Важливою рухомою силою відновлення ресурсів прісної води є кругообіг води, який взаємопов'язує всі частини гідросфери. Кругообіг води часто порівнюють із вічним двигуном, що "качає" воду з океану на материки протягом мільярдів років. У планетарному масштабі розрізняють великий і малий кругообіги води. Сутність великого полягає у звільненні частини хімічно пов'язаної води з гірських порід та виділенні вільної води під час вулканічної діяльності. Наслідком цього кругообігу протягом геологічної історії Землі є утворення Світового океану. Малий кругообіг відбувається набагато швидше за такою схемою: випаровування — опади — інфільтрація — стік. Його результатом є безперервний поверхневий і підземний стоки з материків у океан, поповнення підземних вод, а також збереження "замороженої" води у льодовиках.
До раціонального використання водних ресурсів належать: їх економні витрати, правильне співвідношення видів прямого та опосередкованого використання, боротьба із втратами води у процесі транспортування, заборона деяких видів промислового використання питної води. Охорона вод — це система заходів (місцевих, державних, міжнародних), спрямованих на використання і відтворення водних ресурсів з метою забезпечити задоволення потреб суспільства та сприятливий вплив вод на весь природний комплекс. До її складу входять такі основні заходи:
— збереження водойм;
— запобігання якісним змінам води та її кількісному зменшенню в регіонах;
— збереження оптимального співвідношення об'ємів води в різних фізичних станах (газо- та пароподібному, рідкому, твердому);
— збереження оптимального співвідношення об'ємів ґрунтової, підземної, наземної та атмосферної вод;
— збереження оптимального кругообігу води в регіонах;
— підтримання на певному рівні кількості опадів. Здійснювати заходи з охорони вод неможливо без дотримання основних принципів охорони водних ресурсів, а саме таких:
— поєднання процесів використання і охорони;
— збільшення об'єму та поліпшення якості вод, нормоване водокористування;
— припинення використання водойм з метою знешкодження стічних вод;
— вода — економічна категорія, продукт, що має вартість;
— регулювання річкового стоку, переведення поверхневого стоку в підземний та ін.
Відтворення водних ресурсів включає заходи із забезпечення оптимального кругообігу води шляхом впливу на елементи природи, що зумовлюють цей кругообіг (рослинність, ґрунти, атмосфера, температура тощо). У процесі кругообігу речовин повне відновлення води океанів відбувається через 2600 років, підземних вод — майже 5 тис. років, ґрунтової вологи — 0,9 року, річкової й озерної вод — 3,3, а тільки річок — 0,033 року. Тобто, якщо припинити забруднення води шляхом її відновлення, в річці вона буде чистою через декілька днів, а в ґрунті — через один рік.
В океані та підземних водах процес забруднення стійкими речовинами може тривати ще багато століть після його припинення. У багатьох водоймах інтенсивність забруднення значно перевищує здатність води до самоочищення. Водні ресурси потребують охорони від природних та антропогенних факторів, що негативно діють. Наприклад, надто інтенсивне випаровування внаслідок високої температури повітря й вітрів. Особливо завдає шкоди водним ресурсам забруднення відходами соціального обміну речовин, що викидаються на ґрунт, у воду та атмосферу. Тому серед технічних засобів захисту водного середовища від забруднення вирізняють такі основні:
— захист морського середовища під час експлуатації суден — очистка та нейтралізація газових викидів суднових енергетичних установок;
— заходи, спрямовані на боротьбу з розлитою нафтою — механічні та біологічні методи усунення нафти. У природних умовах за допомогою фізичних процесів забезпечується перенесення (дрейф) нафти, а шляхом хімічних та біологічних — для її руйнування. Відомо понад 100 видів бактерій, які окислюють нафтопродукти;
— очищення господарсько-побутових і виробничих стічних вод полягає у застосуванні механічних, хімічних, фізико-хімічних, біохімічних, термічних та комбінованих методів. Найефективнішим щодо економії засобів і раціонального використання водних ресурсів є очищення стічних вод до нормативів, що існують для води в системах оборотного водопостачання, тобто певний об'єм води багаторазово циркулює у виробництві, а скидання стічних вод мінімальне або не відбувається взагалі.
В Україні з метою систематичного спостереження за водними об'єктами створено мережу гідрологічних та гідрометеорологічних станцій і постів. Як правило, водоочисні споруди — це складні господарські комплекси, де поєднуються різні методи і способи очищення та поліпшення якості води . Склад і конструкція цих комплексів визначається, насамперед, господарським призначенням очисних споруд. Найліпше і досконало водоочисні заходи здійснюються на спеціальних очисних станціях водопровідних мереж.
Виокремлюють такі основні методи очищення води, освоєні на рівні сучасних технологій:
— механічний (відстоювання) — використовується для усунення з води нерозчинних домішок. У відстійниках осідають важкі частинки з густиною понад 1 г/см3, а легші спливають на поверхню. За допомогою цього методу забезпечується зменшення забруднення зваженими речовинами до 90 %, а органічними — до 20 %;
— хімічний полягає у коагуляції й нейтралізації забруднювальних речовин. Окремі нерозчинні речовини в процесі коагуляції перетворюються у нешкідливі розчинні сполуки. Методи хімічної очистки дають змогу довести ступінь очищення води за сумою нерозчинних речовин до 80—85 %;
— фізико-хімічний здійснюється на основі кількох методів: 1) флотацій — пропускання через стічні води повітря, бульбашки якого під час підняття вгору захоплюють із собою і виносять з потоку води забруднювальні речовини; 2) сорбцій — це здатність поглинати забруднювальні речовини та акумулювати їх на своїй поверхні; 3) екстракцій — уведення у стічні води речовин, які можуть розчиняти забруднювальні речовини; 4) евапорацій — пропускання через нагріту стічну воду водяної пари; 5) іонний обмін — це поглинання забруднювальних речовин у процесі фільтрування через іонні смоли; 6) електроліз — пропускання через стічні води електричного струму в спеціальних електролізерних установках. Ступінь очищення води за сумою нерозчинних речовин становить майже 90 %;
— біологічний проводиться шляхом біологічного окислення забруднень у природних умовах (на полях зрошення, у спеціальних біологічних ставках, а також штучних умовах — біологічні фільтри тощо). Під час такого очищення вилучається лише 10—40 % неорганічних речовин і практично не вилучаються солі важких металів;
— біохімічний — основний метод очищення стічних вод, забруднених органічними речовинами. Це біофільтри, аеротенки, аератори, конструкції яких постійно вдосконалюються.
Усі водоохоронні заходи умовно поділяються на три види:
— профілактичні, спрямовані на запобігання забрудненню, засміченню і виснаженню вод або їх обмеження. Ці заходи передбачають здійснення таких дій, як: 1) розробка схем комплексного використання та охорони водних ресурсів; 2) визначення впливу ділянок, обраних під забудову, спорудження водних об'єктів; 3) раціональне розміщення об'єктів; 4) удосконалення виробництва і дотримання технологічної дисципліни;
— діагностичні. Сутність цих заходів полягає у виявленні складу й обсягів можливого забруднення вод, а саме; 1) нормування водопостачання і водовідведення; 2) нормування граничнодопустимих концентрацій різних речовин у водах питного, рибогосподарського та іншого призначення; 3) контроль за скиданням стічних вод та екологічним станом водних об'єктів;
— процедурні, спрямовані на усунення забруднення та несприятливого антропогенного впливу на воду. До таких заходів належать: 1) організація безстічного виробництва; 2) застосування зворотного водопостачання; 3) заміна водного охолодження повітряним;4) утилізація цінних речовин; 5) очищення снігових і зливових вод; 6) накладання штрафних санкцій за забруднення, засмічення і виснаження вод аж до закриття підприємств згідно з чинним законодавством.
Окрему групу становлять меліоративні заходи, зокрема, фітомеліорація — складова схем комплексного використання й охорони водних ресурсів.
