Опазване на водите


Категория на документа: Екология


1. ПРЕДМЕТ, МЕТОДИ И ЗАДАЧИ НА ДИСЦИПЛИНАТА "УПРАВЛЕНИЕ И ОПАЗВАНЕ НА ВОДИТЕ"

Предмет на дисциплината. Водата е един от основните компоненти на природната среда. От нейното количествено и качествено състояние зависи равновесието в природата и съществуването на живота като цяло. Развитието на човешките цивилизации в различните части на планетата е вървяло винаги в близост до водите - морски, езерни или речни. Тази близост е осигурявала източници на питейни води или води за напояване, водни пътища за търговия или общуване с други земи и народи. Заедно с това във всички случай водите са били източник на хранителни ресурси. Познаването на тези ресурси, на законите на тяхното възпроизводство и денонощни или сезонни миграции е било въпрос на изхранването на цели народи.

Успоредно с това, преди около 200 г. проучванията върху много заразни или паразитни болести показват несъмнената им връзка с водите и водните организми като депо, преносител, междинен гостоприемник или източник на заболявания по човека и селскостопанстите животни. Така опазването на здравето и борбата с болестотворните източници във водната среда са важна предпоставака за развитие на дисциплината като наука, която осигурява познание както върху жизнения цикъл на самите патогенни организми и техните гостоприемници или преносители, така и върху условията на тяхното развитие или угнетяване.

През последните десетилетия на ХІХ век пред човечеството с острота възниква проблемът "чисти води". Процесите на замърсяването и самопречистването на природните води, негативните ефекти върху качеството на водите и биологичните ресурси, върху продуктивността на морета, езера, реки и т.н. изискват познания, добивани и прилагани чрез специфични методи с оглед управление на възпроизводството на тези процеси.

Развитието на промишлеността, химизацията на селското стопанство, повишаването на санитарната култура на населението и т.н. доведоха до рязко увеличаване количеството на използваната вода и до повишени изисквания към качествата и състава й. Едновременно с това се създадоха условия за образуване на големи количества отпадъчни води. Една част от тях се включват непречистени в приемниците и силно влошават качеството на водите. Те стават негодни или непълноценни за водоснабдяване, напояване и други стопански нужди. Успешното решаване на задачите по опазването на водните ресурси от замърсяване при най-икономични условия може да се постигне като преди всичко се намали количеството и замърсеността на отпадъчните води. Стратегическа роля в това отношение има внедряването на безотпадъчни или малко отпадъчни производствени технологии. От особенно важно значение е въвеждането при подходящи условия на оборотни системи за водоснабдяване на промишлените предприятия. Изграждането на пречиствателни станции за отпадъчни води от населените места, промишлените предприятия и животновъдните ферми сега е едно от главните направления в борбата срещу замърсяването на водните течения и басейни. Съвременните пречиствателни станции за отпадни води са по същество физически модели на ускорени процеси на биодеградация на органичната материя, протичащи естествено в природните води. По този начин друга предпоставка за развитието на дисциплината "Замърсяване на водите и въздействие върху екосистемите" са въпросите, свързани с управлението на качествата на природните води с оглед осигуряване на насъщните нужди на човечеството от чисти води и качествени биологични ресурси в тях.

Опазването на чистотата на водните ресурси от замърсяване и тяхното разумно и екологосъобразно използване е един от основните проблеми на съвременното човечество. През 21 век проблемът "чиста вода" се превръща в основен и жизненоважен за цялата планета. Неговата значимост и актуалност се отнасят в най-голяма степен и за нашата страна, характеризираща се с ограничени водни ресурси и неравномерното им разпределение в пространството и времето.

Предмет на дисциплината "Управление и опазване на водите" е именно изучаване особеностите на разпределението и състоянието на водните ресурси и на тяхното комплексно използване. Също така изучаване на източниците на замърсяване на водите и тяхното въздействие върху водните екосистеми и проучване на характерните самопречиствателни процеси протичащи в тях след заустване на отпадъчни води във водните обекти. Предмет на дисциплината са и провежданите комплексни мероприятия свързани с опазване на природните води от замърсяване.

Методи на изследване. Обикновено едни от замърсителите на водите са нетрайни химични съединения, лесно разлагащи се във вода, а други преминават в нови токсични съединения. Това налага да се подберат за изследване такива замърсители, които да са устойчиви във вода, да притежават способност за кумулация, да увреждат биоценозата и с това да намаляват възможността за самопречистване на природните води. За да се определи степента на замърсяване от един или друг зъмърсител и тяхното въздействие върху екосистемите, се използуват физични, химични и биологични методи. В зависимост от целите на изследването те могат да бъдат:

Инструментални методи. Вследствие на разнообразието на замърсителите разработените през последните години инструментални методи предоставят големи възможности за избор на подходяща методика, съобразена с концентрацията, точността, специфичносттта и стойността на анализа. Главна предпоставка за получаване на точна и достоверна информация е изборът на аналитичен метод, съобразен с наличието на пречещи вещества в пробите вода за анализ. Концентрациите на замърсителите понякога се различават с няколко порядъка, което налага да се търсят чувствителни физико-химични методи за идентифициране и определяне на интересуващото ни съединение. Когато се определя едно вещество между група подобни вещества, трябва да се прилагат
високо селективни методи за анализ. Голямо приложение имат и множествените методи (едновременно определяне на няколко различни или близки по вид замърсители), което изисква висока разделителна способност на инструменталните методи. В това отношение подходящи са тънкослойната хроматография и особенно газовата хроматография.

Експериментални методи. При тях в опитни условия се изследва въздействието на замърсителите във водата върху растителния и животински свят. С този метод се определя и токсичността на замърсителите, което се изразява във възникване на вредни за организма последствия, включително и до смъртен изход.

Математико-статистически методи. В последно време голямо приложение намират методите на моделиране. При тях се използуват математически, информационни и физични модели. Тези методи създават модели на водните течения с цел изследване закономерностите за състоянието на водните екосистеми. При математическото моделиране се създава имитационен модел с използване на зависимости, които отразяват основните функционални особености на водната екосистема. Методите на статистическата прогноза пък дават възможност да се оцени бъдещото състояние на екосистемата по резултатите от минали наблюдения.

Задачи на дисциплината. Кризисното състояние по отношение на водните ресурси се свързва не само с количествения недостиг на вода, но и с последствията настъпващи в нея и водните екосистеми в резултат на замърсяване. От това произтичат и някои основни задачи на дисциплината.

Първата задача е да диференцира видовете замърсители във водата, както и тяхното поведение, взаимодействие и преобразуване.

Втората задача е да характеризира източниците на замърсяване на водата - естествени (дължащи се на процесите в природата) и антропогенни (резултат от човешката дейност).

Третата задача е да изучава въздействието на замърсителите във водата върху хората, животните, фито- и зоопланктона, фито- и зообентоса, рибите и морските бозайници.

Четвъртата задача е да се разработят норми за качествата на водите предназначени за различни цели. Да се установят условията и реда за утвърждаване и експлоатация на санитарно-охранителните зони около водоизточните предназначени за питейно-битово водоснабдяване. Въвеждане на комплекс от научно обосновани, организационни, технически и икономически мероприятия за опазване на природните води от замърсяване.

2.СЪСТАВ, СТРОЕЖ И СВОЙСТВА НА ВОДАТА

Човечеството е натрупало познания за състава, строежа и свойствата на водата в продължение на хилядолетия. Изясняването на вътрешната структура на водата е станало възможно след откриването на водорода (1766) и на кислорода (1744). С тези и както по-късно извършените открития било доказано, че молекулата на водата се състои от два обема водород и един обем кислород. По този начин се стигнало до класическата формула Н2О. През 1842 г. Дюма определил, че съотношението между масите на водорода и кислорода е 2:16. Независимо от големия напредък на химията през XIX век, в продължение на едно столетие, на учените не се отдало да прибавят нещо ново за химичния строеж на водата. След откриването на изотопите на кислорода (1929) и на водорода (1932) американските учени Х.Юри и Е.Уошбърн открили, че наред с обикновената вода с молекулна маса 18, съществува вода с молекулна маса 20. По-голямата маса на водата била обяснена с двойно по-голямата плътност на водорода, участвуващ в тази вода.

Водата като вещество притежава редица специфични свойства, наричани още "аномални", поради съществуващите различия от отнасянията на нейни аналози с подобна химическа формула или молекулно тегло. Независимо от това, следва да се отчита, че еволюцията на живота, в частност на хидробионтите, е протекла при условията на тези именно свойства, така че за водните обитатели това е нормална, естествена среда, в която протича техният жизнен цикъл и към която те са напълно адаптирани. Нещо повече водата е същността на Земята и тя изцяло определя химичния състав и биохимичния метаболизъм на всеки един организъм.

Молекулен строеж и изотопно съдържание.

Уникалните свойства на водата произтичат от атомната й структура и асоцирането на водните молекули в твърда, течна и газообразна фаза. Както е известно, в равновесно състояние водната молекула формира равнобедрен триъгълник с ъгъл 104,5º при кислородното ядро . Електронният товар на молекулата не е ограничен от планетарна конфигурация на електроните, а се разпределя в множество посоки. Появява се диполен момент, при който електронната плътност на молекулата е най-висока близо до атомите и връзките (валенциите). Въпреки че повечето (приблизително 56 %) от водните молекули имат балансирани валенции, обичайният случай на йонизиране на молекулата се характеризира с откъсването на един от водородните атоми, зареден положително и функциониращ като протон (Н+). По-нататъшното йонизиране на водата изисква много високи енергии за откъсване на електрони от молекулата и затова се случва много по-рядко.

Разбирането за физичните свойства на водата като вещество най-ясно се илюстрира от структурата на леда. В това състояние, всеки кислороден атом представлява център на тетраедър, формиран от четири съседни кислородни атома. Всяка водна молекула е свързана чрез водородни връзки с четирите най-близки молекули; нейните О-Н връзки са насочени към самотните двойки електрони на две от тези прилежащи молекули, като формират две О-Н―О водородни връзки. Обратно, всяка от нейната свободна двойка е насочена към ―О-Н връзките на други две прилежащи молекули, като формира две О―Н-О връзки. Тази конфигурация води до образуването на една отворена решетка, където вътремолекулните сили на притегляне са големи. Като резултат, такава структура има паралелни и перпендикулярни празнини между молекулите, които създават отворена тетраедрична структура, позволяваща на леда да плува над водата.

С нарастването на температурата расте и скоростта на разместванията и преориентирането на молекулите, което води до намаляване на визкозитета и нарастване на вътрешната дифузия. Поради тяхната диполна природа, водните молекули си взаимодействат като формират дифузно-агрегирана структура, квази-стабилен полимер. Нарастването на температурата изменя междумолекулните растояния и отслабва или разкъсва мрежата от водородни връзки. Докато ледът се топи, расте броят на разкъсаните връзки и така отворените пространства на тетраедричната решетеста структура се запълват. Като резултат плътността нараства, като този ефект преобладава и достига максимум при 4ºС. По-нататъшното затопляне на водата води до увеличаване на амплитидите на молекулните вибрации и на междумолекулните растояния. Това се отразява в намаляване на плътността.

От номенклатурно гледище водата е оксид на водорода, съставен от два водородни и еди кислороден атом, но всъщност това съединение може да има и доста по-сложен строеж. Познатите изотопи на водорода са ¹Н (протий), ²Н или D (деутерий) и ³Н (тритий). Тритият е радиоактивен с период на полуразпад от 12,5 години, достатъчно кратък за неговото разпадане до ³Не, повечето от който се изгубва чрез атмосферата в космосо. Концентрациите на трития са много малки - приблизително 1 атом ³Н на 1018 атома ¹Н, но той не се акумулира.

Сред изитопите на кислорода са познати шест последователни в серията 14О - 19О. Радиоактивни, но краткотрайни са изотопите 14О, 15О и 19О, които не се срещат значимо в природните води.




Сподели линка с приятел:





Яндекс.Метрика
Опазване на водите 9 out of 10 based on 2 ratings. 2 user reviews.