Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ВОДООБЕСПЕЧЕНИЯ В СТРАНАХ АРАВИЙСКОГО ПОЛУОСТРОВА

Аль Майтами Валид Абдулвахид Мохаммед, Фрумин Г.Т.
В статье освещены вопросы современного состояния и направления совершенствования 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).

Аравийский полуостров, расположенный на юго-западе Азии, является самым большим полуостровом на Земле (площадь свыше 2,7 млн. км2). Омывается на западе Красным морем, на юге Аденским заливом и Аравийским морем, на востоке Оманским и Персидским заливами Индийского океана. Климат тропический, сухой. Большая часть занята полупустынями и пустынями. На Аравийском полуострове расположены Бахрейн, Саудовская Аравия, Йемен, Кувейт, Катар, Объединенные Арабские Эмираты, Оман, часть Ирака и Иордании (табл. 1). Аравийский полуостров располагает малыми запасами возобновляемых водных ресурсов. Регион характеризуется аридным климатом со средними осадками не более 100 мм/год. Количество осадков в странах Аравийского полуострова колеблется от 59 мм/год в Саудовской Аравии до 167,2 мм/год в Республике Йемен.

Таблица 1. Некоторые характеристики стран Аравийского полуострова [6]

Страна

Площадь, км2

Длина береговой линии, км

Население,

2005 г.

Бахрейн

711

161

667604

Кувейт

17800

499

2253080

Оман

309500

2092

2331391

Катар

11500

563

743125

Саудовская Аравия

2250000

2640

22689903

ОАЭ

83600

1318

3688000

Республика Йемен

527970

1906

21385161

Итого

3198071

9179

53758264

Современное состояние водообеспечения в странах Аравийского полуострова

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% (табл.2). Основными источниками водообеспечения в странах Аравийского полуострова являются: подземные воды, опресненные морские воды и повторное использование сточных вод. За последние три десятилетия для удовлетворения потребностей в воде, особенно в орошаемом земледелии, резко увеличился забор подземных вод. При этом во всех странах извлечение подземных вод существенно превышает объем их возобновления. 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. Для всех рассматриваемых стран характерен отрицательный водный баланс как в 1997 г., так и, согласно прогнозу, в 2025 г. [1].

Таблица 2. Водопотребление в странах Аравийского полуострова между 1995г. и 1996г., n×106 м3/год [7]

Страна

Питьевое водоснабжение

Орошение

Промышленность

Итого

Бахрейн

107

161

19

287

Кувейт

297

323

13

633

Оман

85

1150

6

1241

Катар

85

337

17

439

СА

2378

18575

193

21155

ОАЭ

600

1539

73

2212

Йемен

470

3280

69

3819

Итого

4022

25365

390

29777

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.

Основные направления водообеспечения в странах Аравийского полуострова на основе экологически безопасных технологий

Гелиоопреснение. Высокие значения инсоляции на территории стран Аравийского полуострова (продолжительность солнечного излучения составляет 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. Суточная производительность установки g (кг/сутки) вычисляется по формуле [2]

                              (1)

где ∑Qнакл. – суммарная (прямая и диффузная) радиация, вычисляемая по типовому графику дневного прихода солнечной энергии на наклонную поверхность, кДж/м2, i – зависит от парциального давления пара в паро-воздушной смеси и в среднем равна 2573 кДж/кг, сс.в – теплоемкость соленой воды, кДж/кг×К, tс.в – температура соленой воды, К, F – поверхность опреснителя, м2, hср – коэффициент полезного действия опреснителя (≈ 20%).

Аравийский полуостров расположен между 12 и 30 градусами северной широты. В среднем и ориентировочно радиационный баланс равен 8024 кДж/м2×сутки. При солености воды (S), равной 400/00, и tс.в = 200С сс.в = 3,9688 кДж/кг×К [4]. Подставляя эти значения в формулу (1), получим суточную удельную производительность гелиотехнической установки (gсут = 4 кг/м2×сутки). Солнечные опреснители целесообразно ориентировать на юг. Угол наклона светопроницаемой поверхности солнечного опреснителя выбирается с учетом высоты Солнца над горизонтом и обеспечения стекания конденсата. Солнечные опреснители целесообразно использовать не только для питьевого водоснабжения, но и для опреснения высокоминерализованных грунтовых вод. Расчеты показывают, что гелиоопреснитель площадью 12 м2 может из высокоминерализованных грунтовых вод вырабатывать от 432 до 1080 литров воды в сутки, что вполне достаточно для полива одного гектара насаждений. Максимальная производительность может достигать 10 кг/м2×сутки, а в некоторых конструкциях гелиоустановок – 20 кг/м2×сутки.

Большинство методов опреснения соленой воды требует значительных затрат тепловой или электрической энергии. Солнечная дистилляция выгодно отличается от других методов опреснения, так как требует сравнительно меньших эксплуатационных расходов. К недостаткам этого метода следует отнести большие капиталовложения ввиду сложности конструкций и больших параметров сооружений, а также низкую выработку на единицу поверхности солнечных опреснителей. Тем не менее, по нашему мнению, учитывая климатические особенности, использование гелиоопреснителей весьма перспективно для решения проблемы покрытия, хотя бы частичного, дефицита воды в ряде стран Аравийского полуострова, имеющих непосредственный выход к морю.

Таблица 3. Необходимые объемы воды при традиционных методах орошения и капельном орошении

Страна

Требуемый объем воды в 2025г. при традиционных методах орошения, n∙10м3 [5]

 

Требуемый объем воды в 2025г. при капельном орошении, n∙10м3

Сэкономлен-ный объем воды,

n∙10м3

 

Бахрейн

200

120

80

Кувейт

444

266

178

Оман

2725

1635

1090

Катар

385

231

154

СА

34484

20690

13794

ОАЭ

1837

1102

735

Йемен

6913

4148

2765

Итого

46988

28193

18795

 

Капельное орошение. Частичное покрытие дефицита пресной воды в странах Аравийского полуострова может быть реализовано на основе прогрессивных способов орошения. Среди различных способов орошения (поверхностное, дождевание, аэрозольное увлажнение, подпочвенное, капельное) наиболее перспективно капельное орошение. Капельное орошение – локальное орошение с помощью микроводовыпусков, поливных капельниц. Капельное орошение имеет существенные преимущества по сравнению с другими видами ирригации. Оно превосходит поверхностное орошение и орошение дождеванием с точки зрения экономии воды. При орошении 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%. Для оценки возможной экономии воды при переходе от традиционных методов орошения к капельному орошению нами были проведены соответствующие расчеты. При расчетах коэффициент полезного использования воды был принят равным 60% (среднее значение между коэффициентами полезного использования воды при поверхностном орошении и орошении дождеванием). Результаты расчетов приведены в табл. 3.

Согласно нашим расчетам, переход на капельное орошение позволит сэкономить примерно 18,8×109 м3 воды.

Конденсоры пресной воды. В 1 км3 приземного слоя атмосферы в жарких, засушливых и пустынных областях Земли содержится до 20000 тонн водяных паров. В этой связи другое направление покрытия дефицита пресной воды – получение пресной воды из атмосферного воздуха. Для этих целей могут быть использованы конденсоры различных типов. Способ получения пресной воды из атмосферного воздуха состоит в том, что поглощение влаги из воздуха происходит при его продуве через сорбент, который затем отдает влагу при нагреве с последующей ее конденсацией, и отличается тем, что в качестве сорбента используют материал, состоящий из пористой матрицы и помещенного в поры гигроскопического вещества. Количество влаги, которое может быть получено из атмосферного воздуха, зависит от: температуры и влажности окружающего воздуха; температуры конденсирующей поверхности; объема воздуха, проходящего через систему конденсации влаги. Очевидно, что размещение устройств для извлечения воды из воздуха целесообразно на тех территориях, которые характеризуются высокой относительной влажностью воздуха. Согласно нашим расчетам, величина относительной влажности воздуха (RH) линейно уменьшается с увеличением натурального логарифма высоты территории над уровнем моря (Е, м) в интервале высот от 5 до 2500 м:

RH = 91 – 6,6×lnE                                                      (2)

Таким образом, размещение установок для извлечения воды из воздуха (конденсоров) целесообразно на территориях, расположенных невысоко над уровнем моря.

Подземные наливные резервуары. Объем дождевых осадков в странах Аравийского полуострова весьма мал (до 100мм в год). Однако в горной местности в Объединенных Арабских Эмиратах количество осадков достигает 300-400мм, в Саудовской Аравии – до 400мм, в Омане – до 500мм, а Йемене – до 1000мм 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). Подобные резервуары обычны в системах водоснабжения промышленных предприятий и населенных пунктов [3].

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 2655м3 пресной воды в Саудовской Аравии, 1766м3 в Йемене и 130м3 в Объединенных Арабских Эмиратах.

При проектировании наливных резервуаров особое внимание следует уделять минимальному расходу материалов (бетона, железобетона и т.д.). Задача заключается в том, чтобы при заданном объеме цилиндра (наливного резервуара) найти такое значение радиуса цилиндра, при котором его поверхность была бы минимальной. При решении соответствующего дифференциального уравнения было выявлено, что наибольшая экономия материалов будет достигнута в том случае, когда высота резервуара будет равна его радиусу. Для снижения испарения воды целесообразно нанесение на поверхность воды, собранной в резервуаре, высших жирных спиртов (гексадецилового, октадецилового или их смесей) или высших жирных кислот.

Наряду с изложенным для покрытия дефицита пресной воды в странах аравийского полуострова необходимо использовать отходящие газы заводов для опреснения морской воды методом дистилляции и производить доочистку сточных вод.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Аль Майтами Валид Абдулвахид Мохаммед, Фрумин Г.Т. Направления совершенствования водообеспечения в странах Аравийского полуострова // Современные проблемы науки и образования. 2007, №6, С. 13-17.

2. Брдлик П.М. Испытание и расчет солнечных опреснительных установок. В сб. 1 «Использование солнечной энергии», 1957, С. 136-150.

3. Крицкий С.Н., Менкель М.Ф. Водохозяйственные расчеты. Л.: Гидрометеоиздат. 1952. 392 с.

4. Попов Н.И., Федоров К.Н., Орлов В.М. Морская вода. М.: Наука. 1979, 328 с.

5. 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.

6. 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.

7. Mohamed N. Allam, and Alaa M. El-Zawahry Factors and Impacts of the Contamination of Hydrological Resources in the Arabian Peninsula. In book: In book: Policy Perspectives for Ecosystems and Water Management in the Arabian Peninsula. United Nations University. 2006. PP. 35-46.


Библиографическая ссылка

Аль Майтами Валид Абдулвахид Мохаммед, Фрумин Г.Т. ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ВОДООБЕСПЕЧЕНИЯ В СТРАНАХ АРАВИЙСКОГО ПОЛУОСТРОВА // Современные проблемы науки и образования. – 2008. – № 3. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=764 (дата обращения: 02.12.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074