Потребление воды

В настоящее время мировое потребление воды составляет около 5000 км³ в год. Основные объемы воды используются в промышленности, сельском хозяйстве и других отраслях. При годовом стоке рек мира 40 тыс км³ изъятие 5000 км³ близко к предельно допустимым – 10%. Практически оно меньше, так как часть воды потребляется из других источников (озера, подземные воды), часть из замкнутых циклов, а некоторая доля возвращается в эти же источники после использования и очистки. Та доля воды, которая не возвращается в источники, составляет безвозвратное водопотребление. Этот вид потребления является основной причиной увеличения водного дефицита, уменьшения запасов воды в источниках. Безвозвратное водопотребление наиболее типично для орошаемого земледелия: здесь оно достигает 60-70% и более.

Для удовлетворения чисто биологических потребностей человеку достаточно 2-5 литров воды в сутки. На первых порах человек таким количеством и довольствовался. С момента перехода на хозяйственную деятельность требовалось все больше воды. Рост населения мира, бурное развитие промышленности и сельского хозяйства определяют исключительно высокие темпы мирового потребления, достигающие в настоящее время в среднем 1500-2000 л/сутки на одного человека. В развитых странах ежесуточно расходуется 3000-5000 л воды, т.е. 1200-2000 м³ на человека в год.

Структура водопотребления такова: сельское хозяйство – 70%, промышленность – 20%, коммунально-бытовые нужды – 10%.

Крупнейшим потребителем воды являются сельское хозяйство и сфера производства продовольственных продуктов. Так, для производства суточной нормы пищевых продуктов в расчете на одного человека требуется 6 т воды. При получении 1 м³ молока затрачивается 5 т воды, 1 т мяса – 8 т воды, 1 т сахара – 100 т воды. Для выращивания 1 т пшеницы требуется 2000 т воды, 1 т сахарной свеклы – 6000 т воды, 1 т риса – 8000 т воды, 1 т хлопчатника – 10000 т воды. Особенно много воды забирает орошаемое земледелие: на 1 га посевов расходуется в среднем 5000 т воды в год. Орошаемые земли более продуктивны по сравнению с неорошаемыми (богарными), поэтому площадь орошаемых земель постоянно растет. За последнее столетие она возросла в мире в 8 раз и составляет 15% от общей площади сельскохозяйственных угодий. Орошаемые земли дают около 50% всей продукции и наибольший объем безвозвратного потребления воды. Для того чтобы предотвратить дальнейший рост дефицита пресной воды, следует увеличить эффективность ее потребления. В рамках этой задачи в ряде стран переходят на систему капельного орошения. Она предусматривает подачу влаги непосредственно на корневище растений.

В промышленности воды используется как сырье в химико-технологических процессах, для приготовления растворов, охлаждения и нагрева газов и жидкостей, очистки растворов и газовых смесей, для транспортировки сырья, для теплоэнергетических целей, для удаления отходов, мытья оборудования, тары, помещений и др. Увеличение расхода воды промышленностью связано не только с быстрым развитием последней, но и с ростом водоемкости производства, т.е. с увеличением расхода воды на единицу продукции. Водоемкость разных производств зависит от вида продукции, применяемых технических средств и технологических схем водоснабжения. Так, на производство 1 т различных видов готовой продукции расходуются в среднем такие объемы воды, м³:

уголь – 3 азотные удобрения – 600

нефть, сода – 10 аммиак – 1000

серная кислота – 50 пластмасса – 1000

азотная кислота – 90 резина – 3000

бумага – 100 никель – 4000

сталь, чугун – 200 синтетическое волокно

медь – 500 и каучук – 2600-5000

Большие объемы воды требуются для охлаждения энергоблоков: для работы ТЭС мощностью 1 МВт 1,5 км³ воды в год, а для работы АЭС той же мощности – в 2-3 раза больше.

Средний химкомбинат расходует ежесуточно 1-2 млн м³ воды.

С ростом численности городского населения потребление воды на коммунально-бытовые нужды быстро растет. Величина удельного водопотребления (суточный объем воды в литрах, необходимый для удовлетворения потребностей одного жителя) в городах 3-5 раз выше, чем в сельской местности. В крупных городах объем удельного водопотребления составляет, л/сутки: Москва – более 600, Ростов-на-Дону – 700, Прага – 345, Киев, Днепропетровск – около 350, Луганск – более 450.

Специалисты США показали, что структура потребления воды жителями города выглядит следующим образом: смывной бачок - 45%, ванна, душ – 34%, мытье посуды – 6%, стирка – 4%, уборка – 3%, полив цветов, мойка машин и пр. – 3%. Остальные 5% используются для питья и приготовления пищи. С некоторыми коррективами это можно применить и к жителям городов Украины.

В развитых странах чистую питьевую воду высокого качества готовят специально, разливают в емкости и продают. Так, в США такую воду постоянно потребляют 60-70% американцев. Такое разделение питьевой и технической воды существенно снизило удельное водопотребление в городах ряда стран, л/сутки: в Лондоне – 170, в Париже – 160, в Брюсселе – 85, в Токио – 100, в Германии – до 250, в США – до 350. Следует отметить, что в конце XIX столетия на каждого городского жителя Земли приходилось 30-40 л воды в сутки.

К качеству потребляемой воды предъявляются высокие требования, что вызывает необходимость сложных технологических процессов водоочистки и водоподготовки. Качество воды – это совокупность физических, химических, биологических и бактериологических показателей, обусловливающих пригодность воды для использования в быту, промышленном производстве и т.п. Практически вся вода, поступающая в магистрали питьевого водоснабжения, нуждается в специальной водоподготовке. Проблема качества воды связана в основном с массированным техногенным загрязнением поверхностных и отчасти подземных природных вод.

Недостаток пресной воды породил бум в строительстве водохранилищ. В настоящее время в мире нет ни одной страны, в которой не было бы водохранилищ. Сегодня на Земле эксплуатируется более 60 тыс водохранилищ объемом более 6600 км³ (т.е. больше объема мирового годового водопотребления). Площадь их водного зеркала равна 400 тыс км². Это площадь одиннадцати Азовских морей. Так, крупнейшее по площади водохранилище Вольта примерно сопоставимо с территорией о. Кипр и в 15 раз больше Женевского озера. Сведения о некоторых крупнейших водохранилищах мира приведены в табл. 9.2.

Таблица 9.2. – Крупнейшие водохранилища мира

На территории Украины создано 8999 водохранилищ с общей площадью 9635 км² и общим объемом 51,7 км³. К наиболее крупным сооружениям относятся 6 водохранилищ Днепровского каскада (табл. 9.2.), 3 водохранилища на р. Южный Буг и 2 – на р. Северский Донец.

Необходимость регулирования стока вызывается многими обязательствами, но основными причинами являются: неравномерность стока рек по сезонам года и значительные колебания речного стока в бассейнах отдельных рек и от года к году. Только создание водохранилищ сезонного и многолетнего регулирования стока дает возможность обеспечить население, промышленность и сельское хозяйство необходимым количеством воды в определенное время.

Положительную роль водохранилищ трудно переоценить. Они и связанные с ними ГЭС – основные поставщики электроэнергии в момент наибольшей потребности в ней, так как ТЭС и АЭС не могут так оперативно менять режим своей работы, как ГЭС. Без водохранилищ невозможно было бы обеспечить гарантированное водоснабжение в районах орошаемого земледелия и поддерживать необходимые для речного транспорта глубины. Водохранилища – центры водной рекреации и рыболовства. Вместе с тем, создание водохранилищ привело к негативным изменениям в жизни людей и в окружающей среде: затопление и подтопление ценных пашен и пастбищ, повышение уровня грунтовых вод и вызываемые им заболачивание земель, перенесение на новое место многих городов, сел и населенных пунктов (так, ввод в эксплуатацию водохранилища с высотой плотины 180 м на р.Янцзы в Китае в 2006 г. потребовал отселения более 1,5 млн жителей), распространение инфекционных болезней, передающихся через воду, а также замедление процессов самоочищения воды и избыточное развитие сине-зеленых водорослей (цветение воды) вследствие уменьшения скорости течения в 8-10 раз.

В последние десятилетия выяснилось, что водохранилища влияют и на тектонические процессы, способствуя в одних районах возникновению, а в других – увеличению частоты и силы землетрясений.