Водоснабжение и ирригация: современное водоснабжение

1.                  Какими чертами отличается современное водоснабжение?

Водоснабжéние — 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, называют системой водоснабжения, или водопроводом.

Основные пути решения проблемы водообеспечения за­ключаются в проведении научно-обоснованной водохозяйственной политики, которая базируется на сочетании обеспечения потребностей народного хозяй­ства в воде и полного удовлетворения духовных и физических запросов населе­ния. В качестве наиболее важных условий этой политики можно назвать сле­дующие.

1.   Коренное  улучшение  водообеспечения районов, нуждающихся   в   воде   за   счет   мест, ощущающих   ее  избыток

Все реки, протекающие по территории СНГ, можно распределить на 3 ос­новных потока. На север в моря Атлантического и Северного Ледовитого океа­нов стекает 70 % всего речного стока. Вода здесь на значительном протяжении течет по таежным дебрям, пересекает и без того увлажненные пространства, где проживает только 20 % населения страны. На восток в Тихий океан течет 20 %, а на юг в Каспийское и Аральское моря направлено всего 10 % стока. И здесь же проживает большая часть, порядка 80 % населения Содружества. Неудачное распределение - вода течет не совсем туда, куда нужно. Это положение изме­няется путем переброски части стока сибирских рек на юг. В качестве примера можно привести канал им. Москвы, каналы Ока-Москва, Северный Донец -Донбасс, Днепр - Донбасс, Иртыш - Караганда.

В пределах Республики Казахстан водные ресурсы распределены крайне неравномерно. Среднегодовой сток рек 120 км3. Реки же Иртыш, Сырдарья, Или, Урал и другие протекают главным образом по окраинам Казахстана. Цен* тральные и западные районы республики испытывают большую потребность в воде.

Для удовлетворения водопотребностей Центрального Казахстана постро­ен канал Иртыш-Караганда, Это крупное сооружение длиной более 500 км. Ширина его по верху 40-50 м, глубина 4-5 м. 22 насосные станции подымают и перекачивают до 3,0 км" воды.

Вопросы водообеспечения в южной части Казахстана будут решаться пу­тем регулирования местного стока водохранилищами и каналами. К ним отно­сятся Кызылкумский и Арысь-Туркестанский каналы.

2.              Использование паводковых вод с помощью
водохранилищ

Водохранилища являются наиболее распространенным видом регулиро­вания стока и чаще всего строятся в зонах неустойчивого или недостаточного увлажнения.

Предгорные водохранилища отличаются от равнинных значительной глубиной (70-100 м) ввиду того, что они обычно располагаются в более устой­чивых породах, процессы разрушения берегов здесь менее интенсивны, а убытки, вызванные затоплением территорий меньше, поскольку населенных пунктов в таких районах мало. К водохранилищам такого типа относятся Крас­ноярское на р.Енисей, Братское, Усть-Илимское на р. Ангаре и др.

Горные водохранилища характеризуются еще большими глубинами (свыше 100 м) при глубине сработки 50-70 м. Площади затопления здесь малы и процессы разрушения берегов незаметны. К таким водохранилищам относят­ся Нурекское на р. Вахш, Ингурское на р. Ингури, Тактогульское на р. Нарын и др.

Интересно знать, что самое крупное водохранилище мира - Оуэн-Фоле на реках Виктория и Нил расположено на территории республик Уганда, Кения и Танзания. Его площадь около 76 тыс.км2, а полный объем 200 км3. На втором месте - Братское, Все крупные водохранилища являются комплексными и обеспечивают интересы водоснабжения, ирригации, энергетики и водного транспорта.

3.              Перевод поверхностного стока в подземный или проведение так называемого магазинирования подземных  вод.

В благоприятных геолого-гидрогеологических условиях, которые харак­теризуются наличием закрытых или полузакрытых геологических структур, за­полненных рыхлыми осадками достаточной мощности, строятся плотины или дамбы. Перехватывается часть местного стока, создается инфильтрационное водохранилище, где происходит фильтрация воды и насыще­ние водоаккумулирующих пород. Затем бурятся скважины и по мере необходимости ведется использование воды.

4.              Искусственное вызывание дождя

В туче с самолета рассеиваются измельченные кристаллы поварен­ной соли, сухой лед, йодистое серебро и другие вещества, частицы кото­рых могут служить ядрами конденсации для капель дождя. Обычно их вводят в выхлопные газы самолета.

5.              Изменение технологических процессов     ря­да производств, уменьшающих расход воды, и переход на оборотное во­доснабжение

Промышленность потребляет огромное количество воды. Для очи­стки 1 т нефти надо затратить 18 т воды, для выплавки 1 т стали, требу­ется 25 т воды. ТЭЦ на каждую тонну сожженного угля выбрасывает в атмосферу до 1000 т влаги. Около 75 % всей потребляемой воды расхо­дуется на охлаждение технологических процессов. Поэтому перевод предприятий на оборотное водоснабжение, при котором вода использу­ется многократно, сулит большую экономию водных ресурсов.

6.              Уменьшение расхода  воды  на  орошение  пу­тем применения прогрессивных методов полива, т.е. дождевание

Разработанные учеными новые способы полива способствуют су­щественной экономии воды. К наиболее прогрессивным методам отно­сятся: 1. Дождевание широкозахватной дождевальной техникой: Фрега­том, Волжанкой и др. (рис. 85); 2. Системы импульсного дождевания; 3. Системы капельного орошения и др. Также важны мероприятия, направ­ленные на уменьшение потерь из каналов, облицовка их бетоном, уст­ройство лотков и водоводов.

7.              Использование вод ледников

В ледниках планеты сосредоточено около 30 млн. км пресной во­ды. При достаточно дешевом способе транспортировки они могут стать существенным резервом водных ресурсов. Так, американские ученые предложили буксировать к берегам страны антарктические айсберги. Один большой айсберг по их подсчетам смог бы обеспечить засушливую Калифорнию на целый год.

8.              Опреснение соленых подземных вод(и морских)

Это практически неограниченный источник воды. Разработано не­мало способов опреснения. Основными из них считают:

1.Выпаривание; 2. Химическое опреснение; 3. Способ вымораживания.

Выпаривание - наиболее известный способ опреснения. В жарких странах уже давно используют бытовые опреснители, работающие за счет солнечного тепла. В них с одного кв. метра поверхности получают до 300 л воды в сутки. Для водоснабжения крупных городов применяют атомные опреснители (г. Актау).

При химическом способе опреснения в воду добавляют некоторые хими­ческие вещества, которые соединяются с растворенными в воде солями и выпа­дают вместе с ними в виде хлопьев. При наличии дешевой электроэнергии применяют метод электрохимического опреснения.

При вымораживании используют свойство пресной воды превращаться в лед быстрее, чем соленой. Затем рассол удаляют промыванием, а воду тающего льда используют.

Сравнительно недавно американцы предложили использовать для опрес­нения воды пропан. Охлажденный до 2°С он образует льдообразные кристал­лы. При этом каждая молекула пропана захватывает 17 молекул воды, превра­щаясь в гидрат пропана. Пропан не смешивается с водой и легко от него отде­ляется. Стоимость этого способа весьма доступна.

9.              Уменьшение испарения с открытой поверхности
водоемов

В водоеме, выливаясь по поверхности, некоторые вещества образуют тонкую молекулярную пленку, препятствующую испарению. Опыты с такими пленками велись на Валдае и оз. Севан. Установлено, что испарение уменьша­ется на 50-60 %.

10.              Введение платы  за воду и за сброс загрязненных вод в реки
Экономический стимул является серьезным фактором в деле экономии

воды.

11. Получение воды путем использования   конден­сации

Этот метод является проблемным и до конца не разработан. Практиче­ские навыки извлечения атмосферной влаги известны давно. По библии первый конденсатор принадлежал царю Гедеону и представлял собой овчину, в кото­рой к утру накапливалась чаша воды. Археологам известно, что в 5 веке до н.э. на берегу Черного моря процветала колония малазийцев. Неясно было одно: каким образом она могла процветать без достаточного количества воды. Ответ был получен в 1888 г. инженером Ф.М.Зибольдом. При изыскании трассы под водопровод для г.Феодосии он обнаружил сеть керамических труб диаметром 3-7 см. Часть их вела к 14 цистернам в городе, а остальные - к 13 огромным пи­рамидам из щебня известняка. Ученые подсчитали, что эти пирамиды давали до 700 тыс. литров воды. Историки отмечают, что Керчь и другие поселения греков на берегу Черного моря также обеспечивались водой из воздуха. Остат­ки устройств - конденсаторов найдены в Месопотамии, Сахаре, Каракумах и др. местах. Многие ученые нашего века занимались проблемой конденсации, например К.Э.Циолковский. В настоящее время существуют проекты устано­вок, часть которых реализована, дающих сотни литров воды из воздуха. Однако

они во многом экспериментальны, процесс нуждается в более глубоком теоре­тическом объяснении [27]. Следует добавить, что процесс конденсации является в определенных районах основным фактором формирования подземных вод.

2.                  Какие проблемы призваны решать системы водоснабжения?

Удовлетворение питьевых потребностей населе­ния чистой, доброкачественной водой предохраняет людей от эпидемических заболеваний. Технологические процессы большинства промышленных пред­приятий и орошение земельных массивов сопровождаются потреблением гро­мадных объемов воды, порой превышающим снабжение крупных городов. От­дельные отрасли промышленности предъявляют к качеству воды специфиче­ские и порой весьма высокие требования. От уровня организации водоснабже­ния и ирригационных систем, от количества и качества используемой воды за­частую прямо зависит себестоимость получаемой продукции. Таким образом, организация систем водоснабжения и ирригации приобретает экономический аспект.

В этой связи во всех развитых государствах придается большое значение развитию и оптимизации систем водоснабжения и ирригации как основе для роста сельского хозяйства, благоустройства городов и поселков, укрепления материально-технической базы цивилизованного общества.

Кроме того, в последние годы неизмеримо возросла экономическая роль систем водообеспечення на фоне заметного ухудшения природных условий и загрязнения окружающей среды. Об этом свидетельствуют многочисленные опубликованные данные, посвященные как глобальным аспектам названной проблемы, так и ситуации, возникшей в Среднеазиатском регионе и Республике Казахстан. Так, по свидетельству отчета, подготовленного к IV Всеевропейской конференции министров охраны окружающей среды (1998 г, ОРХУС) под эги­дой Всемирного банка, повсеместный дефицит воды, неудовлетворительное техническое состояние системы водного хозяйства и загрязнение поверхност­ных и грунтовых вод являются главными причинами неприемлемого уровня и качества водоснабжения. Таким образом, организация систем водоснабжения приобретает важнейшее значение для охраны здоровья населения в условиях обширного техногенного воздействия на окружающую среду в целом и на при­родные источные воды, в частности.

Проектирование, строительство и эксплуатация сооружений для подачи воды невозможны без изучения специального технического оборудования - насосов, двигателей, электроаппаратуры, регулирующих и измерительных приборов. Кроме того, инженер-проектировщик систем водоснабжения и иррига­ции должен иметь достаточную подготовку в области строительных дисциплин.

Цели водоснабжения

Вода расходуется различными потребителями на самые разнообразные нужды. Однако подавляющее большинство этих расходов может быть сведено к трем основным категориям:

        расход на хозяйственно-питьевые нужды (питье, приготовление пищи, умывание, стирка, поддержание чистоты жилищ и т. д.),

        расход на производственные нужды (расход предприятиями промышленности, транспорта, энергетики, сельского хозяйства и т. д.),

        расход для пожаротушения.

3.                  Какие способы и методы существуют для покрытия водного дефицита?

Дефицит пресной воды - глобальная проблема

Водный дефицит в одном регионе ставит проблемы для соседних регионов, оказывается для них внешним фактором, от которого зависит их собственная устойчивость. С этим связано еще одно обстоятельство, приводящее к глобальной постановке проблемы дефицита пресной воды. Речь идет об очевидной неспособности вододефицитных развивающихся стран самостоятельно, собственными силами справиться с этим дефицитом (см., например, [Африка…, 2001]). С одной стороны, в таких странах (имея в виду и государство, и структуры национального бизнеса, и население вместе взятые) просто не будет средств на приобретение минимально необходимого количества воды при тех ценах, которые неотвратимо сложились бы на "свободном" рынке. Естественно, надо принимать во внимание цены не только на воду, но и на те продукты, что производятся на экспорт в таких странах и обеспечи-вают им валютные поступления. Под "свободным" рынком в данном случае имеется в виду такой, где нет дотаций, субвенций и пр., каждый платит за себя в пределах своих бюджетных ограничений и выполнены основные предположения "совершенной" конкуренции. Впрочем, специально интересоваться конкурентными факторами для обоснования сформулированного тезиса нет необходимости, так как монополия покупателя воды применительно к развивающимся странам невозможна, а монополия продавца еще более усугубила бы их проблемы.

Инерция движения развивающихся стран такова, что "задел" для дальнейшего обострения дефицита воды во многих из них сформирован на два-три десятилетия. Здесь взаимно усиливают друг друга звенья контура, схематически представленного на рис. 1.4.12. Истощение водных ресурсов, ухудшение качества воды и рост ее дефицита мало влияют на рост населения, но крайне негативно сказываются на экономическом росте и благосостоянии. В итоге возможности решения проблемы водного дефицита уменьшаются, а рост населения продолжается, желание повысить уровень жизни усиливается, в том числе и под влиянием все большей информированности о благосостоянии в развитых странах. Рыночные стимулы, однако, толкают к решениям, дающим краткосрочные и, в лучшем случае, среднесрочные результаты, способы достижения которых (неизбежно антиэкологичные, пока экологические факторы в существенной мере остаются экстерналиями) лишь обостряют проблему в долгосрочном аспекте.