Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

13.3: Дефіцит води та рішення

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    3744

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Однією з найважливіших екологічних цілей є забезпечення чистою водою всіх людей. На щастя, вода є поновлюваним ресурсом і її важко знищити. Випаровування та опади об'єднуються, щоб постійно поповнювати наш запас прісної води; однак доступність води ускладнюється її нерівномірним розподілом по Землі.

    Дефіцит води

    Водна криза відноситься до глобальної ситуації, коли люди в багатьох районах не мають доступу до достатньої кількості води, чистої води або обох. Посушливий клімат та густонаселені райони об'єдналися у багатьох частинях світу, щоб створити дефіцит води, який, за прогнозами, погіршиться в найближчі роки через зростання населення, надмірного використання води, забруднення води та зміни клімату. Зокрема, зміна клімату змінює характер опадів і призводить до того, що сніговий пакет, який заряджає річки, тане на початку року. Крім того, підвищення рівня моря, пов'язане зі зміною клімату, погіршує вторгнення морської води.

    Нестача води відноситься до дефіциту води, який може бути фізичним або економічним (цифра\(\PageIndex{a}\)). Фізична нестача води - це відсутність достатньої кількості водних ресурсів у місцевості; тобто вода виснажується швидше, ніж поповнюється. Непередбачувані моделі опадів, пов'язані зі зміною клімату, які збільшують ризик повені та посухи, посилюють фізичний дефіцит води. Економічний дефіцит води виникає тоді, коли люди не можуть дозволити собі доступ до води. За оцінками Організації Об'єднаних Націй, більше половини населення планети стикаються з дефіцитом води протягом одного або декількох місяців року (див. Звіт про цілі сталого розвитку 2019). За даними Всесвітньої організації охорони здоров'я та ЮНІСЕФ, 785 мільйонів людей не мають доступу навіть до базової послуги питної води (див. Питна вода), а два мільярди людей не мають доступу до покращеної санітарії настільки ж просто, як вигрібна яма (див. Санітарія), а три мільярди людей не мають засіб для миття рук (див. Гігієна рук для всіх). Як результат, майже 829 000 людей щорічно помирають від діарейних захворювань, а 297 000 з цих смертей трапляються серед дітей віком до п'яти років (див. Питна вода).

    Глобальний фізичний та економічний дефіцит води мають кольорове кодування на карті світу
    Малюнок\(\PageIndex{a}\): Регіони, які стикаються або наближаються до дефіциту води в 2012 Фізичне напруження води відбувається на південному заході США, на Близькому Сході, в Північній Африці, на півдні Індії та південному сході Австралії. Економічний водний стрес виникає в Центральній та Східній Африці, західній Індії та Південно-Східній Азії. Зображення Всесвітньої програми оцінки водних ресурсів (WWAP; суспільне надбання).

    Рішення для вирішення проблеми дефіциту води

    Хоча деякі види діяльності людини посилили водну кризу, люди також розробили технології для кращого придбання або збереження прісної води. Рішення щодо вирішення проблеми нестачі води включають греблі та водосховища, збір дощової води, акведуки, опріснення, повторне використання води та збереження води.

    Дамби та водосховища

    Водойми (штучні озера), що утворюються за дамбами в річках, можуть збирати воду у вологий час і зберігати її для використання під час сухих заклинань (рис.\(\PageIndex{b}\)). Їх також можна використовувати для міського водопостачання. Іншими перевагами гребель та водосховищ є гідроелектроенергія, боротьба з повенями та відпочинок. Деякі з недоліків - випаровувальна втрата води в посушливому кліматі та ерозія русла річки нижче за течією. Крім того, греблі зменшують потік води вниз за течією, що може призвести до політичних конфліктів, коли річки охоплюють держави чи країни.

    Негативний вплив гребель на екосистему є ще одним важливим недоліком. Наприклад, греблі змінюють річку на озерне середовище проживання і перешкоджають міграції та нересту риби. Крім того, потепління поверхневих вод у водоймі впливає на температуру води нижче за течією, впливаючи на риб та водних безхребетних, які пристосовані до більш холодної води. Греблі також затримують опади, які в іншому випадку продовжували б стікати по річці, створюючи середовище існування та постачаючи поживні речовини нижче за течією.

    Пташиного польоту греблі Гувера показує бетонну конструкцію перешкоджає широкому руслу води (річка Колорадо). Озеро Мід знаходиться в правому верхньому куті.
    Ілюстрація\(\PageIndex{b}\): Гребля Гувера на річці Колорадо в штаті Невада. За дамбою знаходиться озеро Мід, найбільше водосховище в США. Зображення по Dismic (CC-BY-SA).

    Збір дощової води

    Збір дощової води передбачає вилов і зберігання дощової води до того, як вона досягне землі. \(\PageIndex{c}\)На малюнку показана складна система збору дощової води (система захоплення дощової води), запропонована для федеральних будівель, але менші, простіші системи (іноді їх називають дощовими бочками) можуть використовуватися окремими домовласниками (рис.\(\PageIndex{d}\)).

    Система збору дощової води містить великий металевий циліндричний резервуар для зберігання води та кілька труб, фільтрів та органів управління.
    Малюнок\(\PageIndex{c}\): Компоненти системи збору дощової води включають (1) систему збору, що складається з поверхні даху та жолобів, які захоплюють дощову воду та направляють її до (2) вхідного фільтра, екрану, який вловлює велике сміття. (3) Перший дивертор змиву видаляє сміття, не захоплене входом фільтр від початкового потоку дощової води. (4) Резервуар для зберігання складається з харчової поліефірної смоли матеріалу, затвердженого Управлінням з контролю за продуктами та ліками США (FDA), який має зелений колір і допомагає зменшити ріст бактерій. (5) Переповнення - це дренажний носик, який виділяє надлишок води, якщо сховище бак заповнений. Система управління (6) контролює рівень води та систему фільтрації, а (7) система очищення відповідає за фільтрацію та дезінфекцію, обробляючи воду, поки вона не стане питною (безпечною для пиття). Насос (8) переміщує воду через систему туди, де вона буде використовуватися, а (9) запобіжник зворотного потоку гарантує, що вода не може протікати назад через систему у випадках низького тиску води (коли резервуар для зберігання низький). (10) Витратомір (з реєстратором даних) вимірює виробництво води. (11) джерело живлення може покладатися на звичайні джерела енергії або сонячну енергію, а (12) індикатор рівня води контролює рівень води в накопичувальному резервуарі. Підпис змінено з та зображення з Управління енергоефективності та відновлюваної енергетики Міністерства енергетики (суспільне надбання).
    Пластикова бочка для дощу з краном збирає дощ з дренажного носика будинку.
    Малюнок\(\PageIndex{d}\): Бочка для дощу - це проста система збору дощової води. Домовласники зазвичай використовують накопичену воду для зрошення своїх садів. Зображення Уолтон ЛаВонда, USFWS (суспільне надбання).

    Акведуки

    Акведуки можуть переміщати воду звідти, де її багато, туди, де вона потрібна. Акведуки можуть бути суперечливими та політично важкими, особливо якщо відстані передачі води великі. Один недолік - відведення води може спричинити посуху в тій місцевості, звідки забирається вода. Наприклад, озеро Оуенс і озеро Моно в центральній Каліфорнії почали зникати після того, як їх річковий потік був перенаправлений в лос-анджелеський акведук (рис.\(\PageIndex{e}\)). Без водопостачання озеро Оуенс висохло і стало основним джерелом твердих частинок, забруднюючи повітря під час пилових бур (див. Забруднення повітря). Озеро Оуенс залишається майже повністю сухим, але озеро Моно значно відновилося завдяки юридичному втручанню. Дізнайтеся більше про акведук Лос-Анджелеса тут.

    Акведук Лос-Анджелеса - це відкритий звивистий штучний канал, що стікає з пагорба
    Малюнок\(\PageIndex{e}\): Акведук Лос-Анджелеса відводить потік декількох східних річок Каліфорнії в місто Лос-Анджелес. Зображення Лос-Анджелеса (CC-BY-SA).

    опріснення

    Одним із методів, який насправді може збільшити кількість прісної води на Землі, є опріснення, яке передбачає видалення розчинених солі та мінералів з морської води або солоних підземних вод (рис.\(\PageIndex{f}\)). Перевагою такого підходу є те, що є практично необмежений запас морської води. Існує кілька способів опріснення морської води, включаючи кип'ятіння, фільтрацію, електродіаліз (застосування електричного струму для видалення іонів, які містять солі) та зворотний осмос (рис.\(\PageIndex{g}\)). Всі ці процедури є помірно дуже дорогими і вимагають значних витрат енергії, що робить воду, що виробляється набагато дорожче, ніж прісна з звичайних джерел. Крім того, процес створює високо засолені стічні води, які повинні бути утилізовані і створюють значний вплив на навколишнє середовище. Опріснення є найбільш поширеним на Близькому Сході, де енергії з нафти в достатку, але води мало.

    Порт Станвац опріснення завод складається з чотирьох металевих циліндричних веж
    Малюнок\(\PageIndex{f}\): Порт Станвац опріснення заводу, що будується в Південній Австралії. Зображення Вменкова (CC-BY-SA).
    Схема зворотного осмосу зображена U-подібною трубкою із забрудненою водою зліва, мембраною в центрі та чистою водою праворуч.
    Малюнок\(\PageIndex{g}\): Зворотний осмос - один із способів опріснення. У цьому процесі на солону воду подається тиск (А), яка містить іони (заряджені атоми або молекули) та інші забруднюючі речовини (С). Вода витісняється через напівпроникну мембрану (D), через яку забруднюючі речовини не можуть пройти. Потім чиста прісна вода, яка є безпечною для пиття (E), розподіляється (F). Зображення Колбі Фішер (CC-BY-SA).

    Повторне використання води (переробка води)

    Рециркуляція води відноситься до повторного використання води для відповідних цілей, таких як сільське господарство, муніципальне водопостачання, промислові процеси та відновлення навколишнього середовища (рис.\(\PageIndex{h}\)). Це могло статися в масштабах одного домогосподарства, наприклад, встановлення сантехніки, яка перенаправляє воду, що зливається з раковини, для промивання унітазу. Переробка води також може відбуватися у великих масштабах. Наприклад, стічні води з каналізації регулярно обробляються до певної міри, але її можна обробляти далі для отримання питної води (яку безпечно пити), а потім перекачувати в виснажені водоносні горизонти. Такий підхід обмежує проникнення морської води в водоносні горизонти поблизу узбережжя і зменшує залежність від опадів і подальшої інфільтрації для підживлення водоносних шарів. Водний округ Оранж в Каліфорнії використовував цю систему після інформаційної кампанії, щоб пояснити процес очищення та забезпечити довіру громадськості до безпеки очищених стічних вод.

    Ландшафт із прикладами джерел води та можливостями повторного використання води, наприклад, для сільського господарства, підземних вод, питного водопостачання тощо.
    Малюнок\(\PageIndex{h}\): Блок-схема повторного використання води. Очищенню питної води піддаються поверхневі, підземні води, вода з водойм. Звідти він обслуговує комерційні, промислові та побутові цілі та підтримує зелену інфраструктуру. Використана вода обробляється в обсязі, необхідному для її призначення (придатна для цільове лікування). Придатні до призначення лікування та використання включають відновлення навколишнього середовища, підживлення ґрунтових вод, повторне використання в сільському господарстві, збільшення поверхневих вод, портативне повторне використання, повторне використання зрошення, повторне використання в побуті, промислове повторне використання та комерційне повторне використання. Сброс з промислових, побутових і комерційних будівель обробляється шляхом очищення стічних вод. Зображення EPA (суспільне надбання).

    Збереження води

    Збереження води відноситься до використання меншої кількості води та використання її більш ефективно. Навколо будинку збереження може включати як водозберігаючі технології, так і поведінкові рішення. Приклади водозберігаючих технологій включають високоефективні пральні машини для одягу та душові та туалети з низьким потоком. Поведінка, що зберігає воду, включає вимкнення води під час чищення зубів, прийняття коротших душ і душ замість ванн та фіксацію дірявих кранів. Посудомийна машина використовує менше води, ніж миття посуду вручну, особливо посудомийна машина працює лише тоді, коли вона заповнена. Аналогічно, що працює менше, більші вантажі білизни економить воду щодо більш частих, менших навантажень. Вибір продуктів з низьким водяним слідом (наприклад, яєць) над продуктами з високим водяним слідом (наприклад, яловичина) також може заощадити воду.

    Садівництво пропонує кілька можливостей економії води. Якщо ви живете в сухому кліматі, розгляньте вирощування тільки рідної, посухостійкої рослинності, яка вимагає невеликого поливу (рис.\(\PageIndex{h}\)). Коли ви робите зрошення свого саду, робіть це тільки в міру необхідності і рано вранці, коли менше води буде втрачено на випаровування. Крапельні системи допомагають доставляти лише необхідну кількість води таким чином, що мінімізує випаровування. Ці стратегії також можуть застосовуватися у великих масштабах у сільському господарстві, що надзвичайно важливо, враховуючи високі сільськогосподарські вимоги до нашого водопостачання щодо комунального використання. Стратегії збереження води в сільському господарстві включають вирощування сільськогосподарських культур у районах, де природні опади можуть їх підтримувати, більш ефективні системи зрошення, такі як крапельні системи, та сільське господарство без доведення, що зменшує втрати на випаровування, покриваючи ґрунт.

    Сад каліфорнійської рідної рослини включає яскраво-помаранчеві каліфорнійські маки
    Малюнок\(\PageIndex{i}\): Використання водоефективних рослин та зрошення не тільки виглядає красиво, але економить ресурси та підтримує біорізноманіття та природні запилювачі. Зображення та підпис з Департаменту водних ресурсів CA (суспільне надбання).

    Бутильована вода не є стійким рішенням водної кризи. Бутильована вода не обов'язково безпечніша, ніж громадське водопостачання США, вона коштує в середньому приблизно в 700 разів більше, ніж водопровідна вода в США, і щороку вона використовує приблизно 200 мільярдів пластикових та скляних пляшок, які мають відносно низький рівень переробки. Порівняно з водопровідною водою, він використовує набагато більше енергії, головним чином у виробництві пляшок та транспортуванні на великі відстані. (Придбання фільтра для води є більш стійким рішенням, ніж бутильована вода, якщо вам не подобається смак водопровідної води.)

    Посилання

    Питна вода. 2019 рік. ХТО. Доступ до 2020-12-29.

    Гігієна рук для всіх. 2020 рік. ЮНІСЕФ. Доступ до 2020-12-29.

    Санітарія. 2019 рік. ХТО. Доступ до 2020-12-29.

    Звіт про цілі сталого розвитку. 2019 рік. Організація Об'єднаних Націй. Доступ до 2020-12-29.

    Атрибуція

    Модифікований Мелісою Ха з наступних джерел: