Виды и источники загрязнения вод
Выше много было сказано о загрязнении вод и водных экосистем, под этим понимается изменение физического, химического и биологического состояния воды, которое ограничивает ее дальнейшее использование. Существует два вида загрязнения воды, которые отличаются по происхождению:
естественное или природное – оно «обусловлено круговоротом воды в природе, который неотделим от круговорота вещества. Переходя из одного агрегатного состояния в другое, вода постоянно растворяет, накапливает и переносит огромное количество химических соединений, продукты выветривания горных пород, вулканическую пыль, споры, бактерии и т.д» [3].
антропогенное – источниками такого загрязнения являются населенные пункты, промышленные и сельскохозяйственные предприятия.
Остановимся на антропогенном загрязнении более подробно.
Основной источник загрязнения от населенных пунктов – сточные воды. В них содержатся в растворенном виде различные вещества бытовой химии, такие как мыло, стиральные порошки; бумажный мусор, отходы животной и растительной пищи, которые поступают из жилых домов; также в сточные воды с улиц стекают воды, загрязненные реагентами, которыми посыпают дороги для ускорения таяния снега и льда.
Гораздо больше загрязнения наносят промышленные стоки, которые в три раза превышают коммунально-бытовые. Основные промышленные отрасли, от которых поступает основное загрязнение, - черная металлургия, нефтеперерабатывающая, целлюлозно-бумажная и промышленность органического синтеза. Это загрязнение происходит из-за того, что вода используется для выполнений разнообразных функций в промышленности, так вода применяется как сырье, охладитель или нагреватель в технологических процессах, с помощью нее можно промывать, сортировать и транспортировать материалы, также воду используют для вывода отходов. Промышленные стоки загрязняют воду большим количеством органических и неорганических веществ.
В сельском хозяйстве вода необходима, чтобы орошать поля, поэтому, когда она стекает с них, в ней содержатся растворы солей, частицы почвы, органические и неорганические удобрения.
Сама по себе вода способна на самоочищение, однако из-за огромного количества антропогенных загрязнителей этот процесс перестает срабатывать.
Далее приведены результаты антропогенного загрязнения:
в водных экосистемах уменьшается содержание кислорода, что приводит к гибели рыбы и других живых организмов;
из-за токсичных примесей нарушается биологическое равновесие, это также влияет на размножение болезнетворных микроорганизмов и вирусов;
растворенные в воде химикаты накапливаются в рыбах и других мелких организмах, это может привести к отравлению тех, кто их потребляет;
свинец, кадмий, мышьяк – присутствие таких металлов в воде представляет серьезную угрозу для жизни животных и человека;
соли железа, меди или марганца, окисляясь, практически не растворяются в воде, из-за этого нередко вода становится мутной и даже меняет свой цвет.
Все это доказывает актуальность проблемы загрязнения водных экосистем. Наиболее действенный способ борьбы с загрязнением воды – законы, но очень сложно добиться их соблюдения.
1.3. Значимые работы в области изучения проблем водопользования
Существует не так много исследований в области статистического анализа водопользования, особенно в части использования статистического анализа. Наиболее известные исследования принадлежал следующим авторам: Левич, Алимов, Михайлова, Харабрин, однако среди особенно значимых можно отметить диссертацию Шитикова и книгу Данилова-Данильянова.
В своей работе «Водные ресурсы мира и перспективы водохозяйственного комплекса России» Данилов-Данильян [4] уделил внимание многим проблемам человечества. Он отметил важность воды во многих сферах жизнедеятельности, которые невозможно представить без ее использования, таких как «производство продовольствия, производство энергии и промышленной продукции, бытовое потребления и удовлетворение санитарно-гигиенических потребностей» [4]. Растущие потребности человека, развитие мировой экономики становятся источником возникновения дефицита воды во многих странах. Это заставляет внимательнее относиться к водным ресурсам мира, поэтому основной задачей России становится обеспечение рационального водопользования. Автор обратил внимание на то, что в России содержится примерно четверть всех мировых запасов пресных вод, а относительно шести ведущих стран мира по валовому обеспечению воды она имеет неблагоприятное распределение водных ресурсов в течение года, а само использование носит неэффективных характер. Так, например, в годы экономического кризиса, когда многие компании оказались на гране банкротства, чтобы сэкономить средства они прекращали техническое перевооружение, что означало и прекращение соблюдений мер по водосбережению. Также он отмечает интересный факт о том, что для России эпохи перемен всегда проходили тяжело, не исключение и изменение климата, в качестве примера можно привести степи южного Урала, где засух становится больше, что влечет за собой увеличение в потребности в воде для орошения.
В связи с этим Данилов-Данильян выделил основные проблемы национального водопользования:
низкое качество воды во многих водных объектах, обеспечивающих население питьевой водой;
снижение качества и состояния гидротехнических сооружений;
неэкономичное использование водных ресурсов;
небольшое количество исследований в области развития мониторинга вод;
малое участие со стороны государства;
частые случаи загрязнения, возникающие во время различных видов аварий.
По мнению автора, вышеперечисленные проблемы характеризуют основные направления работ по улучшению экологического состояния водных объектов в Российской Федерации, для их решения нужно создать и шаг за шагом применять государственную политику, адресованную на эти цели.
Заключение работы автор посвятил долгосрочным задачам развития экономики России, которые связывает с водными ресурсами. По его словам наша страна вполне может стать «ключевым участников мирового рынка водоемкой продукции» [4] на фоне возрастающего дефицита воды. Для этого нужно применять научные достижения и новые технологии в таких отраслях, как энергетика, металлургия, сельское хозяйство. Россия способна удовлетворить спрос многих стран в водоемкой продукции, а это выгодно для нашей экономики, так как способствует не только укрепления положения России на мировом рынке, но и эффективному развитию хозяйства.
При создании своей диссертации «Интеллектуальные технологии структурного анализа экологических систем» Шитиков [20] ориентировался на актуальность задачи определения качества экологической обстановки, выявления нарушений в функционировании и структуре экологических объектов, а также нахождения количественной оценки антропогенной нагрузки. Основной целью было разработать интеллектуальные технологии анализа, то есть «совокупность компьютерных компонент обеспечивающих формирование и проверку продуктивных гипотез о внутренней структуре сложных многомерных экосистемных объектов» [20].
В ходе проведения этой масштабной работы Шитиков разработал и протестировал приемы и машинные программы, продемонстрировал их работу и эффективность на конкретном водном объекте Среднего Поволжья. Он создал методику оценивания экологического состояния и построил прогнозы дальнейшего развития водной системы, на основе минимизации экологического риска.
Научной новизной данного исследования является то, что Шитиков первый предложил использовать единый методологический подход к анализу водных объектов различных по масштабу, а именно разработать систему программ, позволяющих проводить структурный анализ как крупного озера, так и небольшого водотока. Стоит отметить, что диссертационная работа Шитикова – результат исследований, проводившихся с 1979 по 2006 года на территории Волжского бассейна, в сфере гидробиологии, рационального природопользования и индикации качества окружающей среды. Также выполнение детальной проработки структуры математического анализа, формирование баз данных, алгоритмов и компьютерных программ осуществлялось самим автором.
Как результат проделанной работы была создана интеллектуальная технология структурного анализа, это было достигнуто с помощью методов многомерного статистического анализа, опознавания образов и различных видов моделирования, в большей мере матеметико-картографического. Были определены концепции создания сложных систем по работе с большими массивами данных, которые различаются по своим характеристикам, то есть неоднородных, что облегчает задачу мониторинга водных объектов. Была сформирована база специальных методов. Отличительной особенностью диссертации Шитикова является новизна используемых инструментариев, впервые были применены технологии искусственного интеллекта для анализа водных объектов:
коллективное прогнозирование;
нейросетевое моделирование;
деревья решений;
генетические алгоритмы;
самоорганизующиеся карты Кохонена [20].
В целом анализ литературы по изучению водных экосистем показал, что общество волнует проблема загрязнения и экологии вод. Достигнуты значительные успехи в обосновании отдельных феноменов водопользования. Однако в ряду этих работ не столь многочисленны работы, опирающиеся на методологию статистического анализа данных. Проблема сбора данных и специфика предметной области при изучении водных экосистем требует дополнительного изучения, направленного на выяснение особенности поведения этих систем и создания адекватного статистического инструментария их исследования.
|
