Круговорот воды в природе и понятие о водном стоке

 

Прерывистая водная оболочка Земного шара носит название гидросферы. Она включает в себя воды Мирового океана и воды суши в жидком и твердом состоянии. Верхняя граница гидросферы условно проводится по поверхности раздела с атмосферой; нижнюю границу с литосферой проследить невозможно вследствие глубокого проникновения гидросферы в толщу земной коры. Понятие «гидросфера» включает в себя все свободные воды Земли, т.е. воды, не связанные химически и физически с минералами земной коры.

Между водными объектами гидросферы – океанами, морями, реками, озерами, болотными и подземными водами земной коры – осуществляется непрерывный водообмен, благодаря которому утрачивается дискретный характер гидросферы. Круговорот воды связывает воедино все воды Земли (рисунок 1). Механизм круговорота действует повсеместно и непрерывно. Энергетической основой его являются тепловая энергия Солнца и гравитационная энергия. Влияние тепла обусловливает испарение, конденсацию водяных паров и другие процессы, под действием силы тяжести происходит выпадение дождей, течение рек, движение почвенных и подземных вод.

Под действием солнечной радиации с поверхности Мирового океана испаряется 505 тыс. км³ воды в год, а с суши – 72 тыс. км³ воды; всего с поверхности Земного шара в среднем испаряется 577 тыс. км³ воды за год.

Рисунок 1. Круговорот воды в природе

Вода, испарившаяся с поверхности океанов, большей частью конденсируется и возвращается в виде атмосферных осадков непосредственно в океан. Меньшая ее доля переносится воздушными течениями на сушу, принимая участие в большом или мировом кру­говороте. Большой круговорот представляет собой процесс перемещения, расходования и возобновления влаги на земной поверхности, в недрах Земли и атмосфере.

Атмосферные осадки, выпавшие на сушу, частично просачиваются в почву, образуя грунтовые воды, частично стекают по земной поверхности, образуя ручьи, реки, озера, болота, а остальная часть снова испаряется. Влага, поступившая в атмосферу в результате испарения с поверхности суши и водоемов, дополняет то количество ее, которое поступает с океана. Воздушными течениями она переносится вглубь материка и, выпадая в виде дождя и снега, орошает территории, более или менее отдаленные от океана. Выпавшие осадки вновь испаряются, просачиваются в почву, стекают по земной поверхности. Таким образом, влага, принесенная с океанов и морей, делает несколько оборотов в пределах материка, прежде чем попасть в реки и стечь в Мировой океан, т. е. завершить большой круговорот воды в природе.

Часть вод объемом порядка 7, 7 тыс. км³, стекающих по земной поверхности, не попадает в океаны и моря. Замкнутые пространства, не имеющие связи с океаном, сток с которых не достигает океана, называют бессточными или областями внутреннего стока. Воды этих областей расходуются на испарение либо по пути стока, либо с поверхности конечных замкнутых водоемов, куда они стекают.

Водный сток

Виды стока:

• Климатический
• Гидрологический
• Бытовой
• Грунтовый

 

Схема взаимодействия речного стока с основными физико-географическими факторами

 

Растительность

Климат сток Почва

Рельеф

Основные гидрологические характеристики:

1. Расход воды, Q, м³/с

Характеризует водность реки в данный момент времени и представляет собой количество воды, протекающей через поперечное сечение потока в единицу времени.

2. Объем стока, W (км³)

Объем воды, прошедшей через данное поперечное сечение речного потока за какой-либо интервал времени Δ τ.

3. Слой стока, h (мм)

Количество воды, стекающее с водосбора за какой-то интервал времени. Слой стока равен толщине слоя воды, равномерно распределенного по площади водосбора и выраженного в мм.

 

H= W (м³)*10^-3/ F (см)

 

4. Модуль стока, М, м³/км²*с

Это количество воды, стекающее с единицы водосбора в единицу времени.

 

М=10³Q/F

5. Коэффицент стока, η

Это отношение величины объема стока к количеству выпавших на площадь водосбора атмосферных осадков, обуславливающих возникновение этого стока.

 

η = x/y

 

Понятие о водных ресурсах

 

Основные особенности многих природных ресурсов:

 

· многоцелевое использование,

· «обогащение» природного тела,

· возможность «превращения» в ресурс природного тела и его транспортировка.

 

Вода - многоцелевой ресурс, но и НЕЗАМЕНИМЫЙ для многих биологических процессов производственных и социальных функций человека и общества.

Улучшение качества воды (ОЧИСТКА, ПОДОГРЕВ, ОПРЕСНЕНИЕ и др.) аналогичен процессам обогащения руд и создания полуфабрикатов (кокс)

Транспортировка - водопроводы сто лет назад единицы, сейчас десятки в несколько сот км, а не десятков км.

Перспективы транспорта можно охарактеризовать с вертикальным перемещением воды отсюда увеличиваются площади потенциально пригодных к орошению земель. А также перспективы строительства каналов и водохранилищ. от 30 до 100 млн га потенциально пригодных для орошения земель в Средней Азии.

Водные ресурсы необходимо оценивать одновременно в нескольких аспектах:

· наличие ресурсов,

· потребности и возможности их использования и восполнения,

· охрана водных источников как компонента окружающей среды с учетом использования, охраны и восполнения среды в целом.

Такое рассмотрение необходимо, так как растут возможности транспор­тировать воду как из далеких районов, так и из глубоких горизонтов, добывать из морских и минерализованных, а также из очищенных - те есть вода в принципе неисчерпаема.

Поэтому на перспективу водные ресурсы это:

· Речной сток, водохранилища, озера, верхние горизонты грунтовых вод.

· Воды внутренних морей, прибрежные и территориальные воды открытых морей, слабоминерализованные воды верхних и пресные воды глубоких горизонтов.

· Ледники.

· Воды болот и почвенная влага в районах избыточного увлажнения.

· Льды Арк­тики и Антарктиды.

· Воды Мирового океана.

· Атмосферная влага.

· Вода химически связанная в различных природных телах, сверхглубокие и ювенильные воды, воды Космоса.

Использование водных ресурсов связано все более с международными правами, обязательствами и торговлей пресной водой. Поэтому воды делят на:

· национальные,

· межгосударственные,

· всеобщие.

Использование последних все более связано с охраной окружающей среды в целом.

Понятие «водные ресурсы» используется чрезвычайно широко не только в научной, учебной, производственной, но и научно-популярной литературе, однако различные авторы вкладывают в него разный смысл. Даже специалисты в области гидрологии, экологии, природоведения трактуют этот термин по-разному. Так, например, в гидрологическом словаре А.И. Чеботарева утверждается:

«Водные ресурсы – запасы поверхностных и подземных вод какой-либо территории», и далее «имея в виду относительно небольшой объем используемой подземной и заключенной в озерах воды, под водными ресурсами крупных территорий и государств понимают лишь величину годового стока рек».

Другой известный гидролог О.А. Спенглер в своей книге «Слово о воде» писал: «Под водными ресурсами в широком смысле слова понимаются запасы пресных поверхностных (речных, озерных, болотных, ледниковых) и подземных вод какой-либо территории».

М.И. Львович в монографии «Мировые водные ресурсы и их будущее» так объясняет этот термин: «под водными ресурсами мы понимаем пригодные для использования воды, практически все воды Земли: речные, озерные, морские, подземные, почвенную влагу, лед горных и полярных ледников, водяные пары атмосферы, исключая «связанные», входящие в состав минералов и биомассы. К водным ресурсам относятся также водные объекты – моря, реки, озера, а также искусственно созданные каналы, водохранилища, поскольку они широко используются для судоходства, рыболовства, отдыха, туризма и других целей без изъятия из них воды».

Даже анализируя только эти три определения известных гидрологов, можно заметить, что они во многом отличаются друг от друга. Если О.А. Спенглер считает, что водные ресурсы – запасы подземных вод и, к тому же, в разных водных объектах, то А.И. Чеботарев при определении этого термина не говорит о том, что это только пресные воды, но зато «привязывает» это понятие к территории. В итоге он отождествляет водные ресурсы только с годовым стоком рек. Н.И. Львович рассматривает водные ресурсы уже не как просто запасы воды (как это делают два предыдущих автора), а как «пригодные для использования воды», связывая это понятие с хозяйственной деятельностью человека. С другой стороны, М.И. Львович отождествляет понятие «водные ресурсы» и «водные объекты». Можно привести и другие примеры различных трактовок понятия «водные ресурсы» в гидрологической и географической литературе.

Если обратиться к работам в области рационального использования природных ресурсов и экономики природопользования, можно удостовериться в том, что многочисленные монографии и учебники по этой тематике, часто содержащие целые разделы под названием «водные ресурсы» или «использование водных ресурсов», также не дают четкого определения понятия «водные ресурсы», хотя в них и приводится разнообразная информация об их неравномерном распределении, охране от загрязнения, рациональном использовании и т.д,. Поэтому представляется весьма важным рассмотрение вопроса о том, какой же все-таки смысл несет в себе понятие «водные ресурсы». Для этого прежде всего нужно выяснить, как трактуется более общее понятие – «природные ресурсы».

Как ни странно, в трактовках этого понятия разными авторами существуют отличия. Например, В.И. Каракеян в своей монографии (10) дает следующее определение: «природными ресурсами являются элементы и силы природы, которые могут быть использованы в производственной и непроизводственной сферах для удовлетворения потребностей людей».

В то же время, согласно учебнику, «под природными ресурсами понимают природные тела, явления и процессы, которые человек использует в производственной деятельности».

Как видим, эти определения имеют два принципиальных различия: в отношении времени использования (могут быть использованы или уже используются) и сфер использования природных элементов (только в производственной сфере или в непроизводственной тоже). Отвлечемся пока от этих различий и подчеркнем главный смысл понятия «природные ресурсы», который отмечается практически всеми ведущими специалистами в области географии, экологии и природопользования – термин «природные ресурсы» отражает непосредственную связь природы с деятельностью человека.

Так, Д.Л. Арманд и И.П. Герасимов под природными ресурсами понимают «элементы природы, используемые в хозяйстве, являющиеся средствами существования человеческого общества: почвенный покров, полезные дикие растения, животные, полезные ископаемые, вода (для водоснабжения, орошения, промышленности, энергетики, транспорта), благоприятные климатические условия (главным образом тепло и влага осадков), энергия ветра».

Вернемся теперь к тем двум различиям, о которых шла речь выше. Если считать, что к природным ресурсам относятся элементы природы, которые могут быть использованы (например, в ближайшем или отдаленном будущем), то в принципе все запасы того или иного элемента на нашей планете можно рассматривать в качестве ресурса. Рядом авторов в связи с этим введены понятия реальных и потенциальных природных ресурсов. Ко второй категории относятся, например, элементы природы, которые нужны для производства, но по каким-либо причинам (к примеру, вследствие недостаточной технической оснащенности) не могут быть вовлечены в него (3). По мере развития общества возрастают объемы потребления природных ресурсов и степень их общественной значимости. Большое значение при этом имеет уровень технологических возможностей их использования. Потенциальные ресурсы при этом постепенно переходят в категорию реальных. На наш взгляд, такой подход весьма логичен, так как позволяет рассматривать запасы какого-либо элемента природы, не вовлеченного еще в хозяйственную деятельность, в качестве будущего ресурса (например, запасы полезного ископаемого или запасы воды в ледниках, которые могут быть использованы только в перспективе).

Что касается второго разногласия, то более логичным представляется подход тех авторов, которые считают правомерным рассматривать использование природных ресурсов применительно к обеим сферам – производственной и непроизводственной. Действительно, многие элементы природы активно используются человеком для удовлетворения своих эстетических потребностей или в рекреационных целях (например, лес, водные объекты). Поэтому нет достаточных оснований относить, как это делает, например, А.А. Минц к природным ресурсам только «тела или силы природы, которые на данном уровне развития производительных сил и изученности могут быть использованы в для удовлетворения потребностей человеческого общества в форме непосредственного участия в материальной деятельности» (16).

Приведенные выше соображения в отношении термина «природные ресурсы» позволяют дать следующее определение понятию «водные ресурсы» – воды Земли, которые используются или могут быть использованы обществом для удовлетворения своих потребностей.

Согласно этому определению, практически все воды гидросферы – воды рек, озер, водохранилищ, морей, океанов, подземные воды, воды ледников, воды атмосферы и т.д. можно рассматривать в качестве водных ресурсов. Именно так термин «водные ресурсы» понимают М.И. Львович, М.Ф. Стрибный и ряд других ученых. В данном случае речь идет об общих водных ресурсах, которые могут быть подразделены на реальные и потенциальные. Реальные водные ресурсы – это те запасы воды, которые на данном уровне развития производительных сил и изученности используются и могут быть использованы в интересах человека. К потенциальным водным ресурсам следует отнести те запасы воды, которые человек сможет использовать лишь в будущем. Четкой границы между реальными и потенциальными ресурсами водными ресурсами не существует, и по мере развития производительных сил и социальных потребностей человека потенциальные водные ресурсы переходят в категорию реальных.

Важной особенностью воды является многогранность ее использования. В отличие от других природных ресурсов (например, угля, нефти, леса), вода, за редкими исключениями, не используется непосредственно для создания продукции с преобразованием в другое вещество и изъятием из природного круговорота.

В ходе материального использования водные запасы либо вообще количественно не меняются (например, при их использовании в гидроэнергетике, рыбном хозяйстве, для судоходства, лесосплава и др, ), либо их часть изымается из источника (на нужды орошения, промышленности и коммунального хозяйства, наполнения водохранилищ и др.), составляя безвозвратные потери для данной территории или водного объекта, но не изменяя при этом общих запасов воды на Земле.

Кроме того, человек использует для удовлетворения своих социальных и духовных потребностей. Отдых у воды, купание, водный туризм – все это виды использования воды, где она также выступает в качестве водного ресурса.

В силу указанных причин невозможно надежно оценить масштабы использования воды применительно к сколько-нибудь крупной территории, не говоря уже и территориях государств или континентов. И с этой точки зрения все оценки водных ресурсов крупных регионов следует рассматривать как приближенные. Тем не менее, поскольку рассматриваемое понятие социально-экономическое, то составить представление о водных ресурсах территории или водного объекта можно лишь в результате их оценки. Этот аспект подчеркнут в Международном словаре Юнеско, где водные ресурсы определены как «запасы воды на площади или в данном объеме, выраженные в виде количества доступных для использования вод надлежащего качества».

Водные ресурсы являются не только основой водохозяйственных расчетов, но и объектом регулирования. Поэтому их учету и распределение отводится чрезвычайно важное значение. Общий запас воды в гидросфере (по оценкам на 2013 г.) составляет 1533000000 км³, причем на воды суши приходится только 6 %.

В этих огромных запасах подавляющая часть (98 %) сильно минерализована и непригодна для непосредственного использования населением и народным хозяйством. Не случайно в жизненных процессах гораздо большее значение имеет " динамический" запас, т.е. речные воды, поскольку они пресные и непрерывно возобновляются. Суммарный средний годовой сток всех рек оценивается округленно в 47000 км³. Речной сток неравномерно распределен по территории суши.

По удельному стоку с единицы поверхности суши на первом месте стоит Южная Америка (685000 м³/км²). Самый низкий удельный скок имеет Африка (153000 м³/км²). Удельный сток с территории РФ почти в 1, 5 раза ниже среднего удельного стока по миру.

Еще более пеструю картину представляет распределение удельного стока на душу населения в связи с чрезвычайным разнообразием как распределения ресурсов, так и, в особенности, плотности населения. Если на 1-гo жителя Европы приходится 4, 4 тыс.м³/год речной воды, то на 1-го жителя Южной Америки приходится в 12 раз больше.

Низкая водообеспеченность на душу населения наблюдается в Китае (2, 6 тыс.м³/год), наиболее высокая (103 тыс.м³/год) – в Канаде. Заметный дефицит в воде испытывают многие европейские государства. Так, в Бельгии и Венгрии на одного человека в год приходится не более 1 тыс. м³/год речного стока. Значительно больше среднего (18 тыс. м³/год) приходится на одного жителя в РФ.

Основным законом, регулирующим водные ресурсы и их потребление на территории Российской Федерации является Водный Кодекс (ВК). Согласно статье 1 ВК, водные ресурсы – поверхностные и подземные воды, которые находятся в водных объектах и используются или могут быть использованы.

В количественном отношении водные ресурсы России слагаются из статических (вековых) и возобновляемых запасов. Первые считаются неизменными и постоянными в течение длительного времени, возобновляемые ресурсы оцениваются объемом годового стока.

Оценка запасов водных ресурсов Российской Федерации на 2012 г., приведена в таблице 1 (Госдоклад о состоянии окружающей среды на территории РФ, 2012 г.).

Таблица 1.

Оценка запасов водных ресурсов Российской Федерации (данные Росводресурсов, 2012 г.)

Ресурсы	Средний многолетний объем (возобновление), км3/год	Статический запас, км3
Речной сток		-
Озера
Болота
Ледники
Подземные воды	869*
Почвенная влага		-
Всего		Более 97000

* – Данные по подземным водам представлены Роснедрами

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: