Водные ресурсы земного шара
ЧАСТЕЙ СВЕТА И РОССИИ
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, внутриземная 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 земного шара в таком понимании были освещены в разд. 3.1 и отражены в табл. 3.1.
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) (см. табл. 3.1).
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) (см. табл. 3.4)
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. Чаще, 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 топливо. 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 1 км3 воды в год) и при поступлении воды из космоса вместе с ледяными метеоритами.
Используемый в водном хозяйстве термин «безвозвратное водопотребление» (он был упомянут во Введении и разд. 3.3) 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 (см. разд. 3.4).
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 (см. Введение). 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 (см. разд. 3.4).
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 15 млн км3. 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 Азия, несколько в меньшей степени — Южная Америка и Африка (табл. 3.5). Наименее богаты данным видом ресурсов Европа и Австралия с Океанией.
Возобновляемые водные ресурсы — речной сток — также распределены по земному шару неравномерно (см. табл. 3.5). 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 1 км2 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 сосредоточены 77% населения планеты и лишь 37% мировых запасов ежегодно возобновляемых пресных вод).
Таблица 3.5. Водные ресурсы частей света *
| Часть света | Вековые запасы пресной воды, тыс. км3 | Возобновляемые водные ресурсы (речной сток) | Водообеспеченность территории, тыс. м3/год на 1 км2 | |
| км3/год | % | |||
| Европа | 7,2 | |||
| Азия | 14 400 | 32,3 | ||
| Африка | 10,3 | |||
| Северная Америка | 18,4 | |||
| Южная Америка | И 800 | 26,4 | ||
| Австралия и Океания | — | 5,4 |
* По монографии «Мировой водный баланс и водные ресурсы Земли» (1974).
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 (см. разд. 3.2), 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 (табл. 3.6). Из этой величины на территории России ежегодно формируется сток с объемом 4113 км3; из-за пределов страны поступает дополнительно 235 км3/год (это, например, сток Иртыша, некоторых притоков Амура, Селенги и других рек, текущих из соседних стран).
Сравнение оценок возобновляемых водных ресурсов России за 1936—1960 и 1985—2003 гг., сделанное Государственным гидрологическим институтом в 2004 г., указывает на то, что водные ресурсы страны возросли с 4197 до 4512 км3/год, т. е. на 315 км3/год, или на 7,5%. В последние два десятилетия заметно возросли водные ресурсы в Центральном, Уральском, Волго-Вятском, Северо-Западном экономических районах (соответственно на 27, 19, 15 и 14%). В тоже время водные ресурсы Северного, Восточно-Сибирского и Дальневосточного экономических районов увеличились лишь на 6, 2 и 3%, а Западно-Сибирского и Северо-Кавказского почти не изменились.
Распределение водных ресурсов (речного стока) России по бассейнам морей представлено в табл. 3.7.
Возрастание стока рек и возобновляемых водных ресурсов России за последние 20 лет ряд ученых объясняет интенсификацией циркуляции атмосферы, смещением 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.
Таблица 3.6. Средние многолетние (1930—2000) водные ресурсы России*
| Экономический район | Площадь территории, тыс. км2 | Средний годовой объем, км3/год | |||
| Местный сток | Приток извне | Общие ресурсы | |||
| всего | из-за границы | ||||
| Северный Северо-Западный Центральный Центрально-Черноземный Волго-Вятский Поволжский Северо-Кавказский Уральский Западно-Сибирский Восточно-Сибирский Дальневосточный | 18,3 64,5 24,9 5,05 25,1 7,03 78,7 | 8,24 38,2 0,52 0,27 0,0 0,0 6,27 0,55 28,84 32,2 | |||
| Российская Федерация | 17 075 |
* По данным В.И. Бабкина (ГГИ).
Удельная водообеспеченность России составляет в настоящее время в среднем 255 тыс. м3/год на 1 км2 территории. На 1 жителя России приходится около 30 тыс. м3/год (приблизительно столько же, сколько и в 1980 г.).
| Таблица 3.7. Водные ресурсы рек России по бассейнам морей * | |||||
| Море | Площадь водосбора, тыс. км2 ** | Водные ресурсы, км3/год*** | Море | Площадь водосбора, тыс. км2** | Водные ресурсы, км3/год*** |
| Белое | 709,8 717,6 | 229,11 231,61 | Восточно-Сибирское | 1295,5 | 270,7 |
| Баренцево | 525,7 542,4 | 180,48 186,22 | Чукотское | 101,0 | 23,6 |
| Балтийское | 256,97 443,14 | 90,16 128,36 | Берингово море и Тихий океан | 569,7 | 240,5 |
| Азовское | 464,08 579,30 | 36,92 41,57 | Охотское | 1695,4 2547,4 | 571,4 685,8 |
| Черное | 63,62 68,80 | 20,34 21,13 | Японское | 124,3 134,3 | 33,33 38,94 |
| карское | 5739,5 7158,2 | 1326,7 1388,3 | Каспийское | 1670,27 1671,77 | 275,9 277,5 |
| Лаптевых | 3692,9 | 807,1 | Бессточные области Урала и Сибири | 166,7 | 6,81 |
| Всего | 19688,7 17075,4 | 4348 |
* По данным В. И. Бабкина (ГГИ).
** В числителе приведены площади в пределах РФ, в знаменателе — с учетом зарубежных территорий.
*** В числителе приведены водные ресурсы, формирующиеся в пределах РФ, в знаменателе — с учетом поступления вод с зарубежных территорий.
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 в воде распределением водных ресурсов по территории страны, с большой их временной изменчивостью (особенно в южных районах) и высокой загрязненностью вод. 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.
Возможные изменения водных ресурсов в будущем. Всвязи с ожидаемым дальнейшим потеплением климата и увеличением атмосферных осадков (см. разд. 3.2) в первой половине XXI в. ожидается возрастание и водных ресурсов России. Возобновляемые водные ресурсы, по оценкам И.А. Шикломанова и В.Ю. Георгиевско го (2003), увеличатся на большей части территории России. В некоторых районах юго-запада и юга Европейской части страны (бассейны Дона, Верхнего Днепра) прогностические оценки менее определенны. По данным В.С. Ковалевского и С.М. Семенова (2003), ресурсы подземных вод заметно увеличатся в северной части России, но уменьшатся на юго-западе страны.
В целом же, по мнению И.А. Шикломанова и В.Ю. Георгиевского, нет оснований ожидать какого-либо ухудшения водообеспеченности населения и экономики на преобладающей части территории России.
ГЛАВА 4
ГИДРОЛОГИЯ ЛЕДНИКОВ
Скопления природного снега и льда на Земле весьма разнообразны[8]. Согласно Атласу снежно-ледовых ресурсов мира (1997), формы природного снега и льда подразделяются на:
атмосферные (снег, иней, град, гололед); наземные:
- многолетние (ледники, многолетние наледи и снежники);
- сезонные (снежный покров, обычные наледи); плавучие:
- многолетние (паковые льды, айсберги);
- сезонные (морские льды, озерные и речные льды); подземные (многолетние подземные льды).
Среди перечисленных видов скопления снега и льда главное место занимают многолетние наземные льды — ледники. Ледник — это масса фирна и льда, образовавшаяся путем длительного накопления и преобразования твердых атмосферных осадков и обладающая собственным движением. Множество ледников, объединенных общими связями с окружающей средой и внутренними взаимосвязями и свойствами, образуют оледенение, или ледниковую систему. Ледники Земли играют важную роль в природных процессах. Являясь аккумулятором больших объемов вод, ледники участвуют в круговороте воды в природе и оказывают существенное влияние на многие процессы на земном шаре (тепловой баланс планеты, температуру и соленость вод океана, сток горных рек и т.д.).