ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ: И СОСТАВ, ДОСТУПНОСТЬ И ВОЗОБНОВЛЕНИЕ. ВОДОПОЛЬЗОВАНИЕ И ВОДОПОТРЕБЛЕНИЕ.

1 Водные ресурсы и их состав

Водными ресурсами называют воду источников и водоемов, которая может быть использована человеком для той или иной цели. Общее количество воды в гидросфере, т.е. на поверхности Земли и на доступной глубине под поверхностью, оценивается в 1400– 1500 млн. км3. В основном это вода морей и океанов. Объем воды суши составляет 90 млн. км3, главные составляющие этого объема – подземные воды (60 млн. км3) и вода ледников (29 млн. км3 – Арктика, Антарктика, Гренландия и др.). В этом балансе на озера падает 750 тыс. км3, почва содержит 75 тыс. км3 воды [2].

В реках течет в каждый данный момент времени всего 1200 км3 воды, в живых организмах воды (биологической) 50 км3, В атмосфере (не входящей в понятие гидросферы) объем воды составляет 13– 15 тыс. км3. Между гидросферой и атмосферой происходит непрерывный обмен объемами воды: вода испаряется с поверхности, как суши, так и морей и возвращается обратно в виде осадков; за год этот объем составляет 520 тыс. км3, т. е. обмен совершается в среднем 40 раз в год. При этом на долю суши приходится 109 тыс. км3 осадков и 72 тыс. км3 испарений, так что избыток воды уносится реками в моря, где разность осадков и испарений обратного знака[1].

Понятие водных ресурсов находится в водном кодексе РФ. Согласно кодексу водные ресурсы – поверхностные и подземные воды, которые находятся в водных объектах и используются или могут быть использованы

Подземные воды – воды, находящиеся в толще горных пород верхней части земной коры в жидком, твердом и газообразном состоянии. Согласно условиям залегания подземные воды подразделяются на почвенные, грунтовые, артезианские, минеральные, межпластовые.

Почвенные воды заполняют часть промежутков между частицами почвы; они могут быть свободными (гравитационными), которые перемещаются под влиянием силы тяжести, или связанными, удерживаемыми молекулярными силами.

Грунтовые воды образуют водоносный горизонт на первом от поверхности водоупорном слое. Из-за неглубокого залегания от поверхности уровень грунтовых вод подвергается значительным колебаниям при смене сезонов года: он то повышается после дождя или таяния снега, то понижается в засушливое время. В суровые зимы грунтовые воды иногда промерзают. Эти воды в большей мере подвержены загрязнению.

Межпластовые воды – нижележащие водоносные слои, которые заключены между двумя водоупорными слоями. Уровень межпластовых вод в отличие от грунтовых более постоянен. Межпластовые воды более чистые, чем грунтовые. По условиям движения в водоносных слоях различают подземные воды, циркулирующие в рыхлых (песчаных, гравийных и галечниковых) слоях и в трещиноватых скальных породах.

2 Географическое распределение водных ресурсов

К водным ресурсам относятся воды, пригодные для хозяйственного использования. Это воды рек, озер, водохранилищ, ледников, а также подземные воды. Пресная вода, необходимая человеку для жизни и хозяйственного использования составляет всего 2,5% от общего объёма гидросферы, да и та в своём большинстве находится в покровных ледниках Антарктиды и Гренландии. Главный источник пресной воды - это реки. Фактически мировой объём речного стока в год составляет 47 тыс. км3, но реально использовать можно только 50%.

Распределение речного стока на Земле крайне неравномерно. Наибольший объем речного стока приходится на Азию и Южную Америку, а наименьший на Австралию. По обеспеченности ресурсами речного стока на душу населения выделяется следующие группы стран:

С достаточной и избыточной обеспеченностью – Конго, новая Зеландия, Канада, Норвегия, Бразилия, Россия.

Со средней обеспеченностью – США, Мексика, Аргентина, Финляндия, Швеция.

С недостаточной обеспеченностью – Египет, Саудовская Аравия, Алжир, Китай, Индия, Германия, Польша.

Но воды рек используются ещё и как источник энергии. Общий гидроэнергетический потенциал мира оценивается в 10 трлн кВт ч .

Среди стран гидроэнергетическим потенциалом обладают: Китай, Россия, Заир, Канада и Бразилия [6].

3 Временные циклы доступности воды

В любой точке земного шара речной сток испытывает суточные и сезонные колебания, а также меняется с периодичностью в несколько лет. Эти вариации часто повторяются в определенной последовательности, т.е. являются цикличными. Например, расходы воды в реках, берега которых покрыты густым растительным покровом, обычно выше ночью. Это объясняется тем, что с рассвета до заката растительность использует грунтовые воды для транспирации, вследствие чего происходит постепенное сокращение речного стока, но его объем снова увеличивается ночью, когда транспирация прекращается. 

Сезонные циклы водообеспеченности зависят от особенностей распределения осадков в течение года. Например, на Западе США дружное таяние снега происходит весной. В Индии зимой выпадает незначительное количество осадков, а в разгар лета начинаются обильные муссонные дожди. Хотя среднегодовой речной сток почти постоянен на протяжении ряда лет, экстремально высоким или экстремально низким он бывает раз в 11–13 лет. Возможно, это связано с цикличностью солнечной активности. Сведения о цикличности хода осадков и речного стока используются при прогнозе водообеспеченности и повторяемости засух, а также при планировании водоохранной деятельности [1]. 

Основным источником пресной воды являются атмосферные осадки, но для потребительских нужд могут также использоваться и два других источника: подземные и поверхностные воды. 

Распределение осадков. Объем естественного возобновления водных запасов за счет атмосферных осадков различается в зависимости от географического положения и размеров частей света. Например, Южная Америка ежегодно получает почти втрое больше осадков, чем Австралия, и почти вдвое больше, чем Северная Америка, Африка, Азия и Европа (перечислены в порядке уменьшения годового количества осадков). Часть этой влаги возвращается в атмосферу в результате испарения и транспирации растениями: в Австралии эта величина достигает 87%, а в Европе и Северной Америке – лишь 60%. Остальная часть осадков стекает по земной поверхности и в конце концов с речным стоком достигает океана. 

На территории России, за исключением крупных островов Северного Ледовитого океана, в среднем выпадает 9653 км3 осадков, которые условно могли бы покрыть ровную поверхность суши слоем 571 мм. Из этого количества на испарение затрачивается 5676 км3 (336 мм) осадков [2].

В формировании годовых сумм атмосферных осадков обнаруживаются четко выраженные закономерности, характерные не только для конкретных территорий, но и для страны в целом (рис. 1).

В направлении с запада на восток происходит последовательное уменьшение количества атмосферных осадков, наблюдается их зональное распределение, которое изменяется под воздействием рельефа местности и теряет свою четкость на востоке страны.

Во внутригодовом распределении на большей части страны наблюдается преобладание осадков летнего периода. В годовом разрезе наибольшее количество осадков приходится на июнь, наименьшее – на вторую половину зимы.

Рисунок 1 – Распределение атмосферных осадков по территории России

Преобладание осадков холодного периода характерно в основном для юго-западных районов – Ростовской, Пензенской, Самарской областей, Ставропольского края, низовьев р. Терека.

В июне-августе (календарные летние месяцы) на европейской территории выпадает более 30% годового слоя осадков, в Восточной Сибири – 50%, в Забайкалье и бассейне р. Амура – 60–70%. Зимой (декабрь-февраль) в европейской части выпадает 20–25% осадков, в Забайкалье – 5%, Якутии – 10%.

Осенние месяцы (сентябрь-октябрь) отличаются относительно равномерным распределением осадков по всей территории (20–30%). Весной (март-май) от западных границ до р. Енисея выпадает до 20% годового количества осадков, восточнее р. Енисея – в основном 15–20%. Наименьшее количество осадков в это время наблюдается в Забайкалье (около 10%).

Самое общее представление о характере изменений атмосферных осадков на территории РФ во второй половине ХХ и начале XXI столетия дают временные ряды пространственно осредненных средних годовых и сезонных аномалий атмосферных осадков.

Годовая испаряемость на равнинах России колеблется от 150-200 мм в сибирских провинциях тундр до 1000 мм в полупустынях и пустынях Прикаспийской низменности. В тайге наиболее характерные величины испаряемости составляют 450-500 мм, в провинциях смешанных лесов – 600-700 мм, в степях – 800-900 мм [2].

Потери на испарение с водной поверхности водохранилищ в среднем составляют 1,9% прихода, причем по некоторым крупным водохранилищам пределы колебаний могут составлять от 1,2 до 9%. Наибольшие потери на испарение характерны для водохранилищ южных районов Европейской территории.

Увлажнение территории определяется по соотношению между количеством выпадающих атмосферных осадков и испаряемостью. При этом если осадки превышают испаряемость, возникает избыточное увлажнение и часть выпавшей влаги удаляется из данной местности в виде стока. Недостаточное увлажнение территории связано с тем, что осадков выпадает меньше, чем может испариться.

Подземные источники. Примерно 37,5 млн. км3, или 98% всей пресной воды в жидком состоянии приходится на подземные воды, причем ок. 50% из них залегает на глубинах не более 800 м. Однако объем доступных подземных вод определяется свойствами водоносных горизонтов и мощностью откачивающих воду насосов. Некоторые наиболее глубоко залегающие подземные воды вообще никогда не включаются в общий круговорот воды, и только в районах активного вулканизма такие воды извергаются в форме пара. Однако значительная масса подземных вод все же проникает на земную поверхность: под действием силы тяжести эти воды, двигаясь вдоль водонепроницаемых наклонно-залегающих пластов горных пород, выходят у подножий склонов в виде источников и ручьев. Кроме того, они откачиваются насосами, а также извлекаются корнями растений и затем в процессе транспирации поступают в атмосферу [3].

Поверхностные источники. Лишь 0,01% от общего объема пресной воды в жидком состоянии сосредоточена в реках и ручьях и 1,47% – в озерах. Для накопления воды и постоянного обеспечения ею потребителей, а также для предотвращения нежелательных паводков и производства электроэнергии на многих реках сооружены плотины.

4 Возобновление водных ресурсов

В отличие от многих природных ресурсов (уголь, нефть и др. вещества), запасы которых во многом разведаны, конечны и статичны, многие виды вод обладают большой динамичностью, находясь в постоянном движении и возобновлении. Поэтому до недавнего времени вода считалась бесплатным даром природы и лишь в последние десятилетия она приобрела роль экономического ресурса.

По продолжительности периодов обновления вод отдельные их виды обычно подразделяются на две группы:

1) статические запасы, период возобновления которых исчисляется многими годами, десятилетиями, столетиями и тысячелетиями;

2) ежегодно возобновляемые водные ресурсы, представленные главным образом, речным стоком, включающим в себя и те озёрные, болотные, а также подземные воды, поступающие в речную сеть.

К ежегодно возобновляемым водным ресурсам относится также небольшая часть подземных вод верхних водоносных слоёв, которая непосредственно стекает в моря, минуя реки.

Водораздельными возвышенностями, хребтами и горами речная сеть России делится на три океанических бассейна: Северного Ледовитого, Тихого и Атлантического океанов и области внутреннего стока.

С 70,6% территории Российской Федерации сток рек осуществляется в моря Северного Ледовитого океана: Баренцево, Белое, Карское, Лаптевых, Восточно-Сибирское и Чукотское [4]. С 14% площади территории нашего государства сток рек осуществляется в моря Тихого океана и лишь с 4,6% площади – в моря Атлантического океана. Площадь бессточных областей составляет 10,8%, в том числе бассейна Каспийского моря – 9,8% [5].

По общему объёму ежегодно возобновляемых водных ресурсов среди стран Земного шара Россия занимает второе место, после Бразилии. Водные ресурсы нашего государства составляют 4275км3/год, а Бразилии – 8120км3/год [2].

По потенциальной удельной водообеспеченности населения России ежегодно возобновляемыми водными ресурсами (28,7тыс.м3 на человека в год) наше государство значительно уступает ряду стран: Канаде (109тыс.м3 на человека в год), Норвегии (78,5тыс.м3 на человека в год), Венесуэле (67тыс.м3 на человека в год), Парагваю (54,3тыс.м3 на человека в год) и ряду других стран [4].

По потенциальной водообеспеченности территории (237тыс.м3/год на км2) Россия значительно уступает многим странам: Чили, Коста-Рике, Бангладеш, Венесуэле, Малайзии и многим другим государствам.

Рассматриваются основные факторы формирования ежегодно возобновляемых водных ресурсов, в том числе важнейшие – солнечная радиация и атмосферная циркуляция. Именно эти факторы обусловливают колебания ежегодно возобновляемых водных ресурсов во времени.

Значительное внимание уделено оценке водных ресурсов федеральных округов России в периоды группировок лет пониженной водности, а также крупнейших речных бассейнов за многолетний период и их изменчивости.

Выявлена синхронность и асинхронность колебаний стока крупнейших рек России.

Рассмотрены изменения стока рек России в связи с изменениями метеорологических условий. Показано, что происходящие в последние два десятилетия колебания ежегодно возобновляемых водных ресурсов России связаны с усилением интенсивности процессов общей циркуляции атмосферы.

5 Водопользование и водопотребление

Водопользование – это использование воды без изъятия её из мест естественной локализации. Основными водопользователями являются рыбное хозяйство, гидроэнергетика, водный транспорт.

Различают два вида водопользования:

1) для питьевого водоснабжения и водоснабжения пищевых предприятий;

2) для купания и отдыха населения [7].

Водопотребление – это использование воды, связанное с изъятием ее из мест локализации с частичным или полным безвозвратным расходованием или с возвращением в источники водозабора в измененном (загрязненном) состоянии, т. е. с примесями. Основные водопотребители – сельское хозяйство, промышленные производства, коммунальное хозяйство.

В соответствии с санитарными правилами и нормами СанПиН 2.1.4.59-96 питьевая вода должна быть безопасна в эпидемиологическом и радиационном отношении, безвредна по химическому составу и иметь благоприятные органолептические свойства [9].

Для воды определяют следующие показатели:

• концентрация растворенного кислорода
• водородный показатель (рН)
• БПК (биологическое потребление кислорода). Используют показатель БПК5 - количество кислорода, крайне важное для окисления органического вещества, находящегося в воде (в течение 5 суток). БПК20 - за 20 суток - данный показатель используется чаще.
• ХПК5, ХПК20 - количество кислорода, крайне важно е для окисления химических веществ, находящихся в воде [5].

Сброс в водоем стоков с общим содержанием загрязнений, превышающих то количество которое может переработаться при естественном самоочищении водоема, способствует ее загрязнение. Водоем, может стать непригодным для использования. Отвод сточных вод у водоема регулируется Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами. Условия сброса сточных вод в водоем определяют с учетом их разбавления и самоочищения с тем, чтобы этой водой можно было пользоваться уже через 1 км от места сброса стоков.

Водоемы, которые используются для рыбохозяйственных целей, также делятся на два вида: используемые для воспроизведения ценных пород рыбы; остальные рыбохозяйственные водоемы. При выпуске стоков непосредственно в водоем рыбохозяйственного значения нормативные условия определяют для воды в месте выпуска. Установлены такие показатели состава и свойств воды водоема (и для смеси вод водоема и стоков) [8].

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Авакян А.Б. , Широков В.М. Рациональное использование и охрана водных ресурсов. - Екатеринбург: Виктор, 2007. - 319 с.
2. Авакян А.Б. Водохранилища и окружающая среда // Водные проблемы на рубеже веков. - М.: Наука, 2011, с. 217-227.
3. Авакян А.Б., Залетаев B.C., Новикова Н.Л., Митина Н.Н. О проблемах экологического прогнозирования при зарегулировании стока рек // Водные ресурсы, 2005. Т. 26, №2, с. 133-147.
4. Авакян А.Б., Салтанкин В.П., Шарапов В.А. Водохранилища. - М.: Мысль, 1987.-325 с.
5. Арсеньев Г.С. Основы управления водными ресурсами водохранилищ. - СПб.: Изд. РГГМУ. 2003. - 78 с.
6. Арсеньев Г.С. Управление водными ресурсами: реальность и проблемы // Труды конференции «Современные проблемы стохастической гидрологии». - М.: ИВП РАН, 22-25 января 2001, с. 106-110.
7. Арсеньев Г.С. Эколого-гидрологические проблемы рационального использования водных ресурсов // Труды РГГМУ, 2000. Вып. 122, с. 43-48.
8. Васильев Ю.С., Елистратов В.В., Масликов В.И., Фыонг Ф.В. Экономическая безопасность при управлении паводками речного бассейна. Тезисы, с. 149. Доклад D5 на CD-ROM, с. 283 // Международного симпозиума «Гидравлические и гидрологические аспекты надежности и безопасности гидротехнических сооружений». - СПб, 2002.
9. Жирма Вл.В. Хозяйственное использование водных ресурсов Краснодарского края / Вл. В. Жирма, В.В. Побединский // География: проблемы науки и образования. LXIII Герценовские чтения. Материалы ежегодной Международной научно-практической конференции (22-24 апреля 2010 г., Санкт-Петербург) / Отв. ред. В.П. Соломин, Д.А. Субетто, Н.В. Ловелиус. – СПб.: «Полиграф-Ресурс», 2010. – С. 103-105.