Понятие о водных ресурсах. Водные ресурсы земного шара.

Водные ресурсы представляют собой весьма важную часть используемых человеком природных ресурсов, к которым также относятся ресурсы земельные, минеральные (в том числе топливно-энергетические и другие полезные ископаемые), растительные (например, лесные), ресурсы животного мира, энергия солнца, ветра, внутри-земная теплота и др.

Водные ресурсы в широком смысле - это все природные воды Земли, представленные водами рек, озер, водохранилищ, болот, ледников, водоносных горизонтов, океанов и морей. Водные ресурсы в более узком смысле - это природные воды, которые используются человеком в настоящее время и могут быть использованы в обозримой перспективе (определение С. Л. Вендрова). Сходная формулировка дана в Водном кодексе Российской Федерации: «водные ресурсы - запасы поверхностных и подземных вод, находящихся в водных объектах, которые используются или могут быть использованы». В такой трактовке водные ресурсы - категория не только природная, но и социально-историческая.

Наиболее ценными водными ресурсами являются запасы пресных вод (это самое узкое понятие водных ресурсов). Ресурсы пресных вод складываются из так называемых статических (или вековых) запасов воды и из непрерывно возобновляемых водных ресурсов, т. е. стока рек.

Статические (вековые) запасы пресных вод представлены не подверженной заметным ежегодным изменениям частью водных объемов озер, ледников, подземных вод. Измеряют эти запасы в объемных единицах (м³ или км³).

Возобновляемые водные ресурсы - это те воды, которые ежегодно восстанавливаются в процессе круговорота воды на земном шаре. Этот вид водных ресурсов измеряют в единицах стока (м³/с, м³/год, км³/год)

Возобновляемые водные ресурсы часто оценивают с помощью уравнения водного баланса. Так, в целом для суши атмосферные осадки, материковый сток и испарение составляют соответственно 119, 47 и 72 тыс. км³ воды в год. Таким образом, в среднем для всей суши из всего объема атмосферных осадков 61 % расходуется на испарение, а 39 % поступает в Мировой океан. Материковый сток и составляет возобновляемые водные ресурсы земного шара. Чаше, однако, возобновляемыми водными ресурсами считают лишь часть материкового стока, представленную стоком рек (41,7 км³ воды в год, или 35% атмосферных осадков на планете). Сток воды рек - действительно ежегодно возобновляемый природный ресурс, который можно (до некоторых пределов, конечно) изымать для хозяйственного использования. В противоположность ему статические (вековые) запасы вод в озерах, ледниках, водоносных горизонтах нельзя изъять на хозяйственные нужды без нанесения ущерба либо рассматриваемому водному объекту, либо связанным с ним рекам. Каковы основные особенности водных ресурсов, отличающие их от других природных ресурсов?

Первое. Вода как вещество обладает уникальными свойствами и ее, как правило, нельзя ничем заменить. Многие другие природные ресурсы допускают замену, и по мере развития цивилизации и технических возможностей человеческого общества такая замена стала использоваться все шире и шире.

В древности в качестве строительного материала применяли чаще всего только лес. На Руси, например, из дерева строили не только избы, но и храмы, мосты и плотины. Позже древесина в качестве строительного материала была заменена сначала кирпичом, а затем и бетоном, сталью, стеклом, пластиком. Древесина использовалась и как топлива. Затем ее стали заменять каменным углем, потом - нефтью, газом. Нет сомнения, что в будущем по мере истощения запасов этих полезных ископаемых главными источниками энергоресурсов станут атомная, термоядерная и солнечная энергия, энергия приливов и морских волн. В настоящее время предпринимаются попытки создать искусственный грунт для выращивания растений, а некоторые продукты питания - заменить их синтетическими аналогами.

С водой дело обстоит значительно хуже. Практически ничем нельзя заменить питьевую воду - и для человека и для животных. Нельзя ничем заменить воду при орошении земель, для питания растений (ведь капилляры растений самой природой «рассчитаны» только на воду), в качестве массового теплоносителя, во многих производствах и т. д.

Второе. Вода - ресурс неистребимый. В отличие от предыдущей особенности, эта оказывается весьма благоприятной. В процессе использования полезных ископаемых, например при сжигании дров, угля, нефти, газа, эти вещества, превращаясь в теплоту и давая золу или газообразные отходы, исчезают. Вода же при своем использовании не исчезает, а лишь переходит из одного состояния в другое (жидкая вода превращается в водяной пар) или перемещается в пространстве - из одного места в другое. При нагревании и даже при кипении вода ведь не разлагается на водород и кислород. Единственным случаем действительного исчезновения воды как вещества является связывание воды с диоксидом углерода (углекислым газом) в процессе фотосинтеза и образования органического вещества. Однако объемы воды, идущие на синтез органического вещества, весьма невелики, так же как, впрочем, и небольшие потери воды, уходящей с Земли в космическое пространство. Считают также, что эти потери полностью компенсируются образованием воды при дегазации мантии Земли (около 1км³ воды в год) и при поступлении воды из космоса вместе с ледяными метеоритами.

Используемый в водном хозяйстве термин «безвозвратное водопотребление», нужно понимать следующим образом: для конкретного участка реки (может быть даже для всего речного бассейна), озера или водохранилища забор воды на хозяйственные нужды (орошение, водоснабжение и др.) действительно может стать безвозвратным. Забранная вода частично позже испаряется с поверхности орошаемых земель или в процессе промышленного производства. Однако, согласно закону сохранения вещества, этот же объем воды должен выпасть в виде атмосферных осадков в других регионах планеты. Например, значительный водозабор в бассейнах рек Амударьи и Сырдарьи, приведший к истощению стока этих рек и обмелению Аральского моря, неизбежно сопровождается увеличением осадков на огромных гористых пространствах Центральной Азии. Только последствия первого процесса - уменьшения стока упомянутых рек - все хорошо видят, а увеличение стока рек на огромной территории заметить практически невозможно. Таким образом, «безвозвратные» потери воды относятся лишь к ограниченному пространству, в целом же для континента и тем более всей планеты безвозвратного расходования воды быть не может. Если бы вода в процессе использования исчезала бы бесследно (как уголь или нефть при их сжигании), то ни о каком развитии человечества на земном шаре не могло быть и речи.

Третье. Пресные воды - возобновляемый природный ресурс. Это восстановление водных ресурсов осуществляется в процессе непрерывного круговорота воды на земном шаре.

Возобновление водных ресурсов в процессе круговорота воды, как во времени, так и в пространстве происходит неравномерно. Это определяется как изменением метеорологических условий (осадков, испарения) во времени, например по сезонам года, так и пространственной неоднородностью климатических условий, в частности широтной и высотной зональностью, поэтому водные ресурсы подвержены на планете большой пространственно-временной изменчивости. Эта особенность нередко создает дефицит водных ресурсов в некоторых районах земного шара (например, в засушливых областях, в местах с большим хозяйственным потреблением воды), особенно в маловодный период года. Все это заставляет людей искусственно перераспределять водные ресурсы во времени, регулируя речной сток, и в пространстве, перебрасывая воду из одних районов в другие.

Четвертое. Вода - ресурс многоцелевой. Водные ресурсы используются для удовлетворения самых разных хозяйственных потребностей человека. Часто вода из одного и того же водного объекта используется различными отраслями хозяйства.

Пятое. Вода подвижна. Это отличие водных ресурсов от других природных ресурсов имеет ряд существенных следствий.

Во-первых, вода может естественным образом перемещаться в пространстве - по земной поверхности и в толще грунтов, а также в атмосфере. При этом вода может изменять свое агрегатное состояние, переходя, например, из жидкого в газообразное (водяной пар), и наоборот. Перемещение воды на Земле и создает круговорот воды в природе.

Во-вторых, воду можно транспортировать (по каналам, трубопроводам) из одних районов в другие.

В-третьих, водные ресурсы «не признают» административных и в том числе государственных границ. Это может даже создать сложные межгосударственные проблемы. Они могут возникнуть при использовании водных ресурсов пограничных рек и рек, протекающих через несколько государств (при так называемом трансграничном переносе вод).

В-четвертых, будучи подвижной и участвуя в глобальном круговороте, вода переносит наносы, растворенные вещества, включая загрязняющие, теплоту. И хотя полного круговорота наносов, солей и теплоты не происходит (преобладает односторонний перенос с суши в океан), роль рек в переносе вещества и энергии очень велика.

Возникает естественный вопрос: перемещение вместе с водой загрязняющих веществ - это для природы хорошо или плохо? С одной стороны, попавшие в воду загрязняющие вещества, например нефть в результате несовершенства технологии добычи, прорыва нефтепровода или аварии танкера, может вместе с водой (рекой, морскими течениями) переноситься на большие расстояния. Это, несомненно, способствует распространению загрязняющих веществ в пространстве, загрязнению смежных вод и берегов. Но, с другой стороны, текущая вода удаляет вредные вещества из района загрязнения, очищая его, способствует рассеиванию и разложению вредных примесей. Кроме того, текущим водам свойственна способность к «самоочищению».

Водные ресурсы частей света.

Запасы пресных вод всех континентов, за исключением Антарктиды, составляют около 15млн. км². Они сосредоточены, прежде всего, в верхнем слое земной коры, в крупных озерах и ледниках. Распределены водные ресурсы между континентами неравномерно. Наибольшими статическими (вековыми) ресурсами пресных вод обладают Северная Америка и Азии, несколько в меньшей степени - Южная Америка и Африки. Наименее богаты данным видом ресурсов Европа и Австралия с Океанией.

Возобновляемые водные ресурсы - речной сток - также распределены по земному шару неравномерно. Наибольшую величину стока имеют Азия (32% стока всех рек планеты) и Южная Америка (26%), наименьшую - Европа (7%) и Австралия с Океанией (5 %). Водообеспеченность территории в расчете на 1км² наибольшая в Южной Америке и наименьшая - в Африке. В наибольшей степени население обеспечено речной водой (в расчете на одного жителя) в Южной Америке и на островах Океании в наименьшей - население Европы и Азии (здесь сосредоточено 77% населения планеты и лишь 37% мировых запасов ежегодно возобновляемых пресных вод) (табл.12)

Таблица 12. Водные ресурсы частей света'

Часть света	Вековые запасы пресной воды, тыс.км2	Возобновляемые водные ресурсы (речной сток)	Водообеспеченность территории, тыс. м3/год на 1 км2
км3/год	%
Европа			7,2
Азия			32,3
Африка			10,3
Северная Америка			18,4
Южная Америка			26,4
Австралия и Океания			5,4

Водообеспеченность и территории, и населения существенно изменяется в пределах отдельных континентов в зависимости от климатических условий и размещения населения. Например, в Азии есть районы как хорошо обеспеченные водой (Восточная Сибирь, Дальний Восток, Юго-Восточная Азия), так и ощущающие ее недостаток (Средняя Азия, Казахстан, пустыня Гоби и др.).

Из стран мира наиболее обеспечены речными водными ресурсами Бразилия - 9230, Россия -4348, США -2850, Китай -2600 км³ воды в год.

По оценкам Межправительственной группы экспертов по изменению климата, в XXI в. ожидаются изменения в распределении водных ресурсов на земном шаре. Увеличатся водные ресурсы в высоких широтах Северного полушария, в Юго-Восточной Азии, уменьшатся в Центральной Азии, южной части Африки, Австралии. Основной вывод доклада МГЭИК (2001) следующий: изменения климата приведут в XXI в. к существенному сокращению имеющихся водных ресурсов в тех районах планеты, где уже сейчас ощущается их недостаток. Обострится проблема нехватки пресной воды во многих районах со скудными водными ресурсами. Спрос на воду будет увеличиваться по мере роста численности населения и экономического развития стран.

Водные ресурсы России.

Российская Федерация по общим запасам пресных вод занимает среди стран мира первое место и уступает лишь Бразилии по возобновляемым водным ресурсам - стоку рек.

Возобновляемые водные ресурсы. Средняя многолетняя величина возобновляемых водных ресурсов России (т.е. речного стока) составляет 4348 км³/год. Из этой величины на территории России ежегодно формируется сток с объемом 4113 км³; из-за пределов страны поступает дополнительно 235 км³/год (это, например, для Иртыша, некоторых притоков Амура, Селенги и других рек, текущих из соседних стран) (табл.13).

Возрастание стока рек и возобновляемых водных ресурсов России за последние 20 лет ряд ученых объясняет интенсификацией циркуляции атмосферы, смешением траектории циклонов к югу и увеличением повторяемости циклонов атлантического происхождения с повышенным содержанием влаги, ростом количества атмосферных осадков (в основном зимних), что, в конечном счете, является следствием общего потепления климата.

Удельная водообеспеченность России составляет в настоящее время в среднем 255 тыс. м³/год на I км² территории. На 1 жителя России приходится около 30 тыс. м³/год (приблизительно столько же, сколько и в 1980г.).

Несмотря на благоприятное в целом состояние возобновляемых водных ресурсов России, в ряде районов имеются серьезные проблемы с водообеспечением населения и хозяйства. Эти проблемы связаны с крайне неравномерным и не соответствующим потребностям распределением водных ресурсов.

Таблица 13.Водные ресурсы регионов России

Экономический район	Площадь территории, тыс. км2	Средний годовой объем, км3/год
Местный сток	Приток извне	Общие ресурсы
всего	Из-за границы
Северный			18,3	8,24
Северо-Западный			64,5	38,2
Центральный			24,9	0,52
Центрально-Черноземный			5,05	0,27
Волго-Вятский
Поволжский
Северо-Кавказский			25,1	6,27
Уральский			7,03	0,55
Западно-Сибирский			78,7	28,84
Восточно-Сибирский				32,2
Дальневосточный
Российская Федерация

Хорошо обеспечены водой Сибирский и Дальневосточный федеральные округа, в меньшей степени - Уральский и Северо-Западный, хуже всего - Приволжский, Центральный и Южный.

Статические (вековые) водные ресурсы России. По оценкам РосНИИВХа (2000), они представлены запасами воды в пресных озерах (26,5 тыс. км³, из них на долю Байкала приходится 23 тыс. км³, или 87 %); в ледниках (15,1 тыс. км³); болотах (3 тыс. км³); пресных подземных водах (28 тыс. км³); подземных льдах (15,8 тыс. км³). Полный и полезный объем крупных водохранилищ России, по дан­ным ГГИ, в 80-х годах XX в. составлял 810 и 364 км³ соответственно.

Таким образом, общие статические (вековые) запасы пресных вод России составляют около 90 тыс. км³.

Потенциальные гидроэнергетические ресурсыреки определяют по отдельным ее участкам э_i = a Q_{i ,} где Q_i – средний расход воды на участке, – падение реки на участке, a – коэффициент размерности. Для всей реки потенциальные энергоресурсы э = ∑э_i.

В использовании вод различают водопотребление и водопользование. Водопотребление - изъятие воды из естественных водных объектов с дальнейшим частичным возвращением ее после использования. Невозвращенная часть - безвозвратное водопотребление.

Водопользование – использование воды без изъятия из водных объектов.

Водохозяйственный баланс - соотношение между различными источниками водных ресурсов и видами водопотребления для той или иной территории, а также для отдельных предприятий или хозяйственных комплексов.

Дефицит водохозяйственного баланса – недостаток водных ресурсов для обеспечения развития хозяйства и бытовых потребностей населения с учетом обеспечения экологического благополучия в целом за год или в отдельные периоды года. Способы его преодоления - регулирование стока, переброска воды из других районов, экономия водных ресурсов путем изменения хозяйственной технологии (рациональные способы орошения, внедрение замкнутых систем промышленного водоснабжения и т.д.).

Важнейший фактор экологического состояния водных объектов - качество водыв них. Для его оценки используют гидробиологические, гидрохимические, санитарно-гигиенические, медицинские показатели.

К наиболее распространенным гидробиологическим показателям относится оценки по доле в биологическом сообществе организмов, устойчивых к загрязнению вод («индикаторных организмов», например, олигохет), а также по видовому разнообразию биологического сообщества.

Оценка качества воды по гидрохимическим показателям осуществляется путем сравнения концентрации загрязняющих веществ в водном объекте с их предельно допустимыми концентрациями (ПДК). К загрязняющим относятся вещества, оказывающие вредное воздействие на человека и водные организмы, или ограничивающие возможность использования воды для хозяйственных нужд. Часто небольшое содержание тех же самых веществ оказывается необходимым для нормального развития водных организмов. Для разных видов использования устанавливаются свои ПДК.

Основной санитарный показатель - коли-индекс, т.е. количество кишечных палочек в 1 см³ воды.

Медицинские показатели основываются на статистических данных о нарушении здоровья населения, использующего воду того или иного водного объекта.

Источники загрязнения природных вод:

– сточные воды жилищно-комунальных и промпредприятий, животноводческих ферм;

–смыв талыми и дождевыми водами загрязнений с территории промзон и жилых застроек, с сельскохозяйственных полей, с территории животноводческих ферм;

–судоходство и лесосплав;

–рекреационное использование рек и водоемов;

–рыбоводство;

–аварийное загрязнение, вызванное прорывом трубопроводов, плотин отстойников сточных вод, разрушением очистных сооружений и т.д.;

–бытовое загрязнение – сброс в реку мусора, мойка автомашин и т.п.

Меры по улучшению качества вод:

• создание новых и улучшение работы существующих водоочистных сооружений;
• переход на оборотное промышленное водоснабжение;
• внедрение новых менее водоемких технологий в промышленном производстве;
• внедрение наиболее рациональных способов орошения;
• усовершенствование техники внесения удобрений, пестицидов, гербицидов; замена существующих препаратов менее вредными для человека.