Вода – единственное вещество, которое в природе присутствует в жидком, твердом и газообразном состояниях. Значение жидкой воды существенно меняется в зависимости от местонахождения и возможностей применения. Пресная вода шире используется, чем соленая. Свыше 97% всей воды сосредоточено в океанах и внутренних морях. Еще ок. 2% приходится на долю пресных вод, заключенных в покровных и горных ледниках, и лишь менее 1% – на долю пресных вод озер и рек, подземных и грунтовых.

Вода, самое распространенное соединение на Земле, обладает уникальными химическими и физическими свойствами. Поскольку она легко растворяет минеральные соли, живые организмы вместе с ней поглощают питательные вещества без каких-либо существенных изменений собственного химического состава. Таким образом, вода необходима для нормальной жизнедеятельности всех живых организмов. Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Ее молекулярный вес всего 18, а точка кипения достигает 100

Вода также обладает уникальными термическими свойствами. Когда ее температура понижается до

Молекулы воды сцепляются посредством «водородных (или межмолекулярных) связей», когда кислород одной молекулы воды соединяется с водородом другой молекулы. Вода также притягивается к другим водород- и кислородсодержащим соединениям (т.н. молекулярное притяжение). Уникальные свойства воды определяются прочностью водородных связей. Силы сцепления и молекулярного притяжения позволяют ей преодолевать силу тяжести и вследствие капиллярности подниматься вверх по мелким порам (например, в сухой почве).

Основным источником пресной воды являются атмосферные осадки, но для потребительских нужд могут также использоваться и два других источника: подземные и поверхностные воды. Подземные источники. Примерно 37,5 млн. км 3 , 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. Запасы подземных вод в Сахаре оцениваются примерно в 625 тыс. км 3 . В современных условиях они не пополняются за счет поверхностных пресных вод, а при откачке истощаются. 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 наклоннозалегающих 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.

Зеркало грунтовых вод представляет собой верхний предел доступных подземных вод. При наличии уклонов зеркало грунтовых вод пересекается с земной поверхностью, и образуется источник. Если подземные воды находятся под большим гидростатическим давлением, то в местах их выхода на поверхность формируются артезианские источники. С появлением мощных насосов и развитием современной буровой техники извлечение подземных вод облегчилось. Для обеспечения подачи воды в мелкие колодцы, установленные на водоносных горизонтах, применяются насосы. Однако в скважинах, пробуренных на б

В некоторых частях земного шара растущее потребление подземных вод имеет серьезные последствия. Откачка большого объема подземных вод, несопоставимо превышающего их естественное пополнение, приводит к нехватке влаги, а понижение уровня этих вод требует б

В прибрежных районах чрезмерный забор подземных вод приводит к замещению пресной воды в водоносном горизонте морской, соленой, и таким образом происходит деградация местных источников пресной воды.

Постепенное ухудшение качества подземных вод в результате накопления солей может иметь еще более опасные последствия. Источники солей бывают как природными (например, растворение и вынос минералов из грунтов), так и антропогенными (внесение удобрений или чрезмерный полив водой с высоким содержанием солей). Реки, питающиеся от горных ледников, обычно содержат менее 1 г/л растворенных солей, но минерализация воды в иных реках достигает 9 г/л вследствие того, что они на большом протяжении дренируют территории, сложенные соленосными породами.

В результате беспорядочного сброса или захоронения токсичных химических веществ происходит их просачивание в водоносные горизонты, являющиеся источниками питьевой или ирригационной воды. В ряде случаев достаточно всего нескольких лет или десятилетий, чтобы вредные химические вещества попали в подземные воды и накопились там в ощутимых количествах. Однако, если водоносный горизонт был однажды загрязнен, для его естественного самоочищения потребуется от 200 до 10 000 лет.

Когда водопотребление превышает поступление воды, разница обычно компенсируется ее запасами в водохранилищах, так как обычно и спрос и поступление воды варьируют по сезонам. Отрицательный водный баланс формируется в условиях, когда испарение превышает количество осадков, поэтому умеренное снижение запасов воды – обычное явление. Острый дефицит наступает, когда приток воды оказывается недостаточным из-за продолжительной засухи или когда вследствие неудовлетворительного планирования потребление воды постоянно растет более быстрыми темпами, чем это ожидалось. На протяжении всей своей истории человечество время от времени страдало из-за нехватки воды. Чтобы не испытывать недостатка в воде даже во время засух, во многих городах и районах стараются ее запасать в водохранилищах и подземных коллекторах, но временами необходимы дополнительные водосберегающие мероприятия, а также ее нормированный расход. ПРЕОДОЛЕНИЕ ДЕФИЦИТА ВОДЫ

Перераспределение стока направлено на обеспечение водой тех районов, где ее не хватает, а охрана водных ресурсов – на уменьшение невосполнимых потерь воды и сокращение потребности в ней на местах. Перераспределение стока. Хотя традиционно многие крупные поселения возникали близ постоянных водных источников, в настоящее время некоторые населенные пункты создают также в районах, которые получают воду издалека. Даже в тех случаях, когда источник дополнительного водоснабжения находится в пределах того же штата или страны, что и пункт назначения, возникают технические, экологические или экономические проблемы, но если импортируемая вода пересекает государственные границы, то число потенциальных осложнений возрастает. Например, распыление йодистого серебра в облаках приводит к увеличению количества осадков в одном районе, но это может повлиять на уменьшение осадков в других районах.

Один из масштабных проектов переброски стока, предложенный в Северной Америке, предусматривает отведение 20% избыточной воды из северо-западных районов в аридные области. При этом ежегодно перераспределялось бы до 310 млн.м

Большое внимание привлекает проект буксировки айсбергов из Антарктики в аридные районы, например на Аравийский п-ов, что позволит ежегодно обеспечивать пресной водой от 4 до 6 млрд. человек или орошать ок. 80 млн. га земель.

Одним из альтернативных методов водоснабжения является опреснение соленой воды, главным образом океанической, и транспортировка ее к местам потребления, что технически осуществимо благодаря применению электродиализа, вымораживания и различных систем дистилляции. Чем крупнее опреснительная установка, тем дешевле обходится получение пресной воды. Но с увеличением стоимости электроэнергии опреснение становится экономически невыгодным. Его используют лишь в тех случаях, когда энергия легкодоступна и другие способы получения пресной воды нецелесообразны. Коммерческие опреснительные установки действуют на островах Кюрасао и Аруба (в Карибском море), в Кувейте, Бахрейне, Израиле, Гибралтаре, на о.Гернси и в США. В других странах были построены многочисленные демонстрационные установки меньшей мощности.

Однако каждый из этих способов сбережения водных ресурсов оказывает то или иное воздействие на окружающую среду. Например, плотины портят естественную красоту незарегулированных рек и препятствуют аккумуляции на поймах плодородных илистых наносов. Предотвращение потерь воды в результате фильтрации в каналах может нарушить водообеспечение болот и тем самым неблагоприятно отразиться на состоянии их экосистем. Это может также препятствовать пополнению запасов грунтовых вод, влияя таким образом на водоснабжение других потребителей. А для уменьшения объема испарения и транспирации сельскохозяйственными культурами необходимо сокращать посевные площади. Последняя мера оправдана в районах, страдающих от нехватки воды, где при этом проводится режим экономии за счет сокращения расходов на ирригацию из-за высокой стоимости энергии, необходимой для подачи воды.

Для полива дождеванием или капельного орошения, практикующегося в последнее время, используют насосы небольшой мощности. Кроме того, существуют гигантские центрально-стержневые ирригационные установки, откачивающие воду из скважин прямо посреди поля непосредственно в трубу, снабженную дождевальными приспособлениями и вращающуюся по кругу. Орошаемые таким образом поля с воздуха кажутся гигантскими зелеными кругами, некоторые из них достигают в диаметре 1,5 км. Такие установки обычны для Среднего Запада США. Они также используются в ливийской части Сахары, где из глубокого нубийского водоносного пласта откачивается более 3785 л воды в минуту.

Водные ресурсы - это пригодные для употребления пресные воды, заключенные в реках, озерах, ледниках, подземных горизонтах. Пары атмосферы, океанические и морские соленые воды в хозяйстве пока не используются и поэтому составляют потенциальные водные ресурсы .

Виды водных ресурсов

• вод поверхностного типа (океаны, моря, озера, реки, болота) - самый ценный источник пресной воды, но все дело в том, что данные объекты распределены по поверхности Земли достаточно неравномерно. Так, в экваториальном поясе, а также в северной части умеренного пояса вода находиться в переизбытке (25 тыс. м 3 в год на одного человека). А тропические континенты, что состоят из 1/3 суши, очень остро ощущают дефицит водных запасов. Исходя из такой ситуации, сельское хозяйство у них развивается только при условии искусственного орошения;
• подземных вод ;
• водоемов созданых искусственно человеком ;
• ледники и снежники (замерзшая вода ледников Антарктиды, Арктики и снежные вершины гор). Здесь содержится самая большая часть пресной воды. Однако эти запасы практически недоступны для использования. Если все ледники распределить по Земле, то этот лед укроет землю шаром высотой у 53 см, а растопив его - мы тем самым поднимаем уровень Мирового океана на 64 метра;
• влага , что содержится в растениях и животных;
• парообразное состояние атмосферы .

Водные ресурсы РФ

Размышляя о водных ресурсах России, в первую очередь, следует отметить реки. Их объем составляет 4 270 км 3 . На территории России выделяют 4 водных бассейна:

• моря Северного и Ледовитого океана, а также впадающие в них большие реки (Северная Двина, Печора, Обь, Енисей, Лена, Колыма);
• моря Тихого океана (Амур и Анадырь);
• моря Атлантического океана (Дон, Кубань, Нева);
• внутренний бассейн Каспийского моря и впадающие Волга и Урал .

Половина всей пресной воды в стране припадает на озера. Их количество на территории страны приблизительно 2 млн. Из них крупные:

• Байкал;
• Ладожское;
• Онежское;
• Таймыр;
• Ханка;
• Чаны;
• Ильмень;
• Белое.

Особую должность следует отдать озеру Байкалу, ведь в нем сосредоточенно 90% наших запасов пресной воды.

Озера РФ используют для ирригации и в качестве источников для водоснабжения . Некоторые из перечисленных озер имеют приличный запас лечебных грязей и поэтому их применяют в целях рекреации.

Болота России также играют немаловажную роль , хотя множество людей к ним относятся неуважительно, осушая их. Такие действия приводят к загибели целых огромных экосистем, а в следствии этого реки не имеют возможности самоочищатся естественным путем. Еще болота питают реки, выступают их контролируемым объектом во время паводков и половодье. И конечно же, болота являются источником торфяных запасов.

Суммарный объем ежегодно возобновляемых водных ресурсов России (речной сток) оценивается в 4270 км³/год, который и принимается в качестве исходного для оценки водообеспеченности страны. Среди стран мира по суммарному значению возобновляемых водных ресурсов России принадлежит второе место после Бразилии.

Важным показателем оценки водных ресурсов является водообеспеченность (удельное значение естественного среднего годового стока на единицу площади и в расчете на одного жителя). Водообеспеченность России в расчете на единицу площади составляет примерно 250 тыс. м3/год, что намного выше по сравнению с любой из республик ближнего зарубежья (кроме Грузии). По этому показателю Россия занимает в мире несколько более скромное место, чем по суммарному объему речного стока, значительно (в 3 раза) уступая Бразилии и Норвегии, заметно уступая Индии, и находится почти на одном уровне с США, КНР и Канадой.

Особенности распределения водных ресурсов в России.

Россия весьма богата водными ресурсами. На большей части территории страны осадков выпадает больше, чем может испариться, и это обусловило обилие поверхностных вод: болот, озер и рек. Большинство областей страны не испытывает недостатка в пресной воде, но внутреннее распределение водных ресурсов в России крайне неравномерно. Огромен разрыв между регионами по показателю суммарного стока. Так, Дальний Восток имеет на своей территории 1812 км³/год, а Центрально-Черноземный район только 21,0 км³/год. Отсюда резко отличается и удельная водообеспеченность.

Реки России принадлежат бассейнам трех океанов: Северного Ледовитого, Тихого и Атлантического, некоторые - бессточному бассейну Каспийского моря. Большая часть рек питается талыми водами, с чем связано такое явление как ежегодное половодье (разлив рек весной). Некоторые реки Сибири и Дальнего Востока основное питание получают летом за счет дождевых вод. Общая длина российских рек составляет 2.3 млн. км, а объем годового стока - 4000 куб. км.

Реки являются основой водного фонда России. По ее территории протекает свыше 120 тыс. рек длиной более 10 км, количество малых рек гораздо больше. Благоприятные для судоходства участки рек имеют протяженность около 400 тыс. км. К бассейнам морей Северного Ледовитого океана относятся такие крупные реки, как Северная Двина, Печора, Обь, Енисей, Лена, Колыма. Горы и равнины Дальнего Востока дренируются реками, стекающими в моря Тихого океана (Амур, Анадырь и др.). В моря Атлантического океана стекают реки Дон, Кубань, Нева. Впадающие в Каспийское море Волга и Урал принадлежат бассейну внутреннего стока.

Озера размещены очень неравномерно. Особенно много их там, где наблюдается благоприятное сочетание влажности климата с обилием озерных котловин. Большая часть озер приходится на северо-западную часть страны, низменности Средней и Северо-Восточной Сибири. Скопление озер на юге Западной Сибири связано со слабой дренированностью территориии наличием неглубоких замкнутых понижений. В горах самыми крупными являются озера тектонического происхождения. Крупнейшими в России являются Ладожское оз., Онежское оз., Каспийское море (величайшее озеро мира) и Байкал. Экономическое значение озер не так велико, как у рек, хотя их водные запасы важны и для населения, и для промышленности.

Подземные воды - важнейшие источники питьевой воды. Наиболее крупными в России запасами обладают артезианские бассейны (Западно - Сибирский, Московский и др.). Большое оздоровительное значение имеют минеральные источники (Северный Кавказ).

В России предусматривается существенное увеличение использования подземных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения (в настоящее время почти 65% крупных городов пользуются поверхностными водами, в т. ч. Москва, Санкт-Петербург, Нижний Новгород и др.).

В настоящее время на территории России создано 40 крупных водохранилищ объемом более 1 км³, не считая множества мелких, с суммарным объемом 892 км³ воды. Наибольший объем пресной воды заключен в водохранилищах Восточной Сибири, наименьший - в Центральном, Центрально-Черноземном и Волго-Вятском районах. Братское водохранилище занимает второе место в мире после африканского озера Виктория. В число крупнейших в мире входят также Красноярское, Зейское, Усть-Илимское, Самарское водохранилища.

Подробное решение Параграф § 16 по географии для учащихся 8 класса, авторов И.И. Баринова 2015

Вопросы в начале параграфа

1)Вспомните из курсов природоведения, ботаники, истории, предшествующих курсов географии, какую роль в жизни человека играет вода.

Вода – питье, удовлетворение бытовых нужд, необходимое сырье для промышленности, универсальный растворитель, составная часть всех живых организмов.

2)В каком состоянии вода находится в природе?

Вода в природе встречается в жидков, твердом и газообразном состоянии.

3)Что такое мировой круговорот воды? Какую роль в жизни и деятельности человека он играет?

Круговорот воды в природе (гидрологический цикл) - процесс циклического перемещения воды в земной биосфере. Значение круговорота воды велико, так как он не только объединяет части гидросферы, но и связывает между собой все оболочки Земли: атмосферу, гидросферу, литосферу и биосферу. Вода во время круговорота может быть в трех состояниях: жидком, твердом, газообразном. Она переносит огромное количество веществ, необходимых для жизни на Земле.

Вопросы в параграфе

*Как вы считаете, какие реки нашей страны наиболее богаты энергоресурсами? Почему вы так решили?

Реки Сибири обладают огромным гидроэнергетическим потенциалом. Именно здесь, на реках Енисей, Ангара - построены крупнейшие ГЭС. Это связано с их многоводность, значительными падением и уклоном.

*По карте определите, какие районы нашей страны богаты водными ресурсами, а какие бедны. Вспомните, откуда получают питание крупные реки России.

В целом страна хорошо обеспечена водными ресурсами, но по её территории распределены они крайне неравномерно, как в пространстве, так и во времени. Хорошо обеспечены этими ресурсами северные районы, Сибирь, реки этого региона обладают огромным гидроэнергетическим потенциалом. А наиболее освоенные регионы страны испытывают недостаток воды, особенно это, касается южной части европейской России. Затрудняет использование водных ресурсов и то, что больше всего воды реки несут в период весеннего половодья, а наибольшая потребность в воде ощущается летом. Реки бассейна Северного Ледовитого океана самые длинные и полноводные. Это - реки Лена, Енисей, Обь. Питание этих рек смешанное, преимущественно снеговое. Реки бассейна Тихого океана Основная - Амур с притоками - Зея, Бурея, Уссури. Питание преимущественно дождевое. Реки бассейна Атлантического океана. Это реки, впадающие в Черное, Азовское и Балтийское море. Такие как - Нева, Западная Двина, Днепр, Дон, Кубань. Питание преимущественно снеговое.

*Почему бывают наводнения на реках. Какие меры принимаются для борьбы с ними?

Продолжительные дожди, таяние снегов, прорыв плотин и водохранилищ. Наиболее эффективный способ борьбы с наводнениями на реках - регулирование речного стока путём создания водохранилищ. Они выравнивают сток реки, делая его больше летом и меньше весной, чем в его отсутствие. Для борьбы с наводнениями на морском берегу используются оградительные дамбы. Ещё одним способом борьбы с наводнениями является углубление перекатов и других мелей. Для защиты от наводнений при таянии льда на реках чаще всего применяют динамит (или иное взрывчатое вещество), взрываемый в определённых местах реки, который, уничтожая торосы, даёт возможность воде течь свободно и направить её по нужному направлению.

Вопросы в конце параграфа

1. Что такое водные ресурсы? Что надо знать, чтобы дать оценку водных ресурсов страны?

Водные ресурсы – поверхностны е и подземные воды, которые используются или могут быть использованы для водоснабжения населения, в сельском хозяйстве и промышленности. Для оценки необходимо знать распределение водных ресурсов по территории, их распределение по сезонам.

2. Укажите главные особенности водных ресурсов России.

Они крайне неравномерно распределены по территории, неравномерно и распределение стока по сезонам года, районы потребления и районы концентрации ресурсов разобщены.

3. Как влияет на водные ресурсы деятельность человека? Приведите положительные и отрицательные примеры?

Отрицательное влияние – загрязнение при строительстве ГЭС, судоходстве, сброс промышленных вод, вырубка леса усиливает неравномерность стока.

Положительное влияние – регулирование стока.

4. Какие меры принимаются в нашей стране по защите и охране водных ресурсов?

Установка очистных сооружений на предприятия облесение склонов и высадка лесополос, строительство водохранилищ в горных районах.

ИТОГОВЫЕ ЗАДАНИЯ ПО ТЕМЕ

1. Назовите все виды внутренних вод. Охарактеризуйте роль каждого из них в природе и хозяйственной деятельности.

Реки, озера, болота, подземные воды, ледники, многолетняя или вечная мерзлота, искусственные водохранилища и пруды, каналы. В реки осуществляется сток вод с суши. Крупные реки служат транспортными путями. Некоторые реки обладают гидроэнергопотенциалом. Реки, озера, водохранилища, подземные воды – это все источники для бытового водоснабжения, водообеспечения сельского хозяйства, промышленности.

В ледниках концентрируются значительные запасы пресных вод. зера регулируют сток рек. По ним проходят судоходные пути. На их берегах расположены многочисленные места отдыха. Озера активно влияют на другие компоненты природы. Они изменяют рельеф, формируя дно и берега. Наполняя свои котловины торфом, илом и солями, озера создают залежи полезных ископаемых.

Озера влияют на климат. Летом они умеряют жару, зимой смягчают холода, увлажняют берега испаряющейся с их поверхности влагой. Болота - важный источник питания рек и озер.

На болотах растет много полезных ягод: клюква, морошка. Они - естественная среда обитания многих животных. Поэтому сохранение болот важно для охраны и рационального использования богатств природы. Разнообразно и практическое использование болот. В болотах сосредоточено около 80% запасов торфа страны, который используется как сырье для химической промышленности и удобрение в сельском хозяйстве. Многолетняя мерзлота оказывает существенное воздействие как на природу, так и на жизнь и деятельность человека. Мерзлота влияет на растительность, так как постоянно охлаждает почву и приземный слой воздуха. Она ограничивает глубину проникновения в грунт корней растений, их водоснабжение. Поэтому в районах многолетней мерзлоты произрастают растения, имеющие неглубокую корневую систему.

Многолетняя мерзлота водонепроницаема, поэтому способствует заболачиванию территорий. При строительстве дорог, трубопроводов, зданий многолетняя мерзлота может оттаивать. Это грозит просадками и провалами грунта и разрушением построенных сооружений. Поэтому при строительстве многолетнюю мерзлоту нужно сохранять. Для этого дома и трубопроводы приподнимают над землей на специальных сваях, а дороги создаются на высоких защитных подушках из грунта.

3. Что такое режим реки? От чего он зависит? На что он влияет?

Режим реки - регулярные (суточные, годовые) изменения состояния реки, обусловленные физико-географическими свойствами ее водосборного бассейна, в первую очередь климатом. Режим реки проявляется в колебаниях уровней и расходов воды, времени установления и схода ледового покрова, температуре воды, количестве переносимых рекой наносов и др. Водный режим влияет на расход воды и сток.

4. Какие характеристики реки надо знать для использования ее ресурсов в хозяйстве?

Уклон, режим, величина стока.

5. Объясните причины образования многолетней мерзлоты. Как влияет многолетняя мерзлота на другие компоненты природы, на жизнь и деятельность человека?

Причина образования многолетней мерзлоты сильное промерзание грунтов, которое не оттаивает в течение долгого времени. Многолетняя мерзлота ограничивает глубину проникновения корней, что препятствует ведению сельского хозяйства. Воды, скапливающиеся в мерзлоте заболачивают местность. Образуются просадки, вспучивания. Мерзлота осложняет строительство дорого, зданий, добычу полезных ископаемых.

7. Докажите справедливость поговорки «Вода – это жизнь».

Роль воды в жизни человека неоспоримо высока. Она служит основой для хорошего функционирования всего организма. В воде находятся различные вещества, характер происхождения которых разнообразен, как органический, так и неорганический. Она составляет почти три четверти веса взрослого человека. Ведь именно вода создала Землю, сделала ее такой, как сейчас, породила жизнь. Больше того, вода – самое удивительное вещество на Земле, и чем больше мы о ней узнаём, тем больше поражаемся.

Вероятно, мало кто из вас задумывался над удивительными свойствами воды, и это, пожалуй, понятно: ведь вода повсюду окружает нас, она очень обычна на нашей планете. Вода занимает 3/4 поверхности Земли. Около 1/5 суши покрыто твердой водой (льдом и снегом), добрая половина ее всегда закрыта облаками, которые состоят из водяных паров и мельчайших капелек воды, а там, где никаких облаков нет, в воздухе всегда есть водяные пары. Очень обычна она на нашей планете, даже тело человека на 71 процент состоит из воды. При утрате 6-8% влаги от массы тела человек впадает в полуобморочное состояние, при потере 12% и выше процентов влаги наступает смерть.

Введение

Вода - единственное вещество, которое в природе присутствует в жидком, твердом и газообразном состояниях. Значение жидкой воды существенно меняется в зависимости от местонахождения и возможностей применения. Пресная вода шире используется, чем соленая. Свыше 97% всей воды сосредоточено в океанах и внутренних морях. Еще около 2% приходится на долю пресных вод, заключенных в покровных и горных ледниках, и лишь менее 1% - на долю пресных вод озер и рек, подземных и грунтовых.

Гармоничное сотрудничество человека с природой, его разумная общественная деятельность, которая регулирует и контролирует обмен веществ между природой и обществом, стало в современную эпоху одной из актуальнейших задач. Увеличение материальных благ общества, которое сопровождается антропогенным прессингом, привело к серьезному загрязнению окружающей среды. Особенно это заметно в области использования природных ресурсов.

Общая характеристика водных ресурсов мира

Планета Земля обладает колоссальным объемом воды около 1,5 млрд. куб. км. Однако 98% этого объема составляют соленые воды Мирового океана, и только 28 млн. куб. км - пресные воды. Поскольку уже известны технологии опреснения соленых морских вод, воды Мирового океана и соленых озер можно рассматривать, как потенциальные водные ресурсы, использование которых в будущем вполне возможно. Ежегодно возобновляемые запасы пресных вод не столь велики, по разным оценкам они колеблются от 41 до 45тыс. куб. км (ресурсы полного речного стока). Мировое хозяйство расходует для своих нужд около 4-4,5 тыс. куб. км, что равно примерно 10% общего водозапаса, и, следовательно, при условии соблюдения принципов рационального водопользования эти ресурсы можно рассматривать как неисчерпаемые. Однако при нарушении этих принципов ситуация может резко обостриться, и даже в планетарном масштабе может ощущаться дефицит чистых пресных вод. А пока природная среда ежегодно "дарит" человечеству в 10 раз больше воды, чем ему нужно для удовлетворения самых разнообразных потребностей.

Водные ресурсы имеют исключительно важное хозяйственное значение. Они считаются неисчерпаемыми, но в своем размещении они испытывают прямое и косвенное воздействие других компонентов природного комплекса, вследствие этого они отличаются большой изменчивостью неравномерностью распределения.

Своеобразие природных ресурсов определяется главным образом непрерывной подвижностью участвующей в круговороте воды. В соответствии с местом в этом круговороте воды на Земле выступают в различных формах, имеющих неодинаковую ценность с точки зрения удовлетворения человеческих потребностей, т.е. в качестве ресурсов.

Для водных ресурсов характерна сильная изменчивость режима во времени, начиная от суточных и заканчивая вековыми колебаниями каждого источника. Сложное взаимодействие множества факторов придает колебаниям стока характер случайного процесса. Поэтому расчеты, относящиеся к водным ресурсам, неизбежно принимают вероятностный, статистический характер.

Водные ресурсы отличаются большой сложностью территориальных форм. Многие особенности водных ресурсов вытекают из своеобразия способов их использования. За редкими исключениями, вода не используется непосредственно для создания каких-либо материалов с преобразованием в другое вещество и безвозвратным изъятием из природного круговорота, как это происходит с минерально-сырьевыми или лесными ресурсами. Наоборот, в ходе использования водные ресурсы либо остаются в природных каналах стока (водный транспорт, гидроэнергетика, рыбное хозяйство и т.д.), либо возвращаются в круговорот воды (орошение, все виды хозяйственного и бытового водоснабжения). Поэтому принципиально использование водных ресурсов не ведет к их истощению.

Однако на практике дело обстоит сложнее. Использование воды для растворения и транспортировки полезных веществ или отходов, охлаждение тепловыделяющих агрегатов или в качестве теплоносителя ведет к качественным изменениям (загрязнение, нагрев) отходящих вод и (при их сбросе) самих источников водоснабжения. При использовании воды для орошения она лишь частично (и зачастую в измененном качественном состоянии) возвращается в местные каналы стока, в основном в результате испарения с почвы уходит в атмосферу, включаясь в наземную фазу круговорота в других, обычно весьма отдаленных, районах.

В связи со стремительным ростом водопотребления по мере возникновения дефицита водных ресурсов во все большем числе районов ситуация стала меняться. Возникла необходимость в механизме регулирования использования ограниченных водных ресурсов и распределения их между потребителями - экономическом или административном.

Характерна возможность многоцелевого использования водных ресурсов, осуществляемого многими отраслями, предъявляющими специфические требования к их количеству и качеству. Поскольку в большинстве случаев одни и те же водные источники служат удовлетворению различных потребностей, в бассейнах рек складываются (стихийно или планомерно) определенные водохозяйственные сочетания (комплексы), включающие всех потребителей и пользователей данного бассейна.

Один из главных водопотребителей - орошаемое земледелие. Изымая значительные объемы воды из источников поверхностных или подземных водных ресурсов, оно по существу превращает их в ресурсы сельскохозяйственные, искусственно пополняя недостающий для нормального развития культурных растений расход воды на транспирацию. Следующий вид водопотребления - это водоснабжение, охватывающий широкую гамму разнообразных способов использования водных ресурсов. Общим свойством для них является высокий удельный вес безвозвратных потерь. Различия определяются спецификой требования отраслей водопотребителей.

Непосредственно с коммунальным и производственным водоснабжением связан сброс канализационных и промышленных стоков. Их объем пропорционален масштабам водопотребления. В зависимости от роли воды в технологическом процессе значительная часть приходится на загрязненные стоки. Это создает все обостряющуюся по мере роста масштабов производства проблему качественного истощения водных ресурсов. В этой проблеме можно различать два аспекта: собственно качественный и количественный. В экономическом аспекте это выражается либо в дополнительных затратах, которые необходимы для обработки воды и доведения ее до нужной кондиции другими потребителями, либо в убытках, следующих из невозможности использовать данный источник водных ресурсов вследствие его загрязнения.

Однако по существу входящих в это понятие конкретных мер оно фактически представляет собой водоснабжение безводных или маловодных территорий. С последним обстоятельством связано выделение обводнения в особую водохозяйственную задачу, относимую обычно к определенной площади, хотя фактически подразумевается обеспечение водой конкретных пунктов - центров водопотребления.

Гидроэнергетика предъявляет свои специфические качественные требования к водным ресурсам. Помимо водности, определяющей суммарную величину энергетического потенциала, большое значение имеет режим водотока - изменение расхода воды во времени.

Специфическая форма энергетического использования - освоение ресурсов подземных термальных вод, служащих в какой-то мере в качестве топлива, но такого, которое должно потребляться немедленно, в месте его извлечения из недр.

Водный транспорт практически не влияет на другие виды использования водных ресурсов (не считая сравнительно слабого и легко устранимого загрязнения и воздействия на берега поднимаемых судами волн).

Рыбное хозяйство использует водные ресурсы как средство существования другого вида естественных ресурсов - биологических. В этом оно сходно с орошаемым земледелием, но в отличие от него не связано с изъятием воды из природных источников.

В качестве одного из видов водопотребления нередко рассматривается обводнение.

Следует отметить использование водных ресурсов для отдыха и лечения. Эта функция приобретает растущее значение, хотя ни ее технические требования, ни экономические основы пока не определены. Как правило, в каждый водохозяйственный комплекс входят разные виды использования и потребления водных ресурсов. Однако сам набор видов использования и их количественное соотношение варьируют в широких пределах. Из этого вытекает большой вариант организации водохозяйственных комплексов. Различия в структуре отдельных вариантов обуславливаются природными особенностями каждого бассейна и структуры хозяйства соответствующего района.

Водные ресурсы - это пригодные для употребления пресные воды, заключенные в реках, озерах, ледниках, подземных горизонтах. Пары атмосферы, океанические и морские соленые воды в хозяйстве пока не используются и поэтому составляют потенциальные водные ресурсы.

Значение воды в мировом хозяйстве переоценить трудно. Она используется практически во всех отраслях экономики: в энергетике, для орошения сельскохозяйственных угодий, для промышленного и коммунальном, бытовом водоснабжения. Часто водные источники служат не только для целей водозабора, но и являются объектами хозяйственного использования в качестве транспортных магистралей, рекреационных зон, водоемов для развития рыбного хозяйства".

Объем вод, заключенных в реках, озерах, ледниках, морях и океанах, в подземных горизонтах и в атмосфере достигает почти 1,5 млрд. км 3 . Это и есть водный потенциал нашей планеты. Однако 98% общего объема вод приходится на соленые воды и лишь 28,3 млн. км 3 . " на пресные воды (с минерализацией менее 1г/л). В целом объем пресных вод - весьма значительная величина, особенно если ее сравнивать с современным общемировым потреблением, достигшим в 90-х годах 4-4,5 тыс. км куб. в год. Казалось бы, человечеству не нужно беспокоиться о пресных водах, поскольку их в 10000 раз больше, чем требуется. Но основной объем пресных вод (почти 80%) составляют воды ледников, снежных покровов, подземных льдов многолетнемерзлых пород, глубинных слоев земной коры. В настоящее время они не используются и рассматриваются в качестве потенциальных водных ресурсов. Их будущее освоение зависит не только от совершенствования техники добычи воды и ее экономической целесообразности, но и от решения часто негативных непредсказуемых экологических проблем, неожиданно возникающих при использовании нетрадиционных источников вод.

Единовременный объем речных вод суши невелик - он оценивается всего в 2000 км куб., но благодаря круговороту ежегодно реки сбрасывают в Мировой океан около 40-41 тыс. км куб. По расчетам М. И. Львовича (1986), полный речной сток составляет 38 830 км куб. Кроме того, с суши в океан поступает 3000 км куб. пресных вод в виде льдов и талых вод с ледников Гренландии и Антарктиды и 2400 км куб. - в виде подземного стока (минуя реки). Таким образом, ежегодно в океан с суши поступает около 44,5 тыс. км куб.вод.

Итак, объем пресных водозапасов мира невелик в целом и рассредоточен по территории материков очень неравномерно. К тому же поверхностный сток подвержен резким сезонным колебаниям, снижающим возможности его хозяйственного освоения.

На рисунке 1 отражена обеспеченность ресурсами речного стока в расчете на душу населения (тыс. куб. м/год) по материкам и частям света.

Рис 1. Обеспеченность ресурсами речного стока в расчете на душу населения.

Доступные водные ресурсы рек слагаются из двух категорий - поверхностного и подземного стока. Наиболее ценной в хозяйственном отношении является подземная составляющая стока, так как она в меньшей степени подвержена сезонным или суточным колебаниям объема. Кроме того, подземные воды реже загрязняются. Именно они формируют преобладающую часть "устойчивого" стока, при освоении которого не требуется сооружения специальных регулирующих устройств. Поверхностная составляющая стока включает паводковые и полые воды, обычно быстро проходящие по руслам рек.

В районах с сезонным характером атмосферного увлажнения отношение расходов воды в руслах рек в сухой и влажный периоды года могут достигать 1:100 и даже 1:1000. В таких районах при освоении поверхностного стока необходимо сооружать водохранилища сезонного или даже многолетнего регулирования.

Хозяйственная ценность или качество водно-ресурсного потенциала региона тем выше, чем значительнее доля устойчивой составляющей стока. Ее величина количественно определяется объемом подземного стока и меженным русловым стоком. Общий объем доступных водных ресурсов мира оценивается; в 41 тыс. км куб. в год, из них лишь 14 тыс. км куб. составляют их устойчивую часть (М. И. Львович, 1986).

Рис. 2. Средний расход воды крупнейших рек (м3/с)

Водохозяйственный баланс и его категории. В современном хозяйстве главными потребителями вод являются промышленность, сельское хозяйство и коммунально-бытовые службы. Они изымают из естественных и искусственных водоемов для своих нужд определенные объемы воды, которые составляют водозабор. Так, по новым расчетам М.И.Львовича общий водозабор в 2000 году составит 4780 куб.км.

В процессе использования некоторое количество изъятой воды теряется на испарение, просачивание, технологическое связывание и т.д., причем у различных потребителей масштабы такого расхода неодинаковы. Для небольших по площади территорий эти потери рассматриваются как безвозвратные. Наиболее значителен их объем (до 80-90%) при сельскохозяйственном использовании. В некоторых отраслях промышленности разработаны и продолжают интенсивно совершенствоваться схемы замкнутого или многократного водопользования, при помощи которых существенно снижаются как объемы водозабора в целом, так и величины безвозвратных потерь.

Коммунальное и сельское хозяйство, промышленность; и гидроэнергетика предъявляют различные требования к качеству воды. Наиболее высокими санитарными и вкусовыми качествами должны обладать воды, используемые в питьевых целях и в некоторых отраслях промышленности (пищевой, химической и др.). Металлургическое или, например, горнорудное производство может обходиться водами низкого качества, использовать оборотные системы водоснабжения.

Неоднократное использование одного и того же объема воды сокращает водозабор, но заставляет ввести в водохозяйственный баланс еще одну категорию - водопотребление - общий объем воды, используемый данной отраслью хозяйства за определенный отрезок времени.

В сфере коммунального хозяйства водопотребление и водозабор равны между собой, потому что оборотное водоснабжение в данной отрасли на современном уровне практически не осуществляется. В промышленности водозабор оказывается намного ниже водопотребления за счет применения замкнутых циклов водоснабжения, когда из источников вода забирается лишь для компенсации безвозвратных потерь.

В сельском хозяйстве водопотребление тоже может количественно превышать водозабор из источников, поскольку для орошения часто используются органические стоки городских коммунальных систем или частично очищенные отработанные воды некоторых промышленных предприятий.

Структура водозабора и водопотребления, т. е. распределение изъятых объемов воды между потребителями, может существенно меняться от района к району, отражая и общий уровень экономического развития хозяйства, и его специализацию, и, в немалой степени, специфику природных условий. Любое хозяйственное использование вод различными потребителями сопровождается появлением отработанных вод или стоков. Они перегружены огромным количеством инородных веществ промышленного, сельскохозяйственного или коммунального происхождения, изменяющих физические и химические свойства водной массы. Даже если применяются наиболее совершенные из известных современной науке методы очистки отработанных вод (механические, химические, биологические), для разбавления 1 м 3 таких стоков необходимо потратить не менее 8-10 м 3 чистых природных вод. Если же сбрасываются неочищенные стоки, то расход воды возрастает в несколько раз. В настоящее время в мире среди хозяйственных стоков, сбрасываемых в естественные водоемы, превалируют категории слабо очищенных или вообще неочищенных вод.

В результате кризисные явления поражают не только районы, изначально обедненные водными запасами, но и такие, где существуют благоприятные природные предпосылки для образования значительных объемов воды. Неконтролируемое техногенное преобразование качества водных геосистем ставят экономику подобных стран перед угрозой "водного голода".

Мировое водопотребление. По подсчетам (Львович, 1986), в начале 80-х годов в мире для хозяйственных различных нужд использовалось около 4,5 тыс. км куб., а в 1987 г.- 3,3 тыс. км куб. воды. Этот объем составляет почти 8% общего полного стока с поверхности суши в океан. Можно заключить, что в целом мировое хозяйство вполне обеспечено пресными водами в количестве, необходимом для удовлетворения своих потребностей. Следует, однако, обратить внимание на очень резкий, почти безудержный рост недопотребления во второй половине XX в. За последние 80 лет сельскохозяйственное использование воды увеличилось в 6 раз, коммунальное - в 7 раз, промышленное - в 20 раз, а общее - в 10 раз.

По отдельным составляющим водохозяйственный баланс мира в современный период складывается следующим образом.

Коммунально-бытовое водоснабжение. В начале 80-х годов на нужды населения расходовалось около 200 км куб., и при этом 100 км куб. терялось безвозвратно. В 1990 г, для этих целей изымалось уже более 300 км куб. Нормы водопотребления на 1 человека составляют в среднем 120-150 л в сутки. В действительности они сильно колеблются. В городах промышленно развитых стран водопотребление особенно велико. Например, в странах Европы оно поднимается до 300-400 л/сутки. В городах развивающихся стран, расположённых в субаридных или аридных районах, нормы снижаются до 100-150 л/сутки. Много меньше расходует воды сельский житель. В гумидных областях в развитых странах он потребляет в сутки до 100-150 л воды, а в сухих тропических районах - не более 20-30 л.

Согласно данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) в настоящее время в мире более 1,5 млрд. человек не обеспечены чистой, безопасной для здоровья водой, а к 2000 г. их число может достигнуть 2 млрд. человек.

Промышленное водоснабжение. Уникальные свойства воды как природного тела позволяют очень широко использовать ее в разнообразных отраслях промышленности. Она употребляется в энергетических целях, в качестве растворителя, охладителя, составного компонента многих технологических процессов. Водоемкость различных производств меняется в зависимости от вида продукции, применяемых технических средств и технологических схем. На производство 1 т готовой продукции в настоящее время расходуется следующее количество пресных вод: бумаги 900-1000 м 3 , стали - 15-20 м 3 , азотной кислоты - 80-180 м 3 , целлюлозы - 400-500 м 3 , синтетического волокна 500 м 3 , хлопчатобумажной ткани 300-1100 м 3 и т.д. Огромные объемы воды потребляют энергетические установки для охлаждения энергоблоков. Так, для работы ТЭС мощностью в 1 млн. кВт необходимо 1,2-1,6 км 3 воды в год, а для работы АЭС той же мощности - до 3 км 3 (Розанов, 1984), Только на нужды энергетики забирается из водных источников 320 км 3 воды, при этом 20 км 3 теряется.

Теплоэнергетика широко применяет оборотные системы водоснабжения, привлекая часть отработанных и очищенных вод других промышленных производств, так как для охлаждения можно употреблять воды относительно низкого качества. Водопотребление в энергетических целях дает 300 км 3 термических стоков, требующих для разбавления 900 км 3 свободных пресных вод.

Доля остальных производств в общем водопотреблении на нужды промышленности еще больше - 440 км 3 ; за счет систем оборотного водоснабжения расходуют 700 км 3 , одновременно теряя более 10% этого объема. Именно в промышленных установках возникают стоки, обогащенные особо токсичными соединениями, трудно поддающимися удалению из отработанных вод. Общий объем стоков - 290 км 3 . Поскольку современная технология водоочистки еще далека от совершенства и многие предприятия в различных странах сбрасывают свои стоки в водоемы недостаточно или слабо очищенными, то в результате на разбавление этого объема загрязненных вод требуется 5800 км 3 свободных вод, т. е. в 20 раз больше.

Водоснабжение сельского хозяйства. Самый крупный водопотребитель -сельское хозяйство. По приблизительным расчетам в 1990 г. эта отрасль-мировой экономики израсходовала более 3000 км 3 , т.е. в 3,5 раза больше, чем промышленность. Почти весь этот объем использовался на полив орошаемых угодий и всего 55 км 3 - на водоснабжение животноводства.

К началу 80-х годов в мире орошалось 230 млн. га земель. При средней норме орошения 12-14 тыс. м 3 /га на полив тратилось от 2500 до 2800 км 3 чистых свободных вод и значительная часть (около 600 км 3) очищенных и разбавленных стоков бытового сектора и некоторых промышленных производств. По весьма ориентировочным подсчетам примерно 1900 км 3 испарялось с поверхности поливных земель и транспортировалось растительностью, 500 км 3 дренировалось в подземные горизонты. Таким образом, в отличие от промышленного водопотребления использование вод для орошения резко увеличивает безвозвратные потери на непродуктивное испарение с поверхности поливных земель и создает стоки в виде ирригационных или возвратных вод, которые трудно уловить, очистить и вновь использовать. В то же время их объем огромен, они насыщены биосильными (азотом, фосфором) и другими легкорастворимыми соединениями, за счет которых увеличивается минерализация вод. Появление в субаридных или аридных ландшафтах с поливными угодьями значительных объемов минерализованных грунтовых вод создает опасность вторичного засоления почв и их деградации.

Особую проблему представляют стоки животноводческих ферм. Хотя их общий объем в мировом водопотреблении на нужды сельского хозяйства невелик (всего 10 км 3), они чрезвычайно перегружены органическими соединениями, трудно восстанавливаются и вызывают особенно быстрое загрязнение водоемов.

По расчетам М.И. Львовича (1994г), современный водозабор из различных источников (рек, озер, водохранилищ, подземных горизонтов) для промышленных и бытовых нужд, орошения и животноводческих комплексов составляет более 4000 км 3 , а объем стоков примерно 2000 км 3 . Если допустить, что все стоки нормативно очищаются, то и в этом случае потребуется не менее 8300 км 3 чистых вод для их разбавления (20% полного стока и 60% -устойчивого). Но в результате несовершенства современного водопользования и очистки загрязняется воды намного больше. Таким образом, если количественное истощение водозапасов традиционных источников в глобальном масштабе в ближайшем будущем человечеству не грозит, то качественное ухудшение - налицо уже в наши дни.

Резкая напряженность водохозяйственного баланса и кризисные ситуации в водопользовании неизмеримо возрастают в странах с ограниченным водоресурсным потенциалом, где реально отсутствуют свободные водозапасы для разбавления отработанных и очищенных вод. Подобные явления типичны для многих промышленно развитых стран мира, где недопотребление практически поглощает все водные ресурсы. Такова ситуация в странах зарубежной Европы, во многих районах США. Еще более остро встает проблема водоснабжения в развивающихся странах, в которых часто обнаруживается нехватка качественных питьевых вод, а имеющиеся водотоки и поверхностные водоемы служат коллекторами для сбросов совершенно неочищенных промышленных стоков.

По-разному складывается водопотребление и его структура на отдельных материках. Особенности современного водного хозяйства зависят и от природных факторов (прежде всего обеспеченности речным стоком, климатических особенностей, устройства поверхности), и от социально-экономических структур. Наибольшие объемы воды поглощает хозяйство азиатских стран. Почти на 90% этот объем в Азии расходуется на нужды сельского хозяйства. Сходная ситуация характерна и для Южной Америки и Африки, хотя в целом участие этих материков в мировом водопотреблении незначительно. В Северной Америке и в Европе промышленное и сельскохозяйственное расходование воды примерно равны между собой.

Прогнозы будущего водопотребления. Существует несколько вариантов глобальных прогнозов использования природных вод мировым хозяйством. Один из вариантов водохозяйственного баланса мира на конец текущего столетия разработан М.И. Львовичем (1986). По его расчетам, возросшее к 2000 г. до 6,2 млрд. человек население мира (из них 3,2 млрд. человек будут проживать в городах, и пользоваться централизованными системами водоснабжения) израсходует около 480 км 3 вод на коммунально-бытовые нужды, появится 320 км 3 стоков. Если стоки будут полностью очищаться, то на их последующее разбавление потребуется лишь около 1000 км 3 воды. При сохранении практики современного водопотребления (сброс недоочищенных или вовсе не прошедших очистку стоков в водоемы) загрязненными окажутся 6000 км 3 вод.

Производство энергии в мире, по прогнозу МИРЕК-ХП, достигнет к концу столетия 300-330 тыс. Дж. Ориентировочно на нужды энергетики будет изъято около 200 км 3 вод и одновременно образовано 140 км 3 термальных стоков. На их разбавление потребуется примерно 400 км3 свободных вод. Остальные отрасли промышленности с учетом роста объема их продукции к 2000 г. будут нуждаться в 1800 км 3 вод. Совершенствование систем замкнутого оборотного водоснабжения, развитие маловодных или "сухих" технологий, сокращение практики водоотведения стоков с промышленных предприятий, совершенствование технологии очистки позволят, как предполагается по данному прогнозу, ограничить водозабор для промышленных целей до 500 км 3 . Безвозвратный расход составит 120 км 3 , а отработанные стоки - 380 км 3 . На их разбавление будет затрачено 5700 км 3 . воды.

В сельском хозяйстве общая площадь поливных земель возрастет предположительно до 320-350 млн. га, а норма полива сократится до 9,5 тыс. м 3 /га за счет водосберегающих методов полива (дождевания, капельного и пр.). В результате на нужды ирригации будет изыматься до 3000 км воды, из которых 2600 км 3 составят расходы на испарение и инфильтрацию. Расход воды в животноводстве увеличится до 110 км. Хотя объем стоков возрастет слабо, но за счет более совершенной очистки и утилизации они будут загрязнять намного меньше чистых вод - около 180 км 3 .

Расчеты свидетельствуют о том, что напряженность ситуации сохранится в ближайшем будущем. Мировое хозяйство в целом в конце текущего столетия будет поглощать примерно 5,7 тыс. км 3 воды (16%) полного стока), а сточные воды в объеме 1300 км 3 будут загрязнять 8,5 тыс. км 3 , что равно 21% полного и 61%) устойчивого стока.