Аннотация

О необходимости сохранить высыхающее Мертвое море много говорят, но ничего не предпринимают для решения этой важной задачи. Многочисленные предложения по этому вопросу от организаций и частных лиц содержат ряд интересных и ценных элементов, но в них часто допускаются существенные неправильные направления решения отдельных вопросов, что может привести к печальным итогам, как для Мертвого моря, так и для окружающей среды. Неэффективно также будут использованы большие финансовые средства, затраченные на реализацию мероприятия. В наибольшей степени такие недостатки относятся к вопросам экологии и к вопросам эффективного использования энергетического потенциала Мертвого моря.

Можно предположить, что реализация мероприятия так и не началась до настоящего времени из-за отсутствия рационального экологически грамотного и экономически целесообразного направления решения данного вопроса. Отсутствует также основополагающий научно обоснованный документ, определяющий общее направление работ. Это техническое задание (ТЗ) на выполнение мероприятия.

В данном материале рассмотрены вопросы экологии наиболее уязвимых в экологическом отношении компонентов процесса сохранения Мертвого моря, определены рациональные объемы подпитки Мертвого моря водой, рассмотрены виды полезного конечного продукта, который будет получен при использовании энергетического потенциала Мертвого моря, предложен оптимальный вариант географического маршрута искусственной водной магистрали для подпитки Мертвого моря водой из внешнего источника, приведен энергетический баланс магистрали. При рассмотрении всех вопросов за основу принято положение, что функционирование магистрали должно осуществляться только за счет использования энергетического потенциала этого моря. Лишь такой вариант сделает всё мероприятие целесообразным и экономически выгодным. Всё это может ускорить сроки начала реализации мероприятия.

1. Критерии оценки предложений по сохранению Мертвого моря

Вопрос о необходимости проведения работ по сохранению Мертвого моря рассматривается уже десятки лет. Но реальное научно обоснованное техническое задание (ТЗ) на разработку проекта не разработано до настоящего времени. Опубликовано большое количество предложений по вопросу реализации этого мероприятия. Сравнение эффективности каждого из них можно производить по следующим показателям:

1. Уровень решения экологических задач.

2. Предлагаемые масштабы мероприятия.

3. Достигаемая эффективность использования энергетического потенциала Мертвого моря.

4. Вид конечного полезного продукта, получаемого при использовании энергетического потенциала Мертвого моря.

5. Целесообразность географического маршрута, по которому пройдет искусственная водная магистраль для реализации мероприятия.

2. Вопросы экологии

Такое глобальное природовосстановительное мероприятие, как переброска больших объемов воды в бассейн Мертвого моря из внешнего водного источника, требует тщательного экологического анализа с тем, чтобы не было оказано отрицательное влияние на объект, с которым проводится мероприятие, и на окружающую среду. Известные предложения мероприятия по строительству магистрали для переброски больших объемов воды из внешнего водного источника в Мертвое море не содержат полного анализа и точных решений экологических проблем, которые могут возникнуть при реализации такого мероприятия. Поэтому возможна ситуация, когда реализация мероприятия принесет Мертвому морю больше вреда, чем пользы.

Вот хотя бы некоторые негативные примеры в области экологии.

Важным вопросом, который должен быть рассмотрен при экологическом анализе, является вопрос о составе воды, которая должна подаваться для подпитки Мертвого моря.

Мертвое море подпитывалось пресной водой реки Иордан, озера Кинерет, а также атмосферными осадками в течение всех 15000 лет своего нормального существования, когда ему не угрожало обмеление и полное исчезновение. Важным экологическим требованием является требование, чтобы предлагаемое экологическое природовосстановительное мероприятие обеспечивало получение тех же показателей, которые имели место, когда объект находился в нормальных условиях существования, и ему не угрожало высыхание. Соответственно, подпитка этого моря пресной (опресненной) водой является экологически грамотным мероприятием. Ряд негативных явлений, возникающих при добавлении морской воды в Мертвое море, установлено также. Например, вода Мертвого моря приобретает молочно-белый цвет из-за выпадения гипса при смешивании этой воды с морской водой из Красного моря. Эта вода приобретает красный оттенок при смешивании её с водой Средиземного моря.

Подпитка Мертвого моря пресной (опресненной) морской водой является лучшим вариантом стабилизации его состояния. Но возникает проблема получения дешевой опресненной воды в очень больших объемах. Принцип обратного осмоса (RO), применяемый для опреснения в Израиле, экономически не выгоден для опреснения больших объемов воды. Кроме того, опреснительные установки, предназначенные для получения больших объемов опресненной воды в течение длительного периода времени (десятки лет и более), должны обеспечивать получение солевых отходов в виде твердого материала, а не рассола. Солевой состав воды моря, из которого ведется забор воды в больших объемах, будет нарушен, если рассол сливать обратно в море в месте забора в течение длительного периода времени. Это будет особенно ощутимым, если место забора находится в заливе и преобладающие водные течения направлены к месту забора (например, Акабский залив Красного моря).

Кроме того, полученный при опреснении сухой материал можно передавать на переработку. Это принесет дополнительный доход от проводимого мероприятия по стабилизации состояния Мертвого моря.

Более совершенные и дешевые методы опреснения следует использовать для таких широкомасштабных операций, как подпитка Мертвого моря опресненной водой. Это могут быть установки, в которых используются электрофизические методы опреснения. Себестоимость опреснения будет в три раза ниже на таких установках, чем в установках, использующих метод обратного осмоса. Поэтому очень важно начать проведение работ по созданию производственного образца современного опреснителя, использующего электрофизические методы опреснения.

Требование создания более совершенных технологических приемов и материалов, а не только использование уже известных, является распространенным при разработке новых сложных энергоемких и высокоэффективных технологий. Научно-технический прогресс был бы невозможен без реализации такого требования. Не является исключением и направление по сохранению Мертвого моря. Поэтому вопрос о создании более эффективных и экономичных опреснителей морской воды не является выходящим за рамки международной научно-технической практики. Своевременное решение этого вопроса явится важным звеном достижения экологически грамотного уровня всего мероприятия.

Еще одним важным экологическим требованием является требование правильного слива подаваемой воды в бассейн Мертвого моря. Слив должен быть осуществлен так, чтобы при этом не усиливался процесс термодиффузии, который будет иметь место, если переброшенную воду подавать на поверхность бассейна Мертвого моря. Именно процесс термодиффузии используется при выращивании искусственных кристаллов. Кристаллизация и интенсивное выпадение соляного осадка произойдут, если подобный процесс будет иметь место при сливе воды в Мертвое море. Это вызовет ускоренный процесс утолщения придонного соляного пласта. В результате мы получим слой пресной или слабо соленой воды по поверхности Мертвого моря. А толщина придонного осадочного соляного слоя соответственно возрастет.

Необходимо производить слив подаваемой воды так, чтобы осуществлялась концентрационная диффузия. Осаждение соли не только прекратится при этом, но и начнется интенсивное растворение соляного пласта.

3. Рациональные масштабы мероприятия

Две задачи можно выделить по отношению к Мертвому морю: первая – необходимость проведения работ по его сохранению, вторая – эффективное использование его энергетического потенциала, создаваемого уникальным положением уровня водной поверхности этого моря относительно уровня Мирового океана. Обе задачи должны быть решены с помощью одного технического мероприятия.

Эффективность мероприятия по сохранению Мертвого моря будет зависеть от того, на сколько эффективно используется его энергетический потенциал. Функционирование магистрали потребует больших затрат энергии. Реализация мероприятия может оказаться нецелесообразной и дорогостоящей, если ориентироваться на использование дополнительных внешних источников энергии для обеспечения функционирования магистрали. Понадобится построить дополнительные электростанции для того, чтобы магистраль могла функционировать. Усилится давление на экологию Израиля, если это будут тепловые электростанции.

Масштабы мероприятия должны быть увязаны с размерами энергии, которую можно будет получить за счет энергетического потенциала Мертвого моря. Это позволит обойтись без дополнительных внешних источников энергии в период эксплуатации магистрали.

Энергетический потенциал Мертвого моря прямо пропорционален интенсивности подпитки Мертвого моря водой из внешнего водного источника. Интенсивность подпитки ограничена. Соответственно ограничен и энергетический потенциал. Вопрос оценки оптимальных объемов подпитки Мертвого моря водой рассмотрен в последующем материале.

4. Оценка рациональных объемов подпитки Мертвого моря водой

Объем  , равный величине годовых потерь воды из бассейна Мертвого моря, принят за основу при определении величины рационального объема подпитки этого моря водой. Рациональный объем  подпитки Мертвого моря водой в течение одного года составит:

  ⁽¹⁾

где  - коэффициент, учитывающий возможные колебания годовых потерь, необходимость некоторого повышения уровня поверхности Мертвого моря, а также необходимость локализации геологической неустойчивости прибрежной зоны Мертвого моря.

Коэффициент может быть принят равным 1,2 на первом этапе выполнения работ.

Повышение интенсивности заполнения Мертвого моря сверх указанного рационального значения может вызвать негативные последствия. Причиной этого является то обстоятельство, что происходит не только снижение уровня поверхности Мертвого моря в настоящее время, но и повышение высоты донных солевых отложений. Соответственно, Мертвое море будет заполнено уже через 10-20 лет, если подавать воду в большем объеме. Что делать дальше? Начнется затопление прибрежных дорог, гостиниц и сооружений инфраструктуры. Понадобится значительно снизить объем подпитки или прекратить её вообще. Сооружение, стоимость которого составит до десятка миллиардов долларов, будет использоваться лишь частично. Но следует учесть и необходимость восстановить нормальные гидрогеологические условия в истощенных подземных водонесущих горизонтах прибрежной зоны Мертвого моря. Уровень поверхности Мертвого моря необходимо повышать для выполнения этого требования.

Объем  составляет:

  ⁽²⁾

где - объем воды, которая испаряется с поверхности Мертвого моря 
в течение года;
 - объем воды, который забирают из Мертвого моря в течение года промышленные предприятия Израиля и Иордании, расположенные в южной части Мертвого моря;
- объем атмосферных осадков на поверхность Мертвого моря в течение года; 
 - объем стоков со стороны берегов Мертвого моря и реки Иордан в течение года.

Количество солнечной энергии Esi, которое поглощает поверхность Мертвого моря в течение i-го текущего месяца, составляет:

  ⁽³⁾

где - солнечная постоянная;
 - коэффициент поглощения солнечной энергии водой;
 - количество дней в рассматриваемом i-ом месяце;
 - коэффициент, характеризующий безоблачную погоду для рассматриваемого i-го месяца;
 - площадь поверхности Мертвого моря;
 - средний угол наклона суточной орбиты солнца к горизонту для каждого i-го текущего месяца;
- среднее время солнцестояния в течение суток каждого i-го месяца;
 - угловая скорость изменения положения солнца относительно поверхности Мертвого моря.

Общий объем воды, испаряющийся с поверхности Мертвого моря в течение года, составит:

  ⁽⁴⁾

где  - удельная теплота испарения воды;
_;;  соответственно средние значения давлений для каждого рассматриваемого i-го месяца 
- насыщенного пара при температуре, равной температуре внешней среды над поверхностью моря;
- паров жидкости над свободной поверхностью моря; 
- внешнего барометрического давления.

Подсчитано по (1) - (4), что рациональный объем  подпитки Мертвого моря водой в течение одного года должен быть равен 600•10⁶ м³/год.

5. Выбор вида полезного конечного продукта, который будет получен при использовании энергетического потенциала Мертвого моря

Очень важно правильно определить вид конечного полезного продукта, который будет получен за счет использования энергетического потенциала Мертвого моря. Многие предложения по строительству магистрали предусматривают получение большого количества опресненной воды для нужд государств региона Мертвого моря (миллиарды кубометров в год) в качестве такого конечного полезного продукта. Такая цель нереальна для выполнения её в едином проекте с вопросом стабилизации состояния Мертвого моря. Масштабы этих двух вопросов очень отличаются. Рациональный объем подпитки Мертвого моря водой составляет около 600 миллионов кубических метров в год, что в несколько раз меньше, чем планируется получить опресненной воды.

Использование энергетического потенциала Мертвого моря должно осуществляться за счет производства электроэнергии как конечного полезного продукта. Прямое опреснение подаваемой морской воды за счет энергетического потенциала Мертвого моря не только не создаст какой-либо экономический эффект, но и приведет к значительным энергетическим потерям. Ведь пресная вода будет получена значительно ниже уровня Мирового океана и уровня расположения потребителей опресненной воды. Только подъем воды потребует энергии больше, чем величина использованного энергетического потенциала Мертвого моря. Понадобится строительство дополнительных электростанций. Стоимость воды будет очень высокой для потребителя.

Мертвое море как звено мероприятия по получению прямым опреснением больших объемов воды, значительно превышающих рациональные объемы подпитки этого моря, только усложнит общую схему коммуникаций водных магистралей. Это приведет к очередному удорожанию строительства и эксплуатации магистрали.

Задачу снабжения стран региона большим количеством опресненной воды следует решать отдельно от вопросов стабилизации состояния Мертвого моря. При этом частично может быть использована электроэнергия, полученная от гидроэнергетического комплекса Мертвого моря.

6. Географический маршрут, по которому пройдет искусственная водная магистраль для реализации мероприятия

Большая часть предложений по строительству искусственной водной магистрали для подпитки Мертвого моря предусматривает строительство магистрали от Средиземного моря до Мертвого моря. Таковы, например, проект группы российских ученых КОМСО, проект израильского ученого Ш. Гура и ряд других. Такая магистраль должна будет частично пройти по густозаселенным районам, что усложнит возможность выделения необходимого количества земельных площадей, а затем магистраль должна будет пройти через гористую местность. Пересечение гористой местности значительно усложнит проект, увеличит его стоимость, существенно возрастут затраты энергии на транспортировку воды. Функционирование магистрали только за счет энергетического потенциала Мертвого моря окажется невозможной. Реализация подобных проектов строительства магистрали Средиземное море ? Мертвое море не осуществлялась в предыдущие годы, возможно, именно по этой причине.

Оптимальным вариантом географического положения магистрали является искусственный водовод от Красного моря до западного побережья Мертвого моря с гидроэнергетическим комплексом на спускающейся части магистрали.

Магистраль пройдет по относительно ровному рельефу необжитых районов Аравы и Негева в направлении Димоны и Арала, а затем повернет на восток к Мертвому морю. Район Южной части Мертвого моря с расположенными на нем Израильскими и Иорданскими производственными предприятиями будет обойден. Никакой ущерб деятельности этих предприятий причинен не будет. Вопрос снабжения пресной (опресненной) водой развивающихся районов Негева значительно облегчится.

7. Энергетический баланс магистрали

Гидроэнергетический комплекс, установленный на спускающейся части магистрали, должен быть единственным источником электроэнергии для её работы. Энергетический анализ подтвердил, что все собственные потребности магистрали в электроэнергии будут обеспечены, если правильно выбраны (оптимизированы) ее основные параметры. Кроме того, будет получен избыток электроэнергии, который может быть использован для опреснения морской воды или для других коммерческих целей.

Часть установленной мощности гидроэнергетического комплекса ?W, которая может быть выделена для обслуживания внешних потребителей, составит по предварительному приближенному расчету:

  ⁽⁵⁾

где - установленная мощность гидроэнергетического комплекса, MW; 
 - часть установленной мощности, которую необходимо затратить для транспортировки воды по магистрали, MW;
 - расход воды через магистраль, м³/год;
 - перепад высот между верхним и нижним бьефами гидроэнергетического комплекса, м;
 - КПД гидроагрегатов гидроэнергетического комплекса; 
 - коэффициент потерь на трение потока воды;
 - длина водовода, м; 
 - диаметр водовода, м;
 - средняя скорость потока в сечении трубы водовода, м/c.
 - удельная масса транспортируемой воды, кг/м³;
 - коэффициент, учитывающий возможную девиацию трассы магистрали в горизонтальном и вертикальном направлениях.

Установленная мощность гидроэнергетического комплекса Мертвого моря может составлять около 68 MW. Этого количества электрической мощности будет достаточно для транспортировки воды от Красного моря к Мертвому морю и опреснения электрофизическими методами около 1000•10⁶м³/год морской воды (600•10⁶м³/год для подпитки Мертвого моря и 400•10⁶м³/год для потребителей в южной части Израиля, через которую пройдет магистраль, и в Иордании).

Выводы

1. Оптимальным вариантом мероприятия по сохранению Мертвого моря по критерию минимизации эксплуатационных затрат и целесообразности для развития районов юга Израиля является искусственная водная магистраль от Красного моря до западного побережья Мертвого моря с гидроэнергетическим комплексом на спускающейся части магистрали.

2. Рациональный объем подпитки Мертвого моря водой из внешнего морского источника должен быть выбран с учетом двух противоречивых факторов.

Первый из них определяется ежегодными потерями воды из бассейна Мертвого моря. Проведенные расчеты и измерения свидетельствуют, что их величина составляет около 500•10⁶ м³/год. Если объем подпитки существенно превысит указанную величину, через некоторый промежуток времени произойдет затопление прибрежной инфраструктуры Мертвого моря.

Вторым фактором является геологическая неустойчивость, создавшаяся к настоящему времени в прибрежной зоне Мертвого моря. Необходимо возможно скорее восстановить нормальные гидрогеологические условия в водонесущих горизонтах, истощенных за последние годы. Объем подпитки должен быть увеличен на 20% для удовлетворения этого требования.

Соответственно, рациональный объем подпитки с учетом требований указанных двух факторов составляет 600•106 м³/год.

3. Мертвое море подпитывалось пресной водой из реки Иордан и озера Кинерет, а также атмосферными осадками в течение всех 15000 лет своего нормального существования. Ему не угрожало катастрофическое обмеление за весь этот период. Отмечается также, что добавление морской воды в воду Мертвого моря приводит к тому, что водная смесь приобретает цветной мутный оттенок. Все это подтверждает экологическое требование, что подпитка Мертвого моря должна проводиться пресной (опресненной) водой. Но реализация такого требования создает проблему получения дешевой опресненной воды в очень больших объемах. Опреснительные установки, в которых используется принцип обратного осмоса (RO), экономически невыгодны для опреснения больших объемов воды. Требуется создать более совершенные и экономичные опреснители. Кроме того, для опреснения больших объемов воды в течение длительного периода времени (десятки лет) необходимо использовать опреснители, которые обеспечивают получение солевых отходов в виде твердого материала, а не рассола. Таким требованиям отвечают опреснительные установки, в которых используются электрофизические методы опреснения. Поэтому очень важно начать проведение работ по созданию производственных образцов такого опреснителя как можно скорее.

4. Сложным и важным экологическим требованием к операциям рассматриваемого мероприятия является требование экологически грамотного слива подаваемой воды в бассейн Мертвого моря. Необходимо обеспечить, чтобы осуществлялась концентрационная диффузия при сливе воды в Мертвое море. При этом повысится равномерность концентрации растворенных солей и начнется растворение донного соляного пласта. Это позволит повысить объем подпитки Мертвого моря водой из внешнего источника. Возрастет соответственно размер получаемой энергии за счет энергетического потенциала Мертвого моря.

5. Возможно два варианта конечного полезного продукта, который будет получен за счет энергетического потенциала Мертвого моря. Это получение электроэнергии на гидроэнергетическом комплексе или получение пресной воды за счет прямого опреснения морской воды на спускающейся части магистрали. Только получение электроэнергии в качестве конечного полезного продукта позволит эффективно использовать энергетический потенциал Мертвого моря. Прямое опреснение морской воды не только не создаст какой-либо экономический эффект, но и приведет к чрезмерным дополнительным энергетическим затратам.

6. Установленная мощность гидроэнергетического комплекса Мертвого моря может составлять около 68 MW. Этого количества электрической мощности будет достаточно для транспортировки воды от Красного моря к Мертвому морю и опреснения электрофизическими методами около 1000•10⁶ м³/год морской воды. Из них 600•10⁶ м³/год – для подпитки Мертвого моря. Остальные 400•10⁶ м³/год – для потребителей в Израиле и Иордании.

7. Такую грандиозную многогранную задачу как сохранение Мертвого моря и эффективное использование его энергетического потенциала должен решать комплексно специализированный коллектив квалифицированных специалистов в областях экологии, техники, энергетики, экономики, гидравлики, геологии и ряда других.

Автор этой работы готов передать свои разработки по вопросам сохранения Мертвого моря такому коллективу для совместного развития этих работ и доведения их до полного завершения.

Статья поступила в редакцию 06.02.2007 г.