Проблема пресной воды: как ее решать?

Опубликовано: 16 октября 2013 г.
Рубрики:

Пресные воды айсбергов

 

LakeBadwater w.jpg

Эфемерное озеро Бэдуотер в Национальном парке «Долина смерти»
Эфемерное озеро Бэдуотер (Lake Badwater) в Национальном парке «Долина смерти» (Death Valley National Park). Популярное у туристов место расположено на глубине 282 фута ниже уровня моря. Немного воды в этом озере бывает весной, как на этом снимке, сделанном в 2005 году.
Эфемерное озеро Бэдуотер (Lake Badwater) в Национальном парке «Долина смерти» (Death Valley National Park). Популярное у туристов место расположено на глубине 282 фута ниже уровня моря. Немного воды в этом озере бывает весной, как на этом снимке, сделанном в 2005 году.
Лето 1949 года. Сан-Диего. Жара, сухость.

А в Океанографическом институте Скриппса1 участники научного семинара ежатся от холода — неотрегулированный кондиционер гонит ледяной ветер. И этот мороз в конференц-зале удивительно совпадает с темой доклада океанолога и инженера Дж. Айзекса. Он предлагает для снабжения водой страдающей засухой Южной Калифорнии использовать айсберги полярных ледников планеты. По его расчетам морские грузовые буксиры способны, например, ледяную гору весом 8 млрд. тонн дотащить от Аляски до Сан-Диего за 200 суток.

Однако, одобрения тогда не получил этот проект, встреченный с соответствующим его названию холодом и целому ряду специалистов казавшийся фантастическим.

Лишь через много десятилетий идея снабжения засушливых районов пресной водой из ледовых кладовых планеты начала привлекать серьезное внимание. Буксировка к берегам Калифорнии гигантских глыб замороженной воды стала представляться вполне возможным путем ее спасения от водного голода, который с каждым годом все отчетливее, все страшнее вырисовывался на фоне катастрофически падающих в Калифорнии запасов пресных вод.

При этом, как ни странно, предпочтительнее было использование не близлежащего арктического ледяного щита на севере, а льдов Антарктики на юге. Несмотря на их значительно большую удаленность, этот вариант оказывался намного реальнее. Сначала был предложен, на первый взгляд, очень простой и экономичный проект. Вот как он выглядел.

До экватора айсберги должны были самостоятельно дрейфовать по холодному Перуанскому течению Тихого океана, а потом переправляться в Северное пассатное течение, которое доставило бы их к тихоокеанскому побережью Северной Америки. Однако такой естественный дрейф по расчетам океанологов должен занимать 2,8 года. В течение такого большого срока айсберги могли настолько похудеть, что их достаточно эффективное применение для водоснабжения становилось проблематичным.

Более надежной была признана принудительная транспортировка айсбергов по тому же маршруту, но с использованием механической тяги. Согласно расчетам, 6 буксиров смогут за 6 месяцев доставить к берегам Калифорнии айсберг весом 10 млрд. тонн. Это примерно столько, сколько нужно для удовлетворения годового водопотребления Южной Калифорнии. Правда, размеры такого ледяного гиганта должны быть немалые: длина 37 км, ширина 1 км и высота 300 м.

Georges Mougin w.jpg

Французский инженер Жорж Мужен на фоне айсбергов
Французский инженер Жорж Мужен на фоне айсбергов в фильме компании Iceberg Transport International, демонстрирующем возможность транпортировки айсбергов из полярных областей к южным районам Земли, испытывающим недостаток пресной воды. Photo Courtesy: Dassault Systemes
Французский инженер Жорж Мужен на фоне айсбергов в фильме компании Iceberg Transport International, демонстрирующем возможность транпортировки айсбергов из полярных областей к южным районам Земли, испытывающим недостаток пресной воды. Photo Courtesy: Dassault Systemes
Надо признать, что пока в Калифорнии об использования пресных вод айсбергов только рядят да думают, европейцы этим вопросом давно уже занимаются вплотную. Еще в 1975 году французский полярный исследователь Поль-Эмиль Виктор (Paul-Emile Victor) и его друг инженер Жорж Мужен (Georges Mougin) с привлечением инвестиций саудовского принца Мохаммад аль-Фейсала основали компанию Iceberg Transport International и провели даже на эту тему международную конференцию.

Позже в 2009 году по заказу Мужена было выполнено компьютерное трехмерное (3D) моделирование и доказано, что стандартный буксир с тягой в 130 тонн может от Ньюфаунленда к Канарским островам доставить айсберг весом в 7 млн. тонн. При этом за расчетные 141 сутки пути он потеряет лишь 38 процентов, и оставшейся воды хватит на годовое водоснабжение 30 тысяч человек.

А в прошлом году было осуществлено, наконец, и опытное транспортирование небольшого айсберга из Норвежского моря к берегу Адена. Нельзя не заметить, что такие же переброски ледяных островков даже с помощью обычных пароходов осуществлялись еще во второй половине XIX века. Например, от южных берегов Чили на север в порт Вальпарасио подтаскивали ледяные глыбы, использовавшиеся, правда, не для водоснабжения, а в качестве холодильников. В столице Чили Сантьяго они были востребованы на пивоварнях.

Самым большим препятствием для широкого использования айсбергов служит их неизбежное и трудно предсказуемое таяние, а также губительная эрозия (размыв) подводной части течением воды и волнами. С целью минимизации таких опасностей предлагалось, в частности, тем же Муженом, защищать ватерлинию, эту наиболее уязвимую боковую полосу айсбергов, специальной «юбкой» из геотекстиля. Однако это никак не спасает ледяные острова от опасности их вполне возможного растрескивания и раскола на отдельные части.

 

Баррель воды из-под земли

 

Насколько в этом отношении надежнее другие, подземные, «айсберги». И разве не правомерно было бы именно так (даже без кавычек) называть те невидимые течения грунтовых вод, которые мощными потоками текут по равнинам с гор вместе со своей верхней видимой частью — с реками. Подземные воды, льющиеся из горных родников, поднимаемые ведрами из деревенских колодцев, откачиваемые насосами из буровых скважин, тысячи лет верно служат людям, наполняют их водонапорные башни, текут из кранов на кухнях и в туалетах.

Для условий жаркого засушливого климата Южной Калифорнии применение для водоснабжения подземных вод особенно актуально. Находясь глубоко от поверхности земли и фильтруясь через нее, они долгое время сохраняют свежесть, чистоту и прохладу. При этом их запасы могут легко восполняться, что особенно важно в условиях неравномерно выпадающих в течение года осадков.

Гидрогеологи называют такое пополнение запасов подземных вод магазинированием. Заключается оно в том, что в период зимних дождей и весеннего снеготаяния поверхностная вода спускается в подземные горизонты и там накапливается. А летом в засуху ее оттуда забирают и подают потребителям.

Один из таких проектов стоимостью 45 млрд. долларов и предназначен для улучшения водоснабжения Лос-Анджелеса. Он рассчитан на 25 лет и предусматривает магазинирование 3 млрд. галлонов воды в подземных водохранилищах La Flintriga, Altagena и La Crescenta, расположенных в долине Сан-Габриель.

По сообщению председателя компании Metropolitan Water District Филипа Пэйса (Phillip J. Pace) и его исполнительного директора Рона Гастелума (Ron Gastelum), там в водоносных пластах Земли может ежегодно в зимне-весенние месяцы накапливаться 9 и в засуху отбираться 3 тысячи акрофутов воды (1 акрофут, или foot acre,  это 1232 куб. м — Ред.). Это удовлетворяет потребности 26 городских водопроводных компаний, обслуживающих 18 млн. жителей в 6 округах.

Не менее важный проект водоснабжения Лос-Анджелеса предусматривает использование расположенного в 50 милях к северо-западу от города мощного естественного бассейна грунтовых вод Las Posas Basin Aquifer Storage. Он подпитывается тающими водами с гор Sierra Mountains, площадь этого подземного озера достигает 469 квадратных миль, а глубина 300 футов. Содержащиеся в этом естественном резервуаре запасы воды составляют 100 биллионов галлонов и могут обеспечить в течение 3 лет водоснабжение 600 тыс. человек.

Другой проект подземного накопления воды несколько лет назад был предложен автором этой статьи для водоснабжения города Монтерей. В устье протекающей поблизости небольшой реки, летом почти пересыхающей, предлагается построить под землей водоподпорную плотину. Она перехватывала бы бесполезно стекающие зимой в океан грунтовые воды, которые накапливались бы в подземном водохранилище. А в засушливое летнее время их можно был бы подавать в водонапорную сеть. Однако этот экологически безупречный и экономичный проект так и не был осуществлен. Несмотря на заинтересованность в нем городских властей, сопротивление оказал городской Совет, состоящий в основном из местных жителей-пенсионеров, не заинтересованных в расширении хозяйственной деятельности и туризма в Монтерее.

 

Вода и сельское хозяйство

 

Впрочем, в остром южнокалифорнийском водном дефиците ничего принципиально нового нет. Нехватка воды давно уже ощущается в этих наиболее засушливых и маловодных районах штата, где число жителей только за последние 10 лет увеличилось почти в 2 раза. В этом регионе проживает около 2/3 всего населения Золотого штата,  а те же 2/3 запасов воды наоборот сосредоточены в северных его графствах.

Монопольное обладание большей частью водных ресурсов Калифорнии принадлежит Федеральному бюро мелиорации (Federal Bureau of Reclamation). А оно распределяет воду по своим узко ведомственным интересам и по командно устанавливаемым ценам, которые, естественно, оказываются чаще всего ниже рыночных. Так, основное количество пресной воды (около 85 процентов) и массированные субсидии целенаправленно поступают на мелиорацию и ирригацию. Поэтому многие фермерские хозяйства платят за воду, идущую на поливы сельскохозяйственных культур, сущую малость — всего 3,5 доллара за акрофут (а его, акрофута, себестоимость доходит до 100 долларов).

Такой перекос приоритетов со временем привел к тому, что, например, в животноводство, а точнее, только на производство кормов для овец, стало уходить больше воды, чем на городское и промышленное водопотребление вместе взятые. Причем, экономичность этих трат представляется весьма сомнительной. Так, за один из прошлых годов на орошение пастбищ было истрачено 530 млн. долларов, при этом выручка от разведения овец составила всего 100 млн.

Однобокая государственная поддержка сельского хозяйства сказалась и на неожиданном взлете таких узких его отраслей, как рисоводство и хлопководство, которые неправомерно оказались вдруг выгодными в Калифорнии благодаря низким ценам на орошение. Вместе с тем, для таких водозатратных культур, как рис и хлопок, намного лучшие условия есть где-нибудь в дельте Миссисипи и других тоже теплых, но намного более водообильных районах США.

Усиление централизованного регулирования явилось дополнительным ударом по терпящей бедствие системе жилищно-городского водоснабжения, резко страдающей от многолетней калифорнийской засухи. Она привела к тому, что за последние примерно 5 лет (но не ранее, чем с 2008 г.) уровень воды в реках штата понизился на 41 процент, а запасы снега и льда в горах уменьшились на 67 процентов от средних показателей.

Нехватка воды для питьевого и промышленного водоснабжения в Калифорнии существенно снижает возможности жилищно-городского и хозяйственного развития. Она может стать большой проблемой для экономики штата, население которого по прогнозам снова должно увеличиться к 2020 году на 10 млн. человек. И сейчас положение с водоснабжением настолько плохое, что губернатору приходится для его нужд запрашивать 11,9 млрд. долларов из федерального бюджета. Удивительно, что Калифорнии, всегда бывшей одним из наиболее благополучных штатов в стране, ныне требуются дотации.

Для экономии воды власти вынуждены прибегать к крайним мерам. Так, в ряде графств начала проводиться политика некого «веерного отключения», когда в засушливое время года часть водопотребителей переводится на режимное водоснабжение с перерывами в подаче воды. В Лос-Анджелесе одно время даже вводился запрет на полив общественных садов и огородов в дневное время (с 9 часов утра до 4 часов вечера).

Водный дефицит на фоне ипотечного кризиса стал добавочной причиной свертывания планов строительства новых жилых районов. Например, в таких перспективных для дальнейшего освоения мест, как Санта-Барбара, Риверсайд, Сент-Луис. В ряде случаев недостача воды становится настолько острой, что коммунальные службы вынуждены даже нанимать специальных работников-контролеров toilet monitors (туалетных сторожей), которым поручается, в частности, следить за расходом воды в жилых домах. Доходит даже до появления такой анекдотичной нормы, как «смыв унитазов не более 3 раз в сутки». Или установки в них приборов, регулирующих подачу воды для смыва результатов удовлетворения раздельно большой или малой нужды потребителей.

 

Cбережение воды, применение водосберегающих технологий, конечно, важное направление борьбы с водным кризисом. Однако, несомненно, главное — это увеличение источников водоснабжения, в том числе широкое использование лежащих прямо под ногами подземных озер и, хотя далеких, но перспективных пресных вод айсбергов. Нет никакого сомнения в том, что только комплексное многостороннее решение проблемы может спасти Калифорнию, как, впрочем, и другие засушливые области Земли от катастрофического водного голода. Нельзя допустить, чтобы стоимость бочки воды сравнялась с ценою барреля нефти.                                   


 

1В этом году исполняется 110 лет одному из старейших американских научных учреждений — Океанографическому институту Скриппса в Сан-Диего. Благодаря многим его достижениям в морской биологии, волновой гидродинамики и других областях океанической науки он приобрел мировую известность. В разные годы со специальным визитом его посетили британская королева Елизавета, президент Клинтон, принц Монако и еще целый ряд знаменитостей.

 

 

Комментарии

Aвтор cтатьи Г. Разумов поднял интересную тему oб источниках водоснабжения: aйсбергах и подземных водах. Но источники не панацея для решения водного кризиса. В тех же кризисных районах мира очень много поверхностных вод (реки и oзёра). По объёму воды oни нисколько не ycтупают дрyгим источникам воды, ecли не превышают. Проблема в рациональном их использовании. Сердцевиной рационализма является - эффективность их oчистки т. к. для большинства поверхностных источников характерна загрязнённость взвешенными веществами. Да, существуют oчистные сооружения, cocтоящие из cмесителя, oтстойника и фильтров. Но возникает естественный вопрос: " Эффективны ли oни в настоящий момент для oчистки больших oбъёмов вод? " Мой oтвет - нет! Почему? Почти все знают, что любые очистные cooружения состоят из смесителя, отстойника и фильтров. Главным из них cчитается отстойник, т.к. в них должно оседать 95-98% взвешенных веществ в воде. Но на практике там оседает 35-40%. В результате, часто выходят из строя фильтры. A чтобы повысить эффективность работы отстойников бухают в cмесители реагенты, cпособствующие оседанию частиц.Естественно, возникает вопрос: «Что мешает cпроектировать эффективный отстойник?» Ответ: » Неправильная теория расчёта и проектирования отстойников, разработанная aмериканским yчёным более 100 лет назад. Aмериканский yчёный A. Xeйзен, на ocнове гравитационного закона Ньютона и yравнения Стокса, предложил теорию расчёта отстойников (1904). Но на практике было невозможно спроектировать эффективныe отстойники. Тогда другой aмериканский yчёный Т. Kэмп (1946) предложил проектировать реальные oтстойники на ocнове «идеального.» Вы поверите, ecли я cкажу, что купил «идеальные» тапочки? Воистину, если найдётся oдин, кто cкажет, что между сборными футбольными командами землян и марсиян состоялся матч, то обязательно найдутся другие, которые расскажут с каким cчётом он закончился матч и кто забил голы. Так и здесь, теорию Хейзена-Kэмпа вы можете найти во всех yчебниках по oчистке воды не только России, но и др. стран мира. Я же решился предложить альтернативную теорию ocaждения взвесей в воде.Ошибка в теории Xeйзена-Кэмпа: если в воду бросить камень, то oн сразу yтонет без coпротивления, т. к. дейстует лишь сила тяжести (по гравитационному з-ну Ньютона и yр- ию Cтокса).Вывод: нельзя применять yпрощённый частный закон Ньютона при рассмотрении cложного процесса осаждения взвесей в воде.Aльтернативный подход: ecли тот же камень измельчить в песчинки, то на них, кроме силы тяжести, будут действовать две гидродинамические силы в воде. Мало того, вxoдящая в oтстойник и выходящая из него воды имеют различные массы. Поэтому, теория должна основываться на 2-oм законe Ньютона и уравнении движения тела переменной массы, предложенного русским yчёным И. Мещерским в 1904 г. Для тех, кто не знает: космические ракеты рассчитываются на ocнове yравнения И. Мещерского.Результат: на ocнове альтернативной теории можно coздать модели oтстойников и выбрать наиболее эффективный. Но aльтернативная теория пока не признана. Да как могут признать «маститые» учёные, написавшие тысячи cтатей, издавшие сотни книг, получившиe ученые степени и звания на ocнове теории Xeйзена-Kэмпа. Признание ими aльтернативной теории, равносильно научному банкротству. Всё вышеизложенное привёл для доступного разьяснения.существующей проблемы в oбласти рационального использования поверхностых вод. До использования айсбергов, как источников воды далековато, a подземные источники значительно уступают поверхностным по oбъёму.Р.S. Aльтернативная теория ocaждения взвесей была oпубликована впервые в брошюре: "Ocновы технологическoго расчёта oтстойников" (1991 г.)a также на вебсайте Википедии на aнглийском: http://en.wikipedia.org/wiki/Talk%3ASettling ( click "show ")Садырбек Джигитеков, канд. техн. наук

http://en.wikipedia.org/wiki/Talk%3ASettling

Представьте, если попытаться транспортировать не сравнительно небольшой айсберг в несколько миллионов тонн, а такой, как сейчас откололся от Антарктиды, но пока ещё не пустился в путь. Он настолько большой, что не его поверхности можно проводить непрекращающиеся зимние игры. Предыдущий подобный плавал сам по себе и таял более 10 лет, то есть на транспортирование и "зимний курорт" времени поболее года уж точно.
Вокруг Антарктиды есть постоянное круговое течение в восточном направлении со скоростью около 2 узлов. А есть от этого течения ответвления в северном направлении, одно из них западнее Зондского архипелага, с немного меньшей скоростью, остаётся немного подруливать в нужные моменты в нужном направлении. Кстати для такого буксирования, неспешного т.к. скорость не может быть велика из-за массы буксируемого айсберга можно и нужно использовать не обычные суда, буксиры или ледоколы, а специальные "неспешные" суда. У которых будет скорость малая а тяга большая. И такие конструкции есть!