Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,931

DIRECTIONS OF PERFECTION OF WATER SUPPLY IN THE COUNTRIES OF THE ARABIAN PENINSULA

Аль_Майтами Валид Абдулвахид Мохаммед, Фрумин Г.Т.
В статье освещены вопросы современного состояния водообеспечения в странах Аравийского полуострова. Для покрытия дефицита пресной воды разработан комплекс экологически безопасных технологий водообеспечения в этих странах (переход на капельное орошение, гелиоопреснение, установка подземных наливных резервуаров, конденсоры воды из атмосферного воздуха).
In the article questions of a modern condition of water supply in the countries of Arabian Peninsula are covered. For a covering of deficiency of fresh water the complex of ecologically safe technologies of water supply in these countries (transition to a drop irrigation, solar desalination, installation of underground bulk tanks, condensers of water from atmospheric air) is developed.

Введение

Согласно данным ЮНЕСКО к 2050 году 7 миллиардов человек в 60 странах (по пессимистическим прогнозам) или 2 миллиарда человек в 48 странах (по оптимистическим прогнозам) столкнутся с проблемой нехватки воды. Пресная вода стремительно превращается в дефицитный природный ресурс. За XX столетие ее потребление увеличилось в 7 раз, тогда как население планеты выросло втрое. Не случайно ООН объявляла 2003 год Международным годом пресной воды. Это в полной мере относится и к странам Аравийского полуострова, где располагаемые к использованию водные ресурсы неуклонно снижаются. Таким образом, обеспечение народного хозяйства и бытовых нужд населения водой является одной из острейших проблем в странах Аравийского полуострова.

В связи с изложенным всесторонний анализ проблемы водообеспечения в странах Аравийского полуострова представляет собой актуальную задачу, так как при успешном ее решении оказывается возможным выявить основные причины дефицита пресной воды, провести необходимые природоохранные мероприятия и разработать систему рационального управления водными ресурсами.

Цель данного исследования состояла в обосновании путей совершенствования водообеспечения в странах Аравийского полуострова на основе экологически безопасных технологий с учетом климатических особенностей и природных ресурсов.

Современное состояние водообеспечения в странах Аравийского полуострова

Аравийский полуостров располагает малыми запасами возобновляемых водных ресурсов. Регион характеризуется аридным климатом со средними осадками не более 100 мм/год. По данным многолетних наблюдений межправительственной группы экспертов по изменению климата (с 1960 г. по 1999 г.) количество осадков в странах Аравийского полуострова колеблется от 59 мм/год в Саудовской Аравии (СА) до 167,2 мм/год в Республике Йемен. [5]. Ресурсы поверхностных вод Аравийского полуострова незначительны и включают лишь неустойчивый сезонный сток по высохшим руслам рек (вади) и малое число источников с водой среднего качества. Ресурсы грунтовых вод Аравийского полуострова находятся в критическом состоянии, так как объемы забора воды намного превышают темпы естественного пополнения. В результате уровень неглубоко залегающих водоносных горизонтов неуклонно понижается.

Главным потребителем воды на Аравийском полуострове является сельское хозяйство, на его долю приходится 85,2% всего водопотребления, тогда как на питьевое водоснабжение расходуется 13,5% воды, а на нужды промышленности - 1,3%. Основными источниками водообеспечения в странах Аравийского полуострова являются: подземные воды, опресненные морские воды и повторно используемые сточные воды. Для покрытия дефицита пресной воды в странах региона используется опреснение морских вод. В настоящее время функционирует 50 установок, ежегодно опресняющих около 1520 млн.м3 воды (около 50% мирового объема опреснения), что относительно немного для региона в целом. Опреснительные установки ежегодно вырабатывают от 20 млн.м3 в Йемене до 790 млн.м3 опресненных вод в Саудовской Аравии [6]. Весьма незначителен объем повторно используемых сточных вод (исключение составляет Бахрейн). Так, согласно нашим оценкам, отношение объемов повторно используемых вод к ежегодному водопотреблению составляет в Бахрейне 72%, в Катаре 10,7%, в Объединенных Арабских Эмиратах 8,8%, в Кувейте 4,0%, в Омане 1,6%, в Йемене и в Саудовской Аравии 0,9%. Для всех рассматриваемых стран характерен отрицательный водный баланс как в 1997г., так и, согласно прогнозу, в 2025 г. (табл. 1). Расчет водного баланса был проведен на основе следующих соотношений. Водный баланс = общие водные ресурсы (1997г.) - общее водопотребление. (Общее водопотребление)1997г.= поверхностные воды + использование подземных вод + опресненные морские воды + повторное использование сточных вод. (Общее водопотребление)2025г. = коммунально-бытовые воды + промышленность + орошение [4].

Таблица 1. Водный баланс в странах Аравийского полуострова

Страна

Водный баланс, 1997, 106 м3

Водный баланс, 2025, 106 м3

Общее водопотребление

Водный баланс

Общее водопотребление

Водный баланс

Бахрейн

332

-136

437

-242

Кувейт

673

-168

1160

-655

Оман

2747

-268

3214

-735

Катар

445

-236

601

-392

СА

21136

-14636

41520

-35020

ОАЭ

2328

-1490

2745

-1907

Йемен

6491

-1380

9297

-4186

Итого

34152

-18314

58974

-43136

Основные направления совершенствования водообеспечения в странах Аравийского полуострова

Для покрытия дефицита пресной воды в странах Аравийского полуострова целесообразно установить опреснители морской воды, использовать отходящие газы различных заводов для опреснения морской воды методом дистилляции, установить подземные наливные резервуары вдоль вади для сбора дождевых осадков, использовать конденсоры воды из атмосферного воздуха, перейти на современные методы орошения (капельное орошение) и производить доочистку сточных вод. При этом выбор метода получения пресной воды следует проводить, исходя из местных условий с учетом свойств исходной воды (морская или атмосферная вода), источников энергии и инфраструктуры с целью получения максимальной экономической эффективности.

Для оценки дополнительно необходимого объема воды в странах Аравийского полуострова в 2025г. нами были проведены соответствующие расчеты, учитывающие требуемый объем вод в 2025г., объем ежегодно восполняемых подземных вод и объемы воды, производимые в настоящее время путем опреснения (табл. 2). При расчетах был сформулирован принцип, согласно которому ежегодно извлекаемый объем подземных вод должен быть равен их естественному восполнению.

Частичное покрытие дефицита пресной воды в странах Аравийского полуострова может быть реализовано на основе прогрессивных способов орошения (с точки зрения экономии воды наиболее эффективно капельное орошение). Коэффициент полезного использования воды определяется как соотношение между количеством воды, усвоенным растением, и израсходованным на полив. Эта величина составляет около 95% при капельном орошении, тогда как для поверхностного орошения она равняется 45%, а для орошения дождеванием - 75%.

Таблица 2. Дополнительно необходимый объем воды в странах Аравийского полуострова в 2025 г., n∙106 м3

Страна

Требуемый объем воды в 2025 г.

Объем ежегодно восполняемых подземных вод

Объем опресняемых вод

Дополнительно необходимый объем воды

Бахрейн

437

100

80

257 (58,8%)

Кувейт

1160

160

390

610 (52,6%)

Оман

3214

550

50

2614 (81,3%)

Катар

601

85

130

386 (64,2%)

СА

41520

3850

790

36880 (88,8%)

ОАЭ

2745

130

550

2065 (75,2%)

Йемен

9297

1000

20

8277 (89%)

Итого

58974

5875

2000

51089 (86,6%)

Примечание: первичные данные для расчетов заимствованы из [4].

Частично покрытие дефицита пресной воды в странах Аравийского полуострова может быть достигнуто за счет повторного использования промышленных сточных вод после их доочистки. Один из перспективных вариантов покрытия дефицита пресной воды в странах Аравийского полуострова связан с получением воды из атмосферного воздуха.

Количество воды, проносящейся над каждым квадратом в 10 км2 Аравийской пустыни или Сахары, равно по объему озеру площадью 1 км2 и глубиной 50 м [1]. Более того, в 1 км3 приземного слоя атмосферы в жарких, засушливых и пустынных областях Земли содержится до 20000 тонн водяных паров.

В некоторых случаях пресную воды получают путем сбора сконденсированных капель, образующихся в результате естественного радиационного охлаждения земной поверхности. Для улавливания капель на пути движения воздуха устанавливают специальные синтетические сети, в которые капли ударяются и осаждаются на них. Эксперименты по получению воды этим методом проводились в 47 местах 22 двух стран 5 континентов мира Количество получаемой воды варьировалось в зависимости от времени года и места от 3 до 50 л/сутки/км2. Использование естественных процессов позволяет получать большое количество пресной воды, практически не влияя на состояние окружающей природной среды. В прибрежных районах значительную роль в процессе функционирования конденсаторов играет бризовая циркуляция. Количество воды, которое может быть получено из атмосферного воздуха зависит от: - температуры и влажности окружающего воздуха; температуры конденсирующей поверхности; объема воздуха, проходящего через систему конденсации влаги. Изложенный подход к получению пресной воды из атмосферного воздуха вполне пригоден для практической реализации в странах Аравийского полуострова. Очевидно, что размещение устройств для извлечения воды из воздуха целесообразно на тех территориях, которые характеризуются высокой относительной влажностью воздуха и расположенных невысоко над уровнем моря, в основном в приморских городах.

Как отмечено выше, объем дождевых осадков в странах Аравийского полуострова весьма мал (до 100 мм в год). Однако в горной местности в Объединенных Арабских Эмиратах количество осадков достигает 300-400 мм, в Саудовской Аравии - до 400 мм, в Омане - до 500 мм, а Йемене - до 1000 мм в год. Большая часть выпадающих осадков тратится на испарение, некоторое количество пополняет запасы подземных вод, часть стекает в Красное море, Аденский залив и Аравийское море. Количество стекающих осадков можно существенно уменьшить путем установки резервуаров под поверхностью земли (подземные наливные резервуары). Предварительный анализ показал, что в вышеуказанных странах примерно 2% от общего количества осадков может быть собрано подземными наливными резервуарами. По предварительным оценкам реализация этого проекта позволит собирать 2655 м3 пресной воды в Саудовской Аравии, 1766 м3 в Йемене и 130 м3 в Объединенных Арабских Эмиратах.

Один из наиболее эффективных и перспективных путей обеспечения пресной водой стран Аравийского полуострова связан с опреснением соленых морских вод [2-3]. В настоящее время известно примерно 30 способов опреснения морской воды. Все способы превращения соленой воды в пресную требуют больших затрат энергии. В общем, на долю электроэнергии приходится примерно половина всех издержек на опреснение, их другая половина идет на ремонт и амортизацию оборудования. Таким образом, стоимость опреснения воды зависит в основном от стоимости электроэнергии. При выборе метода опреснения следует учитывать, что электродиализ и обратный осмос (гиперфильтрация) экономичны при содержании солей от 2,5 г.л-1 до 10 г.л-1, а ионный обмен - при солесодержании менее 2,5 г.л-1.

Высокие значения инсоляции на территории стран Аравийского полуострова (от 3000 до 4000 часов в год) приводят к выводу о целесообразности покрытия дефицита воды с помощью гелиоопреснения. Сущность этого метода заключается в том, что под воздействием солнечной радиации в бассейне, заполненном соленой водой, происходит ее испарение, а дистиллят, образующийся при конденсации пара на наклонных, охлаждаемых воздухом поверхностях крыши из стекла или пластмассы, собирается в желобах, расположенных в нижней ее части; оставшийся рассол удаляется в дренаж. Солнечная дистилляция вы­годно отличается от других методов опреснения, так как требует сравнительно меньших эксплуатационных расходов. Размеры солнечных опреснителей характеризуют­ся главным образом их производительностью, которая может быть с некоторыми допущениями вычислена по приближенной формуле [3]:

Q = 1,65∙10-4E

В формуле размерность E выражена в кДж/м2∙сут.

Производительность солнечных опреснителей типа «горячий ящик» определяется в основном интенсивностью солнечной радиации и степенью герметизации установки и составляет 3-5 л/м2∙сут.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

  • 1. Алексеев В.В., Чекарев К.В. Получение пресной воды из влажного воздуха // Аридные экосистемы. 1996. Т.2. №2-3. С. 11-122.
  • 2. Брдлик П.М. Испытание и расчет солнечных опреснительных установок. В сб. 1, М., 1957. С. 136-150.
  • 3. Павлов Ю. В. Опреснение воды. М.: Просвещение. 1972. 160 с.
  • 4. Kamel Mostafa Amer and Waleed K. Al-Zubari. The Need for Desalination and Water Reuse as Non-conventional Water Resources in the Arabian Peninsula. In book: Policy Perspectives for Ecosystem and Water Management in the Arabian Peninsula. United Nations University. 2006. PP. 105-119.
  • 5. Michael C. Brook, Huda Al Hougani, Abdullatif Al Mugrin The Current Status and Future Requirements of Water Resources Management in the Arabian Peninsula. In book: Policy Perspectives for Ecosystems and Water Management in the Arabian Peninsula. United Nations University. 2006. PP. 17-33.
  • 6. Salih, F. Contribution of UNESCO-IHP to Water Resources Management in the Gulf Countries. In: Proceedings of Integrated Management of Water Resources in the Third Millenium, Dubai 2002.