Как уже обсуждалось выше, реки играют роль интеграторов многих природных процессов. В частности, реки в их естественном состоянии играют роль дренажных систем, собирающих с бассейна сток вместе с переносимыми им растворенными, взвешенными и влекомыми веществами. Природные воды – это всегда сложные растворы, обычно содержащие много химических веществ. Естественная концентрация растворенных веществ в речных водах обычно не превышает 1 г/л. Вода рек переносит также взвешенные и влекомые наносы, тоже влияющие на качество воды. Естественные речные воды обычно бывают достаточно приемлемого качества для большинства потребителей и не требуют значительной обработки.

Фактически деятельность человека постепенно превращает реки из дренажных систем в сточные канавы, иногда с очень высоким уровнем загрязнения (свыше 100 ПДК). Мы говорили ранее, что состояние реки отражает состояние ее бассейна. Пока в бассейне преобладают природные процессы, речной сток переносит естественные растворенные вещества. Но по мере того как деятельность человека (промышленность, сельское хозяйство, строительство и др.) усиливает миграцию химических веществ, их концентрация в природных водах повышается, то есть ухудшается качество воды. При этом в природную среду, в том числе в природные воды, попадают вещества антропогенного происхождения, часто посторонние для данных природных условий, с неблагоприятными свойствами, в том числе токсичные. Общее количество загрязняющих веществ в воде достигает нескольких тысяч.

Например, изменения химического состава воды р. Рейн отражают историю изменения состояния ее бассейна. Естественное содержание хлоридов в водах Рейна было порядка 10–20 мг/л. С прошлого века, из-за промышленного развития бассейна, оно постепенно росло, увеличившись на порядок величины, так что к 1980 г. среднее содержание хлоридов в воде Рейна на границе Нидерландов и Германии стало 168 мг/л.

Вследствие очень высоких темпов экономического развития после Второй мировой войны и соответствующего увеличения отходов, вода реки стала содержать все большее количество органических биодеградируемых веществ. Поэтому качество воды, в данном случае хорошо отражаемое концентрацией растворенного кислорода в воде, сокращалось и достигло минимума в 1971 г. Дефицит кислорода стал после этого уменьшаться, приходя в норму благодаря вводу в эксплуатацию ряда сооружений по очистке сбрасываемых вод. Концентрация растворенного кислорода в нижнем течении Рейна продолжала расти, увеличившись за 1970-е гг. вдвое. С 1950-х гг., и в особенности в 1960-х, резко (в 4–6 раз) увеличилась концентрация нитратов и фосфатов вследствие заметного роста в применении продуктов химической промышленности в сельском и домашнем хозяйстве. Эта проблема также к настоящему времени решена. Качество воды Рейна продолжает улучшаться, причем настолько, что правительства стран бассейна предполагают, чтобы в реку вернулись лососевые рыбы, требующие воду очень высокого качества.

Главными источниками загрязнения природных вод являются предприятия черной и цветной металлургии, химической, нефтяной, газовой, угольной, целлюлозо-бумажной промышленности, сельское хозяйство (как земледелие, так и интенсивное животноводство), коммунальное хозяйство.

Величина сброса сточных вод в водоемы России около 70 км3. Из этого количества в реки ежегодно сбрасывается приблизительно 27 км3 загрязненных сточных вод, требующих как минимум 10—12-кратного разбавления, а для ряда веществ и разбавления в 50—200 раз. (Для сравнения, средняя величина речного стока России равна 4260 км3 в год.)

Основные показатели загрязнения природных вод следующие:

– растворенный кислород (чем выше его содержание, тем лучше качество воды);

– показатель биохимического потребления кислорода (БПК). Чем выше показатель, тем больше в воде загрязняющих веществ и, следовательно, тем хуже качество воды);

– содержание в воде микроорганизмов. Их показателем служит содержание кишечной палочки (колититр);

– содержание в воде аммония (NH4), нитратов (NO3’), нитритов (NO2), нефти и нефтепродуктов, фенолов, синтетических поверхностно-активных веществ (СПАВ), тяжелых металлов.

Химические и физические параметры воды отражают ее состояние и являются предметом гидрологии как естественной науки. Параметры качества воды отражают требования, предъявляемые к ней различными потребителями. Поэтому качество воды – категория как естественная, так и социально-экономическая.

Так же как в случае с загрязнением воздуха, обсуждавшемся ранее, для России основное нормативное требование к качеству воды в водных объектах заключается в соблюдении установленных предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ (ПДК). Для того чтобы гарантировать ожидаемое качество воды с содержанием загрязняющих веществ не выше ПДК, для предпритий устанавливается величина предельно допустимого сброса поллютантов (ПДС).

В России ПДК по разным показателям превышены на основном протяжении следующих рек: Волга, Дон, Терек, Урал, Обь, Енисей, Амур. При этом измерения концентрации загрязнителей производятся только для списка веществ, состоящего из десятка названий, тогда как промышленность сбрасывает в водоемы вместе со сточными водами сотни и тысячи различных веществ.

В Российской Федерации население в целом не обеспечено питьевой водой надлежащего качества вследствие неудовлетворительного состояния как источников воды (поверхностной и подземной), так и систем централизованного водоснабжения. Примерно 30 % исследуемых проб не отвечают гигиеническим требованиям по санитарно-химическим и микробиологическим показателям. Речные воды России содержат штаммы холеры, тифа, дизентерии, вирусного гепатита и других болезней.

Загрязненная вода взаимосвязана с возникновением и распространением болезней. В развивающихся странах 25 млн. чел. умирает каждый год вследствие воздействия патогенов и загрязнений питьевой воды. От диареи умирает ежегодно 3 млн детей в возрасте до 5 лет. Около 80 % всех заболеваний в мире связаны с питьевой водой неудовлетворительного качества. К 1990 г. более 1 миллиарда человек не обеспечено чистой питьевой водой и более 1,7 миллиарда не обеспечено канализацией.

Даже в США – стране, относительно благополучной с точки зрения качества питьевой воды, существует серьезная проблема желудочно-кишечной инфекции, вызванной видами простейших микроорганизмов Cryptosporidium и Giardia. Ежегодно более 700 000 жителей США заражается криптоспоридиозом. Во время эпидемии в г. Милуоки в 1993 г. заболело 400 000 чел. и умерло 104. Это одна из серьезных болезней, вызванных микробами, потому что инфекция вызывается очень малой дозой и она может быть резистентна по отношению к обычно применяемым методам дезинфекции питьевой воды. Например, хлорирование воды оказывается в этом случае неэффективным.

Существуют две основные категории источников загрязнения водных объектов: источники точечного загрязнения и рассеянного загрязнения. К первой категории относятся, например, сбросы промышленных предприятий и очистных сооружений коммунальных стоков. Ко второй категории относятся, например, загрязнения, связанные с сельским хозяйством, такие как загрязнения вод продуктами удобрений и пестицидов. Стратегии управления точечным и рассеянным загрязнением весьма различны. В первом случае необходимо иметь дело с каждым источником, в то время как при рассеянном загрязнении необходимо осуществлять стратегию управления всем речным бассейном, а точнее говоря, стратегию управления состоянием ландшафтов бассейна, в особенности антропогенно трансформированных.