.2.2. Водопотребление и водоотведение
Водопотребление – использование воды населением и объектами хозяйствования с изъятием ее из источника водоснабжения безвозвратно или с последующим частичным или полным возвратом в водоем или водоток.
Водоснабжение – подача поверхностных или подземных вод водопотребителям в требуемом количестве и в соответствии с целевыми показателями качества воды в водных объектах.
Инженерные сооружения, предназначенные для решения задач водоснабжения, называются системой водоснабжения или водопроводом.
Наибольшее количество воды потребляется населенными пунктами и урбанизированными территориями.
Системы водоснабжения населенных пунктов базируются, как правило, на оборудованных водозаборных сооружениях (скважинах, каптированных родниках, кяризах, а иногда и колодцах) и могут быть классифицированы по ряду признаков.
По виду обслуживаемого объекта системы водоснабжения населенных пунктов бывают коммунального, промышленного, сельскохозяйственного, рекреационного, железнодорожного, аэродромного водоснабжения и полевого водообеспечения.
По целевому назначению различают:
♦ хозяйственно-питьевые (хозяйственные) системы водоснабжения, подающие воду для хозяйственных, санитарно-гигиенических и питьевых нужд;
♦ производственные (технические) системы водоснабжения для обеспечения технологических процессов производств, работы агрегатов и оборудования;
♦ противопожарные системы водоснабжения для обеспечения тушения возникающих пожаров.
В зависимости от размеров населенных мест, а также количества потребляемой ими воды системы водоснабжения могут быть объединенными или раздельными.
В населенных пунктах, где расходы воды невелики, по экономическим соображениям, как правило, устраиваются объединенные системы хозяйственного, технического и противопожарного водоснабжения.
Взаимное расположение и увязка водопроводных сооружений образуют схему системы водоснабжения, или водопровода. По виду источника воды системы водоснабжения населенных пунктов подразделяются на системы с поверхностным и подземным источником.
В системе водоснабжения, базирующейся на поверхностном источнике, первым по ходу движения воды устройством является водозабор (водоприемник), который обеспечивает надежный забор из источника требуемого количества воды.
Далее вода насосами станции первого подъема подается на очистные сооружения, где осуществляется обработка воды с доведением ее до требуемого качества. Из очистных сооружений вода, как правило, самотеком поступает в резервуары чистой воды, которые обеспечивают ее хранение, а также позволяют регулировать режимы ее дальнейшего продвижения по сети и забор насосной станцией второго подъема. Часто в этих же резервуарах хранятся и противопожарные запасы воды. Насосная станция второго подъема забирает воду из резервуаров и подает ее по водопроводной сети к потребителям и в водонапорную башню (пневматическую установку).
Транспортирование воды от насосной станции второго подъема до водопроводной сети объекта и водонапорной башни осуществляется по водопроводу Водопровод по условиям надежности прокладывается не менее чем в две линии (водоводы).
Основными недостатками системы водоснабжения с поверхностным источником воды являются:
♦ повышенная строительная и эксплуатационная стоимость ввиду большого количества инженерных сооружений;
♦ уязвимость при воздействии средств разрушения;
♦ необходимость проведения мероприятий по защите отдельных элементов;
♦ возможность заражения источника воды при применении оружия массового поражения, техногенных и природных катастрофах, авариях и пр.
Этих недостатков, как правило, лишена система водоснабжения населенного пункта, базирующаяся на подземном источнике. Схема водоснабжения с подземным источником воды значительно проще и, если качество воды в источнике отвечает предъявляемым требованиям, может не включать очистные сооружения.
В эту схему входят: подземный источник воды (скважина, шахтный колодец и т. п.), насосная станция первого подъема, резервуары для запасов воды, насосная станция второго подъема, водонапорная башня (нагорный резервуар, пневматическая установка), водоводы и водопроводная сеть.
Насосы первого и второго подъемов могут размещаться в одном или разных помещениях (совмещенная насосная станция). В отдельных случаях в небольших поселениях схема водопровода с подземным источником воды может быть еще более упрощена.
Вода из источника может подаваться непосредственно в водонапорную башню (нагорный резервуар, пневматическую установку) и через разводящую водопроводную сеть – к потребителям. Если качество подземной воды не удовлетворяет требованиям потребителей, схема системы водоснабжения дополняется устройством очистных сооружений или установок для обработки воды.
По сравнению с водопроводом, базирующимся на поверхностном источнике воды, система водоснабжения с подземным источником обладает рядом достоинств:
♦ повышенной надежностью ввиду рассредоточения и соответственно большей защищенности водозаборных сооружений (скважин, шахтных колодцев и т. п.);
♦ возможностью дублирования основного источника воды, так как водозаборные скважины или группы скважин могут быть устроены с эксплуатацией различных водоносных пластов;
♦ меньшей вероятностью заражения источника воды в условиях разрушения потенциально-опасных объектов;
♦ меньшей строительной и эксплуатационной стоимостью (при отсутствии сооружений для обработки воды);
♦ возможностью сокращения строительных площадей путем объединения в одном здании нескольких элементов, например скважины и насосной станции второго подъема.
В схеме системы водоснабжения с подземным источником воды можно обойтись и без водонапорной башни. В этом случае подача воды в водопроводную сеть будет регулироваться путем включения в работу различного количества насосов насосной станции второго подъема.
По способу подачи воды системы водоснабжения могут быть напорными и самотечными. Все рассмотренные выше системы являются напорными: вода в них подается насосами с необходимым напором.
Если источник воды находится выше объекта (потребителя) с превышением, достаточным для создания необходимого напора в водопроводной сети, применяется самотечная схема водоснабжения.
Из источника воды (родника) вода подается в водопроводную сеть через нагорный резервуар, который выполняет одновременно функции резервуара чистой воды и регулирующей емкости. Здесь же при необходимости может проводиться хлорирование воды. Если напор в сети слишком большой, то его снижают с помощью разгрузочных колодцев.
Достоинства схемы самотечного водопровода – простота устройства и в связи с этим невысокая стоимость строительства, простота и дешевизна эксплуатации.
В нашей стране основными водопотребителями являются жилищно-коммунальное хозяйство и промышленность, причем на хозяйственно-бытовые нужды расходуется основная масса забираемой воды.
Суммарный объем забора поверхностных и подземных вод по данным Водного кадастра Республики Беларуси составляет более 1,6 млрд м3 (из поверхностных источников – более 0,7 млрд м3, а из подземных – 0,9 млрд м3).
Всеми отраслями экономики Беларуси используется более 1,4 млрд м3 свежей воды. При этом на хозяйственно-питьевые нужды расходуется 34 % от общего количества использованной воды, а на производственные – 30 %. Удельное водопотребление в целом для страны в 2012 г. составило 392 л/сут/чел., при этом на хозяйственно-питьевые нужды было использовано в среднем 143 л/сут/чел. (от 137 л/сут/чел. в Могилеве до 172 л/сут/чел. в Гродно). Самое высокое удельное водопотребление отмечалось в Минске (184 л/сут/чел.).
Система водоснабжения поселения (водопровод) – это комплекс инженерных сооружений, расположенных в определенном порядке по ходу подачи (течения) воды и предназначенных для обеспечения потребителей необходимым количеством воды требуемого качества.
Система водоснабжения должна обеспечить прием воды из источника, ее очистку в случае необходимости и передачу потребителю. С этой целью в систему водоснабжения входят: водоприемные сооружения, насосные станции, сооружения для очистки и обработки воды, резервуары и водонапорные башни, водоводы и водораспределительные сети.
Расход воды в населенных пунктах не является постоянным, он меняется по сезонам года и в течение суток. Для обеспечения водопотребителей используются специальная система водоснабжения.
Так, например, на территории Минска, являющегося крупнейшим водопотребителем, расположены четыре водозабора (Новинки, Петровщина, Зеленовка и Дражня). Остальные находятся за пределами городской черты. В настоящее время для обеспечения водой Минска действуют около 400 скважин, откачивающих воду с глубины от 30 до 120 м. Кроме того, предприятиями и организациями города эксплуатируется 65 ведомственных водозаборов.
В общем балансе хозяйственно-питьевого водоснабжения Минска подземные воды преобладают над поверхностными: водоотбор из подземных источников с утвержденными запасами составляет в среднем около 500 тыс. м3/сут, из Вилейско-Минской системы – около 200 тыс. м3/сут. Вместе с тем общие разведанные и утвержденные запасы пресных подземных вод в районе Минска достигают 1007 тыс. м3/сут (в том числе на водозаборах – 786 тыс. м3/сут), т. е. вполне могут полностью обеспечить потребности города в питьевой воде. Разработана соответствующая программа развития водоснабжения Минска и его городов-спутников, предусматривающая до 2030 г. полностью обеспечивать питьевое водоснабжение за счет подземных источников.
По способу доставки и распределения воды системы подразделяются на централизованные, децентрализованные и комбинированные.
Централизованное водоснабжение предназначено для удовлетворения потребностей в воде от ее забора из источника до потребителя через распределительную систему трубопроводов. Децентрализованное водоснабжение предназначено для удовлетворения потребностей в воде без транспортировки по трубам. Децентрализованное водоснабжение является дополнением к централизованным системам водоснабжения городов и предлагает альтернативный источник качественной питьевой воды, что повышает устойчивость системы жизнеобеспечения в кризисных ситуациях.
Чаще всего в населенных пунктах организовывается централизованная система водоснабжения, которая в зависимости от местных условий и экономической целесообразности может быть раздельной (с собственным источником воды для каждой из функциональных зон), объединенной (с общим для двух или нескольких функциональных зон источником водоснабжения) или комбинированной.
Децентрализованные (местные) системы водоснабжения строятся для отдельных удаленных локальных потребителей (частные подворья, фермы и фермерские хозяйства, автомобильные заправочные станции (АЗС), кэмпинги и т. д.) или группы зданий, а также для поселков, намеченных к отселению.
Потребность человека в питьевой воде не превышает 10 л/сут, что составляет менее 5 % от общего объема воды, приходящегося на одного городского жителя при централизованном водоснабжении. Качественная питьевая вода в таком количестве может быть предоставлена горожанам из подземных источников в виде бутилированной и пакетированной экологически чистой воды, организации водозаборных пунктов в жилых кварталах на базе специальных артезианских скважин, подвоза воды специальным автотранспортом и т. п.
Скважинные водозаборы оборудуются погружными насосами и накопительными резервуарами. Вокруг скважин устраиваются зоны санитарной охраны (ЗСО) и удобные для населения подходы к водоразборным пунктам, которые должны находиться за пределами зоны строгого режима.
2.2.2.1. Требования к качеству воды и водоподготовка
Согласно Водному кодексу Республики Беларусь качество воды представляет собой характеристику состава и свойств воды, определяющую ее пригодность для конкретного вида водопользования. Поскольку не существует единого показателя, который характеризовал бы весь комплекс характеристик воды, оценка качества воды ведется на основе системы показателей.
Показатели качества воды делятся на общие (физические, бактериологические, гидробиологические и химические) и специфические (химические).
Общие показатели характерны для любых водных объектов. Использование специфических показателей (химические) обусловлено местными природными условиями, а также особенностями антропогенного воздействия на водный объект.
К основным физическим показателям качества воды относятся температура, запах, прозрачность, цветность, содержание взвешенных веществ.
Температура. В водных объектах температура является результатом одновременного воздействия солнечной радиации, теплообмена с атмосферой, переноса теплоты течениями, перемешивания водных масс и поступления подогретых вод из внешних источников. Температура влияет практически на все процессы, от которых зависят состав и свойства воды.
Запах. Запах воды создается специфическими веществами, поступающими в воду в результате жизнедеятельности гидробионтов, разложения органических веществ, химического взаимодействия содержащихся в воде компонентов и поступления их из внешних источников. Запах воды измеряется в баллах.
Прозрачность. Прозрачность определяет протекание биохимических процессов, требующих освещенности (первичное продуцирование, фотолиз). Она зависит от степени рассеивания солнечного света в воде веществами органического и минерального происхождения, находящимися в воде во взвешенном или коллоидном состоянии и измеряется в сантиметрах.
Цветность. Цветность воды обусловливается содержанием органических окрашенных соединений и измеряется в градусах. Вещества, определяющие окраску воды, поступают в воду вследствие выветривания горных пород, внутриводоемных продукционных процессов, с подземным стоком, из антропогенных источников и др. Высокая цветность снижает органолептические свойства воды, уменьшает содержание растворенного кислорода.
Содержание взвешенных веществ. Источниками взвешенных веществ могут быть процессы эрозии почв и горных пород, взмучивание донных отложений, продукты метаболизма и разложения гидробионтов, продукты химических реакций и антропогенные источники. Взвешенные вещества влияют на глубину проникновения солнечного света, ухудшают жизнедеятельность гидробионтов, приводят к заиливанию водных объектов, вызывая их экологическое старение (эвтрофирование). Содержание взвешенных веществ измеряется в г/м3 (мг/дм3).
Бактериологические показатели характеризуют загрязненность воды патогенными микроорганизмами. К числу важнейших бактериологических показателей относят:
♦ коли-индекс – количество кишечных палочек в 1 л воды;
♦ коли-титр – количество воды в 1 мл, в котором может быть обнаружена одна кишечная палочка;
♦ численность лактозоположительных кишечных палочек.
Гидробиологические показатели дают возможность оценить качество воды по состоянию животного мира и растительности водоемов. Изменение видового состава водных экосистем может происходит при столь слабом загрязнении водных объектов, которое не обнаруживается никакими другими методами. Поэтому гидробиологические показатели являются наиболее чувствительными. Существует несколько подходов к гидробиологической оценке качества воды.
Качество воды оценивается по уровню сапробности. Сапробность – это степень насыщения воды органическими веществами. Каждому уровню сапробности соответствует свой набор индикаторных организмов-сапробионтов. В соответствии с этим подходом водные объекты (или их участки) в зависимости от содержания органических веществ делятся на полисапробные, α-мезосапробные, β-мезосапробные и олигосапробные. Наиболее загрязненными являются полисапробные водные объекты. На основе индикаторной значимости организмов и их количества вычисляют индекс сапробности, по которому определяется уровень сапробности.
Качество воды оценивается также по видовому разнообразию организмов. С увеличением степени загрязненности водных объектов видовое разнообразие, как правило, снижается. Оценку видового разнообразия осуществляют на основе индексов разнообразия.
Качество воды по функциональным характеристикам водного объекта определяется по величине первичной продукции, интенсивности деструкции и некоторым другим показателям.
К химическим показателям относятся общие и специфические.
Общие химические показатели: содержание растворенного кислорода, химическое потребление кислорода, биохимическое потребление кислорода, водородный показатель, содержание азота, фосфора и других веществ.
Растворенный кислород. Основными источниками поступления кислорода в водные объекты является газообмен с атмосферой (атмосферная реаэрация), фотосинтез, а также дождевые и талые воды, которые, как правило, перенасыщены кислородом. Окислительные реакции являются основными источниками энергии для большинства гидробионтов. Растворенный в воде кислород в основном используется на окисление органического вещества и процессы дыхания гидробионтов. Низкое содержание растворенного кислорода (анаэробные условия) сказывается на всем комплексе биохимических и экологических процессов в водном объекте.
Химическое потребление кислорода (ХПК). Определяется как количество кислорода, необходимого для химического окисления содержащихся в единице объема воды органических и минеральных веществ.
Биохимическое потребление кислорода (БПК). Определяется как количество кислорода, затрачиваемое на биохимическое окисление содержащихся в единице объема воды органических веществ за определенный период времени. БПК служит оценкой общего загрязнения воды легкоокисляемыми органическими веществами.
Водородный показатель. От величины рН зависит скорость развития водных растений, характер протекания продукционных процессов и др. В природных водах концентрация ионов водорода зависит главным образом от соотношения концентрации угольной кислоты и ее ионов. Источниками содержания ионов водорода в воде являются также гуминовые кислоты, присутствующие в кислых почвах и особенно в болотных водах, гидролиз солей тяжелых металлов и др.
Азот. Может находиться в природных водах в виде свободных молекул N2 и разнообразных соединений в растворенном, коллоидном или взвешенном состоянии. В общем азоте природных вод принято выделять органическую и минеральную формы. Основными источниками поступления азота являются внутриводоемные процессы, газообмен с атмосферой, атмосферные осадки и антропогенные источники. Различные формы азота могут переходить одна в другую в процессе круговорота азота. Высокое содержание азота ускоряет процессы эвтрофирования водных объектов.
Фосфор. В свободном состоянии в естественных условиях фосфор не встречается. В природных водах фосфор находится в виде органических и неорганических соединений. Основная его масса находится во взвешенном состоянии. Соединения фосфора поступают в воду в результате внутриводоемных процессов, выветривания и растворения горных пород, обмена с донными отложениями и из антропогенных источников. На содержание различных форм фосфора оказывают влияние процессы его круговорота. В отличие от азота круговорот фосфора несбалансирован, что определяет его более низкое содержание в воде. Поэтому фосфор часто оказывается тем биогенным элементом, содержание которого определяет характер продукционных процессов в водных объектах.
Минеральный состав. Определяется по суммарному содержанию главных ионов: К+, Na+, Ca2+, Mg2+, СI–, SO42–, HCO3–. Как высокие, так и чрезмерно низкие показатели минерализации воды являются неблагоприятными для здоровья человека и развития гидробионтов.
К наиболее часто встречающимся специфическим химическим показателям качества воды относят содержание фенолов, нефтепродуктов, пестицидов и др.
Фенолы. Поступают в воду из антропогенных источников, за счет метаболизма гидробионтов и биохимической трансформации органических веществ (гуминовые вещества, образующиеся в почвах и торфяниках). Фенолы оказывают токсическое воздействие на гидробионты и ухудшают органолептические свойства воды.
Нефтепродукты. Топлива, масла, битумы и некоторые другие вещества представляют собой смесь углеводородов различных классов. Источниками поступления нефтепродуктов являются утечки при их добыче, переработке и транспортировке, а также сточные (в том числе ливневые) воды. Входящие в состав нефтепродуктов углеводороды оказывают токсическое и в некоторой степени наркотическое воздействие на живые организмы, поражая их сердечно-сосудистую и нервную системы.
Поверхностно-активные вещества (ПАВ). К таким веществам относят органические вещества, обладающие резко выраженной способностью к адсорбции на поверхности раздела фаз «воздух – жидкость». В подавляющем большинстве попадающие в воду ПАВ являются синтетическими поверхностно-активными веществами (СПАВ). Они оказывают токсическое воздействие на гидробионты и человека, ухудшают газообмен водного объекта с атмосферой, снижают интенсивность внутриводоемных процессов, ухудшают органолептические свойства воды. СПАВ относятся к медленно разлагающимся веществам.
Пестициды. Объединяют большую группу искусственных хлорорганических и фосфорорганических веществ, применяемых для борьбы с сорняками, насекомыми, грызунами и др. Основными источниками их поступления в воду является поверхностный и дренажный сток с сельскохозяйственных территорий. Пестициды обладают токсическим, мутагенным и кумулятивным действием и разрушаются очень медленно.
Конец ознакомительного фрагмента.