Активность водообмена и балансовая оценка водных ресурсов

Сопоставляя данные об объеме различных частей гидросферы и об элементах водного баланса, можно определить активность водообмена, или примерное время, в течение которого в ходе круговорота воды происходит полная смена объема той или иной части гидросферы (см. табл. 1 и 2).

Так, с поверхности Океана ежегодно испаряется около 450 тыс. км³. Чтобы определить, сколько лет потребовалось бы для испарения всего объема Океана, следует 1 370 000 000 км³ поделить на 450 000 км³, при этом мы получим примерно 3000 лет.

Еще медленнее происходит возобновление всех подземных вод — приблизительно в течение 5000 лет. Если выделить лишь подземные воды, расположенные в верхней части земной коры (толщиной около 800 м) и поэтому интенсивнее участвующие в круговороте воды, то на их смену все же потребовалось бы около 330 лет.

Но медленнее всего сменяются полярные льды. По существу в этой части гидросферы вода находится в законсервированном виде. Из ледников Антарктиды и Гренландии ежегодно выносится в Океан приблизительно 2800 км³ льда. При общем объеме полярных ледников в 24 млн. км³ на полную смену всего объема льда за счет атмосферных осадков, выпадающих на поверхность ледников, требуется 8000 лет. Наиболее активны пары атмосферы: они сменяются каждые 10 суток. Вода в реках сменяется каждые 12 суток, т. е. 30 раз в год.

Реки участвуют в круговороте воды, возвращая Океану то количество воды, которое суша получает за счет влаги, испарившейся с его поверхности. В то же время речному звену круговорота принадлежит особенно большая хозяйственная роль: реки наряду с подземными водами относятся к числу наиболее интенсивно используемых человеком источников пресной воды.

Режим и сток рек земного шара изучается приблизительно на 17000 гидрологических станциях, более 5000 которых находится в СССР. И все же почти половина площади материков земного шара в гидрологическом отношении не изучена или изучена очень слабо. Еще отсутствуют достоверные сведения о стоке воды величайшей реки мира — Амазонки, на долю которой, по приблизительным расчетам, приходится более 1/10 части стока всех рек мира. Хорошо изучен сток рек СССР и всей Европы, Северной Америки, северных районов Африки, Австралии.

На основании данных гидрологических станций составлена карта стока рек земного шара. Для характеристики стока применяются две единицы измерения. Первая из них — модуль стока — соответствует количеству воды, стекающей в единицу времени с единицы площади водного бассейна. Модуль стока вычисляется делением среднего годового расхода воды в реке на площадь ее водосборного бассейна и выражается в литрах в секунду с 1 км². Вторая величина — слой стока, который образовался бы за год, если бы всю вытекшую воду равномерно распределить по поверхности бассейна реки. Величина слоя вычисляется делением объема годового стока реки на площадь ее водосборного бассейна (в километрах). Карта стока рек земного шара в миллиметрах слоя впервые создана в 1940 г. (впоследствии она уточнялась). В схематизированном виде она дана на стр. 186.

Как показывает карта, наиболее многоводны реки экваториальной зоны, богатой тропическими ливнями, а также реки горных склонов Скандинавии, Южной Аляски и Патагонии, где много осадков приносят воздушные течения с океана. Велик также сток горных рек южного склона Гималаев, Средней Азии, Альп, Скалистых гор и Анд; здесь реки питаются талыми водами ледников и многолетнего высокогорного снега. Очень мал речной сток в пустынях, занимающих более 20% всей суши.

Однако мест, совершенно лишенных стока, почти нет. В величайшей пустыне Сахаре есть временно текущие реки — вади. Во время эпизодических ливней, выпадающих здесь один раз в течение нескольких лет, на таких реках бывают бурные паводки. На глинистых участках (такырах) Каракумов почти ежегодно образуются небольшие потоки.

Больше всего воды течет в реках Азии (данные о стоке рек земного шара смотри в справочном отделе). Но по относительной водоносности, характеризуемой миллиметрами слоя, наиболее богаты реки Южной Америки. Наименее водоносны реки Африки и Австралии: годовой сток в последней (без островов) составляет всего лишь 46 мм, т. е. в 10 раз меньше, чем в Южной Америке.

Таким образом, природные воды объединены непрерывным круговоротом. Но люди не всегда считаются с этим важным обстоятельством, которое должно лежать в основе практического использования вод. Нередко еще изучение и учет отдельных источников водных ресурсов производятся обособленно, разными ведомствами и отраслями хозяйства, без учета интересов других потребителей воды.

Таблица 3

Балансовая оценка водных ресурсов

Элементы баланса Вея суша СССР Европа Африка

км³ мм км³ мм км³ мм км³ мм

Осадки 108400 730 10960 500 7025 714 20800 683

Полный речной сток 38150 260 4350 198 2950 300 4220 139

Подземный (устойчивый) сток 12000¹ 81 1020² 46 1000³ 102 1460⁴ 48

Поверхностный (паводочный) сток 26150 179 3330 152 1950 198 2760 91

Валовое увлажнение территории (ресурсы почвенной влаги) 82250 551 7630 348 5075 516 18040 592

Испарение 70250 470 6610 302 4075 414 16580 544

Примечание. Вместе со стоком, регулируемым озерами и водохранилищами: ¹15 000 км³; ² 1300 км³; ³ 1500 км³; ⁴ 1760 км³.

Для полного учета динамики водных ресурсов, возобновляемых в процессе круговорота, был предложен балансовый метод их оценки. Этот метод позволяет приближенно отразить процессы, наблюдаемые в природе. Суть метода передает система следующих уравнений водного баланса:

R = S+U; P = S + U + E; W = P—S = U + E.

Первое уравнение говорит о том, что речной сток (R) состоит из двух частей: поверхностной (S) и подземной (V). Оценить каждую из этих частей речного стока нам помогает специальный метод.

Как видно из второго уравнения, осадки, выпадающие на поверхность речного бассейна, (Р) расходуются на поверхностную (S) и подземную (U) части речного стока и на испарение (Е).

Согласно третьему уравнению, валовое увлажнение территории или почвы (W) определяется по разности осадков (Р) и поверхностного стока (S); кроме того, вода, увлажняющая почву, (W) расходуется на питание подземных запасов (U) и на испарение (Е).

Располагая данными о ежедневных расходах воды в реках, а также об осадках, с помощью указанной системы уравнений можно определить различные источники водных ресурсов: не только поверхностный сток, но и подземный, а также ресурсы почвенной влаги.

В таблице 3 приведена балансовая оценка водных ресурсов земного шара, СССР, а также двух частей света: Европы, наиболее изученной, и Африки, еще слабоизученной в гидрологическом отношении — о 2/3 территории Африки мало или вовсе нет гидрологических данных.

Из составляющих стока наиболее ценен сток подземного происхождения: во-первых, он поддерживает водность рек, удовлетворяет потребности людей в воде даже в засушливые сезоны; во-вторых, подземные воды наименее загрязнены и поэтому наиболее пригодны для водоснабжения. Чтобы получить полное представление об устойчивом стоке, нужно к подземному стоку прибавить сток рек, регулируемых озерами. Так, сток Невы регулируется системой величайших озер Европы — Ладожским, Онежским, Ильменем, Сайменским, сток Ангары — озером Байкал и т. д.

Паводочный поверхностный сток в естественном состоянии далеко не всегда приносит пользу. Чаще всего обильный поверхностный сток вызывает интенсивную эрозию, а паводки создают разливы и наводнения. Вот почему люди стремятся перевести паводочный сток с помощью водохранилищ в ценный источник водных ресурсов — устойчивый сток.