Экологические основы охраны водных ресурсов

Министерство науки и высшего образования 
Российской Федерации
Уральский федеральный университет
имени первого Президента России Б. Н. Ельцина

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ 
ОХРАНЫ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ

Учебное пособие

Рекомендовано методическим советом
Уральского федерального университета
для студентов вуза, обучающихся
по направлению подготовки
18.03.01 — Химическая технология

Екатеринбург
Издательство Уральского университета
2019

УДК 502.51 (075.8)
ББК 20.18я73
          Э40
Авторы:
А. Ф. Никифоров, А. С. Кутергин, В. С. Семенищев, С. В. Никифоров

Рецензенты:
кафедра «Техносферная безопасность» Уральского государственного университета путей сообщения (завкафедрой проф., канд. биол. наук И. И. Гаврилин);
завлабораторией проф., д‑р техн. наук А. Н. Попов (ФГУП РосНИИВХ)

Научный редактор — проф., д‑р техн. наук А. Л. Смирнов

Изображение на обложке с сайта http://culvercitycrossroads.com/wp‑content/
uploads/2015/07/waterindustry.png
 

Э40
    Экологические основы охраны водных ресурсов : учебное пособие /А. Ф. Никифоров, А. С. Кутергин, В. С. Семенищев, С. В. Никифоров. — Екатеринбург : Изд‑во Урал. ун‑та, 2019. — 192 с.

ISBN 978‑5‑7996‑2603‑7

В учебном пособии особое внимание уделено вопросам устойчивости экосистем и их изменению под влиянием хозяйственной деятельности человека. 
Показана взаимосвязь между обобщениями Б. Коммонера и законами физики. 
Сформулированы принципы и мотивы охраны природных систем. Убедительно доказано, что доступность и качество природной воды является основой стабильности социальных систем, а состояние водных ресурсов служит индикатором 
общего загрязнения экологических систем. Подробно освещены вопросы дефицита питьевой воды, взаимосвязи качества питьевой воды и здоровья населения, 
радиоактивности природных вод, стратегического значения водных ресурсов.
Изложена проблема охраны водных ресурсов от загрязнения и истощения 
и рассмотрены пути ее решения. Показана роль регламентации поступления загрязняющих веществ в водные объекты, внедрения замкнутых систем водного хозяйства промышленных предприятий, рыночного механизма охраны водных ресурсов.

Библиогр.: 42 назв. Табл. 4. Рис. 4.

УДК 502.51 (075.8)
ББК 20.18я73

ISBN 978‑5‑7996‑2603‑7 
© Уральский федеральный
 
     университет, 2019

Введение

П

од охраной природы понимают комплекс технологических и организационных мероприятий по обеспечению физических, химических и биологических 
параметров природных систем в пределах, необходимых для 
здоровья и благосостояния людей. Иначе говоря, охрана природы — это система мер, обеспечивающая оптимальные взаимоотношения человеческого общества с окружающей природной средой.
Природоохранная деятельность в настоящее время представляет попытку смягчить удар, который наносит Природе 
человек, нарушая ее законы, стремясь хоть немного отдалить 
возмездие [28]. Однако, решая конкретные вопросы охраны 
окружающей среды, необходимо помнить, что без знания законов существования и развития природы все наши усилия 
направляются на борьбу с последствиями, а не с причиной, 
породившей конфликт человека и природы. Отсюда следует 
важнейший вывод: решение любой конкретной природоохранной проблемы следует начинать со знакомства с законами, 
по которым живет и развивается природа [26].
В наши дни охрана природы стала важнейшей естественнонаучной и социально‑политической проблемой современности, от правильного решения которой зависит благополучное 
существование человечества. Общество не может воздействовать на природу без учета возможных отрицательных последствий своей хозяйственной деятельности. Научной основой 

Введение

природоохранной деятельности является теоретическая и прикладная экология.
Согласно законам экологии причинами экологических кризисов антропогенного характера являются экспоненциальный 
рост численности популяции человека, неограниченная эксплуатация природных ресурсов и рост загрязнения окружающей 
среды. Катастрофическое разрушение биосферы в результате 
активной деятельности человека потребовало формирования 
научного направления, которое получило название природопользование. Природопользование — совокупность всех форм 
эксплуатации природно‑ресурсного потенциала и мер по его 
сохранению. Природопользование включает в себя извлечение и переработку природных ресурсов, их воспроизводство, 
использование и охрану природной среды, сохранение природного баланса экосистем. Важнейшей задачей природопользования являются природоохранные мероприятия.
Важнейшей природной средой, в которой зародилась жизнь 
и без которой невозможно ее существование, является водная 
среда. Она определяет благополучие человека, удовлетворяя его 
физиологические потребности как биологического вида, так 
и социального существа и выполняя здесь различные функции 
(гигиеническую, эстетическую, транспортную, технологическую и т. д.). В этом плане безопасность человечества и перспективы его существования в полной мере определяются состоянием водной среды. Без преувеличения можно сказать, что 
высококачественная вода, отвечающая санитарно‑гигиеническим и эпидемиологическим требованиям, является одним 
из непременных условий безопасной жизнедеятельности людей [16].
За последние годы оценка роли воды в жизни человека изменилась. О ней все чаще стали говорить не только врачи‑гигиенисты, но и биологи, инженеры, строители, экономисты, политические деятели. Вследствие бурного развития общественного 
производства и градостроительства, роста материального бла

Введение

госостояния и культурного уровня населения постоянно увеличивается потребность в воде, что приводит к более рациональному ее использованию.
Цель данного учебного пособия — рассмотреть закономерности теоретической и прикладной экологии, изучить организационные, правовые, технические и экономические мероприятия по охране природных ресурсов. Особое внимание уделено 
водным системам. Представленный материал может быть использован студентами технических вузов при выполнении курсовых и дипломных проектов.

1. Экология  
и природоохранная деятельность

1.1. Предмет изучения экологии
В 

большинстве случаев под экологией понимают негативные последствия, которые вносит человек в окружающую его среду. Слишком интенсивная эксплуатация природных ресурсов, различные формы загрязнения воды 
и воздуха рассматриваются с позиций их отрицательного влияния на здоровье человека и условия его жизни.
Такой антропоцентрический подход к экологии оправдан 
в современных условиях кризисного состояния биосферы. Ликвидация вредных для человека последствий его хозяйственной 
деятельности действительно является важной задачей сегодняшнего дня.
Негативные эффекты стихийного развития промышленности приводят к нарушению функционирования природных сообществ живых организмов, совокупная деятельность которых 
обеспечивает саму возможность существования жизни как глобального явления. В этом плане человек представляет собой 
лишь одну из форм жизни, хотя и высокоразвитую. Именно 
влияние человечества на всю взаимосвязь совокупных живых 
существ представляет наиболее фундаментальную опасность.
Установить правильное взаимодействие деятельности человека с природными процессами, которые обеспечивают устойчивое поддержание жизни на нашей планете, можно лишь 

1.1. Предмет изучения экологии

на основе знания законов формирования и поддержания активного функционирования биологических систем. Такой биоцентрический подход отражает наиболее фундаментальные проблемы экологии как науки.
В 90‑х гг. ХХ века человечество столкнулось с рядом глобальных экологических проблем, требующих от всех стран совместных усилий по их разрешению. После доклада, подготовленного для ООН в 1987 г. специально созданной международной 
комиссией по окружающей среде, появился термин устойчивое развитие. Экология с ее системным, комплексным и биоцентрическим подходом к решению всех экономических и социальных проблем призвана стать основой разработки теории 
устойчивого развития природы и общества [17].
Экология (греч. оikos — дом, убежище и logos — наука, учение) — наука о взаимоотношении организмов между собой 
и с окружающей неживой природой. Термин в 1866 г. ввел 
немецкий естествоиспытатель и философ Эрнст Геккель [6].
Геккель Э. сформулировал понятие экологии как новой науки на основании большого фактического материала, накопленного в биологии за время ее длительного развития. Действительно, весь предшествующий период становления биологических 
знаний шло накопление описания отдельных видов, а также 
материалов по их образу жизни:
· в 1798 г. Т. Мальтус описал уравнение экспоненциального роста популяции, на основании которого строил свои 
демографические концепции;
· в 1824 г. французский врач В. Эдварс опубликовал книгу 
«Влияние физических факторов на жизнь»;
· в 1838 г. П. Ф. Ферхлюст предложил уравнение логистического роста отдельных организмов;
· в 1838 г. Ж. Б. Ламарк в учебнике «Гидрогеология» фактически предвосхитил учение о биосфере;
· в 1840 г. Ю. Либих сформулировал знаменитый «закон 
минимума»;

1. Экология и природоохранная деятельность 

· в 1841–1858 гг. К. Ф. Рулье разработал практически полный перечень принципиальных проблем экологии.
Рулье К. Ф. первый четко определил принцип взаимоотношений организма и среды: «Ни одно органическое существо 
не живет само по себе; каждое вызывается к жизни и живет 
только поскольку находится во взаимодействии с относительно внешним для него миром» [15]. Научной основой экологии 
является учение Ч. Дарвина о борьбе организмов за существование. В это понятие он включал не только конкуренцию организмов за жизненные ресурсы, но и их реакции на различные факторы окружающей среды, посредством которых они 
приспосабливаются к существованию в конкретных условиях.
В развитие экологии значительный вклад внесли русские ученые С. И. Вавилов, В. Н. Сукачев, Е. Н. Павловский, 
С. С. Шварц и др. Особая заслуга в развитии экологии принадлежит В. И. Вернадскому, основателю учения о биосфере и ноосфере (сфере жизни и сфере разума соответственно).
И все же начало развития экологии как самостоятельной науки следует отсчитывать от трудов Э. Геккеля, давшего четкое 
определение ее содержания. Надо отметить, что говоря об отдельных «организмах», Э. Геккель имел в виду не отдельных 
особей, а рассматривал организмы как представителей конкретных видов.
По существу, основное направление, сформулированное 
Э. Геккелем, соответствует современному пониманию аутэкологии (греч. autos — сам) — экологии отдельных видов, поэтому в течение длительного времени основное развитие экологии шло в русле аутэкологического подхода.
В конце XIX века и особенно в первой половине XX века начались широкие работы по изучению более сложных надорганизменных биологических систем:
· в 1877 г. К. Мебиусом сформулирована концепция биоценозов как многовидовых сообществ живых организмов, 
функционально связанных друг с другом;

1.2. Специфика современной экологии

· в 1927 г. Ч. Элтон опубликовал первый учебник по экологии, в котором четко выделил понятие трофической ниши 
и сформулировал правило экологических пирамид;
· в 1927 году появилась книга В. И. Вернадского «Биосфера», в которой впервые показана планетарная роль живых 
организмов — живого вещества;
· в 1935 г. А. Тенсли ввел понятие «экосистема».
Таким образом, в начале ХХ века произошло деление экологии на аутэкологию (экологию отдельных видов) и синэкологию (экологию многовидовых сообществ — биогеоценозов).
В начале XXI века более правильно рассматривать экологию 
как науку о закономерностях формирования, развития и устойчивого функционирования биологических систем разного ранга в их взаимоотношениях с условиями среды.

1.2. Специфика современной экологии

Понятие экология приобретает глобальный масштаб. Экология перешла на изучение процессов, протекающих на уровне 
биосферы, и не может ограничиваться только экосистемным 
подходом: он должен включать все разделы естественных и гуманитарных наук.
Требуется не только понимание законов развития и потенциальных возможностей природы, но и осознание единства 
природы и человека. Одновременно с классической биологической экологией возникла экология человека.
Существуют ли пределы изменения среды обитания, за которыми наступают необратимые разрушения? Безгранична ли 
возможность адаптации (приспособления) человека к новым 
условиям, или для нее существует какой‑то предел? Если да, 
то какой? Можно ли заменить природную среду искусственной? Какое влияние природная среда оказывает на человека? 
Что такое оптимальная среда?