Водопотребле́ние – использование водных ресурсов для удовлетворения потребностей населения, коммунально-бытового сектора, промышленности и сельского хозяйства, обязательно предполагающее забор воды из водных объектов . В узком смысле под водопотреблением понимается.

Выделяют две основные категории водопотребления:

1. хозяйственно-питьевое и коммунальное – потребление воды для удовлетворения питьевых, бытовых и поливомоечных нужд;
2. производственное или техническое – потребление воды для технологических нужд промышленного, энергетического и транспортного секторов, противопожарных нужд и т. д. По типам различают возвратное или оборотное водопотребление, заключающееся в многократном использовании воды, и безвозвратное водопотребление, при котором вода используется однократно.

История организованного водопотребления насчитывает несколько тысяч лет – период существования развитых человеческих цивилизаций. Первые сооружения для централизованного водоснабжения и водопотребления населения появились около 3300 до н. э. на территории современного Ирана. Позднее инженерные сети водоснабжения появились в Египте, Иерусалиме, а также в Древнем Риме, где водоснабжением было обеспечено 2 млн жителей и подавалось около 1 млн. м 3 воды/сут, или примерно 500 л/сут на человека. В России первые системы водоснабжения, построенные в XVII в. в Москве и Киеве, снабжали лишь отдельные сооружения – Московский Кремль и Киевскую духовную семинарию. Однако уже в XX в. системы централизованного водоснабжения имелись на территории 215 крупных и больших городов России. Тем не менее, эти инженерные системы не могли обеспечить полноценного водоснабжения, и объём водопотребления в большинстве городов составляла 20–50 л/сут на человека. Лишь в Москве и Санкт-Петербурге этот показатель достигал 100–150 л/сут. Величина удельного суточного водопотребления на душу населения в современном мире колеблется от 30–80 л/чел. в сельской местности до 200–600 л/чел. в городах, в 20–250 раз превосходя первичные физиологические потребности человека, составляющие ~2,5 л/сут.

С начала XX в., в связи с многократным приростом численности населения и ростом уровня жизни благодаря техническому, экономическому и социальному прогрессу, величина мирового водопотребления стала резко возрастать. В 1900–1950 гг. водопотребление населения планеты возросло в три раза, а с 1950 по 2000 гг. – уже в семь раз. На сегодняшний день динамика роста водопотребления такова, что каждые 8–10 лет мировая потребность в воде возрастает вдвое.

Величина водопотребления населения определяется рядом факторов, в том числе численностью населения, уровнем развития и состоянием жилищно-коммунального хозяйства, культуры водопотребления, климатическими условиями расположения объекта. Величина производственного водопотребления в свою очередь, зависит от структуры и мощности промышленного предприятия, технических особенностей и характеристик используемых технологий.

В целом, водопотребление страны определяется общим уровнем её развития – в развитых странах на долю сельского хозяйства приходится до 50% водопотребления, на долю промышленности – до 40%, на долю коммунально-бытовых нужд – около 10%. Однако в среднем по миру величина водопотребления сельским хозяйством достигает 70–80%, а в развивающихся странах и больше.

По данным на 2012 г. в России основная часть извлекаемой воды (60,2%) используется в промышленности; 15,8% – в сельском хозяйстве и для хозяйственно-питьевых нужд, в т. ч. на орошение – 13,7%. Оставшаяся часть – 10,3% на иные нужды. В 2011 г. суммарный водозабор из природных водных объектов вырос по сравнению с 2010 г. на 1,5% и составил 77640,85 млн м 3 , что составило ~2% водных ресурсов страны.

Хозяйственно-питьевое водопотребление

Подразумевает потребление воды на приготовление пищи, мытьё посуды, на питьевые нужды, в гигиенических целях, на стирку и влажную уборку. Основная трата воды в быту приходится на работу туалета (35%) и процедуры личной гигиены (принятие ванны, душа и умывание) – 32%. На стирку уходит 12% воды, на мытьё посуды – 10%, на питьё и приготовление пищи – 3%, а на прочие расходы, включая уход за домашними животными и поливку цветов – 8%. Всемирной организацией здравоохранения установлена норма расхода воды – 450 л/сут на душу населения. Однако среднесуточное водопотребление в странах Евросоюза, благодаря высокому уровню бытовой культуры населения и высокой стоимости услуг водоснабжения, значительно ниже этой нормы. Так, в Великобритании – 140 л, в Германии – 130 л, в США чуть больше – около 200 л/сут на человека.

Анализ данных Евростата свидетельствует о том, что в конце первого десятилетия XXI в. максимальная величина водопотребления из централизованных сетей водоснабжения в странах Евросоюза менялась по странам от 76 до 31 м 3 /чел. в год. Этот расчёт осуществлен исходя из общей численности населения конкретных стран. При оценках на основе городского населения приведённые цифры будут более высокими.

В Российской Федерации объём коммунального водопотребления за последние 20 лет неуклонно снижается. В 2012 г. в целом по всей стране они составляли 47–49 м 3 /год, или 129–134 л/сут. на одного человека, а по городам – 64–66 м 3 /год, или 175–181 л/сут. на одного горожанина.

На 2012 г. 67,7% населения Российской Федерации были обеспечены централизованным водоснабжением, остальные 32,3% – нецентрализованным водоснабжением или привозной водой. Водопотребление из централизованных систем водоснабжения имеет тенденцию к ежегодному снижению на 4–6%. Доля подземных вод в общем балансе хозяйственно-питьевого водоснабжения составляет ~45%, что намного ниже, чем в большинстве европейских стран, хотя подземные воды, вследствие лучшей защищённости подземных источников от загрязнения , можно с большей эффективностью использовать для коммунального водоснабжения. Более 60% городов и посёлков городского типа удовлетворяют потребности в питьевой воде, используя подземные воды, около 20% из них имеют смешанные источники водоснабжения. В сельской местности доля подземных вод в хозяйственно-питьевом водоснабжении достигает 80%.

Техническое водопотребление

Не существует ни одного технологического процесса, который обходился бы совсем без воды. Так, для выплавки одной тонны чугуна и перевода его в сталь и прокат расходуется 50 150 м 3 воды, для производства одной тонны меди – 500 м 3 , для получения одной тонны синтетического каучука и химических волокон – от 2 до 5 тыс. м 3 воды. Наиболее водоёмкими отраслями являются теплоэнергетика, чёрная и цветная металлургия, машиностроение, нефтехимическая, химическая и целлюлозно-бумажная промышленность. Подавляющее число производств использует только пресную воду; новейшим отраслям промышленности (производству полупроводников, атомной техники, полимерных материалов и др.) необходима вода особой чистоты. Расход воды на промышленные нужды суммарно по миру увеличился более чем в 60 раз, достигнув в 2000 г. 1900 км 3 , то время как в 1900 г. потреблялось всего 30 км 3 , в 1950 г. – 190 км 3 , в 1970 г. – 510 км 3 .

В России, как и в большинстве европейских стран, самым водоёмким сектором экономики является промышленность, на долю которой приходится более половины общего объёма суммарного забора воды из природных источников. В совокупности современные промышленные предприятия и тепловые электростанции России расходуют такое количество воды, которое сопоставимо с суммарным годовым стоком Енисея и Лены .

Удельная величина водопотребления на производственные нужды во всех отраслях экономики РФ снизилась с 71 % в 1970 г. до 53 % в середине 1990-х гг. Однако по мере восстановления промышленного комплекса этот показатель стал расти, достигнув 60,2 % к 2012 г.

Стабилизация водопотребления промышленностью связана с активным введением в эксплуатацию мощностей оборотного и повторно-последовательного водоснабжения, а также общей мировой тенденцией к внедрению водосберегающих технологий. При оборотном потреблении, когда отработанная вода после очистки снова используется в производстве, расход воды резко сокращается, например, тепловая станция при прямоточном водопотреблении расходует 1,5 км 3 /год, при оборотном – 0,12 км 3 /год, т. е. в 13 раз меньше. Тем не менее, использование воды в системах оборотного водоснабжения недостаточно: в России вода осуществляет 3–4 оборота, в то время как в США – 7–8 оборотов.

Сельское хозяйство

С семидесятых годов прошлого века значительно изменилась величина водопотребления на нужды орошения и обводнения в России. В начале 1970-х гг. доля использования воды на эти нужды составляла 15% суммарного водопотребления, в начале 1980-х гг. – 23%. В дальнейшем с внедрением водосберегающих технологий, а позднее из-за резкого снижения площади поливаемых (с 4,8 до 2,5 млн. га) и орошаемых (с 6,2 до 4,3 млн. га) земель этот показатель снизился к 2012 г. до 13,2%

В развитых странах происходит переход на водосберегающие технологии и в сельском хозяйстве, так называемому капельному орошению.

Водопотребление

В зависимости от гидрологической характеристики района, в котором ведутся работы по строительству и эксплуатации объектов нефтегазового комплекса, источниками водоснабжения могут быть как поверхностные водоемы и водотоки (пресноводные озера, реки), так и подземные воды.

При строительстве скважин пресная вода используется практически во всей технологической цепочке. Основной объем воды расходуется непосредственно при бурении скважин. Наиболее водоемкие операции — приготовление необходимого объема бурового раствора, бурение с промывкой водой, борьба с поглощениями и авариями, работа основного бурового оборудования. Расход воды при бурении скважин составляет 70-80% от всего количества, потребляемого на ее строительство.

Удельный расход воды на отдельные операции бурения составляет в среднем:

• приготовление бурового раствора — 60.3%;
• крепление обсадных колонн — 0.5%;
• работа оборудования — 11.0 %;
• борьба с осложнениями и авариями — 18.0%;
• освоение скважин — 3.5%.

Основной объем воды, расходуемый на приготовление бурового раствора, неоправданно завышается из-за отсутствия должного контроля за качеством бурового раствора. Расход воды на борьбу с осложнениями (поглощениями и водопроявлениями) пропорционален затратам времени. При борьбе с поглощениями в течение 300-500 час удельный расход воды составляет 200-500 м 3 на 100 м проходки, а при затратах времени 1000-2000 час он увеличивается в 10 раз (3000-5000 м 3 на 1000 м проходки).

Количество воды, потребляемой при работе основного оборудования, изменяется в значительных пределах в зависимости от глубины бурения, климатических факторов и др. При работе оборудования наибольшие потери воды отмечаются при работе буровых насосов и лебедки.

Для крепления обсадных колонн, испытаний, геофизических исследований и освоения скважин требуются сравнительно небольшие объемы воды. В период монтажа и демонтажа вода необходима для хозяйственно-бытовых нужд.

В нефтедобывающей отрасли высок уровень безвозвратного водопотребления, являющийся одной из причин нарушения водного и руслового режима водных источников, прилегающих к нефтепромыслам. Ни на ранней стадии, ни в более поздние периоды эксплуатации месторождений, добываемые пластовые воды не могут компенсировать того объема воды, который требуется для закачки в залежь с целью поддержания пластового давления. Даже в поздние периоды эксплуатации, когда пластовой воды становится много, она может компенсировать лишь добычу самой воды. Поэтому в качестве источника водоснабжения используются поверхностные и подземные артезианские воды.

В процессе промысловой подготовки нефти вода поверхностных и подземных источников используется в технологических операциях обезвоживания, обессоливания и стабилизации добываемого продукта. Возврат изъятой воды в первоначальном качестве затруднен. Это связано с высокой вязкостью нефтей, сернистостью, парафинистостью, наличием битумов, тяжелых металлов и необходимостью нагрева нефти при транспортировке.

В среднем на одну тонну добываемой нефти приходится 4м 3 свежей и 4.4м 3 оборотной воды. Безвозвратные потери свежей воды достигают 9 % от водозабора.

Кроме расхода на основные технологические процессы вода потребляется вспомогательными и подсобными производствами, а также используется на хозяйственно- питьевые нужды.

Водопотребление в процессе трубопроводного транспорта углеводородного сырья, в основном, связано с нуждами хозяйственно-питьевого водоснабжения домов линейных обходчиков.

Водоотведение

По окончании строительства скважины конечный объем производственных сточных вод после очистки (выделения из них твердого осадка) утилизируется путем вывоза сточных вод:

• на соседние строящиеся объекты;
• на установки подготовки сточных вод (УПСВ) для использования в системе ППД.

При невозможности использования этих мероприятий в силу отдаленности стоящегося объекта от объектов утилизации, буровые сточные воды при соответствии показателям, предъявляемым СанПиН 2.1.5.980-00 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод », могут быть отведены на рельеф.

Хозяйственно-бытовые сточные воды от бани и мытья полов отводятся в отдельный земляной амбар. Так как эти воды условно-чистые (вода после мытья полов и омыленная вода банных стоков, содержащая стеарат натрия или калия), они без дополнительной очистки периодически откачиваются в емкости очистных центральной системы и используются для приготовления бурового раствора.

Фекальные стоки и пищевые отходы накапливаются в герметичной выгребной яме, которая после санобработки засыпается грунтом.

При добыче нефти и газа на нефтепромыслах попутные пластовые и сточные воды используются в системе ППД для закачки в продуктивный пласт, что исключает их сброс в поверхностные водоемы , хозяйственно-бытовые подлежат очистке на локальных биологических очистных сооружениях.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ (ВОДОПОТРЕБЛЕНИЕ И ВОДОПОЛЬЗОВАНИЕ)

Выделяются два основных направления использования водных ресуросов: водопользование и водопотребление. Субъекты, использующие воду в технологических процессах, а также в системах коммунального хозяйства, называются водопотребителями. Отрасли, которые используют воду как ресурс, не меняя ее физико-химического состояния, называются водопользователями. И те и другие оказывают существенное воздействие на состояние водных ресурсов.

Водопотребление. В мире основным потребителем водных ресурсов является сельское хозяйство - на его долю приходится 65% потребления пресной воды, на долю промышленности - 20%, на коммунально-бытовые нужды - 10%.

Забор воды, т.е. ее извлечение и транспортировка к местам использования, в России ежегодно составляет около 1,6% водных запасов, или примерно 75,4 км 3 . Однако по отдельным бассейнам соотношение забора к запасам существенно дифференцировано, например в бассейне Дона ежегодно забирается 29% годового стока, в бассейне Терека - 44%, треть всего водозабора в России дает бассейн Волги.

В последние годы и забор свежей воды, и показатели ее использования уменьшаются, что объясняется экономией воды за счет внедрения соответствующих технологий.

В соответствии с Водной стратегией РФ на период до 2020 г. диапазон прогнозируемых значений потребности в водных ресурсах с учетом сценариев развития и темпов роста экономики будет определяться реальными темпами роста промышленного, сельскохозяйственного производства, энергетики и к этому году с большой вероятностью составит 90-100 км 3 .

Структура водопотребления в России выглядит следующим образом. Около 57,7 км 3 воды используется на нужды промышленности, сельского хозяйства и бытовые нужды, 45,2 км 3 из которых обеспечивают поверхностные пресные источники, 7 км 3 - подземные и 5,5 км 3 - морские воды (рис. 10.1).

Основным водопотребителем является промышленность, а главной водопотребляющей отраслью в промышленности - производство и распределение электроэнергии, газа и воды (59,2% от всего промышленного водопотребления), 26% приходится на обрабатывающие производства.

Абсолютное водопотребление во всех отраслях снижается. И если в 1990-х гг. это можно было объяснить спадом производства, а в ряде случаев и его остановкой, то в дальнейшем сокращение водопотребления осуществлялось за счет оборотного водоснабжения и снижения водоемкости продукции. Оборотным водоснабжением называется такое водоснабжение, когда вода, забираемая из природного источника, рециркулирует затем в рамках применяемых технологий (охлаждаясь или очищаясь) без сброса в водоем или канализацию.

В настоящее время объем оборотной (многократно используемой) воды в процентном отношении к общему объему водопотребления на промышленные нужды составляет 70% (табл. 10.3). В абсолютном выражении это больше, чем годовой сток Волги. Если бы подобных систем не существовало, забор свежей воды для промышленности следовало бы увеличить в 3 раза.

Для оценки эффективности использования водных ресурсов используются различные индикаторы.

Наиболее обобщенными показателями эффективности использования водных ресурсов, которые сопоставляют объем затраченной воды с результатами хозяйственной деятельности, являются водоемкость и интенсивность загрязнения водных ресурсов. В масшта-

Рис. 10.1.

Таблица 10.3

Динамика объемов использования оборотной воды

Источник : Охрана окружающей среды в России. М.: Росстат, 2012.

бах экономики в целом водоемкость может измеряться следующим образом:

где W - водоемкость ВВП; R ] - годовое потребление свежей воды;

R 2 - годовой объем оборотного водоснабжения; V - ВВП (конечный продукт).

Водоемкость показывает, сколько водных ресурсов нужно затратить для получения единицы национального дохода. Динамика этого показателя может служить индикатором эффективности использования водных ресурсов. Аналогичные показатели рассчитывают как по отраслевым комплексам, так и по отдельным отраслям. Интенсивность загрязнения водных ресурсов соответственно отражает объем сточных вод, приходящихся на единицу продукции.

За период после 1990 г. и водоемкость, и интенсивность загрязнений в целом по России и по отдельным регионам снижалась. Так, водоемкость по стране в целом за 1990-2010 гг. сократилась на 35%, интенсивность загрязнения воды - на 30%.

Во всем мире широко используется индикатор водоемкости в расчете на использование воды человеком. В табл. 10.4 представлена динамика удельного использования воды на хозяйственно-питьевые нужды по некоторым регионам России. За три последних десятилетия прогресс заметен прежде всего в мегаполисах - Москве и Санкт-Петербурге. В Москве сокращение душевого водопотребления в сутки за 1980-2010 гг. составило более 2,4 раза. Значительный прогресс достигнут в Центральном регионе. В целом по России за 1990-2010 гг. водоемкость на человека сократилась почти на четверть. Эти позитивные тренды обусловлены улучшением всей водной инфраструктуры.

Другим индикатором использования водных ресурсов может служить «водный след» потребления, рассчитывающийся по тем же

Таблица 10.4

Динамика удельного использования воды на хозяйственно-питьевые нужды по некоторым регионам России, л/сутки на человека

принципам, что и такой интегральный индикатор устойчивого развития, как «экологический след» (см. гл. 2). «Водный след» потребления для России составляет около 1858 м 3 на человека в год, при этом 84% этого объема приходится на внутренний «водный след». Россия находится на 20-м месте по данному показателю.

В современных условиях неравномерности распределения водных ресурсов и общего роста потребности в воде особое значение имеют проблемы, связанные с торговлей так называемой виртуальной водой. Виртуальная вода - общее количество воды, затраченной на производство конечного продукта. Этот показатель можно рассчитать на основе межотраслевого баланса (табл. 10.5). В данном случае страны с низким уровнем обеспеченности водными ресурсами могут сократить потребление воды за счет импорта водоемкой продукции. И наоборот, водообеспеченные страны имеют конкурентные преимущества в производстве водоемкой продукции (орошаемое земледелие, целлюлозно-бумажная, алюминиевая, отдельные химические отрасли и т.д.).

Кроме того, при анализе воздействия на водные ресурсы могут применятся и иные индикаторы, в частности доступ населения к чистой питьевой воде и обеспеченность канализацией.

Таблица 10.5

Экспорт виртуальной воды из России с продукцией отраслей

промышленности, млн м

Водопользование. К основным отраслям-водопользователям относятся, в частности, водный транспорт, рыболовство и гидроэнергетика.

Транспорт. Водный потенциал России для этих целей огромен. Длина российских рек достигает 2,3 млн км, а береговых линий морей - 70 тыс. км. Однако длина судоходных путей (внутренних) существенно меньше - 101,6 тыс. км. По грузообороту речной транспорт в России занимает 5-е место, морской - 4-е среди всех грузо- перевозчиков, а по пассажирообороту - последние места. При этом за последнее время наблюдается сокращение как общего количества речных судов, так и грузо- и пассажирооборота, аналогичная ситуация складывается и в морском транспорте. Основными проблемами в данном случае являются аварии, ведущие к попаданию в водные объекты значительных объемов загрязняющих веществ.

Рыболовство. На рациональное использование воды в данной области влияют несколько негативных факторов:

• загрязнение водоемов (подробнее об этом см. в гл. 14);
• забор воды на хозяйственные нужды из естественных источников;
• гидростроительство и эксплуатация ГЭС, плотины которых препятствуют свободному проходу рыбы, а главное - отсекают нерестилища;
• частое отсутствие средств рыбозащиты на водозаборниках;
• нарушение режима и несоблюдение квот вылова.

Еще один крупный водопользователь - гидроэнергетика (ее основу составляют 40 крупных электростанций) считается наиболее чистым, экологичным источником энергии. Однако это справедливо, пока не учитывается эколого-экономическая ценность отчуждаемых при гидростроительстве земель, одних из наиболее продуктивных в сельскохозяйственном отношении. К настоящему времени под зонами гидроэлектростанций затоплено 5-6 млн га сельскохозяйственных угодий. Наиболее значима эта проблема для равнинных территорий, где площади затопления особенно велики. Кроме того, плотины ГЭС нарушают нормальный гидрорежим рек, что произошло, в частности, с ее каскадом гидросооружений на реке Волга. Наносят ущерб ГЭС, как уже отмечалось, и нерестилищам рыб.

Главным резервом повышения эффективности использования водных ресурсов является сокращение потребления воды в основных водопотребляющих отраслях, особенно это относится к свежей воде - прежде всего за счет внедрения водосберегающих технологий и уменьшения ее использования на хозяйственные нужды. Еще одна возможность - ликвидация многочисленных потерь воды на всех этапах ее использования. Только при доведении воды от источников до потребителей ежегодно теряется 7,5 км 3 . Большие потери отмечаются также непосредственно у водопотребителей, в частности при орошении. Из-за применения устаревших технологий коэффициент полезного действия оросительных систем составляет 0,5, что означает практически 50%-е потери. Этому же способствовал и хозяйственный механизм, не стимулировавший экономию воды при орошении. Приблизительно 20% потребляемой воды теряется в коммунальном хозяйстве, а в отдельных городах этот показатель доходит до 40%. Такое положение происходит из-за состояния водопроводных систем (всевозможных испарений, утечек, протечек и т.п.). К этому следует добавить нерациональное потребление воды в быту, которое стимулирует расточительное использование дорогостоящей с точки зрения затрат на ее подготовку питьевой воды. Обостряется и проблема ее качества. Вследствие общего загрязнения водоемов, нехватки современных технологий очистки и недостатка средств на нее качество воды по своему физико-химическому составу ухудшается в целом ряде городов России. В целом около 30% подаваемой населению воды не соответствует требованиям гигиенических нормативов.